有色金属熔炼的基本原理(上)

有色金属熔炼的基本原理
金属熔炼的主要是为了为铸锭提供高质量的金属熔体，研究其过程中的规律是必要的。

1.
在熔炼过程中，因为涉及到高温，所以难免会发生氧化，挥发等物理化学反应。

金属氧化会使得氧化烧损和非金属氧化物夹杂。

但是，氧化和挥发也有它们的好处，当然，如果合理的设计.
金属的氧化的趋势和程度主要取决于其氧的亲和力。

氧化物生成自由焓是一个衡量的标准，它的值越低（包括负数），则这种金属与氧的亲和力越大，反应也就越容易发生。

对于气-固多相反应中的氧化反应，反应首先在固体的表面进行，O2分子吸附然后在分解为原子，从物理吸附过度到化学吸附。

（一般在晶界或位错处形核）。

高温下的金属氧化速度主要是受到氧化膜的性质所决定的，与温度，面积，氧的浓度有关。

氧化过程：外扩散，内扩散，化学反应
在对于氧化动力的研究，Wagner指出，当氧化膜很致密时，氧化很大程度上取决于离子在氧化膜点阵中的扩散，氧化速率依赖于阳离子和电子各自的输送数目，氧化物的导电性，界面处扩散离子的化学势和厚度。

高温下，金属固体的氧化反应速率是受到氧化膜的控制，并且与温度，面积，氧气的浓度，金属的性质相关。

影响烧损的因素有：①金属氧化物的性质，α值的大小，②温度③炉气性质
应对的策略：选择合理的炉型，合理的工艺顺序，覆盖剂，控制温度，炉气，操作方法，加入活性元素改善α值。

金属的吸气性，主要是氢气。

在金属相变的时候氢的溶解度比较大，在凝固的时候，过饱和的氢就会析出，形成气孔。

气体存在与铸锭内的3种形式：固溶体，化合物，气孔
在熔炼过程中，最常见同时也是危害最大的就是水蒸气了。

其次是SO2,还有CO，CO2.
气体的来源可能是炉料，炉气，耐火材料，熔剂，精炼气体，操作工具。

金属的挥发性，主要取决于它的蒸汽压（温度越高，蒸汽压越大，挥发越快），温度，时间，合金的状态（熔点低的容易挥发，比如锌，相反，钨），浓度，炉气的性质与压力
金属的吸杂性。

杂质的吸收和积累主要是由于金属熔体和炉衬，炉渣，炉气吸收和操作工具相互作用。

使用熔剂要合理（铜要避免吸收磷，铝要避免吸收钠）
减少杂质可以采取以下的措施：
（1）选用化学稳定性高的耐火材料。

紫铜，黄铜，锡青铜，硅青铜可以使用硅砂炉衬（2）在可能的条件下采用纯度较高的新金属料
（3）火焰炉选用低硫燃料
（4）接触的工具
（5）变料或转换合金时，根据情况对炉子进行清洗
（6）辅助材料的选用
2．熔体净化技术
氧化精炼是最经济的同时也是最有效的一种方法。

但是应具备3个条件：一时基体金属氧化物能溶解于自身金属液中，并能氧化杂质元素，二是杂质元素氧化物不溶于金属熔体中，并容易与其分离，三是金属氧化物可用其他元素还原。

非金属夹杂：氧化物，硫化物，复杂氧化物，氯化物氟化物，硅酸盐
按照形态可以分为：薄膜状，团块状或颗粒状
除渣精炼的原理：
（1）密度差作用
（2）吸附作用
（3）
（4）化合作用氧化精炼实质上就是利用化合反应①当然，这种方法会造成熔体中的含氧量增加，因此脱氧是必不可少的步骤。

可以加入比基体金属和氧气的亲和力还要
高的物质，将基体金属氧化物还原，这种物质称作脱氧剂。

对于脱氧剂的要求除了
亲和力还有其残留量是无害的，熔点和密度合适，产物容易去除，无毒。

②脱氧的
方法有：沉淀脱氧，扩散脱氧，真空脱氧
（5）机械过滤作用
除渣精炼的方法影响因素：温度，熔剂（离子半径），时间（1）静置澄清法
（2）浮选法
（3）熔剂法
（4）过滤法
脱气精炼（主要是针对氢气）
前期：覆盖剂或者其它熔剂，工业参数要正确选择
后期：有效脱气
途径有三种：
一，气体原子扩散至金属表面，然后脱离吸附状态而逸出
二，以气泡的形式从金属熔体中排除
三，加入与金属中的元素形成化合物，以非金属夹杂物的形式排除
分压差脱气精炼方法：①气体脱气法②熔剂脱气法③沸腾脱气法（高锌黄铜）④真空脱气法在线精炼，电磁场精炼
3.成分控制
中间合金，使用它的目的是为了便于加入某些熔点较高且不易溶解或易氧化挥发的合金元素，以便准确控制成分。

中间相合金的制备①熔合法②热还原法③熔盐电解法④粉末法
熔剂（覆盖剂，精炼剂，氧化剂，还原剂）
铝合金常用50%NaCl+50%KCl作覆盖剂
对熔剂的要求：
（1）具有较强的吸附，溶解和化合造渣能力
（2）与金属熔体有较大的密度差
（3）与金属熔体间的界面张力要大，便于与金属分离
（4）具备较高的化学稳定性和热稳定性，不会对金属熔体造成腐蚀或者产生有害的气体，夹杂
（5）有较低的熔点，适当的黏度
（6）吸湿性小，蒸汽压低
（7）制造成本低
关于炉子的问题，实际生产中往往要在同一个炉子进行不同种类的金属的熔炼，因此合理的安排它们的顺序是非常有必要的。

黄铜：H96→H90→H85→H70→H68→H59→HPb59-1
工业纯铝：L1→L2→L3....... →L7
成分调整：补料，冲淡（就像充牛奶一样）。