【精品课件】铜冶金及现代冶金技术

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天生我材必有用，千金散尽还复来。21:21:0021:21:0021:2112/18/2020 9:21:00 PM
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安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.12.1821:21:0021:21Dec-2018-Dec-20
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得道多助失道寡助，掌控人心方位上 。21:21:0021:21:0021:21Friday, December 18, 2020
5.
2) Na3AlF6能熔10％的Al2O3
Na3AlF6
Al2O3
铝合金
固溶强化 变形铝合金
铸造铝合金
变形铝合金: 加热可形成单相合金 铸造铝合金：具有共晶组织－不可变形 （Al－Si；Al－Mg；Al－Cu；Al－Zn） Al－Si铸造铝合金共晶点Si10％，当Si大于6％时必须变质。
铝合金的熔炼
温度 ➢ 促进夹杂物上浮，提高钢
水纯净度 ➢ 精确控制钢液成分，实现
窄成分控制 ➢ 均匀钢水成分和温度 ➢ 与喂线配合，可进行夹杂
物的变性处理
VD和VOD
在电炉钢厂，VD炉作为真空脱气设备通常 与LF炉双联，生产各种合金结构钢、优质碳钢 和低合金高强度钢。在VD炉上增加顶吹供氧 系统，构成VOD炉，可以完成真空吹氧脱碳的
= k (PH2)1/2 ，当PH2 ， [H] 向气泡扩散， 泡上升将H和杂质带出 。 用的气体有：N2，Cl2 Cl2，N2，CO）三气。 中Cl2能和[H] 直接反应： ＋ [H] ＝ HCl（气）， 果最好，劳动条件最差。 外：ZnCl2＋Al＝ALCl3 （气）＋Zn。最清洁的是N2，但效果最差。
效果。
Cu 合金和熔炼
特点： 1） 导电性 － 用途占50％以上； 2） 导热，无磁性，耐磨。 所以一般不作为结构材料。
铜合金的分类： － 纯铜 － 无氧铜 － 熔炼的难点 －重点 －铜合金 ： 黄铜 － 以Zn为主 青铜：Sn为主的锡青铜和以Al为主的铝青铜 白铜 － 以Ni为主 。
纯Cu 熔炼－要求Cu99.994％
功能，适宜冶炼超低碳不锈钢。
RH
工艺优点：
反应速度快，表观脱碳速度常 数kC可达到3.5min-1。 处理周期短，生产效率高，常 与转炉配套使用。
反应效率高，钢水直接在真空
室内进行反应，可生产 H≤0.5×10-6，N≤25×10-6， C≤10×10-6的超纯净钢。
可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿，减少处 理温降；
4. 加压： 氢气孔形成条件： PH2 ＞ Pa ＋ γh ＋ 2σ/γ ≈ Pa ；
5.
Pa越大，氢气孔越难形成。
5. 快速凝固法。氢气孔
溶
6. 精练效果检查：表面观察法
一点说明：精练[ H ] ，Al2O3排一即可，只防出现H2 针孔。
铝熔炼要掌握一个“静” 字；具体内容是“防，排，溶”三字。
铝硅合金的变质处理
排
2. 熔剂法：扩散法
2原理：在液面上撒放熔剂：1）让熔剂吸附Al2O3 ；2）破坏表面Al2O3的
连 续性，使[ H ] 。
对熔剂的要求：
1） 对Al2O3有吸附性；
2） 熔点低于铝液，起覆盖作用；
3） 比重轻，上浮在铝液表面。
熔剂种类：NaCl，KCl 和冰晶石 （Na3AlF6）
3. 过滤 ，真空
Al（OH）3 － Al2O3 ＋ H2O
Al (液)＋ H2O － Al2O3 ＋ [ H ]
Al ＋ CmHn － Al4C3 ＋ [ H ]
由于溶解度变化凝固时形成针孔
[ H ] － H2
2） 夹杂（Al2O3）；
上述反应形成的Al2O3细小，比重与Al相差不多，漂浮在铝液中。
3）夹杂和[ H ]的关系： a）表面的Al2O3膜能 保护Al液不继续被氧化； b) 同时也使过饱和的 [ H ]不能向大气扩散。
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安全在于心细，事故出在麻痹。20.12.1820.12.1821:21:0021:21:00December 18, 2020
可进行喷粉脱硫，生产[S]≤5×10-6的超低硫钢。
KTB
VAD
单晶生长
意义：无晶界，少位错。无机物单晶具有功能性。 关键：不形核，只生长。驱动力都是过冷度，所幸
生核过冷度大于生长的过冷度。 所以： i. 过冷度小；ii. 准备籽晶。
1） 熔体法
单晶生长
2）常温溶液生长法 － 以水或液体有机物作为熔剂。
铝、铜冶金及现代冶金技术
铝冶金
（Al2O3·3H2O） 和 Al2O3·H2O
铝冶金
1. 生产氧化铝
2. 1） 在高温压煮器中：
3.
Al2O3＋NaOH － NaAlO2 ＋H2O
（1）
4. （等于Al2O3 进入到溶液中，而SiO2，Fe2O3等或反应沉淀，或不溶成为渣）
5. 2）在 NaAlO2 溶液中加入Al（OH）3晶种并机械搅拌：
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安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.12.1821:21:0021:21Dec-2018-Dec-20
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加强交通建设管理，确保工程建设质 量。21:21:0021:21:0021:21Fri day, December 18, 2020
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安全在于心细，事故出在麻痹。20.12.1820.12.1821:21:0021:21:00December 18, 2020
目的 － 改变（α（Al）＋Si）共晶体中Si的形貌。 效果 － Si 的形貌，三维的菜花状变为树枝状，二维的片状变为椭圆状。 方法 － NaF ＋ Al － AlF ＋ Na 。Na溶在铝液中。 注意： 1）变质后要在20 分钟内浇注完毕，否则失效。
2） 长效变质剂 － Sr ，Bi ，Te。 3） 过共晶Si的变质用P，但Na对过共晶Si无变质效果，P对共晶Si无变质
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作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2020年12月18日星期 五9时21分0秒21:21:0018 December 2020
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好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午9时21分0秒 下午9时 21分21:21:0020.12.18
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一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.12.1820.12.1821:2121:21:0021:21:00Dec-20
process ); • VOD (Vacuum oxygen decrease process) ; • RH (Ruhrstahl Heraeus process); • CAS-OB( Composition adjustments by
sealed argon -oxygen blowing process) ； • 喂线 (Insert thread) ； • 钢包吹氩搅拌(Ladle argon stirring)； • 喷粉( powder injection )。
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牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。2020年12月18日 星期五9时21分 0秒Fri day, December 18, 2020
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相信相信得力量。20.12.182020年12月 18日星 期五9时21分0秒20.12.18
谢谢大家！
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每一次的加油，每一次的努力都是为 了下一 次更好 的自己 。20.12.1820.12.18Fri day, December 18, 2020
α ＋ Cu2O
O
任务： 去Cu2O（脱氧），去氢。如果说 铝合金的精练[ H ] ，Al2O3排一即 可，但是铜合金Cu2O ＋ [H] 二者 都必须排除。
铜的脱氧
1. 扩散脱氧： 借助液面上的反应还原Cu2O 1） 液面上撒碳化钙或Ma3Be硼化镁 CaC2 ＋ Cu2O － CaO ＋CO ＋ Cu Mg3Be ＋ Cu2O － MgO ＋ BeO3 ＋ Cu 2） 还原气氛 Cu2O ＋ CO － Cu ＋CO2 Cu2O ＋ C － Cu ＋ CO
相图特点：
1）含氧大于0.0036％出 现共晶体； 2）大于0.001％也会出现Cu2O。
α 0.0036
α
0.39
氧化特征：Cu2O没有保护作用。至少氧 小于0.0036时，生成的Cu2O是溶于α 中。
凝固： Cu2O ＋ [H] － Cu + H2O
Cu
形成水气泡。事实和理论上都表
明：水气泡是最主要的气孔。
温度同－ 通N2气 3）沸腾除气：利用Zn的沸点只有
900℃的特点 4）真空
[H]
出现水
气泡区
无水气 泡区
检查方法：弯曲180度
注： 一般采用氧化除气后再进行脱氧。
[0]
真空技术的应用
1 脱气： [H] = k (PH2)1/2 2 脱氧： 以钢为例（回忆钢脱氧方法）：
6.
NaAlO2 ＋ H2O － Al（OH）3 ＋ NaOH
（2）
7. 3）煅烧Al（OH）3
8.
Al（OH）3 － Al2O3 ＋ H2O
（3）
9.
500－550℃ 为γ－ Al2O3
10.
900℃以上为α － Al2O3
2. 氧化铝电解 － 熔盐的电解法
3.
Na3AlF6的作用
4.
1） 晶温度938 ℃，电解温度950－970 ℃
2. 沉淀脱氧：
3. 只有
Mg，Al，Si，Mn，Sn ，P ……等都能还原Cu2O。然而
4.
用P还原时 生成的P2O5是气态，易于排除。
5.
Cu2O ＋ P － Cu ＋ P2O5
6.
P2O5 ＋ Cu2O － Cu PO3（偏磷酸铜）（上浮）
7.
实施操作中采用含P8－14％的磷铜中间合金
8. （ 讲一点Mg）
C ＋ FeO － CO ＋ Fe 3 挥发 4分解 5 脱气动力学
原理： •抽真空，使液面上升1.5米左右； •上升管吹入氩气，带动钢水流动，速度高达5m/s； •在真空室内，钢水呈滴状与真空接触。
循环脱气法 （RH）
RH的改进形式
自选内容 •主要的精炼工艺
• LF(Ladle Furnace process)； • AOD(Argon-oxygen decaburizition
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踏实肯干，努力奋斗。2020年12月18日下午9时21分 20.12.1820.12.18
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追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2020年12月18日星期 五下午9时21分 0秒21:21:0020.12.18
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严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年12月 下午9时 21分20.12.1821:21December 18, 2020
原理：右图分过饱和区和不饱和区 ； 在过饱和区分为不稳定区和 亚稳定区。在不稳定区会生 核和生长，而在亚稳定区只能 生长。
关键： 溶液状态保持在亚稳定区。
溶解度和温度的关系
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树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.12.1820.12.18Friday, December 18, 2020
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人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。21:21:0021:21:0021:2112/18/2020 9:21:00 PM
O2
[H]
表层致密的 Al2O3膜
Al2O3
c） 当温度＞900℃时，
γ－ Al2O3 转变为α － Al2O3 ， 比重变大，膜开裂，α － Al2O3
静
膜下沉，铝液夹杂增多。所以必须低温熔炼。
铝合金精炼目的和方法
的 ：去Al2O3和[ H ] 法：
吹泡法：形成不溶 反应的气泡。 铝的和气泡的氢分压：
来源： 碳氢化合物的分解 危害：凝固时析出H，产生气泡：
有Cu2O时产生水气泡。 排除方法： 1） 氧化除气法：
原理：氫氧平衡：[O][H]2 = K
所以： [O] [H]
方法：加入氧化剂： MnO2，高
铜除气[ H ]
[H]
Cu：6/100g Al： 2/100g
Cu：2/100g Al： 0.14/100g
钢包吹氩和喷吹
LF
工艺优点：
精炼功能强，适宜生产超 低硫、超低氧钢
具备电弧加热功能，热效 率高，升温幅度大，温度控制 精度高
具备搅拌和合金化功能， 易于实现窄成分控制，提高产 品的稳定性
采用渣钢精炼工艺，精炼成本较低 设备简单，投资较少
CAS和CAS-OB
O2
工艺优点： ➢ 钢液升温和精确控制钢水
要求：1）成分合格：靠配料计算，注意烧损元素； 2） 温度合适：适中，720－750℃；
防
3） 含氢量[ H ]少；夹杂少（固相Al2O3）；
4） 进行变质（Al－Si合金Si量大于6%时）。
前二条是熔炼所有合金的共性，2，3条是铝合金 的特性，也就是重点。
熔炼特点
1）吸氢：夹杂
Al (固)＋ H2O － Al（OH）3 ＋ [ H ]