【学习课件】第二次课造锍熔炼的理论基础-副本

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熔炼与铸造在实际应用中的应用
探索熔炼和铸造在各行各业的实际应用，如汽车制造和航空航天。
总结
熔炼与铸造的重要性
总结熔炼和铸造在材料加 工中的重要作用。
熔炼与铸造的发展趋 势
展望熔炼和铸造技术的未 来发展趋势。
展望未来熔炼与铸造 的发展前景
探索熔炼和铸造领域的未 来前景和新的发展方向。
铸造流程及铸造缺陷处理
了解铸造的具体流程，以及如 何处理铸造中的常见缺陷。
熔炼与铸造的关系
熔炼和铸造的区别与联系
比较熔炼和铸造的不同点和相互关系，深入理 解二者的作用。
熔炼与铸造的关联关系及作用
探索熔炼和铸造之间的联系及其在材料加工中 的重要作用。
实例分析
1
典型案例介绍
通过实例分析，展示熔炼和铸造在实际工程项目中的应用。
《熔炼与铸锭》PPT课件
欢迎来到《熔炼与铸锭》PPT课件！在这个课程中，我们将深入探讨熔炼和 铸锭的原理、设备、工艺以及其重要性和发展趋势。
熔炼原理
金属材料特点
了解金属材料的特性，为 熔炼过程做出合理选择。
熔炼基本原理
揭示熔炼是如何实现材料 物态转变的过程。
熔炼方式和分类
介绍不同的熔炼方式和分 类，如火法和电法熔炼。
回顾铸造技术的发展历史，从古代手工铸造到现代自动化铸造。
2 铸造材料分类
介绍铸造中常用的材料分类，如铸铁和铸钢。
3 铸造基本原理
揭示铸造是如何通过熔融金属注入模具，形成所需形状的工艺
了解常见的铸造方法，如砂铸 和压铸。
常见铸造设备介绍
介绍铸造中常用的设备，如模 具和液态金属处理设备。
熔炼设备与工艺
火法熔炼
探索使用火焰进行 熔炼的设备和工艺， 如高频感应炉和电 阻炉。

热力学中反应的吉布斯标准自由能变化是等温等压下过 程能否自发进行的判据:
如果过程自发进行，则过程的吉布斯自由能变化△G<0 如果过程的吉布斯自由能变化△G>0，则过程不可能自
发进行； 当△G=0时，则过程正反两个方向进行的速度相等，也
即过程达到平衡状态。 实际冶金反应多在等温等压下进行，所以讨论△G对我
在一定条件下，哪些反应可以进行，哪些反 应不能进行，反应能进行到什么程度，反应 在进行过程中有无热量的变化(是吸热，还 是放热);
改变条件对化学反应有什么影响，这类问题 正是化学热力学要探讨的范围。
化学热力学就是研究化学反应中能量的转化、化学反 应的方向和限度，以及外界条件对化学反应方向和限 度的影响的科学。
---造锍熔炼
2.1造锍熔炼的原料
◦ 主要包括硫化精矿和造渣用的熔剂。
◦ 铜的造锍熔炼，熔炼的物料包括铜精 矿或经过焙烧以后的铜焙砂以及造渣 熔剂。
◦ 造锍熔炼后，物料中除了硫氧化成 SO2从烟气中排出以外，其它元素， 有少量的被挥发，大部分则分别进入 冰铜和炉渣两种产物中
炼方法
精矿成分(％)
数成正比
，
在中各一组定分的的温稳度定下性，与当其M-化Sl-学nO势p系S有2平关衡，时也，就气是相说和与凝气聚相相中
的氧势( )和硫势( )有关于是可以作出以 为坐标的M-S-
O系平衡状态图，亦称为硫势ln 氧pO2势图。 ln pS2
ln pS2 ln pO2
在一定的温度下M-S-O系以表示的化学势 图如图 2-2所示，图上的每一条线表示一平 衡反应的平衡条件，
斯吕德哈状态图数值/％
Cu S [Fe] (Fe3O4) (Cu)
60 23 14.5 7 0.51

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【精品课件】铸造合金熔炼工艺及组 织
2、铸造铝合金的凝固过程控制
（1）铸型的准备 砂型 金属型
（2）试样准备 将上述熔炼好的ZAlSi13经去气精炼和变质处
理后分别浇注到准备好的两种不同的铸型中， 成型后加工成标准试样。
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【精品课件】铸造合金熔炼工艺及组 织
⑶ 性能检测 将加工后的试样进行硬度测定，比较两种不
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【精品课件】铸造合金熔炼工艺及组 织
1、ZAlSi13合金的熔炼、性能检测及组织观察
（1）化学成分的选择
ZAlSi13合金,共晶型合金
（2）配料计算 ZASi28
• ZASi13
（3）ZAlSi13合金的熔炼过程
• 装料、 熔化
• C2Cl 6
• 不精 炼
•精 炼
• 浇注试样（3个） • 浇注试样（3 个）
【精品课件】铸造合金熔炼工艺及组 织
三、实验设备
1、熔炼用炉(井式电阻炉)； 2、金属型，木模和砂箱； 3、抛光机； 4、金相显微镜； 5、布氏硬度机
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【精品课件】铸造合金熔炼工艺及组 织
四、实验内容
1. ZAlSi13合金的熔炼、性能检测及组织观 察
2. 铸造铝合金的凝固过程控制
分别观察铝液精炼与不精炼所获得试样液面的变化。
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【精品课件】铸造合金熔炼工艺及组 织
装料、熔化 • Na 变质
浇注试样（3个）
(4) 性能检测
将上述三种试样加工成标准试样，进行硬度的测定， 通过硬度的变化，比较ZAlSi13合金精炼前后以及变
质前后性能的变化。
(5) 金相组织观察

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图中处在越下部的金属与氧的结合能力越强，由此产生 金属冶炼中的金属热还原法。
Me MO MeO M
Me 为还原剂， M为O 金属氧化物，作氧化剂。
例如： 4 Al 3TiO2 3Ti 2Al2O3
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氧化动力学机制
2.氧通过固体氧化膜向氧化膜-金属界面扩散（即内扩散）
vD
DA
(CO
2
CO' 2 )
D—氧在氧化膜中的扩散系数，δ—氧化膜的厚度
C´O2—反应界面上的浓度
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氧化动力学机制
内扩散
vD
DA
(CO
2
CO' 2 )
金属氧化机理示意图
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当前你正在浏览到的事第十八页PPTT，共七十七页。
当前你正在浏览到的事第十九页PPTT，共七十七页。
氧化热力学条件及判据
当前你正在浏览到的事第二十页PPTT，共七十七页。
• 由式(1．11)可以看出，气相氧的分压P02高，
组元含量[i%]多及活度系数大，则氧化反应 趋势大。因此，在实际熔炼条件下，元素的氧 化反应不仅与ΔG有关，而且反应物的活度 和分压也起很大作用。改变反应物或生成物 的活度与炉气中反应物的分压，可影响氧化 反应进行的顺序、趋势和限度，甚至改变反 应进行的方向。
(1)
分解压与温度的关系可以由ΔG-T关系导出。由ΔG=A+BT
及公式（1-2）可得：
RT ln pO2 =A BT
A<0
A BT A

2023 WORK SUMMARY
有色金属熔炼与铸锭 资料课件
REPORTING
CATALOGUE
• 有色金属熔炼基础
PART 01
有色金属熔炼基础
熔炼的基本概念
熔炼定义
熔炼是有色金属生产中重要的一步，它涉及到将原料加热至熔融状态，通过化学反应和 物理作用，将杂质去除并使金属或合金成分均匀混合的过程。
铸锭的结晶过程
01
02
03
结晶过程
金属熔体在冷却过程中， 原子或分子的排列从无序 状态逐渐变为有序状态， 形成晶体的过程。
结晶温度
金属熔体结晶速率
结晶过程中晶体生长的快 慢，受到冷却速率、过冷 度等因素的影响。
铸锭的宏观组织形成与控制
宏观组织
铸锭中晶体的分布、大小、 形状等宏观特征。
反应的可能性与方向，而动力学则研究反应速率与过程控制因素。
熔炼过程中的热力学与动力学
热力学在熔炼中的应用
热力学的主要任务是研究熔炼过程中能量的转化与物质平衡的问题。通过热力学分析，可 以确定熔炼过程的自发性和方向，以及反应的标准摩尔焓变、熵变等参数。
动力学对熔炼过程的影响
动力学研究反应速率和反应机制的问题。在熔炼过程中，动力学因素决定了反应的快慢和 进行的程度。通过控制熔炼温度、搅拌速率等参数，可以调节反应速率，优化熔炼过程。
微观偏析
金属熔体在结晶过程中，由于溶质再分配导致晶 体内部化学成分的不均匀性。
PART 04
有色金属熔炼与铸锭中的 问题及解决策略
杂质与夹杂物的控制
控制方法
选用纯净的原材料，加强原材料 的保管和运输，采用合理的熔炼 和浇注工艺，以及进行有效的精 炼处理。
实例
采用电渣重熔、真空熔炼等方法 去除杂质与夹杂物，提高金属纯 净度。

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任务实践
三）Cu-Fe-S三元状态图在熔炼冰铜时的应用
1．冰铜的熔点 确定了冰铜的理论组成之后，就可方便地自图
Байду номын сангаас
4-5的等温线中找出其熔点。如冰铜组成位于1015℃（1288K）
的等温线上，则其熔点就是1288K。从图中可以看出液相分层
区外靠Fe-Cu边的等温线，其温度一般都比靠FeS-Cu2S线的高，
故从 点最
熔 底
点 （
考虑， 1188K
冰 ）
铜组 ，在
成 三
应 元
在 共
分 晶
点层E区的与的F组eS成-C上u2。S线同
之 时
间 ，
， 在
其 两
熔 条
二元共晶线及其附近，熔点也较低。
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任务实践
2．冰铜的成分 在三角形S-Cu2S-FeS内的高价硫化物（CuS、FeS2等）不稳定，分解成Cu2S、 FeS并析出硫蒸气。所以工厂所产冰铜中的硫含量不超过图中Cu2S-FeS连线之上。若超过了，体系即进入 S-Cu2S-FeS内，因此三角形S-Cu2S-FeS部分在冶金过程的温度不是无意义的，图4-5中就省略了。
解决思路
在 大 多 数 情 况 下 ， 由 于 金 属 氧 化 反 应 的 熵 变 小 ， 所 以 它 在 ΔGθ—T 关 系 图 中 的 直 线 几 乎 是 一 条 水 平 线 ， 只是铜、铅、镍等例外。
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解决思路
图4-4可用来比较MeS和MeO的稳定性大小，从而使可以预见
MeS—MeO ΔGθ更负
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解决思路
Cu2O(1)+FeS(1)=Cu2S(1)+FeO(1) ΔGθ=-146440+19.25T,kJ·kg-1·mol-1

3.2.2 造锍熔炼过程中的物理化学变化
(2) 锍的形成及其特性
熔炼温度下(1200℃)，两种硫化物 均为液相，完全互溶为均质溶液
图3-3 Cu2S-FeS二元系(教材P91)
图3-4 FeS-MS二元系的液相线(见教材P92)
3.2.2 造锍熔炼过程中的物理化学变化
铜锍中溶解有金属和氧化物， 所以其中的硫含量比Cu2SFeSl.08系化学计量的要少,实际 上的铜锍成分是在Cu2S-FeSl.08 线与2液相分层区之间 理论的铜锍成分应在图中 Cu2S-FeSl.08线上波动
图3-5 Cu-Cu2S-FeSl.08-Fe系状态图(见教材P92)
3.2.2 造锍熔炼过程中的物理化学变化
从FeS-FeO系可知，在高温 下它们完全互溶，所以 Cu2S-FeS系就溶解有FeO。
(a) Cu2S-FeS-FeO系等熔度图
(b)铜锍中的氧含量与共存的渣相中 SiO2含量的关系 BN线为SiO2饱和的FeO-SiO2炉渣
3.2.2 造锍熔炼过程中的物理化学变化
Ni3S2若用H2还原得到Ni， PH2S/PH2应小于0.0l
(5) 用硫氧势图说明多种硫化物的氧化反应
图3-13 1300℃ M-S-0系硫-氧势图(P103)
2M+O2=2MO (1) 2M+S2=2MS (2) (1)-(2): 2MS+O2=2MO+S2 (3) 这些反应的平衡常数表示式如下 lgK1=2lg(αMO/αM)-lgPO2 lgK2=2lg(αMS/αM)-lgPS2 lgK3=2lg(αMO/αMS)-lgPO2+ lgPS2 ½S2+O2＝SO2，1gK＝lgPSO2-½1gPS2-1gPO2 MS如果是在PSO2＝l0kPa的气氛下进行，随着 PO2的增大将沿图3-13中PSO2线的方向发展。Fe、 Zn、Ni的硫化物将越过反应(3)线变为MO，对 于Cu和Pb，则会越过反应(2)的线直接生产金 属，即MS+O2→M+SO2。这后一种生产金属的 情况，是硫化物用空气氧化时不经过氧化物阶 段而直接产出金属的可能性，铜硫的吹炼 (Cu2S→Cu)就是生产实践的一例，铅的直接熔 炼又是另一例。

提高精炼效果。
应减少精炼气泡直径，增加气泡与铝液接触时间，在不致使溶液表面
强烈翻腾而造成吸气氧化条件下，加强搅拌，以增大k值。
采用高纯度惰性气体或不溶于铝液的活性气体及真空除气，使Cms趋于0， 改善除气条件等。
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精炼温度
从热力学角度，精炼温度应低些为好；
从动力学角度，精炼温度希望高些，以降低熔 体粘度。 铝液的粘度一般较小，故以降低精炼温度为宜。
用下式表示FF11 S M I S M G
σ
M
-
I
－
铝
液
与
A
l
2
O
3夹
杂
物
之间的表面自
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由
能
；
通氮精炼（续）
➢根据热力学第二定律，系统表面能降低的方向，即为过程自动进
行的方向。故Al2O3夹杂物自动吸附在氮气泡上应满足
F F2 F1 0
SGI (S M I S M G ) 0
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除气动力学
除气的动力学过程大致经过下列几个阶段：
气体原子从铝液内部向表面或精炼气泡界面迁移； 气体原子从溶解状态转变为吸附状态； 在吸附层中的气体原子生成气体分子； 气体分子从界面上脱附； 气体分子扩散进入大气或精炼气泡内，精炼气泡上 浮到铝液表面进入大气。
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铝与氧的亲和力很大，极易氧化，4Al+3O2=2Al2O3。表面生成致密 的氧化铝膜，可阻止继续氧化。
在 通 常 大 气 （ 湿 度 较 大 ） 中 铝 的 熔 炼 温 度 下 γ-Al2O3 膜 常 会 含 12﹪H2O和H2，熔炼时若氧化皮被搅入铝液，即起Al- H2O反应。

锍熔炼的产渣量是很大的。视精矿和脉石成分的高低，
一吨的炉渣量大约是50－100%或更多些。一般熔炼炉渣
含铜为0.2～0.7％。现代强化熔炼（闪烁炉和熔池熔炼） 的炉渣需要经过贫化处理，传统铜锍熔的炉渣一般则不再 处理而直接废弃。因此，要求尽可能地降低渣中的铜损失。 减少铜在渣中的损失包括两方面的内容：一是减少炉 渣出量；二是降低渣中铜的含量。
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二、冰铜的概念及其组成
冰铜是在熔炼过程中产生的重金属硫化物为 主的共熔体，是熔炼过程的主要产物之一，是以 Cu2S-FeS 系为主并溶解少量其它金属硫化物（如 Ni 3 S 2 、 Co 3 S 2 、 PbS 、 ZnS 等）、贵金属（ Au 、 Ag）、铂族金属、Se、Te、As、Sb、Bi等元素及 微量脉石成分的多元系混合物。
5
（1）水分蒸发
目前除闪速熔炼、三菱法等处理干精矿外，
其他方法的入炉精矿，水分都较高（为
8%~15%）。这些精矿进入高温区后，矿中的水
分将迅速挥发，进入烟气。
6
（2）高价硫化物的分解
熔炼未经焙烧或烧结处理的生精矿或干精矿时，
炉料中含有较多的高价硫化物，在熔炼炉内被加热
后，离解成低价化合物，主要反应有： 2FeS2(s)→2FeS(s)+S2(g) 压Ps2=69.06千帕 (2-1)
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炉渣的分类常以炉渣的酸度或碱度来划分。过去常以酸
度（硅酸度）来对炉渣进行分类，现在许多冶金学家大都 以碱度来分类。 碱度定义如下：
%CaO %MgO % FeO M0 %SiO2 % Al2O3
M0=1的渣称为中性渣，M0>1的渣称为碱性渣，M0<1的渣
称为酸性渣。鼓风炉渣是典型的碱性渣（M0＝1.1～1.5)，