熔煉與鑄造除氣和脫氧方面的知識匯總

熔煉與鑄造除氣和脫氧方面的知識匯總

2018-03-07 由 鑄造技術搬運工 發表于資訊       每日頭條
1氣體的來源

能溶解於金屬中的氣體，主要是氫和氧。在熔煉過程中，氣體的主要來源有：

（1）爐氣：非真空熔煉時，爐氣是金屬中氣體的主要來源。在爐氣中除含有氧、氮外，還含有水汽、氫、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫和碳氫化合物等。爐氣的成分隨使用的燃料和燃燒的情況的不同而變化；如以重油或煤氣做燃料的反射爐或坩堝爐中，常含有5-10％的水汽和較多的氫、一氧化碳等。


（2）爐料：電解金屬表面大都有殘留電解液，加工車間返回料大都含有油、水、乳液等。外來廢料大都有水腐蝕物、鏽蝕等。特別是露天堆放和潮濕季節，爐料表面吸附有水分。這些都會使金屬在熔煉過程中吸收較多的氫。

（3）耐火材料：耐火材料中所含水分也能促使金屬吸氣，新爐開始生產時尤為嚴重。

（4） 熔劑：許多熔劑都帶有水分，其中一些（如木炭、米糠等）含有吸附的水分，有些熔劑（如硼砂）本身帶有結晶水。為減少熔煉過程中氣體的來源，熔劑應進行乾燥或脫水處理。

（5）操作工具：操作工具預熱不徹底，也會增加金屬的含氣量。

2氣體的溶解過程及溶解度

氣體在金屬中溶解度：金屬在固體時，氣體的溶解度很小，隨著溫度的上升溶解度緩慢增加，到熔點溫度時溶解度急劇增加，繼續提高熔融金屬的溫度，氣體溶解度繼續增加，到某一最大點後開始下降，到金屬的沸點溫度時，氣體溶解度幾乎等於零。

不同的合金元素對氣體在合金中的溶解度的影響也不同，某些元素如鎳等與氣體有較大的結合力，使合金中的氣體的溶解度增加。另上些元素如鋁、錫等能使氣體在合金中的溶解度降低。銅合金中合金元素對氫氣溶解度的影響如下：


Cu+Ni > Cu+Pb > Cu+Ag > Cu+Au > Cu+Sn > Cu+Al

3除氣方法

（1）氣體除氣法：一種為惰性氣體（如N2等），另一種是活潑氣體（如Cl2等）氣泡越小，數量越多，對除氣是有益的。但由於氣泡上浮的速度大，通過熔體的時間短，且氣泡不可能均勻分布於整個熔體中，故用此法除氣不容易徹底；隨著熔體中含氫量的減少，去氣效果顯著降低。

（2） 熔劑除氣法：熔劑除氣是利用熔鹽的熱分解或與金屬進行置換反應，產生不溶於熔體的揮發性氣泡而將氫除去。如鋁青銅常用冰晶石熔劑除氣，白銅和鎳合金常用螢石、硼砂、碳酸鈣等熔劑除氣。熔劑精鍊時，一般將乾燥的熔劑用帶孔罩壓入熔池中。為了提高除去效果，也可採用乾燥氮氣將粉狀熔劑吹入熔池中。熔劑在除氣的同時，還可去渣。

（3）沸騰除氣：在工頻爐熔煉高鋅黃銅時常用的一種方法。但需具備兩個條件：一是高鋅黃銅的沸騰溫度較低，二是熔溝部分熔體溫度較高。銅鋅合金的沸騰溫度隨鋅含量的增加而降低。


由於工頻爐中熔溝部分熔體溫度最高，首先形成鋅的蒸汽泡隨即上浮。伴著熔池溫度的升高，爐膛內的蒸汽壓也隨逐漸提高；當溫度升高到整個熔池接近鋅的沸點時，甚至使整個熔池表面出現冒泡。當熔池上面的蒸汽壓升高到超過大氣壓時，鋅蒸汽便向爐口噴出，被氧化燃燒，形成沸騰的噴火現象。次數越多，除氣效果越好，一般2-3次即可。含鋅量小於20％的黃銅，不能利用沸騰除氣。缺點在於低沸點金屬元素（如鋅等）損耗較大。

（4） 其他除氣法：1）冷凝除氣；2）振蕩除氣；3）直流電解除氣

4脫氧過程

使金屬熔體中的氧化物還原而除去氧的過程稱為脫氧。熔融金屬及合金中的脫氧過程屬於置換反應，凡在操作條件下，能從熔融金屬中取得氧的任何物質，即氧化物的分解壓比被脫氧金屬氧化物的分解壓為低的元素，一般都可作為脫氧劑。

5脫氧劑

脫氧劑分為表面脫氧劑和溶解於金屬的脫氧劑兩種。

表面脫氧劑基本上不溶於金屬，脫氧作用僅在與金屬接觸的表面進行，脫氧速度較慢。它的優點不溶於金屬，脫氧劑不會影響金屬的質量。常用的表面脫氧劑有：碳化鈣、硼化鎂、木炭、硼 （B2O3）等。


溶於金屬的脫氧劑，能在整個熔池中與熔融金屬中的氧化物相互作用，脫氧效果好得多。缺點是剩餘的脫氧劑將留於金屬中而影響金屬的性能。常用的脫氧劑有：磷、矽、錳、鋁、鎂、鈣、鈦、鋰等。這些元素可以中間合金的形式加入。脫氧反應所產生的細小固體氧化物，使金屬的粘度增大，或成為金屬中分布不均勻的夾雜物，故應控制加入量。

對脫氧劑的要求：

1.對金屬或合金的性能無害。

2.脫氧產物最好不溶於熔融金屬，且容易除去。

3.脫氧劑應足夠活潑，即脫氧產物應與熔融金屬在比重和熔點上有較大的差別。

銅磷中間合金除能脫氧外，並能改善合金的流動性，在銅合金生產中應用較廣。