金属熔炼第二讲

《有色金属熔炼》课程教学大纲开课单位：冶金工程系课程负责人：夏文堂适用于本科冶金工程专业教学时数：40学时一、课程概况本课程是冶金工程专业有色金属冶金方向的一门专业方向限选课，是一门实践性很强的工艺课，也是有色金属塑性加工过程中首道工序（熔炼与铸造）所必修的专业课。

本课程的任务是：通过本课程教学，使学生对有色金属铸锭冶金的基本规律和技术等知识有基本了解和掌握，初步具有熔炼铸造方面的基本理论知识和科学思维方法，进而具有获取和综合运用熔铸知识的能力，为达到能够独立分析和解决工程实践问题，开展新工艺、新技术创新的目的打下基础。

本课程的先修课程主要有《金属学与热处理》、《冶金传输原理》等。

本课程的后续课程主要有《生产实习》、《毕业设计（论文）》等。

二、教学基本要求本课程总体要求有三点：1. 熟练掌握有色金属熔铸的特性，掌握熔体的净化技术，并学会准确控制熔体的化学成分；2. 了解金属凝固过程“三传”特点，掌握晶粒形成规律及控制途径，并能采取相关措施防止铸锭缺陷产生；3. 要求学生掌握有色金属熔铸方法、主要设备及工艺特点，熟悉部分典型合金的熔铸技术特性，最后能够运用所学知识分析铸件产生的缺陷，并能制定出合理的熔铸工艺。

三、教学内容及要求1．熔铸基础（1）金属熔炼特性教学内容：金属的氧化性、吸气性、挥发性以及吸杂性。

基本要求：熟悉有色金属在熔炼过程中的氧化、吸气、挥发、吸杂等特性，能够运用热力学及动力学知识对这些过程进行分析，掌握减少熔炼过程中金属熔损的方法。

重点：金属熔炼过程中氧化、吸气、挥发、吸杂等特性的影响因素及降低其危害的方法。

难点：动力学与热力学分析（2）熔体净化技术教学内容：除渣精炼、脱气精炼、在线精炼、电磁场精炼。

基本要求：掌握氧化精炼应具备的三个条件，了解熔体中的夹杂和气体夹杂等杂质的存在方式，熟悉各种净化方法的原理及相关措施。

重点：熔体净化措施。

难点：净化方法的原理。

（3）成分控制教学内容：备料与配料、熔炉准备、成分调整、熔体质量检测。

第二章铝合金熔炼第一节铝合金的某些物理化学特性¾为了掌握铝合金熔炼工艺，首先了解铝合金的物理化学特性是十分必要的。

一、铝—氧反应¾铝与氧的亲和力很大，容易氧化，但于500～900℃范围内，在纯铝表面将形成一层不溶于铝液的、难熔的、致密的γ－Al2O3膜，这层致密膜能阻止铝液的继续氧化。

¾这一特性对熔炼工作带来很大方便，不需要采用特殊的防氧化措施(铝—镁类合金除外)。

¾γ－Al2O3的比重为3.47，其吸湿性显著，这就要求在熔炼中不要把这层膜搅入铝液，特别是在熔炼后期更应注意，以免增加铝液中的氧化夹杂和吸气。

¾加入合金元素对铝合金的氧化有一定的影响，其影响与加入的元素使氧化膜呈现的结构(如呈致密膜或疏松膜)以及对氧的亲和力的大小有关。

¾当在铝中加入硅、铜、锌、锰、镍等合金元素时，对铝合金氧化影响极小，因为这些元素与氧的亲和力较小，而且上述元素加入铝后，表面膜将变为由这些元素的氧化物在γ－Al2O3中的固溶体(γ－Al2O3·MeO 尖晶石型化合物)所组成，此时合金的表面膜仍是致密的，能够阻止铝合金液的继续氧化。

¾与此相反，当在铝中加入碱土或碱金属元素(如镁、钠、钙等)时，由于这些元素较铝更为活泼，它们对氧的亲和力比铝的大，因此将优先氧化。

¾而且这些元素大都为表面活性物质，常富集在铝液表面，即使加入量不大时，在表面膜中这些元素氧化物的数量也会急剧增加。

¾例如当加入镁量≥1.5%时，表面膜已全为氧化镁所组成。

由于这些元素氧化物组成的表面膜是疏松的，因此不能阻止铝合金液的继续氧化。

¾铝—镁合金(如ZL-301合金等)很易氧化，但在这类合金中加入少量的铍(0.03～0.07%Be)后，能提高其抗氧化性，因为在铝液中铍是表面活性物质，所以富集在铝液表面，且铍的原子体积小，扩散速度大，铍原子渗入MgO膜的松孔裂纹中并氧化为BeO(铍是很活泼的)，起了填补膜中孔隙的作用，而使形成完整的致密膜。

第二章金属熔炼基础金属合金熔炼的任务就是把配比的金属炉料投入炼炉中，经加热和融化得到熔体，再经一定的液体处理，得到合理要求质量的合金溶体。

在这种金属热加工过程中，合金本身或与其环境之间将发生许多物理化学的变化和反应。

所有这些，都会影响到熔体的质量，只要对一系列的变化和反应有比较清楚的认识，才能更好地分析和解决在熔炼过程中出现的某些疑难问题。

一、金属合金熔体1、金属的加热和溶化在室温条件下，金属大多呈固态，将之加热超过其熔点后则转变为液态，即金属熔体。

固态金属是晶体，其中的原子呈有规则的排布，而脱离原子的电子则弥散于整个晶体之中，形成所谓“电子云”。

失去电子的原子带正电荷，即正离子，它与电子云之间存在库仓引力；同时，正离子之间和电子云之间还存在库仓斥力。

两种作用力达到平衡，使晶体点阵上粒子之间的距离保持相对的稳定，此即金属键的特征。

当各原子(实为金属离子)之间的距离增大时，吸引力大于排斥力；若原子之间的距离缩小，则吸引力与排斥力均增大，但排斥力增大得更快些，表现为排斥作用，如图2－1所示即为原子间作用力及势能的双原子模型。

因此在一定温度下，原子之间能保持一平衡离Ｒ0，此时两力相等，势图2-1 双原子模型之作用关系能Ｅ最低，金属呈稳定态。

在平衡位置两边，势能升高，称为势垒，其最大值为Ｑ，势垒之间称为势阱。

金属晶体内原子的热运动，主要在原子在其平衡位置附近作微小振动，当振动支点中原子偏离平稳位置时，必将导改其势能的升高和动能的降低，而作用力则总是使原子返回原子平稳位置。

当温度升高时，原子的热振动加强，动能增加，振幅加大，原子之间的平稳距离也相应增大，此即金属发生热膨胀的微观机理，金属晶体中的原子之间均系三维联系，其热振动亦是三维的。

金属之热传导则通过热振动将热量从高温区传递到低低温区，进一步，由于热振动之加剧及能量起伏作用使某些偶尔能获得较高动能之原子冲出势阱，跃过势垒，而在晶体内部运动。

温度越高，则能跃过势垒的原子数目越多，这就是金属中发生扩散作用的基础。

培训计划金属熔炼第一部分：金属熔炼概述一、培训目标通过本次培训，学员将了解金属熔炼的基本原理、工艺流程、设备、安全操作等知识，掌握金属熔炼的基本技能，提高金属熔炼的操作技术，确保金属熔炼工作的安全、高效进行。

二、培训对象金属熔炼相关操作人员。

三、培训内容1. 金属熔炼的基本原理2. 金属熔炼的工艺流程3. 金属熔炼设备的介绍与操作4. 金属熔炼的安全操作规范5. 金属熔炼现场实操演练第二部分：金属熔炼的基本原理一、金属熔炼的定义金属熔炼是指将金属原料通过高温熔化处理，使其成为可铸造、可加工的金属材料。

二、金属熔炼的原理金属熔炼的原理是利用金属的熔点低于其氧化物的还原温度，通过高温燃烧氧化物，使金属还原并熔化。

第三部分：金属熔炼的工艺流程一、金属熔炼的工艺流程包括以下几个步骤：1. 准备金属原料2. 装料、点火3. 加热、熔化4. 济化渣、出渣5. 浇注成型二、各工艺步骤的操作要点1. 准备金属原料，包括精炼金属、熔炼助剂等，按照配方准确称量。

2. 装料、点火，根据生产工艺要求进行合理的装料，点火时要采取安全防护措施。

3. 加热、熔化，控制加热温度和时间，保证金属熔化的充分。

4. 济化渣、出渣，根据金属熔炼反应情况，及时采取济化渣、出渣措施。

5. 浇注成型，合理安排浇注工艺，保证浇注成型的质量。

第四部分：金属熔炼设备的介绍与操作一、金属熔炼设备的种类1. 熔炼炉：包括电弧炉、感应炉、燃烧炉等。

2. 辅助设备：包括炉台、浇注设备、熔化炉、炉料输送设备等。

二、金属熔炼设备的操作1. 电弧炉的操作2. 感应炉的操作3. 燃烧炉的操作4. 辅助设备的操作第五部分：金属熔炼的安全操作规范一、金属熔炼的安全要求1. 电气安全2. 防火安全3. 防爆安全4. 防护安全二、金属熔炼的安全操作规范1. 确认操作区域是否安全2. 确认设备设施是否完好3. 确认个人防护用品是否齐全4. 确认作业指导书是否清晰第六部分：金属熔炼现场实操演练一、演练项目1. 金属熔炼设备的开机操作2. 金属熔炼设备的停机操作3. 金属熔炼设备的故障处理4. 金属熔炼过程中的应急处理二、演练目的1. 提高学员操作技能2. 提高学员应变能力3. 熟悉现场操作流程以上就是金属熔炼培训计划的详细内容，希望通过本次培训，学员能够全面了解金属熔炼的相关知识，掌握金属熔炼的操作技能，提高工作效率，确保生产安全。