解析青铜熔炼杂质的吸收和积累需要注意的有哪些?

在熔炼过程中,一方面会因氧化、挥发造成一些元素含量的减少;而另一方面因从炉衬、炉气中吸收杂质,或者由于氧化、挥发性小的元素积累,合金某些成分或杂质允许量超标,造成化学废品。或是其他铜合金在市场上不同的结构中占据着很重要的作用。
杂质的吸收和积累,主要是由于金属液与炉衬、炉渣、炉气的相互作用,或因混料造成的结果,它与合金和炉衬的性质、炉料的纯度及熔炼工艺有关。
1.杂质的来源
(1)从炉衬中吸收杂质。人们早就开始关注在熔炼温度下,金属与炉衬的相互作用。因为它们之间的相互作用,不仅降低了炉衬寿命,而且会使某些杂质进入金属。例如用酸性炉衬的低频感应炉熔炼铝青铜、含铝的白铜或镍合金,或用铁坩埚熔炼铝合金时,都会因下列反应而使合金增硅增铁。反应产生的Fe和Si或溶于金属中,或形成金属互化物,如FeA13、AIFeSi、N13S12、AI10OMnSi等,污染金属熔炼温度越高,金属在炉内运动越强烈,这种液一固相间的反应进行得越激烈。尽管每次熔炼所吸收的杂质很有限,但由于部分炉料的反复使用,故杂质会逐步积累增多。
(2)从炉气中吸收杂质。使用含硫的煤气和重油作燃料时,在加热熔炼铜、镍的过程中,就可使下列反应向右进行而增硫:
2[Cu] +2[S]=[Cu2S2]
2[Ni]+[S]=[Ni2S]
即使吸收的硫极少,但其危害性是非常明显的,如含硫达0.0012%以上的镍锭热轧即开裂。
(3)从其他炉料及炉渣中吸收杂质。用同一熔炉先后熔炼两种成分不同的合金时,由于两种合金中的主要成分及杂质含量各不相同,若前一种合金的主要成分正好是后一炉的杂质,此时,若不经过洗炉就直接熔炼,则前一炉残存在炉衬及炉渣中的部分合金,将会使后者的某一成分或杂质增多,以致造成严重的化学残品。混料时带入的杂质与此类似,都要予以注意。
B减少杂质污染金属的途径
熔体的纯净化是提高材料性能的重要途径,因此,现在对材料纯度的要求越来趣高。由于杂质的吸收和积累,因而废料的直接回炉用量受到限制。特别是断口发黑或带有明显裂纹、撕裂和分层的钛合金废料,就不能作为合格废料而直接用于配料。至于因腐蚀或损坏的机件废料,更是不能直接用作炉料,必须另行处理,因此,设有专门的机构对此等废料进行研究,为废料的回收和利用找出路。但是,对于钛合金废料的处理,目前尚投有一个很好解决的办法。
对于杂质较多的合金废料,一般必须采用较复杂而昂贵的双联法来提纯和回收。例如,对于铜合金废料,先用氧化法将其中的大部分杂质氧化造渣后,然后再用电解法进一步提纯。为了防止杂质的吸收和积累,可采用下列措施:
(1)选用化学稳定性高的耐火材料。镍合金用镁砂炉衬;白铜和铝青铜等用中性炉树,真空感应电炉熔炼钛合金宜用水冷铜坩埚。
(2)在可能条件下,采用纯度较高的新金属料,合格返回料不超过炉料的50%,以保证某些合金纯度的要求。
(3)所有的与金属液接触的工具,尽可能采用不会带人杂质的材料,或用涂料保护好。
(4)换炉熔炼含有元素不同的合金或成分,在生产纯度性能要求较高的品种时必须先洗炉,并加强炉料管理,杜绝混料。
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