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1、铝、铜冶金及现代冶金技术,制作人：,铝冶金,（Al2O33H2O）和 Al2O3H2O,铝冶金,生产氧化铝 1） 在高温压煮器中： Al2O3NaOH 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）3 Al（OH）3 Al2O3 H2O （3） 500550 为 Al2O3 900以上为 Al2O3 氧化铝电解 熔盐的电解法 Na3AlF6的作用 1） 晶温度938 ，电解温度950970
2、 2) Na3AlF6能熔10的Al2O3,Na3AlF6,Al2O3,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 （AlSi；AlMg；AlCu；AlZn） AlSi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，720750； 3） 含氢量 H 少；夹杂少（固相Al2O3）； 4） 进行变质（AlSi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、3 Al2O3 H2O Al (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， Al2O3 转变为 Al2O3 ， 比重变大，膜开裂， 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 ,O2,Al2O3,静,铝合金精炼目的和方法,目的 ：去Al2O3和 H 方法：
4、 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：ZnCl2AlALCl3 （气）Zn。最清洁的是N2，但效果最差。,排,2,2. 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
5、浮在铝液表面。 熔剂种类：NaCl，KCl 和冰晶石 （Na3AlF6） 过滤 ，真空 加压： 氢气孔形成条件： PH2 Pa h 2/ Pa ； Pa越大，氢气孔越难形成。 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（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。
6、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 中。 凝固：
7、 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。,0.39, Cu2O,Cu,O, ,铜的脱氧,1. 扩散脱氧： 借助液面上的反应还原Cu2O 1） 液面上撒碳化钙或Ma3Be硼化镁 CaC2 Cu2O CaO CO Cu Mg3Be Cu2O MgO BeO3 Cu 2） 还原气氛 Cu2O CO Cu CO2 Cu2O C Cu CO 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
8、 生成的P2O5是气态，易于排除。 Cu2O P Cu P2O5 P2O5 Cu2O Cu PO3（偏磷酸铜）（上浮） 实施操作中采用含P814的磷铜中间合金,铜除气 H ,Cu：2/100g Al： 0.14/100g,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：OH2 = 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
9、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)1/2 2 脱氧： 以钢为例（回忆钢脱氧方法）： C FeO CO Fe 3 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,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
10、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,VD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H0.510-6，N2510-6，C1010-6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S510-6的超低硫钢。,KTB,VAD,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,谢谢大家！,
