冶金技术进展

1、四川大学 冶金技术进展题 目： 有色金属概论 院系名称：化学工程 专业班级：化学工程与工艺 学生姓名： 李永翔 学 号： 85 2013年 12月25日摘 要有色金属是耗用量仅次于钢铁的重要的是基础材料和战略物资。它们以金属、合金或化合物的形式，广泛用于生产、生活及航天、原子能、微电子、光电转换等尖端科学技术和与国家经济相关的各个部门。我国有色金属资源丰富、品类齐全，因此有色金属工业是我国优势产业之一。但是，国际市场的竞争、资源的贫乏、能耗的增加和设备技术的落后、环境保护以及替代有色金属的新材料的应用，使有色金属冶金近几十年来一直面临着挑战。在过去的几年里，由于有色金属冶金“迎战”能力较弱，有

2、色冶金工业被认为是“夕阳工业”。为迎战这一挑战，使“夕阳工业”处于“夕阳不落”，要求冶金领域的科学家和工艺家从基础理论和工艺角度，提高基础理论研究的水平，加快高新技术的研究和发展，寻求流程短、耗能低、污染小的冶金新方法。为此对于有色金属做出以下研究。关键词：有色金属 发展 熔炼 目 录第1章引 言11.1 研究的背景和意义11.1.1 研究的背景11.1.2 意义11.2 国内外研究现状11.3 论文的主要研究内容和组织结构21.3.1 论文的主要研究内容21.3.2 论文的组织结构2第2章有色金属基础22.1 有色金属定义22.2 有色金属分类32.3 几种常见的金属及其合金32.3.1 铝

3、32.3.2 铜42.4.3 钛5 2.4 有色金属熔炼技术52.4.1 干锅炉熔炼技术52.4.2 反射炉炉熔炼技术52.4.3 快速熔炉炉熔炼技术5第3章有色金属发展前景5结论6参考文献6第1章 引 言随着社会的发展，金属走进了我们生活的方方面面，而有色金属又是金属中的重中之重，所以我们有必要对有色金属进行认识与了解，并对此做出研究。1.1 研究的背景和意义1.1.1 研究的背景2011年是我国十二五开局之年，有色金属行业认真贯彻落实党中央、国务院的各项方针政策，总体保持平稳发展态势。规模以上（主营业务收入2000万元以上的工业企业，下同）有色金属企业工业增加值按可比价格计算比2010年增

4、长14.0%，增幅比十一五期间的平均增幅低2.2个百分点。而2013年11月8日，中国有色金属工业协会再生金属分会副会长兼秘书长王吉位在第十三届再生金属国际论坛上又表示，再生有色金属产业是战略性新兴产业的重要组成部分。作为一个处于成长期的产业，目前所面临的深层次矛盾和问题日益凸显。1.1.2意义通过研究我们可以清楚地了解到我国有色金属发展中所存在的缺陷与不足，还有将来的发展前景，这样我们就能有计划、有目的的确定我们的研究重点和方向，更好更快的在这方面做出我们的贡献。1.2 国内外研究现状 2011年8月份，全国十种有色金属产量同比增长15.6%，增速同比加快7.4个百分点。其中，电解铝产量增长

5、21.9%，加快11个百分点；电解铜、铅产量分别增长29.2%和1.5%，锌产量下降4.2%。除电解铝外，主要有色金属价格小幅回落。当月国内市场铜、铅、锌现货平均价分别为68680元/吨、16553元/吨和17735元/吨，比上月下降5.3%、3.6%和4%，同比上涨18.4%、1.8%和4.4%；电解铝价格为18140元/吨，比上月上涨0.1%，同比上涨18.4%。1-8月，全国十种有色金属产量2288万吨，同比增长11%，增速同比减缓15.5个百分点。电解铝产量1174万吨，增长8.9%，减缓28.5个百分点；电解铜产量增长16.3%，减缓1.2个百分点；铅产量增长17.5%，加快15.1

6、个百分点；锌产量增长5.4%，减缓18.5个百分点。氧化铝产量增长19.3%，减缓18.3个百分点。我国有色金属资源由于支柱型矿产储量少、人均矿产资源占有率低、资源消耗增长速度大于经济增长速度，未来几年，矿产资源紧缺、品位低下的局面将不会得到好转，甚至会进一步加剧。到十二五末期，我国铜、铝、铅、锌4种基本金属消费量将达到4380万吨，以年均7.33的速度增长。发达国家有色金属循环利用率在消费量中占比一般大于50，而我国有色金属循环利用率仅约占消费量的20-25。发展再生有色金属产业是缓解资源紧缺、保障资源安全的重要解决之道。此外，节能降耗作为经济转型的目标之一，最近两年成为政府工作的重要着力点

7、，其意义将更多地体现在节能领域。事实上，如果不遏制大型企业的扩张冲动，仅凭淘汰小企业的落后产能恐无法改变目前有色行业产能过剩的现实，产能优化任然任重而道远。Error! Reference source not found.1.3 论文的主要研究内容和组织结构1.3.1 论文的主要研究内容本论文的主要研究内容是首先介绍了有色金属的分类，接下来对近年来的一些比较热的金属的提炼与发展做出了详细的介绍。主要就是针对金属的来源，（包括矿石的资源的储蓄多与少、进口还是内地出产等。）冶炼的主要工序以及这种金属的用途和发展前景。1.3.2 论文的组织结构本论文总共分为3个章节，每个章节的具体安排如下描述：第

8、1章 引言：主要介绍了论文研究的背景和意义，分析了国内外的研究现状，最后提出了本论文的主要研究内容和组织结构。第2章 有色金属的定义、分类等一些基本的性质。第二章 有色金属基础有色金属是国民经济发展的基础材料，航空、航天、汽车、机械制造、电力、通讯、建筑、家电等绝大部分行业都以有色金属材料为生产基础。随着现代化工、农业和科学技术的突飞猛进，有色金属在人类发展中的地位愈来愈重要。它不仅是世界上重要的战略物资，重要的生产资料，而且也是人类生活中不可缺少的消费资料的重要材料。2.1 有色金属定义顾名思义，狭义上的有色金属又称非铁金属，是铁、锰、铬以外的所有金属的总称。广义的有色金属还包括有色合金。有

9、色合金是以一种有色金属为基体，加入一种或几种其他元素而构成的合金。2.2 有色金属分类2.2.1 有色纯金属分为重金属、轻金属、贵金属、半金属和稀有金属五类。2.2.2 有色合金，按合金系统分：重有色金属合金、轻有色金属合金、贵金属合金、稀有金属合金等；按合金用途则可分：变形（压力加工用合金）、铸造合金、轴承合金、印刷合金、硬质合金、焊料、中间合金、金属粉末等。2.2.3有色金属按化学成分分类：铝和铝合金材、铜和铜合金材、铅和铅合金材、镍和镍合金材、钛和钛合金材。按形状分类时，可分为：板、条、带、箔、管、棒、线、型等品种。2.3 几种常见金属及其合金2.3.1 铝铝为银白色轻金属。有延展性。在

10、潮湿的空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。铝粉和铝箔在空气中加热能猛烈燃烧，并发出炫目的白色火焰，易溶于酸和碱溶液，不溶于水。相对密度2.70。熔点660。沸点2327。（1）比重小、比强度高,纯铝的比重只有2.72g/cm3，故其合金的比重（约2.52.88）也很小，采用各种强化手段后，铝合金可以达到与低合金高强钢相近的强度，因此比强度要比一般高强度钢高的多。有优良的物理、化学性能铝的导电性好仅次于银、铜和金，在室温时的导电率约为铜的64。铝资源丰富，成本较低。铝及铝合金有相当好的抗大气腐蚀能力，其磁化率极低，接近于非铁磁性材料。加工性能良好铝及铝合金（退火状态）的塑性很好，可以冷成形。切

11、削性能也很好。超高强铝合金成形后经热处理，可达到很高的强度。铸造铝合金的铸造性能极好。由于上述优点，铝及铝合金在电气工程、航空及宇航工业、一般机械和轻工业中都有广泛的用途。（2） 铝合金分类 变形铝合金 定义：变形铝合金是将铝合金铸锭通过压力加工（轧制、挤压、模锻等）制成半成品或模锻件，所以要求有良好的塑性变形能力。铝合金的强化包括：固溶强化、时效强化、过剩相强化、细晶强化。固溶强化：纯铝中加入合金元素，形成铝基固溶体，造成晶格畸变，阻碍了位错的运动，起到固溶强化的作用，可使其强度提高。时效强化： 合金元素对铝的另一种强化作用是通过热处理实现的。但由于铝没有同素异构转变，所以其热处理相变与钢不

12、同。铝合金经加热到某一温度淬火后，可以得到过饱和的铝基固溶体。这种过饱和铝基固溶体放置在室温或加热到某一温度时，其强度和硬度随时间的延长而增高，但塑性、韧性则降低，这个过程称为时效。在室温下进行的时效称为自然时效，在加热条件下进行的时效称为人工时效。过剩相强化： 如果铝中加入合金元素的数量超过了极限溶解度，则在固溶处理加热时，就有一部分不能溶入固溶体的第二相出现，称为过剩相。在铝合金中，这些过剩相通常是硬而脆的金属间化合物。它们在合金中阻碍位错运动，使合金强化，这称为过剩相强化。在生产中常常采用这种方式来强化铸造铝合金和耐热铝合金。过剩相数量越多，分布越弥散，则强化效果越大。但过剩相太多，则会

13、使强度和塑性都降低。过剩相成分结构越复杂，熔点越高，则高温热稳定性越好。细晶强化： 铝合金中添加微量合金元素使铝合金固溶体基体和过剩相组织细化，以提高铝合金机械性能，这是细晶强化。2.3.2 铜(1) 纯铜程紫色，故又称紫铜，具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性.纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐腐蚀性。(2) 黄铜以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜.1. 普通黄铜:铜于锌的二元合金称为普通黄铜，牌号命名为：H（黄）+表示铜平均百分含量的数字，如H682.特殊黄铜 在普通黄铜的基础上加入Al、

14、Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素形成的黄铜。特殊黄铜的强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改善。(3) 青铜 除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为青铜。常用的青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜。1.锡青铜 是以系为主加元素的铜合金，锡含量一般为3-14%。 锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，易渗漏，但体积收缩率在有色金属中最小 锡青铜耐蚀性良好，在大气、海水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在硫酸、盐酸、氨水中的耐蚀性较差。2. 铝青铜 以铝为主加元素的铜合金，铝含量为5-11%。 强度、硬度、耐磨性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性好，但焊接性差。3. 铍青铜 以铍为主加元素的

15、铜合金，铍含量为1.7-2.5%. 具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，良好的导电、导热性、冷热加工及铸造性能，但价格较贵。4. 白铜 以镍为主要合金元素的铜合金。分为普通白铜和特殊白铜具有较高的耐蚀性和抗腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。锌白铜、锰白铜、铝白铜等。 特殊黄铜的耐蚀性、强度和塑性高，成本低。2.3.3钛（1） 工业纯钛 纯钛密度小，熔点高。比强度高，塑性、低温韧性和耐蚀性好（二）、钛合金 纯钛加入合金元素形成钛合金。钛合金几乎都含有铝，铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度。（2） 优点：1 结构致密，组织改善，性能提高，强、硬、韧度俱高；2 少、无切削加工，材料利用率高

16、。由于提高了金属的力学性 能，在同样受理和工作条件下，可以缩小零件的截面尺寸，减轻重量，延长使用寿命。3 可以获得合理的流线分布（金属塑变是固体体积转移过程）。4 生产效率高。多数压力加工方法，特别是轧制、挤压、，金 属连续变形，且变形速度很高，所以生产率高。（3） 缺点： 1 一般工艺表面质量差（氧化）。2 不能成型形状复杂件（相对）。3 设备庞大、价格昂贵。 4 劳动条件差（强度大、噪音大）。Error! Reference source not found.2.4 有色金属熔炼技术2.4.1 干锅炉熔炼技术在加热方式上，干锅炉和感应电炉基本相同，都是由干锅侧面及底部加热炉料的。干锅用耐火

17、材料制作，还有用石磨、铸铁或钢板制成。干锅炉可使用各种材料，熔炼各种常用金属及其合金，投资少、灵活性大，适合于品种多、产量小的机修厂使用。在材料加工中它多用来熔制熔剂、中间合金及试制新产品等。电阻干锅温度低、升温慢。火焰干锅炉烟尘大、环境差、热效率低、温度控制难，已基本上为感应干锅炉取代。2.4.2 反射炉熔技术火焰反射炉是利用高温火焰经炉顶反射及火焰直接辐射传热来加热和熔化炉料的。现多用于液体或气体燃料，温度可达16001700。这种熔炉容量大，多用于铝、镁、锌合金及紫铜熔炼。到目前为止，火焰反射炉仍是生产铝，镁合金的主要熔炉反应之一。2.4.3 快速熔炉熔炼技术今年来，人们利用电解铝液直接

18、输入并配如合金元素，精炼后再铸造和连轧成才。该工艺可节约能耗、缩短生产周期、降低成本，具有明显的经济效益。为强化熔炼过程，节约能耗，提高热效率和生产率，国外已开发一些新的熔炉和熔炼工艺。Error! Reference source not found.第三章有色金属发展前景按照“十一五”规划，未来发电、电网、运输设备（汽车、火车、地铁等）制造、机械、电子、航空航天、建筑、武器装备制造等行业对有色金属的需求将持续增长。其中发电、电网、建筑等行业对铜、铝的需求强劲；运输设备制造对铝的用量将越来越多；机械、电子等待业需要铜、铝、镍、锡、锌、钨、钽等多种金属；而航空航天、武器装备等行业需要钛、铬、稀土金属等战略性金属作为基本的原村料。按照规划“十一五”期间GDP平均复合年增长率将超过5.7%，有色金属作为重要的基础原材料工业，不仅没有边缘化的危险，而且随着工业化及产业升级的深入发展，加上其固有的资源约束特征，其重要