熔炼与铸造除气和脱氧

熔炼与铸造除气和脱氧一、气体的来源能溶解于金属中的气体，主要是氢和氧。在熔炼过程中，气体的主要来源有：1、炉气：非真空熔炼时，炉气是金属中气体的主要来源。在炉气中除含有氧、氮外，还含有水汽、氢、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫和碳氢化合物等。炉气的成分随使用的燃料和燃烧的情况的不同而变化；如以重油或煤气做燃料的反射炉或坩埚炉中，常含有5-10％的水汽和较多的氢、一氧化碳等。2、炉料：电解金属表面大都有残留电解液，加工车间返回料大都含有油、水、乳液等。外来废料大都有水腐蚀物、锈蚀等。特别是露天堆放和潮湿季节，炉料表面吸附有水分。这些都会使金属在熔炼过程中吸收较多的氢。3、耐火材料：耐火材料中所含水分也能促使金属吸气，新炉开始生产时尤为严重。4、熔剂：许多熔剂都带有水分，其中一些（如木炭、米糠等）含有吸附的水分，有些熔剂（如硼砂）本身带有结晶水。为减少熔炼过程中气体的来源，熔剂应进行干燥或脱水处理。5、操作工具：操作工具预热不彻底，也会增加金属的含气量。二、气体的溶解过程及溶解度气体在金属中溶解度：金属在固体时，气体的溶解度很小，随着温度的上升溶解度缓慢增加，到熔点温度时溶解度急剧增加，继续提高熔融金属的温度，气体溶解度继续增加，到某一最大点后开始下降，到金属的沸点温度时，气体溶解度几乎等于零。不同的合金元素对气体在合金中的溶解度的影响也不同，某些元素如镍等与气体有较大的结合力，使合金中的气体的溶解度增加。另上些元素如铝、锡等能使气体在合金中的溶解度降低。铜合金中合金元素对氢气溶解度的影响如下：Cu+NiCu+PbCu+AgCu+AuCu+SnCu+Al三、除气方法：1、气体除气法：一种为惰性气体（如N2等），另一种是活泼气体（如Cl2等）气泡越小，数量越多，对除气是有益的。但由于气泡上浮的速度大，通过熔体的时间短，且气泡不可能均匀分布于整个熔体中，故用此法除气不容易彻底；随着熔体中含氢量的减少，去气效果显著降低。2、熔剂除气法：熔剂除气是利用熔盐的热分解或与金属进行置换反应，产生不溶于熔体的挥发性气泡而将氢除去。如铝青铜常用冰晶石熔剂除气，白铜和镍合金常用萤石、硼砂、碳酸钙等熔剂除气。熔剂精炼时，一般将干燥的熔剂用带孔罩压入熔池中。为了提高除去效果，也可采用干燥氮气将粉状熔剂吹入熔池中。熔剂在除气的同时，还可去渣。3、沸腾除气：在工频炉熔炼高锌黄铜时常用的一种方法。但需具备两个条件：一是高锌黄铜的沸腾温度较低，二是熔沟部分熔体温度较高。铜锌合金的沸腾温度随锌含量的增加而降低。由于工频炉中熔沟部分熔体温度最高，首先形成锌的蒸汽泡随即上浮。伴着熔池温度的升高，炉膛内的蒸汽压也随逐渐提高；当温度升高到整个熔池接近锌的沸点时，甚至使整个熔池表面出现冒泡。当熔池上面的蒸汽压升高到超过大气压时，锌蒸汽便向炉口喷出，被氧化燃烧，形成沸腾的喷火现象。次数越多，除气效果越好，一般2-3次即可。含锌量小于20％的黄铜，不能利用沸腾除气。缺点在于低沸点金属元素（如锌等）损耗较大。4、其他除气法：1）冷凝除气；2）振荡除气；3）直流电解除气四、脱氧过程使金属熔体中的氧化物还原而除去氧的过程称为脱氧。熔融金属及合金中的脱氧过程属于置换反应，凡在操作条件下，能从熔融金属中取得氧的任何物质，即氧化物的分解压比被脱氧金属氧化物的分解压为低的元素，一般都可作为脱氧剂。五、脱氧剂分为表面脱氧剂和溶解于金属的脱氧剂两种。表面脱氧剂基本上不溶于金属，脱氧作用仅在与金属接触的表面进行，脱氧速度较慢。它的优点不溶于金属，脱氧剂不会影响金属的质量。常用的表面脱氧剂有：碳化钙、硼化镁、木炭、硼（B2O3）等。溶于金属的脱氧剂，能在整个熔池中与熔融金属中的氧化物相互作用，脱氧效果好得多。缺点是剩余的脱氧剂将留于金属中而影响金属的性能。常用的脱氧剂有：磷、硅、锰、铝、镁、钙、钛、锂等。这些元素可以中间合金的形式加入。脱氧反应所产生的细小固体氧化物，使金属的粘度增大，或成为金属中分布不均匀的夹杂物，故应控制加入量。对脱氧剂的要求：1.对金属或合金的性能无害。2.脱氧产物最好不溶于熔融金属，且容易除去。3.脱氧剂应足够活泼，即脱氧产物应与熔融金属在比重和熔点上有较大的差别。铜磷中间合金除能脱氧外，并能改善合金的流动性，在铜合金生产中应用较广。熔炼与铸造精炼1、氧化精炼2、除渣精炼3、熔剂：使用熔剂的作用是：防止吸气、氧化；除气、除渣；细化晶粒；通过熔剂加入某些元素。熔剂按用途分覆盖剂、精炼剂、氧化剂、还原剂、变质剂。按化学性质又分为酸性、碱性、中性三大类。酸性熔剂如硼砂、硅砂等，用来除去碱性和中性如氧化物；而碱性熔剂如苏打、碳酸钙，则用以除去酸性及中性氧化物；中性熔剂有碱金属、碱土金属的氯盐和氟盐，如KCL、NaCl、CaCl2、CaF2等以及木炭、米糠、玻璃等。铜和铜合金常用木炭、米糠等作覆盖剂，既可保温和防氧化，又可结渣和改善流动性。