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有色金属熔炼与铸锭有色金属是指除了铁之外的金属，包括铜、铝、镁、锌、铅等。
这些金属在工业和日常生活中都有广泛的应用，因此其熔炼和铸造技术也非常重要。
本文将介绍有色金属熔炼和铸锭的基本原理和流程。
一、有色金属熔炼有色金属熔炼是将固态金属加热至液态并进行加工的过程。
有色金属熔炼通常采用电炉、燃气炉或高频感应炉等加热设备。
在熔炼过程中，有色金属会发生氧化、蒸发和挥发等反应，因此需要加入熔剂和保护气体来控制反应的发生。
1. 熔剂熔剂是一种能够与金属氧化物反应生成氧化还原剂的物质。
在熔炼过程中，熔剂可以吸收金属表面的氧化物，并将其还原为金属。
熔剂的选择要根据金属的特性和熔剂的成分来确定。
以铝为例，铝的氧化物（Al2O3）在高温下很难还原为金属铝。
因此，需要加入熔剂（如纯碳或氟化铝钠等）来将氧化物还原为铝。
另外，熔剂还可以调节熔炼温度、改善金属的流动性和减少金属表面的氧化。
2. 保护气体保护气体是一种用于保护金属表面不受氧化的气体。
在熔炼过程中，金属表面会受到空气中的氧化物的影响，导致氧化和污染。
因此，需要加入保护气体，如氮气、氩气、氢气等，来隔绝金属和空气的接触。
以铜为例，铜熔点较低，容易氧化，因此需要使用保护气体来防止氧化。
常用的保护气体是氢气，因为氢气可以还原铜表面的氧化物，并且不会对铜产生污染。
二、有色金属铸造有色金属铸造是将熔化的金属倒入模具中，使其冷却固化成型的过程。
有色金属铸造通常采用砂型铸造、永久模铸造、压铸和注射成型等方法。
1. 砂型铸造砂型铸造是将熔化的金属倒入沙子制成的模具中，使其冷却固化成型的方法。
砂型铸造可以制造大型和复杂的零件，但是生产周期较长，成本较高。
2. 永久模铸造永久模铸造是将熔化的金属倒入金属模具中，使其冷却固化成型的方法。
永久模铸造可以制造高精度、高表面质量和高产量的零件，但是模具成本较高。
3. 压铸压铸是将熔化的金属注入压铸机中，经过高压快速冷却成型的方法。
压铸可以制造高精度、高表面质量和高产量的零件，但是一般只适用于小型和中型零件。
金属熔炼与铸造总结该文档旨在介绍金属熔炼与铸造的基本知识和流程。
金属熔炼与铸造是金属加工领域中常见且重要的工艺，广泛应用于制造业和建筑业等行业。
本文将从以下几个方面进行总结：1. 金属熔炼的基本原理金属熔炼是将固体金属转化为液态金属的过程。
其基本原理是通过加热金属到其熔点以上，使其分子间键断裂，从而转变为液态态。
这可以通过热能的输送来实现，常见的加热方式包括电加热、燃气加热和电磁加热等。
2. 金属熔炼的基本工艺金属熔炼通常包括以下几个基本工艺步骤：准备金属、加热金属、保持合适的温度和熔化金属。
在一些特殊情况下，还需要进行除氧和脱硫等后处理工艺。
3. 金属铸造的基本原理铸造是将熔化金属倒入预先制作好的模具中，然后等待其冷却凝固成型的过程。
其基本原理是利用熔化金属的流动性和凝固收缩的特性，在模具中形成所需的形状和尺寸。
4. 金属铸造的基本工艺金属铸造包括模具制备、熔炼金属、注入熔融金属、冷却凝固和脱模等工艺步骤。
其中，模具制备和熔炼金属是铸造的前置工艺，而注入熔融金属、冷却凝固和脱模是实际的铸造过程。
5. 常见金属熔炼与铸造技术在实际的金属熔炼与铸造过程中，有多种不同的技术和方法可以应用。
例如，常见的金属熔炼技术包括电弧炉熔炼、感应炉熔炼和氩弧焊熔炼等。
而金属铸造技术则包括压铸、砂铸、失蛋铸造和连铸等。
6. 金属熔炼与铸造的应用领域金属熔炼与铸造在众多工业领域都有广泛的应用，例如汽车制造、建筑、航空航天、电子设备和工程机械等。
金属熔炼与铸造技术的发展也对这些领域的发展起到了重要的推动作用。
7. 金属熔炼与铸造的优缺点金属熔炼与铸造是一种常见的金属加工工艺，它具有一些明显的优点，如能够制造复杂形状的零件、材料利用率高等。
然而，它也存在一些缺点，如生产周期长、成本高等。
这些优缺点需要在实际应用中综合考虑。
8. 金属熔炼与铸造的发展趋势随着科学技术的不断进步，金属熔炼与铸造技术也在不断发展和改进。
例如，传统的工艺正在逐渐被数字化制造和增材制造等先进技术所取代。
铝合金熔炼与铸造技术一、引言铝合金是一种重要的结构材料，具有轻质、高强度和良好的耐腐蚀性能，在航空航天、汽车制造、建筑工程等领域广泛应用。
铝合金的制备过程中，熔炼与铸造技术起到关键作用，本文将对铝合金熔炼与铸造技术进行详细探讨。
二、铝合金熔炼技术2.1 熔炼原料准备熔炼铝合金的原料主要包括铝、合金元素和辅助材料。
铝采用高纯度的铝锭，合金元素可以通过添加铝合金粉末或其他化合物来实现。
辅助材料包括熔剂、脱气剂等。
这些原料的准备对于保证铝合金的成分和质量非常重要。
2.2 熔炼设备和工艺熔炼铝合金的常用设备有电阻加热炉、感应加热炉和气体燃烧炉等。
其中，感应加热炉在铝合金熔炼中应用最广泛，具有加热速度快、能耗低和温度控制准确等优点。
熔炼工艺包括预热、熔化、调温和净化等步骤，其中净化技术对于铝合金的纯净度和性能起到重要作用。
2.3 熔炼过程控制与优化熔炼过程中，熔体温度、保温时间、搅拌方式等因素对铝合金的成分和组织结构有重要影响。
熔炼过程需要进行温度控制、气氛控制和搅拌控制等，以确保铝合金的成分均匀、杂质含量低。
三、铝合金铸造技术3.1 铸造方法铝合金的常用铸造方法包括压铸、重力铸造、低压铸造和砂型铸造等。
压铸是最常用的铸造方法，适用于生产复杂形状和尺寸精度要求高的铝合金件。
重力铸造适用于大型铝合金零部件的生产，低压铸造适用于长条状和壳状铝合金件的生产，砂型铸造适用于非常大型和特殊形状的铝合金件的生产。
3.2 铝合金铸造过程铝合金的铸造过程主要包括熔炼、准备模具、浇注、冷却和后处理等步骤。
熔炼过程中，需要根据具体合金配方和要求，控制熔体温度、浇注温度和浇注速度等参数。
准备模具是确保铸造件尺寸和表面质量的重要环节。
浇注过程需要保证熔体充分填充模腔，并避免气孔和缺陷的产生。
冷却过程中需控制冷却速率，以避免铝合金件出现应力和变形。
3.3 铝合金铸造工艺改进为了提高铝合金铸造件的质量和效率，可以采取一些工艺改进措施。
第3章熔炼和铸造在工业生产的众多环节中，熔炼和铸造是至关重要的两个步骤。
它们不仅是将原材料转化为有用产品的关键过程，更承载着对质量、性能和精度的严格要求。
熔炼，简单来说，就是将各种原材料通过加热等方式融合在一起，形成具有特定成分和性能的液态金属。
这个过程就像是一场精心编排的“化学舞蹈”。
首先，要对原材料进行严格的筛选和检验。
无论是矿石、废旧金属还是其他金属材料，都必须保证其质量和纯度符合生产要求。
否则，就如同在美味的汤中混入了杂质，会影响最终的“口感”——也就是金属的性能。
在熔炼过程中，温度的控制是重中之重。
过高的温度可能导致金属的过度氧化，增加杂质含量，同时也会消耗过多的能源；而过低的温度则无法使原材料充分熔化和融合，导致成分不均匀。
这就需要熔炼工人如同经验丰富的大厨，精准地掌握火候。
除了温度，熔炼时所使用的熔炉类型也有多种选择。
常见的有电弧炉、感应炉等。
电弧炉依靠强大的电弧放电产生高温，适用于大规模的熔炼作业；感应炉则通过电磁感应原理加热金属，具有加热速度快、效率高的优点。
而铸造，则是将熔炼得到的液态金属注入到特定的模具中，使其冷却凝固，从而获得具有一定形状、尺寸和性能的铸件。
这就像是给液态金属“塑形”，让它们变成我们所需要的各种零部件。
模具的设计和制造是铸造环节的关键之一。
模具不仅要能够准确地塑造出所需的形状，还要考虑到金属液的流动、冷却收缩等因素，以避免出现缺陷。
比如说，如果模具的排气不畅，就可能在铸件中形成气孔，影响其质量和强度。
铸造的方法也是多种多样的。
砂型铸造是最为常见和传统的一种，它成本相对较低，适用于生产形状较为复杂的铸件。
而压力铸造则是在高压下将金属液注入模具，能够生产出精度高、表面质量好的铸件，但设备成本较高。
在实际的生产中，熔炼和铸造往往是紧密相连的。
只有熔炼过程中控制好成分和温度，才能为铸造提供优质的液态金属；而只有铸造环节中设计好模具、选择合适的工艺，才能将液态金属完美地转化为符合要求的铸件。
熔炼与铸锭技术（24 学时）刘会群liuhuiqun@材料科学与工程学院第一讲绪论1.1 金属熔炼与铸造的历史1.2 什么是熔炼1.3 什么是铸造1.4 熔炼与铸造过程中涉及的主要问题1.5 本课程的主要内容21.1 金属熔炼与铸造的历史人类文明史就是人类使用材料的发展历程，其中熔炼与铸造技术也不断进步。
旧石器时代：几十万年至大约1万年前新石器时代：1万年至6000年前青铜时代：公元前3-4千年至公元前1千多年铁器时代：公元前1000多年-20世纪多元材料时代：自20世纪下半叶起金属与埃及古代文明公元前三千至四千年，居住在两河流域的苏美尔人已用金制造工具。
新石器时代末埃及人开始进行金的加工。
公元前2900年，古埃及国家的创始者麦涅斯决定以14克重的黄金来计量价格。
早在4000多年以前，埃及金属加工工艺已达到相当高的水平。
在古埃及第四王朝（公元前2613年至前2494年）麦列鲁布法老的陵墓中，曾发现有一套金匠制作金器的雕画，这些雕画展示了4000多年前古埃及人进行黄金加工的情景。
而最为人所知的，同时也是世界上最精美的金器则是目前保存在大英博物馆的埃及第十八王朝国王图坦卡蒙（约公元前1360年）的黄金面具、黄金座椅等黄金器物。
右图展示一个用110 多公斤的黄金铸成的图坦哈蒙纳法老的金石椁，(公元前1350 年），加工十分精致。
埃及人制取青铜铸件图（大约公元前1450年)中国古代的青铜器冶铸技术青铜，是指红铜与锡、铅等其它化学元素组成的合金，因颜色呈青灰色而得名。
青铜器在中国原始社会末期已经被制造出来，之后中国经历了长达十六个世纪的青铜时代，创造了辉煌灿烂的文明。
目前已知最早的青铜制品是在甘肃东乡林家马家窑文化遗址中出土的一件单范铸造的青铜刀，装饰较少，反映出远古先民纯朴的审美意识。
夏代（21世纪B.C～16世纪B.C）的青铜器中已经有了象征身份等级的礼器，与礼制的政治制度相呼应。
商代（16世纪B.C～11世纪B.C）青铜器发展到鼎盛，大型器物迭见，花纹繁缛精致，并有一些神秘主义的色彩。
西周时期（11 世纪B.C ～776B.C ）青铜器与礼制的结合更加紧密，冶铸技术日趋成熟，出现了长篇铭文，成为珍贵的历史资料。
春秋战国（776B.C～221B.C）时青铜器一改过去的设计，风格纤巧、清新，普遍采用更高水平的制作工艺，极富地方性和生活色彩。
秦代以后（221B.C～1840A.D），礼器比重大减，钱币、度量衡和铜镜经过更新、创制，成为中国封建社会青铜器的主流，在漫长的时间里，中国的青铜器铸造技艺一直保持着其他国家望尘莫及的水平。
青铜器，集造型、雕塑、绘画等多种艺术之成，具有极高的实用价值和艺术审美价值，是中国文物艺术中的瑰宝，也是世界美术史上的精华，是中国金属材料科学技术的骄傲。
殷商时期殷商时期是我国青铜文化繁荣、昌盛的时期。
这个时期内创造出大量造型艺术和工艺技术上都十分精湛的青铜器。
年代最早的殷商青铜器是在河南偃师二里头出土的一件铜爵，其化学成分分析发现含铜92%，锡7 %，是铜锡合金。
二里头遗址出土的青铜器已表现出一定的铸造水平，因此，推测在商代以前，即夏代，已经有了青铜器。
殷商中期的青铜器比早期有较大的发展，种类更多，金容器就有鼎、鬲、爵、卣(you)、觚、盘等十多种。
这个时期的青铜器大多是采用多块陶范组成器型一次浇注而成，化学成分为：铜约81-88% ，锡和铅分别5-8%和16%。
殷商晚期使我国青铜文化的鼎盛时期，1959年在安阳殷墟遗址发掘到具有相当规模的铸铜作坊遗址，获得数以千计的各类陶范及大量的坩埚残片。
司母戊鼎（商代）通高133厘米，重875 公斤，1939年河南省安阳殷墟出土，现藏中国历史博物馆司母戊鼎因其腹内壁上有铭文“司母戊”三字而得名，是商王祭祀其母（名戊）的纪念器物。
司母戊大方鼎的铸造司马戊大方鼎是殷商青铜器的第一重器，它集中地显示了殷商晚期冶铸业的技术水平和生产能力。
这件鼎的鼎身和鼎足是整体铸造的，鼎耳是在鼎身铸好后再在其上安模、翻范、浇注成型的。
鼎身是由四块腹范、一块底范、一块芯座、另加四块浇口范组成。
浇铸这件鼎所需的金属料在1000公斤以上。
铸造是需要专门的化铜炉熔化铜和其他金属，浇铸时可能采用槽铸的方式。
司马戊大方鼎的化学成分是：铜84.77%、锡11.64%、铅2.79%，合乎所谓的钟鼎之齐六分其金而锡分其一。
四羊方尊（商代）通高58.3 厘米，1938 年湖南省宁乡县出土，现藏中国历史博物馆在中国古代青铜器中，有不少器物以其独特的造型而引人注目，四羊方尊便是其中一例。
它的造型动静结合，寓雄奇于秀美之间，可谓巧夺天工。
四羊方尊的造型和铸造技术特点尊的四肩、腹部及圈足设计成四个大卷角羊，增加了变化，在宁静中突出威严的感觉。
方尊的边角及每一面的中心线的合范处都是长棱脊，其作用是以此来掩盖合范时可能产生的对合不正的纹饰。
同时也用以改善器物边角的单调感，增强了造型的气势。
羊角是事先铸成后配置在羊头的陶范内，再合范浇铸的，因为技艺高明，才使全器有浑然一体的感觉。
铜尊盛行于商代和西周时期，是一种饮酒用具。
这件四羊方尊是我国现存商代青铜方尊中最大的一件，是商代方尊的代表，重达34公斤，加上它独一无二的造型，理当进入文物精品之宝库。
失蜡法的起源与发展失蜡法是冶铸史上的一项重大发明。
失蜡法利用室温以固态存在，温度较高时熔化的物质（如蜡、动物油脂等）作模具，铸造过程是：用粘土制作模芯，干燥后，在模芯上涂上蜡和油脂（可厚至数寸），油脂和蜡硬化后，在其上面造型，雕刻文字和图像，再将细沙土调和为泥复于蜡上，内外干透后，外施火力将油蜡溶化并从留下的口子流掉，留下一内空的型腔，将熔化的金属液倒入其中，模具被熔烧掉，得到复杂形状的整体铸件。
一般认为：西亚和印度等地区于公元前第三千年中晚期就使用了失蜡法铸造小型物品。
根据考古的发现，失蜡法在中国的起始年代为公元前七世纪的春秋中期或更早。
中国失蜡法虽然比较后起，但由于青铜冶铸业高度发达，这一技术很快处于世界前列。
铁的发现和利用人类最早使用的铁来自宇宙。
平均每天坠落到地球上的物质-陨石或者尘埃有六吨左右。
陨石的组成元素主要是铁，其次是镍和钴。
美国的亚里桑纳州的魔鬼山谷，陷口直径1200米，深度约为200米，史前时期，在此落过一枚陨石，估计重1千万吨。
爱斯基摩人的铁陨石，重34吨，现藏纽约自然历史博物馆。
在公元2000年以前，铁远比铜贵重，国王把铁块作为珍贵的金属珍藏在自己的宝库里。
现在仍难以确切给出世界各地进入铁器时代的时间表。
生吹炼铁法生吹炼铁法是一种古老的炼铁技术。
这种技术的要点是借助于矿石的直接还原制取可锻海绵铁。
十八世纪，这种技术在西方国家得到广泛使用。
在欧洲，这种技术一直使用到1850年，在北美甚至延用到1890年。
在用生吹炼铁法制铁的过程中，工人把木炭和粉碎的矿石分层装入炉膛，炉前工操纵鼓风设备，炉渣从炉内侧孔道流出。
经过4-8小时后，炉工用铁棒从炉中取出带夹渣的铁粒粘团海绵料-熟铁块，由两个工人反复锤打该铁块，至所需形状。
十五世纪，奥地利的冶金工匠使用的生吹炉平均容量为1.1-1.7立方米，一昼夜可熔化金属1200-1300公斤。
中国古代钢铁技术早在公元前13-14世纪，中国人就已识别和使用了铁。
目前所知的我国最早经人工冶炼的铁是江苏六合出土的春秋晚期铁条和铁块。
战国中期以后，铁器取代铜器和木、石、骨器成为主要的生产工具。
西汉三大手工业，冶铁业是最重要的。
全国设有49处铁官，铁的年产量已相当可观。
从西汉后期进入完全的铁器时代到魏晋南北朝时中国制钢术大发展的时期。
从唐宋到明中叶使我国古代钢铁技术全面发展和趋于稳定的时期。
明中叶到鸦片战争，由于帝国主义侵略，中国的钢铁技术发展缓慢，未能实现向现代钢铁技术转化。
《天工开物》生熟炼铁炉图近代钢铁工业的快速发展十八世纪末，从英国纺织生产开始的工业革命刺激了黑色冶金工业。
十九世纪钢铁工业迅速发展。
首先是贝斯麦发明了贝氏炼钢法（酸性转炉炼钢法），接着托马斯发明了托氏炼钢法（碱性转炉炼钢法），1864年又出现了马丁平炉炼钢法，这种方法直到今天还在使用。
由于这些发明，世界终于从缺钢的困境中摆脱出来，1870年英国的钢产量突破了500 万吨。
强大的钢铁生产能力也就奠定了英国的世界强国的地位。
现代高炉炼铁把含氧化铁的矿石与焦炭一起加热，就会炼成金属铁。
现代炼铁都在高炉内进行。
最大的高炉容积已经超过1 万立方米。
高炉内发生的化学过程又多又复杂，但可用最简单的形式归纳为：铁的氧化物+ 碳→铁+ 碳的氧化物（矿石）（焦炭）（金属）（煤气）碳钢与合金钢我们把含碳量在0.02wt%-2.11wt%的铁碳合金称为钢。
在钢中加入Mn, B, Cr, Ni, Mo, V, W等合金元素就得到各种各样的合金钢。
铝合金由于Al易氧化，故出现较晚，大约在19世纪末至20 世纪初。
其他合金随着科技的发展，在20世纪后半叶，出现了新的合金（铸造Mg、Zn、Ti等合金）及其熔炼方法。
现代常用的熔炼技术：(1) 坩埚炉及感应炉熔炼技术(2) 反射炉熔炼技术(3) 快速熔炉熔炼技术(4) 真空炉熔炼技术(5) 真空感应电炉熔炼技术(6) 真空电弧炉熔炼技术（自耗、非自耗和凝壳）(7) 电子束熔炼技术(8) 等离子炉熔炼技术(9) 电渣炉熔炼技术1.2 什么是熔炼将基体金属、合金化元素以及中间合金等放入熔炼炉中，并加热，使之由固态变为液态并进行合金化元素调整、脱气、除渣等，以达到铸锭所要求的成分的过程。
各种金属的性质差异大，因此其熔炼方式具有不同的特点。
1.3 什么是铸锭铸锭是将金属液铸成特定形状、尺寸、成分和质量符合要求的锭坯。
铸锭要满足下列要求：(1) 锭坯形状和尺寸必须适合压力加工的要求，否则会增加工艺废品及边角废料；(2) 锭坯内外不应有气孔、缩孔、夹渣、裂纹及明显偏析等缺陷，表面光洁平整；(3) 锭坯的化学成分符合要求，结晶组织基本均匀，无明显的结晶弱面和特粗晶粒。
1.4 熔炼与铸锭过程中涉及的主要问题金属的氧化、挥发；熔炼过程的吸气、脱气；金属的凝固；铸锭的组织控制；铸锭的缺陷；1.5 本课程的主要内容1. 有色金属熔炼的基本原理2. 有色金属铸锭凝固的基本原理3. 有色金属熔铸技术●有色金属在熔炼和铸锭过程中与炉气、炉衬、溶剂、涂料、空气和水蒸气等环境因素相互作用的基本规律。
●熔铸工艺参数对熔体中的气体及夹渣含量和铸锭的凝固过程、结晶组织、溶质再分布及偏析、裂纹等缺陷所产生的影响及变化规律。
教材：《有色金属熔炼与铸锭》，章四琪黄劲松主编，化学工业出版社参考书：。
