《有色金属熔炼与铸锭》第二讲

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 挥发及挥发损失挥发及挥发损失 o金属由固态或液态转变为气态的现象称为挥发。 o精炼提纯 o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(151)，利用

2、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系式： 1.5 挥发及挥发损失挥发及挥发损失 1.5 挥发及挥发损失挥发及挥发损失 o合金熔体的蒸气总压为各组元蒸气分压之和。 o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 挥发及挥发损失挥发及挥发损失 1.5.2 挥发动力学挥发动力学 o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，p me实际分压，p0me金属蒸气压 当pme0pme时，挥发速率为正；反之

3、为负，即不是凝聚相的挥 发，而是蒸气相的凝聚。 1.5.2 挥发动力学挥发动力学 1.5.2 挥发动力学挥发动力学 向真空室内通入惰性气体，可降低挥发速率和挥发损失。 1.5.2 挥发动力学挥发动力学 1.5.3影响金属挥发损失的因素和降低挥发损失的方影响金属挥发损失的因素和降低挥发损失的方 法法 o挥发损失除与合金本身蒸气压有关外,还与下列因素有关。 o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。 o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b族金属锌、镉等易挥发； 而b族金属铬、钼、钨等挥发损失较小。 o炉膛压力（影响很大）：压力越小，

4、挥发损失越大。 o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。 o防止和降低挥发损失的方法与降低氧化烧损的方 法基本相同 o易挥发元素宜在脱氧后或熔炼后期加入； o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； o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影响金属挥发损失的因素和降低挥发损失的方法 1.6 夹

5、渣和除渣精炼夹渣和除渣精炼 o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：外来夹渣外来夹渣和内生夹渣内生夹渣。 除渣精炼原理除渣精炼原理 o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。 o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

6、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。 除渣精炼原理除渣精炼原理 o熔剂的吸附能力取决于化学组成。 o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； o碱金属氯化物比碱土金属好； o氯化钠和氯化钾的混合物比纯氯化物好； o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。 除渣精炼原理除渣精炼原理 o溶解作用：非金属夹杂物溶解于液态熔体 中后，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。 除渣精炼原理除渣精炼原理 o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

7、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。 除渣精炼原理除渣精炼原理 化合作用化合作用 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。 o机械过滤作用：所谓机械过滤作用，是指当金属熔体通过 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。 除渣精炼原理除渣精炼原理 过滤介质间的空

8、隙 越小，厚度越大， 金属流体流速越低， 机械过滤效果越好。 除渣精炼方法除渣精炼方法 o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。 o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 2 9 2 () mei h t gr 浮选法浮选法 o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 面并带到熔体液面的溶剂中 去。 o对于熔点较低的铝合金、镁 合金等较为有效。 o气泡数目多,尺寸小,浮选效 果好。 o气体一般为氮

9、气、氩气，铝 合金常用氯盐为主的熔剂。 熔剂法熔剂法 o通过熔剂与夹渣之间的吸附、溶解和化合等作用而实 现除渣的。根据夹杂物与金属熔体的相对比重不同， 可分别采用上熔剂法和下熔剂法。 o上熔剂法上熔剂法：夹渣的比重小于金属熔体，多聚集熔池上 部及表面，此时应采用上熔剂法。所用熔剂在熔炼温 度下的比重应小于金属液，加在熔池表面与上层的夹 渣接触发生吸附、溶解或化合作用。重有色金属及钢 铁多采用此法。 o下熔剂法下熔剂法：夹渣的比重大于金属熔体，采用下熔剂法 （沉淀熔剂）。所用熔剂在熔炼温度下的比重应大于 金属液，加在熔池表面后，逐渐向下沉，下沉过程中 与夹渣发生吸附、溶解或化合作用，并一起沉至炉

10、底。 镁及镁合金多采用此法。 熔剂法熔剂法 过滤法过滤法 o网状过滤法：让熔体通过由玻璃丝或耐热 金属丝制成的网状过滤器，夹渣受到机械 阻挡而与熔体分离。 o适用与薄片氧化膜或大块夹渣。 o结构简单，制造方便，可安装在静置炉到 结晶器的任何部位。 o只能滤掉比网格尺寸大的夹渣，过滤器易 破损，寿命短。 过滤法过滤法 填充床过滤法填充床过滤法 o这种过滤器由各种不同尺寸，不同材料、 不同形状的过滤介质组成的填充床。 o过滤层越厚，介质颗粒越小，过滤效果越 好。粒度过小，会影响熔体的流量，降低 生产率。 影响熔剂除渣精炼效果的因素影响熔剂除渣精炼效果的因素 o精炼温度：一般先用高温进行除渣精炼， 然后在较低的温度下进行脱气，最后保温 静置。 o熔剂：熔剂的造渣能力越强，除渣精炼效 果越好。熔剂的熔点和表面张力越低，其 吸附造渣能力就越强。随熔剂阳离子半径 的增大，熔剂的熔点和表面张力下降。