铝及铝合金的熔炼
铝及铝合金是近代工业中得到广泛应用和发展很快的重要金属材料。目前世界铝产量仅次于钢铁，居有色金属首位。
铝及铝合金具有比重小、比强度大、导电和导热性好、耐腐蚀、可塑、可焊、无毒、光泽美丽以及低温性能好等一系列优越性能，在国民经济和国防建设中的地位及作用日趋显著。
熔炼铝及铝合金的主要目的是：配制合金；通过适当的工艺措施(如精炼和过滤)提高金属净度。
气孔、夹渣和氧化膜等冶金缺陷对铸坯质量影响较大，同时还会严重影响到深加工 后的成品质量。因此，除应严格控制原材料的标准和净度外，还需采用合理的熔炼工艺 提高铸坯的净度。
此外，因在铸坯中形成的金属间化合物—次晶不能用随后的压力加工和热处理方法 应除，所以这一因素亦不容忽视。
为改善合金的工艺性能和制品质量，减少冷热裂纹，除控制化学成分和杂质外，还 应采用合适的工艺添加剂(变质剂)以改变和细化铸坯的晶粒。
近年来，为提高金属熔体的净度。采用了许多行之有效的先进工艺，如采用在线惰 性气体除氢，电熔剂精炼和泡沫陶瓷过滤器去除夹杂物，在生产中均收到明显效果。
2．2 铝中气体的溶解及夹杂物和氧化膜的生成
铝铸坯中的夹杂物，一部分来自于原铝锭，另一部分是由生产设备和工艺过程中带 入，因为铝的化学性质非常活泼，能和许多元素发生化学反应，尤其在熔融状态下，更 易与氧、氮等元素化合而生成氧化物、氮化物、碳化物和硫化物等非金属夹杂物及氧化 膜。
氢和铝虽不形成化合物，但它极易浴解于液态铝中，它是铝中所含的主要气体。
在熔炼过程中，如对液态铝中所溶解的气体和含有的非金属夹杂物处理不当时，就 会在铸坯中造成疏松、气孔、夹渣等冶金缺陷，因此，必须采取相应措施予以防止和消 除。
2．2．1 铝中气体的溶解
2．2．1．1 铝中气体溶解的主要来源：
第四章习题与思考题
1. 含钴和铜的硫化矿于1×101325Pa 条件下进行焙烧，
要生成能溶于水的硫酸钴和不溶于水的氧化铜，达到易于
用水分离两者的目的，试确定这种选择硫酸化焙烧的炉气
组成的控制范围，已知：
2CuO+2SO2+O→2CuSO4 ΔG θ 950k=-119053J
2CoO+2SO2+O2→2CoSO4 ΔG θ 950K=-160482J
2． 硫化镍（Ni3S2）在总压为 101325Pa，温度为1000K，气
相组成范围是3～10%O2,3～10%SO2的条件下进行焙烧，问所
得焙烧产物应是什么？已知
NiO+SO3=NiSO4 ΔG θ =-248069+198.82T,J
3. 已知反应Cu2O+FeS=Cu2S+FeO的平衡常数与温度的关系 式为logKp= T 146 . 19 108336 -0.000074T，问在 1473K温度下该反应
进行的可能性？
解答：
1.解：2CuO+2SO2+O2 2CuSO4 119053 1 ln 2 2 2 950 - = × - = D O SO P P RT G q
（ 2 2 2 O SO P P × ）1=2.84×10 -7
同理，2CoO+2SO2+O2 2CoSO4 （ 2 2 2 O SO P P × ）2=1×10 -9
可知在同样的 PO2 时， 2 2 1 2 ) /( so SO P P ） （ =16.85，即在 950 0 C 时炉气范
围只要将 SO2 的压力控制在（PSO2）2—（PSO2）1 的范围内即可。
2.解：NiO+SO3=NiSO4 ΔG θ =-248069+198.82T,J T Kp RT G 82 . 198 248069 ln + - = - = D q
得 PSO3(NiSO4)=2.68×10 3 Pa
2SO2+1/2O2=SO3 ΔG θ =-94558+89.4T,J (P77)
钢的脱硫与脱磷
1钢液的脱硫
硫是钢中常见元素。对于大多数钢种而言硫是有害元素。只有少数钢种硫作为合金元素加入钢中，用来改善钢的切削性能及其他性能。
1.1 硫在钢中存在的形式
在铁液中Fe与FeS能无限互溶，FeS在固态铁中的溶解度为0.015%～0.020%。当钢中含硫量大于0.020%时，冷却后在晶界上以网状FeS和FeS-Fe共晶析出。FeS-Fe共晶体的熔点为988℃。FeS还会与FeO形成FeS-FeO共晶体，其熔点为940℃。
在钢中硫与许多合金元素可以形成硫化物或硫氧化物 。这些化合物的熔点和密度列于表1。镍基合金中硫除了形成上述类型的镍的化合物之外，还会形成碳硫化合物。
表1 钢中硫化物的熔点和密度
硫化物或
硫氧化物 熔点
/℃ 密度
/（g/cm3） 硫化物或
硫氧化物 熔点
/℃ 密度
/（g/cm3）
NiS 797 5.66 NdS 2200 6.24
FeS 1195 4.69 σ-Y2S3 1600 3.87
MnS 1530 4.05 γ-Ce2S3 1890 5.18
ZrS 2150 5.14 γ-La2S3 2150 4.93
TiS 2050 4.05 γ-Pr2S3 1795 5.27
MgS 2000 2.85 γ-Nd2S3 2200 5.49
BaS 2200 4.25 Y2O2S 2120 4.89
CaS 2600 2.80 Ce2O2S 1950 5.99
CeS 2450 5.88 La2O2S 1940 5.77
LaS 2200 5.75 Pr2O2S — 6.16
YS 2060 4.51 Nd2O2S 1990 6.22
PrS 2230 6.07
1.2 硫在钢中的作用
1.2.1 硫的有益作用
（1） 改善钢的切削性能
硫加入钢中形成细小的硫化物夹杂，可以产生应力集中的缺口效应，降低钢的切削抗力。硫化物夹杂颗粒破坏了钢基体金属的连续性，使切削容易断裂。此外硫化物夹杂质地柔软，对刀具能起润滑作用，减少了刀具与切削金属间的摩擦力。综上所述，硫可以改善钢的切削性能。在易切钢中通常含有0.15%～0.45%硫，用来改善其切削性能。
第一章
1 冶金原理研究的主要内容包括_冶金动力学、冶金热力学、冶金溶液。
2 金属熔体指液态的金属、合金。
1、 冶金原理是提取冶金的主要基础科学，它主要是应用__物理化学、_____的理论和方法研究提取冶金过程，为解决有关__技术___问题、开拓__新__的冶金工艺、推进冶金技术的发展指明方向。、
2、 根据组成熔体的主要成分的不同，一般将冶金熔体分为__金属熔体、熔渣、熔盐、熔硫。
3、 冶金原理按具体的冶金对象分为__钢铁____冶金原理及__有色金属___冶金原理。
4、 根据熔渣在冶炼过程中的作用的不同，熔渣主要分为____冶炼渣、精炼渣、富集渣、合成渣____四种。在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择_熔渣____，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。。。
5、 熔渣是_金属提炼______和_____精炼过程__的重要产物之一。
6、 熔渣是指主要由各种_氧化物_____熔合而成的熔体。
7、 __富集渣______的作用在于使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便在后续工序中将它们回收利用。
8、 __精炼渣_____的作用是捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。
9、 在造锍熔炼过程中，为了使锍的液滴在熔渣中更好的沉降、降低主金属在渣中的损失，要求熔渣具有较低的粘度、密度、渣-锍界面张力。
10、 为了提高有价金属的回收率、降低冶炼过程的能耗，必须使锍具有合适的物理化学性质。
11、 在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择__熔渣成分______，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。
12、 冶金过程热力学可以解决的问题有：1）计算给定条件下的；根据的正负判断该条件下反应能否自发地向________进行：2）计算给定条件下的平衡常数，确定反应进行的______；3）分析影响反应的和平衡常数，为进一步提高________指明努力方向。预期方向；限度；转化率。
