有色金屬熔煉的基本原理(上)

1、有色金屬熔煉的基本原理金屬熔煉的主要是為了為鑄錠提供高質(zhì)量的金屬熔體,研究其過程中的規(guī)律是必要的。1.在熔煉過程中,因?yàn)樯婕暗礁邷?所以難免會(huì)發(fā)生氧化,揮發(fā)等物理化學(xué)反應(yīng)。金屬氧化會(huì)使得氧化燒損和非金屬氧化物夾雜。但是,氧化和揮發(fā)也有它們的好處,當(dāng)然,如果合理的設(shè)計(jì) .金屬的氧化的趨勢(shì)和程度主要取決于其氧的親和力。氧化物生成自由焓是一個(gè)衡量的標(biāo)準(zhǔn), 它的值越低(包括負(fù)數(shù) ,則這種金屬與氧的親和力越大,反應(yīng)也就越容易發(fā)生。對(duì)于氣 -固多相反應(yīng)中的氧化反應(yīng),反應(yīng)首先在固體的表面進(jìn)行, O 2分子吸附然后在分解為 原子, 從物理吸附過度到化學(xué)吸附。 (一般在晶界或位錯(cuò)處形核 。 高溫下的金屬氧化速度

2、主 要是受到氧化膜的性質(zhì)所決定的,與溫度,面積,氧的濃度有關(guān)。氧化過程:外擴(kuò)散,內(nèi)擴(kuò)散,化學(xué)反應(yīng)在對(duì)于氧化動(dòng)力的研究, Wagner 指出,當(dāng)氧化膜很致密時(shí),氧化很大程度上取決于離子在 氧化膜點(diǎn)陣中的擴(kuò)散, 氧化速率依賴于陽(yáng)離子和電子各自的輸送數(shù)目, 氧化物的導(dǎo)電性, 界 面處擴(kuò)散離子的化學(xué)勢(shì)和厚度。高溫下,金屬固體的氧化反應(yīng)速率是受到氧化膜的控制,并且與溫度,面積,氧氣的濃度, 金屬的性質(zhì)相關(guān)。影響燒損的因素有:金屬氧化物的性質(zhì), 值的大小,溫度爐氣性質(zhì)應(yīng)對(duì)的策略:選擇合理的爐型,合理的工藝順序,覆蓋劑,控制溫度,爐氣,操作方法,加 入活性元素改善 值。金屬的吸氣性, 主要是氫氣。在金屬相變

3、的時(shí)候氫的溶解度比較大,在凝固的時(shí)候,過飽和 的氫就會(huì)析出,形成氣孔。氣體存在與鑄錠內(nèi)的 3種形式:固溶體,化合物,氣孔在熔煉過程中,最常見同時(shí)也是危害最大的就是水蒸氣了。其次是 SO 2, 還有 CO , CO 2. 氣體的來源可能是爐料,爐氣,耐火材料,熔劑,精煉氣體,操作工具。金屬的揮發(fā)性, 主要取決于它的蒸汽壓 (溫度越高, 蒸汽壓越大, 揮發(fā)越快 , 溫度, 時(shí)間, 合金的狀態(tài)(熔點(diǎn)低的容易揮發(fā),比如鋅,相反,鎢 ,濃度,爐氣的性質(zhì)與壓力金屬的吸雜性。雜質(zhì)的吸收和積累主要是由于金屬熔體和爐襯,爐渣,爐氣吸收和操作工具相互作用。使 用熔劑要合理(銅要避免吸收磷,鋁要避免吸收鈉減少雜質(zhì)可

4、以采取以下的措施:(1 選用化學(xué)穩(wěn)定性高的耐火材料。紫銅,黃銅,錫青銅,硅青銅可以使用硅砂爐襯(2 在可能的條件下采用純度較高的新金屬料(3 火焰爐選用低硫燃料(4 接觸的工具(5 變料或轉(zhuǎn)換合金時(shí),根據(jù)情況對(duì)爐子進(jìn)行清洗(6 輔助材料的選用2. 熔體凈化技術(shù)氧化精煉是最經(jīng)濟(jì)的同時(shí)也是最有效的一種方法。 但是應(yīng)具備 3個(gè)條件:一時(shí)基體金屬氧化 物能溶解于自身金屬液中, 并能氧化雜質(zhì)元素, 二是雜質(zhì)元素氧化物不溶于金屬熔體中, 并 容易與其分離,三是金屬氧化物可用其他元素還原。非金屬夾雜:氧化物,硫化物,復(fù)雜氧化物,氯化物氟化物,硅酸鹽按照形態(tài)可以分為:薄膜狀,團(tuán)塊狀或顆粒狀除渣精煉的原理:(1

5、 密度差作用(2 吸附作用(3 (4 化合作用 氧化精煉實(shí)質(zhì)上就是利用化合反應(yīng)當(dāng)然, 這種方法會(huì)造成熔體中的含 氧量增加,因此脫氧是必不可少的步驟?？梢约尤氡然w金屬和氧氣的親和力還要 高的物質(zhì),將基體金屬氧化物還原,這種物質(zhì)稱作脫氧劑。對(duì)于脫氧劑的要求除了 親和力還有其殘留量是無害的,熔點(diǎn)和密度合適,產(chǎn)物容易去除,無毒。脫氧的 方法有:沉淀脫氧,擴(kuò)散脫氧,真空脫氧(5 機(jī)械過濾作用除渣精煉的方法 影響因素:溫度,熔劑(離子半徑 ,時(shí)間(1 靜置澄清法(2 浮選法(3 熔劑法(4 過濾法脫氣精煉(主要是針對(duì)氫氣前期:覆蓋劑或者其它熔劑,工業(yè)參數(shù)要正確選擇后期:有效脫氣途徑有三種:一,氣體原子擴(kuò)

6、散至金屬表面,然后脫離吸附狀態(tài)而逸出二,以氣泡的形式從金屬熔體中排除三,加入與金屬中的元素形成化合物,以非金屬夾雜物的形式排除分壓差脫氣精煉方法:氣體脫氣法熔劑脫氣法沸騰脫氣法 (高鋅黃銅 真空脫氣法 在線精煉,電磁場(chǎng)精煉3. 成分控制中間合金, 使用它的目的是為了便于加入某些熔點(diǎn)較高且不易溶解或易氧化揮發(fā)的合金元素, 以便準(zhǔn)確控制成分。中間相合金的制備熔合法熱還原法熔鹽電解法粉末法熔劑(覆蓋劑,精煉劑,氧化劑,還原劑鋁合金常用 50%NaCl+50%KCl作覆蓋劑對(duì)熔劑的要求:(1 具有較強(qiáng)的吸附,溶解和化合造渣能力(2 與金屬熔體有較大的密度差(3 與金屬熔體間的界面張力要大,便于與金屬分離(4 具備較高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性, 不會(huì)對(duì)金屬熔體造成腐蝕或者產(chǎn)生有害的氣體, 夾雜(5 有較低的熔點(diǎn),適當(dāng)?shù)酿ざ?6 吸濕性小,蒸汽壓低(7 制造成本低關(guān)于爐子的問題, 實(shí)際生產(chǎn)中往往要在同一個(gè)爐子進(jìn)行不同