【精品课件】铜冶金及现代冶金技术

铝、铜冶金及现代冶金技术铝冶金（Al2O3·3H2O）和Al2O3·H2O铝冶金1.生产氧化铝1）在高温压煮器中：Al2O3＋NaOH－NaAlO2＋H2O（1）（等于Al2O3进入到溶液中，而SiO2，Fe2O3等或反应沉淀，或不溶成为渣）2）在NaAlO2溶液中加入Al（OH）3晶种并机械搅拌：NaAlO2＋H2O－Al（OH）3＋NaOH（2）3）煅烧Al（OH）3Al（OH）3－Al2O3＋H2O（3）500－550℃为γ－Al2O3900℃以上为α－Al2O32.氧化铝电解－熔盐的电解法Na3AlF6的作用1）晶温度938℃，电解温度950－970℃2)Na3AlF6能熔10％的Al2O3Na3AlF6Al2O3铝合金固溶强化变形铝合金铸造铝合金变形铝合金:加热可形成单相合金铸造铝合金：具有共晶组织－不可变形（Al－Si；Al－Mg；Al－Cu；Al－Zn）Al－Si铸造铝合金共晶点Si10％，当Si大于6％时必须变质。铝合金的熔炼要求：1）成分合格：靠配料计算，注意烧损元素；2）温度合适：适中，720－750℃；3）含氢量[H]少；夹杂少（固相Al2O3）；4）进行变质（Al－Si合金Si量大于6%时）。前二条是熔炼所有合金的共性，2，3条是铝合金的特性，也就是重点。熔炼特点1）吸氢：夹杂Al(固)＋H2O－Al（OH）3＋[H]Al（OH）3－Al2O3＋H2OAl(液)＋H2O－Al2O3＋[H]Al＋CmHn－Al4C3＋[H]由于溶解度变化凝固时形成针孔[H]－H2防2）夹杂（Al2O3）；上述反应形成的Al2O3细小，比重与Al相差不多，漂浮在铝液中。3）夹杂和[H]的关系：a）表面的Al2O3膜能保护Al液不继续被氧化；b)同时也使过饱和的[H]不能向大气扩散。c）当温度＞900℃时，γ－Al2O3转变为α－Al2O3，比重变大，膜开裂，α－Al2O3膜下沉，铝液夹杂增多。所以必须低温熔炼。表层致密的Al2O3膜[H]O2Al2O3静铝合金精炼目的和方法目的：去Al2O3和[H]方法：1）吹泡法：形成不溶不反应的气泡。液铝的和气泡的氢分压：[H]=k(PH2)1/2，当PH2＝0，[H]向气泡扩散，气泡上升将H和杂质带出。采用的气体有：N2，Cl2（Cl2，N2，CO）三气。其中Cl2能和[H]直接反应：Cl＋[H]＝HCl（气），效果最好，劳动条件最差。此外：ZnCl2＋Al＝ALCl3（气）＋Zn。最清洁的是N2，但效果最差。排22.熔剂法：扩散法原理：在液面上撒放熔剂：1）让熔剂吸附Al2O3；2）破坏表面Al2O3的连续性，使[H]。对熔剂的要求：1）对Al2O3有吸附性；2）熔点低于铝液，起覆盖作用；3）比重轻，上浮在铝液表面。熔剂种类：NaCl，KCl和冰晶石（Na3AlF6）3.过滤，真空4.加压：氢气孔形成条件：PH2＞Pa＋γh＋2σ/γ≈Pa；Pa越大，氢气孔越难形成。5.快速凝固法。氢气孔6.精练效果检查：表面观察法一点说明：精练[H]，Al2O3排一即可，只防出现H2针孔。铝熔炼要掌握一个“静”字；具体内容是“防，排，溶”三字。溶铝硅合金的变质处理目的－改变（α（Al）＋Si）共晶体中Si的形貌。效果－Si的形貌，三维的菜花状变为树枝状，二维的片状变为椭圆状。方法－NaF＋Al－AlF＋Na。Na溶在铝液中。注意：1）变质后要在20分钟内浇注完毕，否则失效。2）长效变质剂－Sr，Bi，Te。3）过共晶Si的变质用P，但Na对过共晶Si无变质效果，P对共晶Si无变质效果。Cu合金和熔炼特点：1）导电性－用途占50％以上；2）导热，无磁性，耐磨。所以一般不作为结构材料。铜合金的分类：－纯铜－无氧铜－熔炼的难点－重点－铜合金：黄铜－以Zn为主青铜：Sn为主的锡青铜和以Al为主的铝青铜白铜－以Ni为主。纯Cu熔炼－要求Cu99.994％相图特点：1）含氧大于0.0036％出现共晶体；2）大于0.001％也会出现Cu2O。氧化特征：Cu2O没有保护作用。至少氧小于0.0036时，生成的Cu2O是溶于α中。凝固：Cu2O＋[H]－Cu+H2O形成水气泡。事实和理论上都表明：水气泡是最主要的气孔。任务：去Cu2O（脱氧），去氢。如果说铝合金的精练[H]，Al2O3排一即可，但是铜合金Cu2O＋[H]二者都必须排除。0.390.0036α＋Cu2OCuOαα铜的脱氧1.扩散脱氧：借助液面上的反应还原Cu2O1）液面上撒碳化钙或Ma3Be硼化镁CaC2＋Cu2O－CaO＋CO＋CuMg3Be＋Cu2O－MgO＋BeO3＋Cu2）还原气氛Cu2O＋CO－Cu＋CO2Cu2O＋C－Cu＋CO2.沉淀脱氧：Mg，Al，Si，Mn，Sn，P……等都能还原Cu2O。然而只有用P还原时生成的P2O5是气态，易于排除。Cu2O＋P－Cu＋P2O5P2O5＋Cu2O－CuPO3（偏磷酸铜）（上浮）实施操作中采用含P8－14％的磷铜中间合金（讲一点Mg）铜除气[H]Cu：2/100gAl：0.14/100gCu：6/100gAl：2/100g温度[H][0][H]出现水气泡区无水气泡区来源：碳氢化合物的分解危害：凝固时析出H，产生气泡：有Cu2O时产生水气泡。排除方法：1）氧化除气法：原理：氫氧平衡：[O][H]2=K所以：[O][H]方法：加入氧化剂：MnO2，高锰酸钾，CuO等。2）通气法：与Al相同－通N2气3）沸腾除气：利用Zn的沸点只有900℃的特点4）真空检查方法：弯曲180度注：一般采用氧化除气后再进行脱氧。真空技术的应用1脱气：[H]=k(PH2)1/22脱氧：以钢为例（回忆钢脱氧方法）：C＋FeO－CO＋Fe3挥发4分解5脱气动力学循环脱气法（RH）原理：•抽真空，使液面上升1.5米左右；•上升管吹入氩气，带动钢水流动，速度高达5m/s；•在真空室内，钢水呈滴状与真空接触。RH的改进形式•主要的精炼工艺•LF(LadleFurnaceprocess)；•AOD(Argon-oxygendecaburizitionprocess);•VOD(Vacuumoxygendecreaseprocess);•RH(RuhrstahlHeraeusprocess);•CAS-OB(Compositionadjustmentsbysealedargon-oxygenblowingprocess)；•喂线(Insertthread)；•钢包吹氩搅拌(Ladleargonstirring)；•喷粉(powderinjection)。自选内容钢包吹氩和喷吹LF工艺优点：精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢具备电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，提高产品的稳定性采用渣钢精炼工艺，精炼成本较低设备简单，投资较少CAS和CAS-OB工艺优点：钢液升温和精确控制钢水温度促进夹杂物上浮，提高钢水纯净度精确控制钢液成分，实现窄成分控制均匀钢水成分和温度与喂线配合，可进行夹杂物的变性处理O2VD和VOD在电炉钢厂，VD炉作为真空脱气设备通常与LF炉双联，生产各种合金结构钢、优质碳钢和低合金高强度钢。在VD炉上增加顶吹供氧系统，构成VOD炉，可以完成真空吹氧脱碳的功能，适宜冶炼超低碳不锈钢。RH工艺优点：反应速度快，表观脱碳速度常数kC可达到3.5min-1。处理周期短，生产效率高，常与转炉配套使用。反应效率高，钢水直接在真空室内进行反应，可生产H≤0.5×10-6，N≤25×10-6，C≤10×10-6的超纯净钢。可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿，减少处理温降；可进行喷粉脱硫，生产[S]≤5×10-6的超低硫钢。KTBVAD单晶生长意义：无晶界，少位错。无机物单晶具有功能性。关键：不形核，只生长。驱动力都是过冷度，所幸生核过冷度大于生长的过冷度。所以：i.过冷度小；ii.准备籽晶。1）熔体法单晶生长2）常温溶液生长法－以水或液体有机物作为熔剂。原理：右图分过饱和区和不饱和区；在过饱和区分为不稳定区和亚稳定区。在不稳定区会生核和生长，而在亚稳定区只能生长。关键：溶液状态保持在亚稳定区。溶解度和温度的关系