液态金属的净化与精炼

铝合金液熔体处理精练法（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库《铝合金铸件铸造技术》课程教案铝合金液熔体处理—精炼法制作人：张保林陕西工业职业技术学院铝合金液熔体处理一、铝合金液的精炼处理概述铝合金熔体的净化是获得优质铸件的前提。

由于原材料和在熔炼、转送、浇铸过程中的吸气、氧化，铝合金液很容易受到溶解的氢、非金属夹杂物和多余的碱或碱土金属的污染，使浇注的铸件容易产生针孔、气孔、疏松、夹杂物等缺陷，并对铸件的力学性能、抗腐蚀性、气密性、阳极氧化性能及外观质量产生较大的损害。

因此，在浇铸前必须对其进行精炼净化，除气排夹杂物，以提高合金液的纯净度。

铝合金液的精炼方法很多，根据精炼机理，可分为吸附法和非吸附法两大类。

二、吸附精炼法吸附精炼法是依靠精炼剂产生的吸附作用达到除去氧化夹杂和气体的目的。

精炼作用仅发生在吸附界面上，不能对全部铝液发生作用，效果受到限制。

具体又分为浮游法和过滤法两种。

（1）浮游法浮游法的原理是向铝液中通入惰性气体（通常为氮、氩或加入盐类所产生的气体）产生大量的气泡，由于气泡中氢的分压为零，因此借助于铝液和气泡中氢分压之差氢便不断扩散进入气泡并上浮逸出液面。

与此同时，由于浸润性的差异，铝液中的夹杂物能被吸附在与之接触的气泡上，随之上浮而排除，从而达到除氢排夹杂的目的。

根据精炼剂的不同，浮游法分为通氮法、通氩法、通氯法和氯盐精炼法等。

①通氮精炼氮气价格便宜，常用于精炼铝合金，如图1所示。

但它存在的不足处是：为防止大量氮化物夹杂（如AlN、Mg3N2等）的形成，处理温度较低（700～730℃），从而限制了氢的扩散能力。

实验结果表明，在大气压下熔炼时氮气气泡只能吸入约为本身容0.1积氢，精炼效果受一定影响。

氮气纯度要求高，含有微量氧和水分会极大地降低精炼效果，有资料表明，含氧量为0.5%即可使除气效果降低40%。

②通氩精炼精炼温度可提高到760℃，有利于增强氢的扩散能力。

液态金属处理技术的研究与应用液态金属处理技术是指将金属加热至高温状态，使其呈现液态状态后，通过先进的技术手段进行处理，以达到加工或改变其性能的目的。

液态金属处理技术在金属及其材料加工、制造等领域都有着广泛的应用。

本文将从液态金属处理技术的介绍、历史、研究进展、应用及发展前景等方面进行论述。

一、概述金属在自然状态下，处于固态状态，无法进行加工，而在液态状态下，金属的流动性强，可以进行各种形状加工。

因此，液态金属处理技术是一种重要的金属加工方式。

其主要的应用形式有铸造、坯料加工、铸轧复合等。

二、历史液态金属处理技术的历史可以追溯到公元前1500年的青铜时代。

在那个时代，铜水和青铜逐渐替代了原来的石器，成为人类生产生活中必不可少的原材料。

随着时代的发展，铜、铁等金属的生产、加工技术不断完善，铸造、炼铁等液态金属处理技术的应用也越来越广泛。

三、研究进展在液态金属处理技术的发展过程中，国内外科研机构与企业积极开展了相关研究，不断推陈出新。

其中，对液态金属的流动、凝固、形变、合金化等关键问题进行了深入研究，并取得了许多代表性成果。

例如，在金属冶炼和铸造领域，研究人员不断探索在不同条件下的得到合适的组织结构，以达到优化合金性能的目的。

同样重要的，国内外研究人员纷纷开展熔体的复合、铸轧、球化等加工工艺的研究工作，取得了一些重要的技术进步。

四、应用液态金属处理技术在工业领域中应用主要于铸造、轧制、焊接等方面。

铸造技术包括常规铸造、静压铸造、内部冷却铸造等，并在铸造砂型、铸造浇注、铸造合金的研发等方面，以发展新型合金等路线，提高铸件成形质量的同时降低成本。

轧制技术则是任务冷轧合金等分布式行为的超细晶粒等材料的制备。

在焊接方面，高强钢铝复合板等也借助液态金属处理技术实现更好的粘着性。

五、发展前景液态金属处理技术在工业生产中具有不可替代的地位，其应用领域还有很大的发展潜力。

未来，液态金属处理技术将在智能制造、高性能材料、新能源产业等领域得到广泛的应用。

精炼铝液中氮气的作用概述精炼铝液是铝冶炼过程中的重要环节之一，铝液中的杂质会影响铝的质量和性能。

在精炼铝液过程中，加入氮气可以起到多种作用，包括氧化还原反应、去除杂质、溶解氢气等。

本文将详细介绍精炼铝液中氮气的作用及其机理。

1. 氧化还原反应在铝冶炼过程中，铝液中常含有一些氧化物杂质，如铁氧化物、氧化铜等。

这些氧化物会影响铝的纯度和性能。

通过加入氮气，可以促进氧化还原反应的进行，将氧化物还原为金属或其他可溶性物质，从而净化铝液。

例如，氧化铁可以与氮气反应产生氮化铁，氧化铜可以与氮气反应产生氮化铜，这些产物可以溶于铝液中，并随杂质浮渣一起被排出。

2. 去除杂质除了氧化物，铝液中还可能含有其他杂质，如硅、镁、锰等。

这些杂质会降低铝的纯度和机械性能。

加入氮气可以与这些杂质发生化学反应，形成氮化物等溶解性物质，促进杂质的移除。

例如，硅与氮气反应生成氮化硅，镁与氮气反应生成氮化镁，这些氮化物可溶于铝液中并排出。

通过氮气的作用，可以有效净化铝液，提高铝的纯度和性能。

3. 溶解氢气铝液中常含有一定量的氢气，氢气会导致铝材形成气孔，影响机械性能。

通过加入氮气，氮气可以溶解铝液中的氢气，使其以气体形式排出。

氮气的溶解能力比氢气小得多，因此可以有效减少铝液中的氢气含量，防止气孔的形成。

4. 反应温度控制在精炼铝液中加入氮气还可以用于调节反应温度。

氮气具有良好的导热性能，加入适量的氮气可以促进热的传导，使反应均匀进行，防止局部温度过高或过低。

同时，氮气也可用于控制铝液的氧化性，防止过度氧化，保证铝液的质量和性能。

5. 安全防护作用在铝炉中加入氮气不仅可以起到精炼作用，还可以用于安全防护。

铝与氧气在高温下会发生剧烈反应，产生火灾和爆炸的危险。

加入氮气可以将氧气稀释，降低氧气浓度，减少火灾和爆炸的危险。

同时，氮气还具有惰性，不易与其他物质发生化学反应，减少了其他危险性物质的反应和爆炸风险。

结论精炼铝液过程中加入氮气具有多种作用，包括促进氧化还原反应、去除杂质、溶解氢气、调节反应温度和提供安全防护。

铜熔体的精炼净化技术江　钟　章文槐(江西铜业集团铜材有限公司,330096)摘　要:本文详细的介绍了铜熔体精炼净化过程中除杂、脱气、脱氧的各种技术现状,分析了铜熔炼所用熔剂的基本要求。

关键词:铜熔体　精炼净化　除杂　脱氧　脱气1　前言铜及其合金具有一系列优良的性能,其加工产品被广泛用于电气、仪表、热工、机械制造和军工等部门[1-3]。

然而铜在熔炼过程中易产生氧化、吸气和吸杂[4],使铜熔体产生污染,降低材料的工艺性和产品的性能。

熔体的氧化是指铜在熔炼过程中,铜熔体与环境中的氧发生反应,形成氧化亚铜及在随后的冷却过程中生成氧化铜[5]。

这些氧化物夹杂会恶化铜的工艺性,降低铜的导电性能。

溶解于熔体中的氢是使铸锭产生气孔、缩松、气泡和分层的主要原因,使随后的加工过程发生氢脆。

氢主要以固溶体的形式存在于铜熔体中,它主要来自于熔体还原时所用的碳氢化合物和炉气及环境中的水蒸气和结晶水[6]。

铜在熔炼过程中熔体还常常会吸收各种杂质。

这些杂质包括各种金属杂质元素和非金属夹杂物,它们对铜制品的最终使用性能往往会产生不利的影响。

为了获得最终合乎质量要求的铜制品,铜熔体在浇注前一般都需要进行必要的精炼净化处理。

2　技术现状2.1　除杂铜熔炼过程中夹杂主要通过密度差作用、吸附作用、化合作用和机械过滤作用去除。

密度差利用铜液在高温静置时,非金属夹杂物的密度小于铜液密度,上浮出铜液表面而去除。

吸附作用是向熔体中导入惰性气体或采取熔剂产生中性气体,在气泡上浮过程中,与悬浮的夹渣相遇时,夹渣便可能被吸附在气泡表面而被带出熔体。

化合作用是夹渣和熔剂之间有一定亲和力并能形成化合物或络合物,最后利用静置的方法分离除去。

所谓机械过滤作用,是指当铜液通过过滤介质时,过滤介质会对非金属夹杂物产生机械的阻挡作用。

2.1.1　静置澄清法这种方法一般是将铜液在精炼温度和覆盖剂覆盖的条件下保持一段时间,让夹杂物上浮而去除[7]。

静置的时间为:t=9ηH2g(ρCu-ρi)r2(1)式中,H为夹渣上浮的速度,由St okes公式决定,c m/s;η为熔体的黏度,Pa・s;ρ为密度,g/cm3;r为夹渣半径,c m;g为重力加速度,c m/s2。

铝及铝合金液的净化1铝合金液净化的目的：排除铝或铝合金液中的气体或是夹杂物；探讨铝合金液体中气体和夹杂物的来源及其相互关系。

2铝液中气体和夹杂物的来源：经研究分析，铝液中的气体成分主要是氢气（约占80%-90%），其余是氮气，氧气，一氧化碳等。

氢气主要来源于铝液与水蒸气的反应。

生产中的使用的任何工具，溶剂等，即使烘干，但相对于铝液来说仍然是潮湿的，还会使其吸氢。

氢在铝液中以两种形式存在：（1）约占90%的氢分解为原子状态溶解在铝液中，称溶解氢；（2）约占10%的氢以分子状态吸附于夹杂物的表面或是缝隙中，称吸附型。

铝液中的夹杂物除来自炉料外，还来自融化浇注过程中铝与氧反应所形成的氧化物。

铝液表面有1层氧化膜，接近熔点时，不仅厚度增加，而且结构也发生变化；面向铝液的一侧是致密的，对铝液有保护作用，但背向铝液的一侧则是疏松的，内部形成大量微小的气孔，并被铝液中，氢，氧，水汽所充满。

如果将液膜搅入铝液中，不仅增加铝液夹杂物，同时也增加气体。

3铝液净化的原则和方法：通过对铝合金溶液中气体，夹杂物来源及相互关系分析，以寻求最佳的净化方法，同时还必须要有合理的铸造工艺相配合，才能防止在铸件中才生气空和夹杂物，以获得优质健全的铸件。

消除铝铸件中的气孔和夹杂物的工艺原则，有人概括为“防，排，溶”。

“防”———要精选熔化使用的炉料，严防水汽及各种脏物进入熔炉中。

“排”———采用精炼剂净化铝液，排除铝液中的氢气和氧化夹杂物。

“溶”———就是使铝液中的氢在凝固时，能够部分地甚至全部地固溶在合金组织内，不致以气孔的形式存在于铸件中。

当采用金属型铸造、压铸、低压铸造、反压铸造、挤压铸造等工艺时，即使品质较差的铝液，也能获得无气孔的合格铸件。

铝合金净化方法按其作用原理可分为吸附净化和非吸附净化2个基本类型。

1 吸附净化法吸附净化是指通过铝熔体直接与吸附剂(如各种气体、液体、固体精炼剂及过滤介质)相接触,使吸附剂与熔体中的气体和固态氧化夹杂物发生物理化学或机械作用,达到除气、除杂的目的。

液体金属制备工艺研究液体金属是一种特殊的材料，具有较好的导电性、导热性和可塑性，因此被广泛应用于电子、航空航天、能源等领域。

液体金属制备工艺是液体金属应用的重要基础，其研究主要涉及液体金属合成、成形、表面处理等方面。

一、液体金属合成技术液体金属合成技术包括物理法、化学法和电化学法等多种方法。

其中，物理法主要指熔化法和凝固法。

熔化法是将金属粉末或块体加热至熔点，使其熔化后自然冷却得到液体金属的方法。

凝固法则是将金属加热至熔点后在冷却时形成固态金属，在加热后再次加热至熔点后冷却得到液体金属。

这种方法原理简单，但操作比较繁琐，且容易产生气泡和其他杂质。

化学法主要有还原法、电解法、氧化法等。

还原法是将金属离子还原成金属状态，成为液体金属的方法，如利用钠还原锂离子得到液体锂。

电解法是利用电解过程将金属离子还原成金属状态，例如商用铝的制备。

氧化法则是利用氧化反应从金属氧化物中获得金属，如利用铝氧化物制备液态铝。

电化学法主要有渗透电解法、电渣重熔法、等离子体电化学法等，其中，渗透电解法是将金属盐或金属氧化物溶液浸入金属实体中，然后加热电解产生液体金属的方法，如利用钾盐电解法制备液态铅。

二、液体金属成形技术液体金属成形技术是制备液体金属过程中的一个重要步骤，主要包括流延、挤压、注射、真空浇铸等方法。

流延是将液态金属置于一定的温度下，使其沿着一定的模具进行拉伸成形的方法。

这种方法具有成形精度高、成本低、生产效率高等优点，最适合于生产细长形和薄壁形的产品。

挤压是将液态金属通过模头挤出，在挤出口处随即形成所需要的形状的成形方法。

它是一种高效的成形工艺，在产生大量金属件的同时，还能够显著提高成形质量。

注射成形法也是一种常见的液体金属成形方法。

这种方法主要是将液态金属注入预先设计好的模具中，然后等待金属冷却凝固后即可得到所需的零部件。

该方法保证制品准确性和尺寸精度，是大批量生产的不二选择。

真空浇铸是通过真空环境下，将液态金属注入铸模中，然后将其冷却至稳定温度进行成形的方法。

高纯铝生产工艺高纯铝是指含铝量大于99.99%的纯度铝材料。

高纯铝具有优良的导电性、热导性、耐腐蚀性和良好的可塑性，广泛应用于电子、航天、航空、冶金等领域。

下面将介绍高纯铝的生产工艺。

高纯铝的生产工艺主要包括铝液净化、熔炼、精炼、铸造和二次处理等步骤。

首先是铝液净化步骤。

铝液净化是为了去除铝液中的杂质，提高铝的纯度。

常用的净化方法包括气雾净化、喷射净化和过滤净化等。

通过喷气的方式，将杂质吹除，从而提高铝液的净化度。

接下来是熔炼步骤。

将经过净化的铝液加热至熔化状态，常见的熔炼方法有电熔炉和电子束熔炼。

电熔炉是一种利用电能将铝液加热至熔化点的设备，而电子束熔炼则是利用高能电子束对铝液进行加热。

然后是精炼步骤。

精炼是为了进一步提高铝液的纯度，去除其中的气体和杂质。

常用的精炼方法包括真空精炼、气体平衡精炼和盐浴精炼等。

在真空精炼中，通过建立真空环境，将铝液中的气体抽除，从而提高铝液的纯度。

气体平衡精炼则是通过控制熔炼体系的气体成分，使铝液产生还原反应，去除其中的气体和杂质。

随后是铸造步骤。

将经过精炼的铝液倒入铸型中进行冷却凝固，常见的铸造方法包括连续铸造和浇铸等。

连续铸造是在连续铸造机中将铝液连续倾注到冷却的铸型中，使其凝固成坯料。

而浇铸则是将铝液倾注到金属模具中，使其凝固成为所需形状的铝件。

最后是二次处理步骤。

二次处理是为了进一步提高高纯铝的性能，通常包括热处理、表面处理和检验等。

热处理可以改善铝材的力学性能和耐腐蚀性。

而表面处理可以提高铝材的耐蚀性和装饰性。

检验则是保证铝材质量的重要环节，通过对铝材进行化学分析和物理性能测试，确保其符合规定的要求。

综上所述，高纯铝的生产工艺主要包括铝液净化、熔炼、精炼、铸造和二次处理等步骤。

通过这些工艺，可以生产出纯度高、质量优良的高纯铝材料。

精炼炉工作原理
精炼炉是一种工业设备，用于将原始金属或合金加热至高温以去除杂质和不纯物质的过程。

其工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 加料：原始金属或合金被加载到精炼炉内。

通常情况下，这些金属或合金可能包含各种有害杂质和不纯物质。

2. 加热：精炼炉使用燃烧器或电加热元件将金属或合金加热到高温。

通常情况下，高温范围在1000°C至2000°C之间。

3. 熔化：随着金属或合金的加热，其开始融化并形成液态相。

在这个阶段，有害杂质和不纯物质可能会被提取到液态金属表面。

4. 分离：随着炉内金属的融化，有害杂质和不纯物质会与液态金属分离。

这是通过重力作用、氧化反应或其他相关机制实现的。

5. 过滤和冷却：融化的金属通过过滤和冷却以去除残留的杂质和不纯物质。

过滤可以使用不同类型的过滤材料，例如陶瓷滤嘴。

6. 冶炼和再造：经过精炼的金属或合金可以进行进一步的冶炼和再造，以达到所需的成分和性能。

这可以通过添加其他合金元素或进行热处理来实现。

总之，精炼炉的工作原理是通过加热、熔化、分离、过滤和冶炼等步骤，对原始金属或合金进行处理，以去除杂质和不纯物质，从而得到纯净和高质量的金属或合金。