有色金属熔炼与铸造.ppt

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1、有色金属熔炼与铸锭王华工学院材料系有色金属熔炼与铸锭一、有色金属熔炼的基本原理二、有色金属铸锭凝固的基本原理三、有色金属熔铸技术有色金属熔炼与铸锭主要内容●有色金属在熔炼和铸锭形成过程中与炉气、炉衬、溶剂、空气和水蒸气等环境因素相互作用的基本规律。●有色金属凝固的基本原理，包括液体金属流动和传热、结晶组织、溶质再分布及偏析等基本规律、和常见的铸锭缺陷的产生原因。第一章金属熔炼特性金属熔炼的主要目的是为铸锭提供高质量的金属熔体。因此必须研究和确定各种纯金属及其合金熔炼过程共同遵循的规律，为制定合理的熔炼工艺提供理论依据。本章主要讨论有色金属在熔炼过程中的氧化、吸气、挥发、吸杂等特性

2、，具体分析这些过程的热力学和动力学，以及熔炼过程中金属熔损的具体方法。1.1金属的氧化性1.2金属的吸气性1.3金属的挥发性1.4金属的吸杂性第一章金属熔炼特性金属氧化的热力学条件金属氧化的动力学机制影响氧化烧损的因素及降低氧化烧损的方法1.1金属的氧化性固体纯金属或熔融合金与炉气、炉衬和炉渣发生一系列物理化学作用。熔炼过程中，金属与氧反应生成金属氧化物造成不可回收的金属损失——熔损。同时，金属氧化物的生成又是导致铸锭产生杂质的主要原因。炉渣杂质O2金属的氧化金属氧化的热力学趋势问题▲金属氧化的趋势▲各合金元素的氧化顺序▲氧化程度Ca>Mg>Al>Ti>Mn>Zn>Fe>Cu△G

3、=G产-G反若△G＜0，即G产＜G反，则反应按方程式所给定的方向自动进行；若△G＞0，即G产＞G反，则反应将逆向自动进行；若△G=0，即G产=G反，则反应已经达到平衡状态；氧化热力学条件及判据判定依据：反应前后自由能变化决定因素：金属与氧的亲和力大小，也与合金成分、温度和压力有关在标准状态下，金属与一摩尔氧作用生成金属氧化物的自由焓变量称为氧化物的标准生成自由焓变量：ΔG是衡量标准状态下金属氧化趋势的判据，某一金属氧化物的ΔG值越小(越负)，则该元素与氧的亲和力越大，氧化反应的趋势亦越大，氧化物就越稳定。氧化热力学条件及判据举例说明温度在1000K时：比较两式，氧化铝的生成自由能

4、具有较大的负值，因此它的稳定性比氧化亚铜大，将两式相减得到：即：Cu2O能够被Al还原。氧化热力学条件及判据ΔG还是衡量标准状态下氧化物稳定性的一种判据，某一金属氧化物的ΔG值越小(越负)，则该元素可还原ΔG值较大的氧化物。氧化热力学条件及判据金属的氧化趋势可用氧化物生成自由焓变量表示。由于生成自由焓、分解压、生成热和反应的平衡常数相互关联，常用它们的大小来判断金属氧化反应的趋势、方向和限度。自由焓不仅可以衡量标准状态下金属氧化的趋势，还可以衡量标准状态下氧化物的稳定性。氧势图（Ellingham图）利用氧势图可以分析：可分析温度对氧化物稳定性的影响并比较各氧化物的稳定性大小。可

5、定性分析元素的氧化还原规律。氧化热力学条件及判据从各直线之间的相互位置比较来看，直线的位置越低，ΔG值越负，金属的氧化趋势越大，氧化程度越高，如铝、镁、钙等的氧化。反之，直线位置越高，ΔG值越大，氧化趋势和程度越小，如铜、铅、镍等金属的氧化。据直线之间的位置关系可以知道元素的氧化顺序。从图1-1可见，在熔炼温度范围内，各元素氧化先后的大致顺序是：钙、镁、铝、钛、硅、钒、锰、铬、铁、钴、镍、铅、铜。例如，凡在铜线以下的元素，其对氧的亲和力都大于铜对氧的亲和力，故在熔炼铜时它们会被氧化而进入炉渣。图中处在越下部的金属与氧的结合能力越强，由此产生金属冶炼中的金属热还原法。为还原剂，为金

6、属氧化物，作氧化剂。例如：金属Me可被炉气中的氧气直接氧化，也可被其他氧化剂（以MO表示）间接氧化。研究表明，上式反应的热力学条件为ΔGMeO<ΔGMO，即Me对氧的亲和力大于M对氧的亲和力。所以位于ΔG-T图下方的金属可被位于上方的氧化物所氧化。它们相距的垂直距离越远，反应的趋势越大。例如：在熔炼铝及铝合金、镁及镁合金时，应设法避免与上述气体接触。如果用SiO2作炉衬，则熔体将与耐火材料发生氧化还原反应，结果炉衬被侵蚀，金属受污染。氧化热力学条件及判据氧化物的分解压pO2是衡量金属与氧亲和力大小的另一量度。pO2小，金属与氧的亲和力大，金属的氧化趋势大，氧化程度高。同样可以得出

7、反应(1)正向进行的热力学条件为pO2(MeO)