鋁銅冶金及現(xiàn)代冶金技術(shù)

鋁銅冶金及現(xiàn)代冶金技術(shù)第1頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期四鋁冶金（Al2O3·3H2O）和Al2O3·H2O第2頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期四鋁冶金生產(chǎn)氧化鋁1）在高溫壓煮器中：Al2O3＋NaOH－NaAlO2＋H2O（1）（等于Al2O3進(jìn)入到溶液中，而SiO2，F(xiàn)e2O3等或反應(yīng)沉淀，或不溶成為渣）2）在NaAlO2溶液中加入Al（OH）3晶種并機(jī)械攪拌：NaAlO2＋H2O－Al（OH）3＋NaOH（2）3）煅燒Al（OH）3Al（OH）3－Al2O3＋H2O（3）500－550℃為γ－Al2O3900℃以上為α－Al2O3氧化鋁電解－熔鹽的電解法

Na3AlF6的作用

1）晶溫度938℃，電解溫度950－970℃2)Na3AlF6能熔10％的Al2O3Na3AlF6Al2O3第3頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

鋁合金固溶強(qiáng)化變形鋁合金鑄造鋁合金變形鋁合金:加熱可形成單相合金鑄造鋁合金：具有共晶組織－不可變形（Al－Si；Al－Mg；Al－Cu；Al－Zn）Al－Si鑄造鋁合金共晶點(diǎn)Si10％，當(dāng)Si大于6％時(shí)必須變質(zhì)。第4頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期四鋁合金的熔煉要求：1）成分合格：靠配料計(jì)算，注意燒損元素；2）溫度合適：適中，720－750℃；3）含氫量[H]少；夾雜少（固相Al2O3）；4）進(jìn)行變質(zhì)（Al－Si合金Si量大于6%時(shí)）。前二條是熔煉所有合金的共性，2，3條是鋁合金的特性，也就是重點(diǎn)。熔煉特點(diǎn)1）吸氫：夾雜Al(固)＋H2O－Al（OH）3＋[H]Al（OH）3－Al2O3＋H2OAl(液)＋H2O－Al2O3＋[H]Al＋CmHn－Al4C3＋[H]由于溶解度變化凝固時(shí)形成針孔[H]－H2防第5頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2）夾雜（Al2O3）；上述反應(yīng)形成的Al2O3細(xì)小，比重與Al相差不多，漂浮在鋁液中。3）夾雜和[H]的關(guān)系：a）表面的Al2O3膜能保護(hù)Al液不繼續(xù)被氧化；b)同時(shí)也使過(guò)飽和的[H]不能向大氣擴(kuò)散。c）當(dāng)溫度＞900℃時(shí)，γ－Al2O3轉(zhuǎn)變?yōu)棣粒瑼l2O3，比重變大，膜開(kāi)裂，α－Al2O3膜下沉，鋁液夾雜增多。所以必須低溫熔煉。

表層致密的Al2O3膜[H]O2Al2O3靜第6頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期四鋁合金精煉目的和方法目的：去Al2O3和[H]方法：1）吹泡法：形成不溶不反應(yīng)的氣泡。液鋁的和氣泡的氫分壓：[H]=k

(PH2)1/2，當(dāng)PH2＝0，[H]向氣泡擴(kuò)散，氣泡上升將H和雜質(zhì)帶出。采用的氣體有：N2，Cl2（Cl2，N2，CO）三氣。其中Cl2能和[H]直接反應(yīng)：Cl＋[H]＝HCl（氣），效果最好，勞動(dòng)條件最差。此外：ZnCl2＋Al＝ALCl3（氣）＋Zn。最清潔的是N2，但效果最差。排第7頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期四22.熔劑法：擴(kuò)散法原理：在液面上撒放熔劑：1）讓熔劑吸附Al2O3；2）破壞表面Al2O3的連續(xù)性，使[H]。對(duì)熔劑的要求：1）對(duì)Al2O3有吸附性；2）熔點(diǎn)低于鋁液，起覆蓋作用；3）比重輕，上浮在鋁液表面。熔劑種類(lèi)：NaCl，KCl和冰晶石（Na3AlF6）過(guò)濾，真空加壓：氫氣孔形成條件：PH2

＞Pa＋

γh＋2σ/γ

≈Pa；Pa越大，氫氣孔越難形成。快速凝固法。氫氣孔6.精練效果檢查：表面觀察法一點(diǎn)說(shuō)明：精練[H]，Al2O3排一即可，只防出現(xiàn)H2針孔。鋁熔煉要掌握一個(gè)“靜”字；具體內(nèi)容是“防，排，溶”三字。溶第8頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期四鋁硅合金的變質(zhì)處理目的－改變（α（Al）＋Si）共晶體中Si的形貌。效果－Si的形貌，三維的菜花狀變?yōu)闃?shù)枝狀，二維的片狀變?yōu)闄E圓狀。方法－NaF＋Al－AlF＋Na。Na溶在鋁液中。注意：1）變質(zhì)后要在20分鐘內(nèi)澆注完畢，否則失效。2）長(zhǎng)效變質(zhì)劑－Sr，Bi，Te。3）過(guò)共晶Si的變質(zhì)用P，但Na對(duì)過(guò)共晶Si無(wú)變質(zhì)效果，P對(duì)共晶Si無(wú)變質(zhì)效果。第9頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Cu合金和熔煉特點(diǎn)：1）導(dǎo)電性－用途占50％以上；2）導(dǎo)熱，無(wú)磁性，耐磨。所以一般不作為結(jié)構(gòu)材料。銅合金的分類(lèi)：－純銅－無(wú)氧銅－熔煉的難點(diǎn)－重點(diǎn)－銅合金：黃銅－以Zn為主

青銅：Sn為主的錫青銅和以Al為主的鋁青銅

白銅－以Ni為主。

第10頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期四純Cu熔煉－要求Cu99.994％相圖特點(diǎn)：1）含氧大于0.0036％出現(xiàn)共晶體；2）大于0.001％也會(huì)出現(xiàn)Cu2O。氧化特征：Cu2O沒(méi)有保護(hù)作用。至少氧小于0.0036時(shí)，生成的Cu2O是溶于α中。凝固：Cu2O＋[H]－Cu+H2O形成水氣泡。事實(shí)和理論上都表明：水氣泡是最主要的氣孔。任務(wù)：去Cu2O（脫氧），去氫。如果說(shuō)鋁合金的精練[H]，Al2O3排一即可，但是銅合金Cu2O＋[H]二者都必須排除。0.390.0036α＋Cu2OCuOαα第11頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期四銅的脫氧1.擴(kuò)散脫氧：借助液面上的反應(yīng)還原Cu2O1）液面上撒碳化鈣或Ma3Be硼化鎂CaC2＋Cu2O－CaO＋CO＋CuMg3Be＋Cu2O－MgO＋BeO3＋Cu2）還原氣氛Cu2O＋CO－Cu＋CO2Cu2O＋C－Cu＋CO沉淀脫氧：

Mg，Al，Si，Mn，Sn，P……等都能還原Cu2O。然而只有用P還原時(shí)生成的P2O5是氣態(tài)，易于排除。

Cu2O＋P－Cu＋P2O5

P2O5＋Cu2O－CuPO3（偏磷酸銅）（上?。?shí)施操作中采用含P8－14％的磷銅中間合金（講一點(diǎn)Mg）第12頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期四銅除氣[H]

Cu：2/100gAl：0.14/100gCu：6/100gAl：2/100g溫度[H][0][H]出現(xiàn)水氣泡區(qū)無(wú)水氣泡區(qū)來(lái)源：碳?xì)浠衔锏姆纸馕：Γ耗虝r(shí)析出H，產(chǎn)生氣泡：有Cu2O時(shí)產(chǎn)生水氣泡。排除方法：1）氧化除氣法：原理：氫氧平衡：[O][H]2=K所以：[O][H]方法：加入氧化劑：MnO2，高錳酸鉀，CuO等。2）通氣法：與Al相同－通N2氣3）沸騰除氣：利用Zn的沸點(diǎn)只有900℃的特點(diǎn)4）真空檢查方法：彎曲180度注：一般采用氧化除氣后再進(jìn)行脫氧。第13頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期四真空技術(shù)的應(yīng)用

1脫氣：[H]=k

(PH2)1/2

2脫氧：以鋼為例（回憶鋼脫氧方法）：C＋FeO－CO＋Fe3揮發(fā)4分解5脫氣動(dòng)力學(xué)

循環(huán)脫氣法（RH）原理：抽真空，使液面上升1.5米左右；上升管吹入氬氣，帶動(dòng)鋼水流動(dòng)，速度高達(dá)5m/s；在真空室內(nèi)，鋼水呈滴狀與真空接觸。第14頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期四RH的改進(jìn)形式第15頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期四主要的精煉工藝LF(LadleFurnaceprocess)；AOD(Argon-oxygendecaburizitionprocess);VOD(Vacuumoxygendecreaseprocess);RH(RuhrstahlHeraeusprocess);CAS-OB(Compositionadjustmentsbysealedargon-oxygenblowingprocess)；喂線(Insertthread)；鋼包吹氬攪拌(Ladleargonstirring)；噴粉(powderinjection)。自選內(nèi)容第16頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期四鋼包吹氬和噴吹第17頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期四LF工藝優(yōu)點(diǎn)：

精煉功能強(qiáng)，適宜生產(chǎn)超低硫、超低氧鋼

具備電弧加熱功能，熱效率高，升溫幅度大，溫度控制精度高

具備攪拌和合金化功能，易于實(shí)現(xiàn)窄成分控制，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性

采用渣鋼精煉工藝，精煉成本較低

設(shè)備簡(jiǎn)單，投資較少第18頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期四CAS和CAS-OB工藝優(yōu)點(diǎn)：鋼液升溫和精確控制鋼水溫度促進(jìn)夾雜物上浮，提高鋼水純凈度精確控制鋼液成分，實(shí)現(xiàn)窄成分控制均勻鋼水成分和溫度與喂線配合，可進(jìn)行夾雜物的變性處理O2第19頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期四VD和VOD在電爐鋼廠，VD爐作為真空脫氣設(shè)備通常與LF爐雙聯(lián)，生產(chǎn)各種合金結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳鋼和低合金高強(qiáng)度鋼。在VD爐上增加頂吹供氧系統(tǒng)，構(gòu)成VOD爐，可以完成真空吹氧脫碳的功能，適宜冶煉超低碳不銹鋼。第20頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2