《有色金属熔炼与铸锭》第二讲

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1、第二讲金属的氧化、挥发和除渣精炼1.5挥发及挥发损失1.6夹渣和除渣精炼1.5挥发及挥发损失金属由固态或液态转变为气态的现象称为挥发。精炼提纯挥发损失、合金成分控制困难、污染环境、危害健康。1.5.1挥发的热力学金属的挥发相变反应式：Me(L,S)=Me(g)饱和蒸气压：在某一温度达到平衡时，气相中金属的蒸气分压。金属的挥发能力：可用蒸气压、蒸发热或沸点来判断。1.5挥发及挥发损失在外压一定时，纯金属的蒸气压只取决于该金属所处的温度。蒸气压可以通过实验测定，也可由相变反应的热力学数据进行计算。对反应(1．51)，利用克劳休斯－克拉佩龙方程，可得到温度与金属升华或蒸发时蒸气压的关

2、系式：1.5挥发及挥发损失1.5挥发及挥发损失合金熔体的蒸气总压为各组元蒸气分压之和。为确定合金中某组元的挥发趋势，必须知道该组元在一定温度和一定成分合金液面上的蒸气分压，这就需要知道纯元素的蒸气压和温度的关系以及在合金熔体个的活度数据。1.5挥发及挥发损失1.5.2挥发动力学挥发速率随着体系趋于平衡状态而减小，可用道尔顿（Dalton）公式表示：Vr—挥发速率，P—外压，PMe—实际分压，P0Me—金属蒸气压当PMe0>Pme时，挥发速率为正；反之为负，即不是凝聚相的挥发，而是蒸气相的凝聚。1.5.2挥发动力学1.5.2挥发动力学向真空室内通入惰性气体，可降低挥发速率和挥发损

3、失。1.5.2挥发动力学1.5.3影响金属挥发损失的因素和降低挥发损失的方法挥发损失除与合金本身蒸气压有关外,还与下列因素有关。熔体温度：温度越高，其蒸气压越大，挥发速率越快，挥发损失越大。金属及合金元素：蒸气压大、蒸发热小、沸点低的金属易挥发损失。如所有碱金属及ⅡB族金属锌、镉等易挥发；而ⅣB族金属铬、钼、钨等挥发损失较小。炉膛压力（影响很大）：压力越小，挥发损失越大。其它因素：处于高温液态的时间，金属的比表面积，氧化膜性质。金属处于高温液态的时间越长，比表面积越大，搅拌及扒渣次数越多，挥发损失越大。熔体表面有致密氧化膜或熔剂及炉渣覆盖时，可降低挥发损失。防止和降低挥发损失的

4、方法与降低氧化烧损的方法基本相同易挥发元素宜在脱氧后或熔炼后期加入；真空熔炼时，为提高精炼效果和降低氧化烧损，采用较高真空度，但会增大挥发损失；为减少挥发损失和准确控制合金成分，在熔炼蒸气压高和挥发速率大的金属时，在炉内充入惰性气体。1.5.3影响金属挥发损失的因素和降低挥发损失的方法1.6夹渣和除渣精炼非金属夹杂物的种类和来源金属中的非金属化合物，如氧化物、氮化物、硫化物以及硅酸盐等大都以独立相存在，统称为非金属夹杂物，一般简称为夹杂或夹渣。根据化学成分不同可分为：氧化物、氮化物、碳化物等。根据夹渣的形态可分为：薄膜状、团状和颗粒状。夹渣的来源不同分为：外来夹渣和内生夹渣。除

5、渣精炼原理比重差作用：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。球形固体夹杂颗粒在液体中下沉或上浮的速度服从Stokes定律。吸附作用：向金属熔体中导入情性气体或加入熔剂产生的中性气体，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而而被带出熔体。除渣精炼原理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化物如冰晶石，其吸附能力大为提高。除渣精炼原理溶解作用：非金属夹杂物溶解于液态熔体中后，

6、可随熔剂的浮沉而脱离金属溶体。熔剂溶解夹渣的能力取决于它们的分子结构和由此而产生的化学性质。除渣精炼原理化合作用：化合作用是以夹渣和熔剂之间有一定亲和力并能形成化合物或络合物为基础的。碱性氧化物和酸性熔剂，或酸性氧化物与碱性熔剂在一定温度条件下是可相互作用形成体积更大，熔点较低，且易于与金属分离的复盐式炉渣。根据其比重大小，在熔体中可上浮或下沉而除去。除渣精炼原理化合作用由于化合造渣反应是多相反应。其总的反应速率主要取决于扩散传质速率。因此，反应的温度和浓度等条件对化合造渣影响很大，故熔炼温度较高的钢、镍等合金更适合用化合造渣精炼法。机械过滤作用：所谓机械过滤作用，是指当金属熔

7、体通过过滤介质时，对非金属夹杂物的机械阻挡作用。此外，过滤介质还有对夹杂物的吸附作用。除渣精炼原理过滤介质间的空隙越小，厚度越大，金属流体流速越低，机械过滤效果越好。除渣精炼方法静置澄清法：适用于金属熔体与非金属夹杂物的密度差较大，且夹杂物了里不太小的合金。静置时间为：H为夹渣上浮或下沉的深度。静置时间的长短主要由合金和夹渣的性状来决定。如铝合金通常静置20-30分钟,效果仍有限浮选法利用通入熔体的惰性气体或加入的熔剂所产生的气泡，在上浮过程与悬浮的夹杂相遇时，夹渣被吸附在气泡表面并带到熔体