有色金属熔炼与铸锭.ppt

有色金属熔炼与铸锭有色金属熔炼与铸锭有色金属熔炼与铸锭主要内容第一讲有色金属熔炼的基本原理1.1金属的氧化特性1.1.1氧化热力学条件及判据氧化热力学条件及判据氧化热力学条件及判据9从各直线之间的相互位置比较来看，直线的位置越低，ΔG值越负，金属的氧化趋势越大，氧化程度越高，如铝、镁、钙等的氧化。反之，直线位置越高，ΔG值越大，氧化趋势和程度越小，如铜、铅、镍等金属的氧化。
据直线之间的位置关系可以知道元素的氧化顺序。从图1．1可见，在熔炼温度范围内，各元素氧化先后的大致顺序是：钙、镁、铝、钛、硅、钒、锰、铬、铁、钴、镍、铅、铜。例如，凡在铜线以下的元素，其对氧的亲和力都大于铜对氧的亲和力，故在熔炼铜时它们会被氧化而进入炉渣。
氧化热力学条件及判据氧化热力学条件及判据氧化热力学条件及判据14氧化热力学条件及判据1.2氧化动力学机制1.2氧化动力学机制金属氧化机理和氧化膜结构氧化动力学机制Pilling-Bedworth比当PB＞l时，生成的氧化膜是致密的，连续的，有保护性的。在这种情况下结晶化学反应速度快，而内扩散速度慢，因而内扩散成为限制性环节。氧化膜逐渐增厚，扩散阻力愈来愈大，氧化速度将随时间的延续而降低。Al、Be、Si等大多数金属生成的氧化膜具有这种特性。
当PB＜1时，氧化膜是疏松多孔的，无保护性的。氧在这种氧化膜内扩散阻力将比前者小得多。限制环节由扩散变为结晶化学反应。碱金属及碱土金属(如Li、Mg、Ca)的氧化膜具有这种特性。
PB》1。这是一种极端情况，大量过渡族金属如铁的氧化膜就是如此。这种十分致密但内应力很大的氧化膜增长到一定厚度后即行破裂，这种现象周期性出现，故氧化膜也是非保护性的。Pilling-Bedworth比二、金属氧化的动力学方程二、金属氧化的动力学方程▲但实验观察和理论研究指出，某些金属符合对数规律或立方规律----研究还有待深入。

▲固体纯金属的氧化动力学规律也适用于液态金属，必须指出，合金熔体氧化动力学的实验研究很少，但添加合金元素能强烈地影响金属的氧化特性----改变膜的性质所致与氧亲和力大的元素优先氧化，其氧化速度遵守动力学的质量作用定律。氧化膜的性质控制氧化过程。因此，加入少量使基体金属氧化膜致密地的元素，能改变熔体的氧化行为并降低氧化烧损。1.3影响氧化烧损的因素及降低氧化烧损的方法合金的氧化烧损程度因加入合金元素而异
与氧亲和力较大的表面活性元素多优先氧化,或与基体金属同时氧化，氧化过程由两者性质共同控制。
氧化物a>1的合金元素，使基体金属氧化膜更致密，可减少合金的氧化烧损。如镁合金或高镁铝合金中加铍，黄铜中加铝，镍合金中加铝和铈等。
氧化物a＜1的活性元素，使基体金属氧化膜变得疏松，加大氧化烧损。如铝合金中加锂和镁，镁含量越高，氧化物致密性越差，氧化烧损越大。
合金元素与氧的亲和力和基体金属与氧的亲和力相当，但不明显改变氧化膜结构的合金元素，一般不会促进氧化，本身也不会明显氧化。如铝合金中的铁、镍、硅、锰，铜合金中的铁、镍、铅等。
合金中与氧亲和力小且含量少的元素将受到保护，甚至还会因其他元素的烧损而相对含量有所增加。二、熔炼温度

温度升高，氧化速度加快，氧化烧损加大

如，4000C以下，氧化铝膜强度高，线膨胀系数与铝接近，膜保护良好（抛物线规律），但高于5000C则按直线氧化规律，7500C时易于断裂

三、炉气性质

存在诸如O2、H2O、CO2、CO、H2、CmHm、SO2、N2等气体体系对金属是氧化性还是还原性或中性应视具体情况而定

金属与氧的亲和力大于C、H与氧的亲和力则含有CO2、CO或H2O的炉气就会使其氧化，这种炉气是氧化性的。如料的表面积、熔炼炉设备等

降低氧化烧损的方法：

主要从熔炼设备和熔炼工艺两方面来考虑：

1.选择合理炉型（熔池面积小、加热速度快）

2.采用合理的加料顺序和炉料处理工艺（如中间合金、锂最后加入）

3.采用覆盖剂4.正确控制炉温

5.正确控制炉气性质6.合理的操作方法

7.加入少量a>1的表面活性元素选择合理炉形
采用合理的加料顺序和炉料处理工艺
采用覆盖剂
正确控制炉温
正确控制炉气性质
合理的操作方法
加入少量PB>1的表面活性元素1.4金属的氧化精炼原理1.从炉衬中吸收杂质2.从炉气中吸收杂质

3.从溶剂和熔炼添加剂中吸收杂质4.从炉料及炉渣中吸收杂质

减少杂质污染金属的途径：

1.选用化学稳定性高的耐火材料2.尽可能采用纯度较高的新金属料

3.火焰炉应选用低硫燃料

4.工具采用不会带入杂质的材料制作和采用涂料保护

5.变料或转换合金时要清洗熔炉6.注意辅助材料的选用

7.加强炉料管理，杜绝混料现象三、杂质元素的氧化四、金属脱氧