金属的熔炼与凝固三有色金属及合金熔体的净化
铝合金熔炼和净化PPT课件
含量少。
3、变质和孕育良好。
氧化物和氢的来源及危害
来源统化：称夹液为杂态非物铝金和与属氢O夹来2 N杂自2 S物铝C及液等氧和元化氧素膜及发。水生其汽化中的学氧反反化应应膜。生（成A的L2O化3）合对物金及属混污入染的为其最它大夹。杂氧物
自发成核：只依靠液态金属本身在一定过冷度条件下形成晶核。
以外来固体质点的表面为基础的外延长大，实际生产条件下形核都是非自发形核，其要求过冷度远小于自发形核。
非自发成核:依附于固态质点表面而形成晶核的过程（在晶体结构上与结晶金属相近的杂质，称活性杂质如铝合金中的TiAL3;称活化了的
某些难溶杂质；
铝合金加热过程中表面氧化随温度升高而加剧，生成的AL2O3致密地覆盖在表面阻止继续氧化，但当温度超过900摄氏度时其致密成度
合、化分、溶解、扩散等过程：
氧化夹杂物和氢来自铝液和氧及水汽的反应。
由于β相中含铝极少，所以可用Si来表示。
2％，抗拉性能高不形成大块的铁化合物。
由于电磁搅拌缩短了整体温度均匀时间，降低了金属液面的温度，由于在搅拌时基本不破坏熔体表面氧化层，从而可减少熔体的氧化
损失。
05％，β相是铝溶于硅形成的固溶体。
合金中各种成份的特性及作用
• Si（硅）流动性好，改善充型能力，在结晶过程中散发出大量热。几 乎不收缩，减少了合金收缩率减少缩孔、缩松及热裂倾向，提高气密 性。在变质后提高强度，有耐磨性和抗腐蚀性。增抗拉强度降低延伸 率。当含量在5％时有流动性，占6％时无热裂，占9％时无疏松，占 14％时变质不起作用。
量小于0.2％，抗拉性能高不形成大块的铁化合物。
铝硅系合金：为共晶成份。铸造性能良好。很小的结晶温度 间隔（硅凝固潜热很大为393卡/克，铝仅为94卡/克）和较大
金属熔炼与铸锭 第五讲 有色金属及合金熔体的净化
与悬浮状态的夹渣相遇时，夹 渣便可能被吸附在气泡或熔剂 表面而被带出熔体。
驱动力：界面能降低
润湿角
θ<90° 能够吸附或润湿 θ>90°吸附或润湿较弱
熔剂滴(或气泡)与固体夹渣间吸附时的能量条件
除渣精炼
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
吸附作用—熔剂
根据夹杂物与金属熔体的相对比 重不同，可分别采用上熔剂法和 下熔剂法。
上熔剂法：夹渣的比重小于金 属熔体，多聚集熔池上部及表面 ，此时应采用上熔剂法。(重有 色金属及钢铁)
方法四：氧化除气
同时存在于铜液中的氢和氧有一定的比例关系，氧 化法除氢就是有意识提高熔体中氧含量，降低氢含量。
举例说明
向铜液中吹入氧气，大量的铜将被氧化：
4Cu+O2=2Cu2O 生成的Cu2O溶于铜液中，随后Cu2O又与铜液中 的氢发生反应：
Cu2O+2[H]=2Cu+H2O↑
本方法仅适用于紫铜的精炼
下熔剂法：夹渣的比重大于金 属熔体，采用下熔剂法。(镁及 镁合金)
全熔剂法：熔剂均匀分布于熔 体中。(铝合金)
熔剂法除渣示意图 (a)上熔剂法；(b)下熔剂法
1－熔剂；2－熔剂夹渣
除渣精炼
影响吸附的因素
熔剂的吸附能力取决于化学组成。 对铝合金，在其他条件相同时，氯化物的
吸附能力比氟化物好； 碱金属氯化物比碱土金属好； 氯化钠和氯化钾的混合物比纯氯化物好； 在氯化钠和氯化钾的混合物中加入少量氟
解决措施
精心备料、严格 预防 控制熔化、采用
覆盖剂 在熔炼后期进行 补救 脱气精炼，降低
熔体中气体含量
脱气精炼
目的与方法
目的：脱除溶解于金属中的气体。
脱气途径
有色金属加工-熔炼与铸锭..
金属液中气体的溶解与检测
熔体中溶解的气体：H2（70~90%）、CO2、 CO、N2、CnHm 气体的溶解机理：与金属有一定结合能力的气 体，都能不同程度溶解于金属熔体；与金属无 结合能力的气体，不溶解于金属熔体，只被吸 附 熔体中气体的危害：引起铸锭产生气孔或组织 疏松 气体含量测定：第一气泡法
铝合金牌号
铝合金牌号
1xxx系 2xxx系 3xxx系 4xxx系 5xxx系 6xxx系 7xxx系 8xxx系 9xxx系
镁合金牌号
产品牌号以英文字母加数字再加英文字母的形式表示 。前面的2位英文字母是其最主要的合金组成元素代 号(元素代号符合表1的规定)，其后的2位数字表示其 最主要的合金组成元素的大致含量。最后面的一个英 文字母为标识代号，用以标识各具体组成元素相异或 元素含量有微小差别的不同合金
火焰炉
感应炉
熔炼炉的结构
电阻反射式熔炼炉：通 过电热体放出的热量加 热炉顶和炉墙，热量再 由炉顶、炉墙以辐射方 式传递给被加热的物料， 使之不断升温熔化 固定式方形电阻反射炉 结构：炉壳、炉基、炉 底、炉墙、炉顶、炉温 控制和测量系统
静置炉
用于接受在熔炼炉中熔炼好的熔体，并在其中 进行精炼、静置和调整熔体温度，在铸造过程 中对熔体起保护作用 电阻反射炉作静置炉
确定炉料组成和配料比的基本原则
炉料组成：构成炉料的各个品种和每个品种的 品位 配料比：一炉炉料中每一种炉料所占的比例 原则：
成分原则 质量原则 工艺原则 经济原则 物料平衡原则
铝的熔炼净化
铝及铝合金的熔炼及净化铝合金的熔炼是一个繁杂的过程，它包括铝合金的熔化、合金化、成分调整和净化处理等工艺。
大体说来要经过以下程序：烘炉---- 使炉体充分干燥，防止使用时释放出水气而导致氢含量增加，特别是新炉更应彻底烘烤。
洗炉---- 如果炉子不是熔化某一合金专用的，从一种合金转到不同牌号的另一种合金时应彻底清洗，以免不同牌号合金的元素相互污染。
特别是熔炼某些高品位的合金制品时，应格外注意。
配料---- 优化配料，节省新料的用量。
这就要求废料严格按品位分类保管，存放处应保持清洁、干燥，切勿把水或其他杂物混入废料中。
来路不明的废料成分复杂，一般需复化后使用。
装炉---- 装料速度要快，减少热量散失。
先装小料、碎料，再装大块料。
易熔的在下，难溶的在上。
为防止炉料的烧损，有时要撒些覆盖剂在炉料上面。
熔化---- 其核心就是如何提高热效率，加快熔化速度，减少铝的烧损。
这已成为一个专门研究课题。
扒渣---- 如果浮渣较多，粘度较大，应加入适量打渣剂，减少渣中铝含量，松散铝渣容易扒出。
搅拌---- 搅拌有两个作用，一是使成分均匀，二是使温度均匀。
分析---- 确定熔体中已有的合金元素含量，取样应有代表性，真实性。
合金化—根据分析结果，不足的按计算量加入合金元素，超量的—如果不太多的话，可加铝冲淡分析---- 再次分析是为了确认合金化后的铝中，各合金元素是否达到要求。
没达到的组分要补足。
精练---- 此时应加入精练剂、打渣剂进行炉内净化处理。
如果静止后直接浇注，此时可加细化剂。
倒炉---- 熔炼好的铝熔体转移到静止炉中保温，熔化炉中喷撒清炉剂，除去炉壁和底部积渣。
炉外精练--- 铝熔体由静止炉出来，经由旋转除气、泡沫陶瓷板过滤等直达铸造台。
在铝熔体进入除气箱前加入AlTiB杆晶粒细化剂。
第一部分添加剂与铝合金的熔炼合金种类的多样性在纯铝中加入一定量不同种类的合金元素，就可以配制成各种不同的铝合金。
大多数金属元素在铝中的溶解度随温度升高而增加。
金属冶炼中的精炼与纯化技术
真空法
真空法是一种在真空环境下进行金属冶炼的精炼技术，通过降低压力和升高温度，使杂质挥发或与纯 金属分离。
真空法常用于高熔点金属如钛、锆、铌等的冶炼。在真空环境下，降低压力可以使得杂质气体更容易 挥发，同时升高温度可以促进杂质与纯金属之间的化学反应，使杂质被去除。真空法的优点是能够获 得高纯度的金属，但工艺复杂、能耗高，且需要高度密封的设备和严格的真空环境控制。
铸锭或铸件
将处理后的金属液浇注成锭或 铸造成所需形状的零件。
金属冶炼中的精炼与纯化技术的重要性
提高产品质量
通过精炼与纯化技术，可以去除金属中的杂质，提高产品 的纯度和质量，满足不同领域的需求。
节约资源
在金属冶炼过程中，充分利用精炼与纯化技术，可以减少 废料的产生，节约资源和能源，降低生产成本。
增强产品性能
01
02
03
提纯
通过纯化技术将有色金属 中的杂质降低到最低限度 ，提高金属的导电性、耐 腐蚀性和延展性。
合金制备
在有色金属工业中，精炼 与纯化技术用于制备各种 合金，以满足不同领域的 需求。
循环利用
对废旧有色金属进行回收 和再利用，通过精炼与纯 化技术提取有价值的金属 元素。
精炼与纯化技术的未来发展与挑战
技术创新
随着科学技术的不断进步，精炼与纯化技术将不断创新和完善， 提高金属产品的质量和性能。
环保要求
在可持续发展背景下，精炼与纯化技术需要更加注重环保和资源循 环利用，降低能耗和减少排放。
市场竞争
面对激烈的市场竞争，精炼与纯化技术需要不断提高生产效率和降 低成本，以保持竞争优势。
05
结论
精炼与纯化技术在金属冶炼中的地位和作用
目的
金属冶炼的主要目的是为了获得高纯度、高质量的金属 或合金，以满足工业、科技、军事等领域的需要。
铝合金熔体净化工艺概述
陶瓷泡沫是近年来发展起来的新型陶瓷过滤材料，它是由氧 化铝和氧化铬等组成的陶瓷浆料，借助聚氨酯泡沫成型，再经干 燥、烧结而成。孔隙率高达 80%～90%。它的特点是使用方便， 过滤效果好，过滤时不需要很高的压头，价格便宜。
但陶瓷泡沫较脆，易破损，通常只能使用一次。为了增加过 滤效果，可采用双级过滤法，如DFU法等。
3、熔剂法
熔剂法是将熔剂加入到熔体内部，通过一系列物理化学作用，达到除气 除杂的目的。
熔剂的除杂能力是由熔剂对熔体中氧化夹杂物的吸附作用和溶解作用以 及熔剂与熔体之间的化学作用所决定的。因为氧化夹杂物是不被铝液润湿的， 二者之间的界面张力很小。
熔剂吸附熔体中的氧化夹杂后，能使系统的表面自由能降低，因此，熔 剂具有自动吸附氧化夹杂的能力，这种吸附作用是熔剂除杂的主要原因。熔 剂和夹杂物之间的界面张力愈小，而溶剂和金属的界面张力及铝液和夹杂物 之间的界面张力愈大，则熔剂的吸附性愈好，除杂作用愈强。
5、提高铝熔体净化效果的主要途径
避免片面追求低氢含量的倾向，才有利于开发研制更为有效的铝液净化新 技术。
在以除杂为主的净化方法中，过滤法一般是在除气后浇注前进行的（如 过滤网安放在浇口或流槽等处），其除杂机理主要是机械的和物理的作用， 对悬浮在熔体中微细夹杂的排除作用并不显著，并且该法难以实现先排杂后 除气的原则；
熔剂对氧化物的溶解作用是由熔剂的本性所决定的，通常，当熔剂的分 子结构与某些氧化物的分子结构相近或化学性质相近时，在一定温度下可以 产生互溶。
熔剂的除气作用主要表现在三个方面： 1）随络合物的除去而除去被氧化夹杂所吸收的部分络合氢； 2）熔剂产生分解或与熔体相互作用时形成气态产物，进行扩
散除氢，如产生AlCl3、N2、CO2和SiF4等； 3）由于熔体表面氧化膜被溶解而使得溶解的原子氢向大气扩
熔炼、铸造和均质的基础理论
有色金属熔炼和铸造一． 基本原理1．熔炼和铸造的定义：熔炼的含义:就是将各种胚锭通过加温重熔的方法,实现由固态向液态转变的同时,进行合金化的过程.在熔炼的过程中,将实现净化除杂的目的.铸造的含义:将符合铸锭要求的金属熔体通过转注工具浇入到具有一定形状的铸模 中，使熔体在重力场或外力场的作用下充满模腔,冷却并凝固成型的工艺过程.它不仅要实现外部定型,而且还要实现对内部的微观组织结构的调控.二． 铝及其合金的熔炼1．熔炼的传热过程铝的熔点虽然很低（660℃），但由于熔化潜热（395.56kJ/kg）、固态热容（1.1386kJ/kg. ℃）和液态热容（1.046kJ/kg. ℃）都较高，而铝的黑度是铜铁的1/4，所以铝熔炼耗能大，很难实现理想的热效率。
热的传递方式有三种，传导、对流和辐射。
要提高金属的受热量，一方面提高炉温，这对炉体和熔体都不利，另一方面铝的黑度小，故提高辐射传热也是有限的，因此只能着眼于增大对流的传热系数（αc）,它与气流速度的关系：αc=5.3+3.6v[kJ/(m2 h.℃)] V<5m/s时αc=647+v0.78 [kJ/(m2 h.℃)] V>5m/s时可见提高燃烧的气流速度是有效的。
2．合金元素的溶解和蒸发熔炼温度下（700℃）几种元素在铝中的扩散系数为（cm2/s）：Ti：0.66，Mo：1.38（760℃），Co：0.79，Ni：1.44，Si：14.4，通常情况下，与铝形成易熔共晶的元素，一般较易熔解，与铝形成包晶转变的，特别是熔点相差大的元素较难于溶解。
在相同溶解条件下，一般蒸气压高的元素容易挥发，可把常用的铝合金分为两组：Cu、Cr、Fe、Ni、Ti、Si、V、Zr等元素的蒸气压比铝的小，蒸发慢，Mn、Li、Mg、Zn、Na、Cd等元素蒸气压比铝的大，容易蒸发，在熔炼过程中损失较大。
3．熔炼的吸气过程铝—氧反应金属以熔融态或半熔融态暴露于炉气中并与之相互作用时间越长，往往造成金属大量吸气，氧化和形成其它非金属夹杂，其反应分为：吸附、界面反应和熔解（扩散）。
铜合金的精炼与净化技术
未来研究方向与展望
深入研究铜合金精炼与净化的 物理化学机制，为新技术的研 发提供理论支持。
加强铜合金精炼与净化过程中 的环保技术研究，降低生产过 程中的环境污染。
拓展铜合金在新能源、高端制 造等领域的应用，提高铜合金 产品的附加值和市场竞争力。
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铜合金的精炼与净化技术
汇报人：可编辑 2024-01-06
目 录
• 铜合金精炼与净化的重要性 • 铜合金的精炼技术 • 铜合金的净化技术 • 精炼与净化的工艺流程及优化 • 精炼与净化的效果评估及未来展望
01
铜合金精炼与净化的重要性
铜合金的应用领域
01
02
03
电气行业
铜合金因其优良的导电性 能，广泛应用于电线、电 缆、变压器等领域。
化学精炼
化学精炼是通过化学反应将铜 合金中的杂质转化为可溶性物 质，再通过洗涤、过滤等方法
将其去除。
在化学精炼过程中，需要选择 适当的化学试剂和反应条件， 以确保杂质的有效转化和去除
。
化学精炼的优点是操作简便、 净化效果好。
化学精炼的缺点是试剂消耗量 大、废液处理难度大。
其他精炼方法
01
其他精炼方法包括物理精炼、机械精炼等，这些方法在特定情 况下可能会得到应用。
耐腐蚀性能测试
通过电化学腐蚀试验、盐雾试 验等方法评估铜合金的耐腐蚀
性能。
技术发展现状与趋势
1 2
传统精炼技术
采用电解、熔融、真空蒸馏等方法去除铜合金中 的杂质元素，但存在能耗高、效率低等缺点。
新型精炼技术
如超声波振动精炼、磁场精炼等，具有节能、高 效、环保等优点，是未来发展的趋势。
3
智能化控制
金属的熔炼与凝固三有色金属及合金熔体的净化
澄清除渣原理
• 球形固体夹杂颗粒在液体中上浮或下沉的速度服 从Stokes定律：
v 2r2(2 1)g 9
• 式中v为夹杂物上浮或下沉的速度； η为金属液 的粘度；r表示球形夹杂半径; ρ1为颗粒的密度， ρ2为金属的密度，g是重力加速度。
澄清除渣原理
• 夹渣的上浮或下沉速度与两者的比重差成正比， 与熔体的粘度成反比，与夹渣颗粒半径平方成正 比。
• 如冰晶石能溶解约18.5%的Al2O3。 通常认为，冰晶石是溶解Al2O3的最好熔剂。
4.1.2.4 过滤除渣
• 目前，材料生产中难度最大的课题之一是 饮料罐的深冲和箔材的加工问题。熔体中 残留微米级的夹渣就会给加工带来不良影 响。
• 上述几种精炼法对于与熔体密度相差不大、 粒度甚小而分散度极高的非金属杂物是无 能为力的。因此，各种物理过滤除渣法就 应运而生。
过滤法是让铝合金熔体通过中性或者活性材 料制造的过滤器，借以分离悬浮在熔体中的 固态夹杂物的净化方法，主要包括玻璃丝布 过滤、刚玉微孔陶瓷管过滤、陶瓷泡沫过 滤等。
有色金属及合金熔化的净化 4.3 镁及镁合金的熔体净化
4.3.1 熔体的特性
• 镁的化学活性很强，在空气中易氧化，在 原镁生产、合金熔炼及合金化过程中易产 生大量的夹杂物并带入大量的气体，由于 夹杂物和杂质会严重影响镁合金的机械性 能和抗腐蚀性能, 所以在镁合金再生过程中 需要通过熔剂精炼、熔体静置等工艺以净 化镁合金熔体。
• 吸附净化主要利用精炼剂的表面作用 • 向金属熔体中导入惰性气体或加入熔剂产
生中性气体，在气泡上浮过程中，与悬浮 状态的夹渣相遇时，夹渣便可能被吸附在 气泡表面而被带出熔体。
• 气泡或熔剂之所能吸附熔体中的非金属夹杂物， 是受界面能的作用，驱动力是界面能的降低。
第二讲有色金属压力加工
连续铸造生产工艺
（1）.类型：连续铸轧、连铸-连轧、水平连 铸 以上三种类型中，以连续铸轧法的应 用最为广泛，特别是在铝、铜合金的板带 箔材生产上应用最多。连铸-连轧法以其生 产能力大，合金品种多的优势也在逐步得 到推广。
（2）工艺参数选择的影响因素： 冷却速度、 铸造速度、 铸造温度、 结晶器的有效高度 熔体转注方式 铸造开头结尾的条件 弄清工艺参数及铸锭质量的关系与其变 化规律，是选择铸造工艺参数的基本依据。
炉子准备与操作
• 1.准备：自然干燥、烘炉、洗炉和清炉。 • 2.制定烘炉制度的原则及烘炉时注意问题。 两个参数：烘炉时间长短和升温速度 原则： (1)结构复杂的炉子烘炉时间宜长，升温速 度宜坦。 （2）有相转变并伴有随体积急剧变化和含有结 晶水的耐火砖，升温速度宜侵，保温时间宜长。 (3)干砌的炉子，升温速度可快一些；湿砌的炉子 及自然干燥时间不充分的炉子，应延长低温烘炉 时间，并降低低温阶段的升温速度。 (4)对于生产高质量熔体的炉子，其烘炉保温时间 宜长一些。
本章完
第二章铸锭及锭坯处理
• • • • • 一、铸锭的结晶 二、铸造方法及选择 三、连续铸造生产工艺 四、设备与操作 五、铸锭缺陷
铸锭的结晶
• 1、过程：用连续铸造法或金属模浇铸法生 产有色金属及合金铸锭时，铸锭的结晶过 程是从铸锭表面向中心，由底部向上部逐 渐扩展的。 • 2、液穴： 被结晶前沿和铸锭敞露液面所包 围的液体金属部分，称为液穴。在外界相 同条件下，液穴深度取决于合金本性．对 于同一种合金，液穴深度与铸造速度成正 比，与铸锭直径的平方成正比。
熔炼工艺过程
• 过程： 装炉→熔化→扒渣→加合金元素→搅拌
→取样→调整成分→搅拌→精炼→扒渣→转炉→ 精炼及静置→铸造。
有色金属熔炼与铸锭资料课件
有色金属熔炼与铸锭 资料课件
REPORTING
CATALOGUE
• 有色金属熔炼基础
PART 01
有色金属熔炼基础
熔炼的基本概念
熔炼定义
熔炼是有色金属生产中重要的一步，它涉及到将原料加热至熔融状态，通过化学反应和 物理作用，将杂质去除并使金属或合金成分均匀混合的过程。
铸锭的结晶过程
01
02
03
结晶过程
金属熔体在冷却过程中， 原子或分子的排列从无序 状态逐渐变为有序状态， 形成晶体的过程。
结晶温度
金属熔体结晶速率
结晶过程中晶体生长的快 慢，受到冷却速率、过冷 度等因素的影响。
铸锭的宏观组织形成与控制
宏观组织
铸锭中晶体的分布、大小、 形状等宏观特征。
反应的可能性与方向，而动力学则研究反应速率与过程控制因素。
熔炼过程中的热力学与动力学
热力学在熔炼中的应用
热力学的主要任务是研究熔炼过程中能量的转化与物质平衡的问题。通过热力学分析，可 以确定熔炼过程的自发性和方向，以及反应的标准摩尔焓变、熵变等参数。
动力学对熔炼过程的影响
动力学研究反应速率和反应机制的问题。在熔炼过程中，动力学因素决定了反应的快慢和 进行的程度。通过控制熔炼温度、搅拌速率等参数，可以调节反应速率，优化熔炼过程。
微观偏析
金属熔体在结晶过程中，由于溶质再分配导致晶 体内部化学成分的不均匀性。
PART 04
有色金属熔炼与铸锭中的 问题及解决策略
杂质与夹杂物的控制
控制方法
选用纯净的原材料，加强原材料 的保管和运输，采用合理的熔炼 和浇注工艺，以及进行有效的精 炼处理。
实例
采用电渣重熔、真空熔炼等方法 去除杂质与夹杂物，提高金属纯 净度。
铝合金熔炼和净化
铝合金熔炼和净化1 原材料准备——配料卡片——备料（料斗）——装炉（熔炼炉）——熔化——扒渣——取样——加合金调整成分——电磁搅拌——取样（符合标准）——放流（保温炉）。
2 铝液净化：防排—溶剂（2﹟溶剂），喷粉精炼，气泡浮游法，过滤法。
3 铝液变质和细化：Sr变质，Ti细化。
4 铝屑和铝灰处理:要把三级料及更低级料复化成复化料方可使用。
5 ZL101合金：在700℃时比重为2.4g/cm3，阻力系数µ为1.27,动力粘度η为0.023g/Cm·S，固态理想密度为2.68克/立方厘米，固相线温度及液相线温度555℃-615℃。
6 Si（硅）流动性好，改善充型能力，在结晶过程中散发出大量热。
几乎不收缩，减少了合金收缩率减少缩孔、缩松及热裂倾向，提高气密性。
在变质后提高强度，有耐磨性和抗腐蚀性。
增抗拉强度降低延伸率。
当含量在5％时有流动性，占6％时无热裂，占9％时无疏松，占14％时变质不起作用。
Mg（镁）使合金抗拉强度增加，降延伸率。
在合金中与硅形成Mg2Si相，在亚共晶合金中经淬火和时效处理后，机械性能（抗拉强度和延伸率）显著提高。
切削性能有所改善，过高会促进合金吸气氧化，是强化相。
Sr（锶）变质是其吸附在Si的晶坯上，使晶坯难以成核成大；变质使共晶体中Si呈细小粒状分布，因而改善了合金的力学性能。
Sr是长效变质剂（6-8小时），以铝锶中间合金（Sr 占10％）加入进行变质处理使合金中的硅以粗大片状组织变为细粒化组织，变质良好时在金相观察α枝晶网及共晶硅质点小，硅呈细小分布，使合金的机械性能特别是延伸率得到显著提高。
Ti（钛）：加Ti以细化剂原子与被细化合金元素原子间的电子交换，以细化剂原子为基形成动力学上的化合物，即形核初始状态的形成。
少量钛能细化合金晶粒组织，提供结晶核心，过多易聚集长大成渣。
Fe（铁）：含量高时形成β相（AL9Fe2Si）和AL8FeMg3-Si6相，铁相脆而硬，以粗大的针状穿过晶粒，大大削弱基体，降低合金抗拉强度和延伸率，降低流动性，不利充型，降低抗腐蚀性能，但能改善粘模。
铝合金熔体净化工艺概述
现代铝熔体熔剂净化机制认为: 只有首先着眼于铝液中氧化 夹杂物Al2O3为主的净化, 有效地降低夹杂含量, 尤其是悬浮在铝 液中的弥散状的夹杂物数量, 才能防止铝液增氢, 消除去氢障碍, 从而获得纯净的铝液, 浇出健全的铸件。
铝液表面氧化－吸氢现象和炉气中的PH2O及液面扰动程度有 关, 当净化温度不变, 表面Al2O3膜破裂时, 产生水气和铝液的反 应:
2Al+3H2O → Al2O3 +3H2 生成新的氧化膜, 氢溶入铝液中, 这一过程周而复始地循环 着，液面不断被更新, 污染。更新频率越高, 吸氢、造渣就越严 重。这就是单管或多孔吹头的缺点。
二、铝合金净化原理 1、去氢动力学条件
可归根为两条： 铝液中的空隙率； 气-液两相接触面积。
空隙率和气-液两相接触面积越大, 去氢动力学条件越好。 2、污染－净化动态平衡
去氢净化过程实际上由铝液内部去氢净化过程和铝液表面氧 化－吸氢过程即污染过程所组成, 净化效果由这两个方向相反的 过程的动态平衡所决定，人们往往只注意去氢净化过程而忘记表 面氧化－吸氢过程，因而得不到理想的效果。
4、铝合金精炼应遵循的原则：
消除气孔和氧化夹杂的工艺原则，可以概括为： “防”、“排”、“溶”三个字。 “防”就是严防水气及各种脏物进入熔池中。 “排”就是排除铝液中的氧化夹杂和氢气。 “溶”就是使铝液中的氢在凝固时能部分地甚至全部地固溶在合金
组织中, 不致在铸件中生成气孔。 安排和选择“防”、“排”、“溶”三套工艺措施在熔炼工艺上必
吸附净化方法有：吹气法、过滤法、熔剂法等。
铝合金熔体净化方法众多，按作用机理特征，可归纳如下：
金属的熔炼与凝固(十四)
铸造
常用的铸造方法有立式半连续铸造、固定模水平连续铸造、活动 模连续铸造和水冷模铸造四种。
(1)立式半连续铸造法。能生产多种合金成分和多种规格的扁锭、 空心圆锭、实心圆锭，并适于多模铸造，应用最广。根据结晶 成形方法，又可以分为使用普通水冷结晶器的铸造法、在水冷 结晶器上部设有绝热保温帽的热顶铸造法和不用水冷结晶器， 而用电磁力来保持铸锭断面形状，然后直接水冷成形的电磁铸 造法等三种。其中结晶器铸造法设备简单，但铸锭内部组织和 表面光洁度都不如后两种好。电磁铸造法铸出的扁锭，表面平 滑，一般不需铣面和铣边即可轧制，能提高成品率，但设备费 用高，适用于大批量生产。
均热炉
• 加热方式有电阻和火焰两种，均采用炉内 热风强制循环，以提高加热速度。均热炉 结构形式有立式和卧式两种，立式多为地 坑式，用车间吊车装出料；卧式多用台车 装出料。生产建筑铝型材用的圆锭，均热 后要快速冷却，炉子一般须设均热和快速 冷却两个工作室。共用一套装出料机构。
铸锭机械加工
连铸或半连续铸造的铸锭，锯去头尾疏松 部分并切成定尺，根据合金品种和产品用 途，大部分扁锭需双面铣削，有的还需边 部铣削；硬合金圆锭要车皮，空心圆锭还 要镗孔。当铸锭供应外厂需要进一步加工 时，表面铣削工序一般在板带或管棒型车 间进行。
金属的熔炼与凝固
第十四讲 常见有色金属及合金的熔铸
大纲
• 铝及铝合金的熔铸 • 镁及镁合金的熔铸 • 铜及铜合金的熔铸
铝及铝合金的熔铸
熔铸是铝加工的第一道工序，为轧制、锻造、 挤压等生产提供合格的锭坯，铸锭质量的高低直接 与各种铝材的最终质量密切相关。90年代以来，国 内熔铸技术得到了迅速的发展和提高，某些方面甚 至达到了国际先进水平，如西南铝的在线除气和氢 含量检测等。但在整体上，我国的熔铸技术水平同 国际先进水平相比，还有较大的差距。
浅谈铝及铝合金熔体中的熔体净化方法
浅谈铝及铝合金熔体中的熔体净化方法来源：艾特贸易网熔体净化就是利用物理化学的方法和相应的工艺措施，除掉液态金属中各种杂质以获得成分符合要求的金属熔体的工艺方法。
随着铝合金应用领域越来越广泛以及高性能铝合金的研制与问世，对铝合金熔体的净化技术提出了越来越高的要求。
铝熔体净化的方法很多，不同的方法有各自的优缺点，实际生产中应根据原料所含杂质情况及对产品的质量要求进行合理选择。
如果按净化工序所在位置，铝熔体净化方法可分为炉内精炼和炉外净化过程。
炉外净化过程也称在线精炼，就是从熔炼炉流放出的金属熔体在铸造成形之前进行的连续净化处理。
因为铝合金熔体炉内处理，在熔体转注过程中又有二次污染的可能，为了提高净化处理的效果和保证熔体成形前的质量稳定可靠，炉外连续净化处理得到了迅速发展。
根据对铸锭质量的要求，炉外在线精炼可选择采用以脱气为主、以除去非金属夹杂为主或同时兼顾脱气和除渣等不同工艺。
目前方法主要有：玻璃丝布过滤法、泡沫陶瓷过滤法、无烟连续脱气和净化法、旋转喷嘴惰性气体浮选法。
如果按净化处理的主要杂质种类，铝熔体净化方法可分为除渣精炼和脱气精炼。
(1)铝熔体的除渣精炼。
铝合金中的非金属夹杂主要是氧化物、氯化物、氮化物、硫化物以及硅酸盐等，它们大都以颗粒或薄膜状的独立相存在，对铝合金及制品性质产生很大的影响。
目前，普遍采用的除渣精炼方法主要有静置澄清法、浮选法、过滤法和熔剂法。
前三者分别利用密度差、吸附作用以及机械过滤作用的原理进行除渣。
而熔剂净化法则是在熔体中加入适当的熔剂，与熔体中的杂质发生物理化学反应，生成轻质固相组分进入渣中，在除渣操作中予以排除，使熔体得以净化。
(2)铝熔体的脱气精炼。
铝合金熔体中的气体主要是氢、氧、氮三种气体，而氢占80%~85%，因此，脱气精炼主要是指从熔体中去除氢气。
在熔炼过程中，必须尽可能地降低熔体中的氢含量，否则在铝合金制品中会出现气孔、缩孔、疏松等缺陷，影响制品的使用性能。
金属的熔炼与凝固(二)
3.4.2 气体的来源
1）来自炉料本身的气体 H2O 2)来自炉气的气体 非真空熔炼 3）来自耐火材料和工具的气体 4）来自浇注过程的气体
3.4.3 气体的溶解度及影响因素
3.4.3.1 气体的溶解度
在一定的温度和压力条 件下，金属吸收气体 的饱和浓度。
A1
ln S
T
B
ln 2
PH 2
3.4.3.2 影响气体溶解度的因素
1）压力的影响 2）温度的影响 3）合计元素的影响
3.4.4 熔体的吸气过程
• 吸附阶段（物理吸附）。即大气中的气体分 子受固体或液体表面上原子的吸引力作用形 成的，其过程是范德华力引起的。对于金属 而言，物理吸附只在低温时发生，高温时可 以忽略。
• 离解阶段（化学吸附）。吸附取决于气体和 金属元素之间的亲和力的大小，若亲和力大 为化学吸附，若亲和力小则为物理吸附。化 学吸附的速度随温度的升高而增大。
k KACo2
式中K为反应速度常数；A表示反应面积； 为金属一氧化化腊界面上氧的浓度。
• 金属氧化过程由上述三个环节构成。然而 各个环节的速度是不相同的，总的反应速 度将取决于最慢的一个环节，即限制性环 节。
• 在金属熔炼过程中，气流速度较快，常常 高于形成边界层的临界速度，因而外扩散 一般不是限制性环节。内扩散和结晶-化学 变化两个环节中哪一个是限制性环节，这 取决于氧化膜的性质。
• 金属的氧化趋势可以用氧化物生成自由焓变量 △G来表示。
• 氧化物的生成自由焓变量△G、分解压Po2、生成 热△H0以及反应的平衡常数KP是相互联系的。因 此通常用△G、Po2、△H0和Kp的大小来判断金属 氧化反应的方向、趋势和限度。
3.3.1 金属氧化的热力学条件和判据
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第三讲 有色金属及合金熔体的净化
大纲
➢熔体净化原理 ➢铝及铝合金的熔体净化处理 ➢镁及镁合金的熔体净化 ➢铜及铜合金的熔体净化 ➢熔炼过程的熔体保护
有色金属及合金熔化的净化 4.1 熔体净化原理
• 有色金属及其合金在熔炼过程中存在的气 体，非金属夹杂是导致铸件性能恶化，品 质下降的重要缺陷，同时夹杂有助于气孔， 疏松，裂纹的形成，影响有色金属的加工 性能及制品的强度。
在工业生产中，通常是把N2、Ar等惰性气 体通入熔体中，或将能产生气体的熔剂压 入熔体中。
由于气泡内部开始完全没有氢气，即氢分 压为零，而气泡周围的熔体中，氢的分压 >0,在气泡内外氢分压差的作用下，使溶解 的氢原子向熔体-气泡界面扩散，并在该处 复合氢分子进入气泡内，然后随气泡一起 上浮而自熔体逸出
• 当合金和温度一定时，由于熔体的粘度及熔体与 夹渣的比重差不会有很大变化，所以主要靠增大 夹渣尺寸与熔体分离。如夹渣以不同尺寸的颗粒 混杂存在，则较大颗粒上浮得快。在其上浮过程 中，将吸收其他较小夹杂而急速长大。
• 实际熔炼过程中，采用稍微过热的温度，增加金 属的流动性，对除渣有利
4.1.2.2 吸附除渣
• 熔剂的吸附能力取决于化学组成。如铝合金，氯 化物的润湿吸附能力比氟化物好，氯化钠和氯化 钾的混合物要比纯氯化物好，在氯化钠和氯化钾 的混合物加入少量氟化物如冰晶（Na3AlF6），其 吸附能力大为提高。
• 吸附净化主要利用精炼剂的表面作用 • 向金属熔体中导入惰时，夹渣便可能被吸附在 气泡表面而被带出熔体。
• 气泡或熔剂之所能吸附熔体中的非金属夹杂物， 是受界面能的作用，驱动力是界面能的降低。
• 通常用气泡或溶剂与非金属夹杂物的润湿性或接 触角来衡量、选择或匹配精练体系。
物形式排除。
脱气精炼
• 脱气精炼的主要目的就在于脱除溶解于金 属中的气体
• 根据脱气机理的不同，脱气精炼可分为分 压差脱气、化合脱气、电解脱气和预凝固 脱气等。
4.1.1 分压差脱气
气体的分压 铝及其合金从炉气中吸气的反应为： H2(g)=2[H]
[H ]2 K H pH2
CK P
式中C为气体的溶解度；K为溶解度常数；p为气 体分压。即双原子气体在金属中的溶解度与其分 压的平方根成正比，这就是著名的平方根定律。
4.1.1.4 化合脱气法
• 化合脱气法是利用在熔体中加入某种能与 气体形成氢化物和氧化物的物质，将金属 熔体中的气体脱除的一种方法。
• 如加入Li、Ca、Ti和Zn等活性金属形成LiH、 CaH2、TiH2、TiN、ZrN等化合物。这些化 合物的比重小且多不溶于金属液，易于通 过除渣精炼而排除。
4.1.2 金属的除渣精炼原理
• 新金属、粗金属、再生金属和各种回炉废 料都不同程度地含有杂质元素。 杂质往往随回炉重熔次数的增加而逐渐积 累起来。
• 杂质对金属材料的性能（含加工性能）大 都有不利影响。
• 精练的目的在于防止、除去金属吸收杂质 和减少污染。
4.1.2 金属的澄清除渣原理
• 比重差作用 当金属熔体在高温静置时，非金属夹杂物 与金属熔体比重不同，因而产生上浮或下 沉。 在一定的过热条件下，金属的悬混氧 化物渣可以和金属分离，这种分离作用也 叫澄清作用
4.1.1 分压差脱气
• 分压差脱气过程包括金属熔体中的气体原
子向熔体-气泡界面扩散；在熔体-气泡界面
发生2[H]={H2}反应和氢气进入惰性气泡内；
氢气随气泡上浮并自熔体逸出。
研
究表明，金属熔体中的气体原子向熔体-气
泡界面扩散是限制性环节。
4.1.1 分压差脱气
分压差脱气的热力学分析
H2(g)=2[H]
熔体净化的目的
• 有色金属及合金熔体净化就是利用物理化 学原理和相应的工艺措施，从熔体中除去 气体，夹杂物和有害元素，以获得纯净度 高的优良合金熔体
4.1.1 脱气精炼
• 一方面精心备料，严格控制熔化，采用覆 盖剂等措施以减少吸气
• 另一方面必须在熔炼的后期进行有效的脱 气精炼，使熔于金属熔体中的气体降到尽 可能低的水平
澄清除渣原理
• 球形固体夹杂颗粒在液体中上浮或下沉的速度服 从Stokes定律：
v 2r2(2 1)g 9
• 式中v为夹杂物上浮或下沉的速度； η为金属液 的粘度；r表示球形夹杂半径; ρ1为颗粒的密度， ρ2为金属的密度，g是重力加速度。
澄清除渣原理
• 夹渣的上浮或下沉速度与两者的比重差成正比， 与熔体的粘度成反比，与夹渣颗粒半径平方成正 比。
气体溶解度方程式
lnSTAB12lnPH2
式中 S─气体在金属中的溶解度，cm3/(100g) T─金属温度，K；
PH2─金属上方氢分压，Pa; A,B─常数
因此，适当地控制压力和温度就可以达到除气的目的
脱气精炼
气体从金属中脱除途径： • 气体原子扩散至金属表面，然后脱离吸附
状态而逸出； • 以气泡形式从金属熔体中排除 • 与加入的元素形成化合物，以非金属夹杂
4.1.1.2 预凝固脱气法
• （又称慢冷脱气法）在大多数情况下，气 体在金属中的溶解度随温度的降低而减少， 让熔体缓慢冷却到凝固，就可使溶解在熔 体中的大部分气体自行扩散逸出，然后再 快速重熔，即可获得气体含量较低的熔体
4.1.1.3 振荡脱气法 （振动除气）
• 金属液受到高速定向往复振动时，导入金属液中 的弹性波会在熔体内部引起“空化”现象，产生 无数显微空穴，于是溶于金属中的气体原子就以 空穴为气泡核心，进入空穴并复合为气体分子， 长大成气泡而逸出熔体，达到脱气的目的。 该法的实质就是瞬时局域性真空泡脱气法。振动 方法有机械振动和超声波振动两种。在功率足够 大时，超声波振动的空化作用范围可达到全部熔 体，不仅能消除宏观气孔，也能消除显微气孔， 提高致密度。此外还有细化晶粒作用。
在一定温度和实际分压下有： GG 0RTlnQ PRTlnP P H H 2 2,
PH要2及脱P气H，2’分必别须为平衡H2向的左蒸移气动压，和△实G际>分0，压即。：
PH
, 2
PH
2
因此，将溶解有气体的金属熔体置于氢分压很小的
真空中，或将惰性气体导入熔体，便提供了脱氢 的驱动力。
4.1.1 分压差脱气