铜熔炼过程中的气体及影响

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!

能溶解于铜中的气体主要是氢和氧。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。炉气中除氮和氧外，还有一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、碳氢化合物、氢和水等。另外，炉气成分随炉型、燃料及燃料燃烧情况而变化。如在燃煤、石油天然气的反射炉中，水蒸气和一氧化碳较多，而电炉中一般不含一氧化碳。

（2）炉料

铜的新金属一般为电解铜板，其表面残留电解液；加工车间返回的厂内废料一般表面黏有油、水、乳液等，外来物料大都有锈蚀，表面氧化物；在潮湿季节或露天堆放时，炉料表面都吸附有水分。它们使熔炼过程中熔体吸气增多。

（3）熔剂

许多熔剂都带有水分。熔炼铜合金时常用的木炭、米糠含有吸附的水分，而有些熔剂（硼砂等）本身带有结晶水。所以一般熔剂使用前要进行干燥和脱水处理。

（4）耐火材料及操作工具

新砌熔炉的耐火材料中含有大量的水分，即使烘炉也不能完全除去；熔炼操作工具使用时常涂有涂料，涂料未彻底烘干或放置时间较长，表面吸附水分，入炉使用也会使金属吸气。

气体与铜液的作用关系是怎样的？气体的溶解特性怎样？

铜合金熔炼时，炉中的气体主要有：H2，O2，N2，CO，CO2，SO2，H20（水蒸气）等。这些气体有的能使铜液氧化，有的能溶解在铜液中，使铜液凝固时产生气孔。高温下，炉气与铜液的相互作用：

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!

（1）氢

氢在铜液中的溶解度很大，特别是在高温下，随着温度的升高，氢的溶解度急剧增高；当铜液冷却时，氢的溶解度下降；凝固时氢的溶解度急剧降低，氢呈气泡状态析出，并成为铜及铜合金锭（铸件）中的气孔。

铜液中的氢除了直接来自炉料、燃料（煤气、重油）外，主要是由水蒸气分解后产生的，由炉料、燃料、熔剂及工具中带入的水分，在高温下遇到铜液中的活泼元素（如铝、硅、锰、锌等）后，便将这些元素氧化并产生氢，而氢立即溶入铜液中。加入不同的合金元素，对氢在铜液中的溶解度有不同影响。如铜液中含有铝、锡，则能减少氢在铜液中的溶解度；而铜液中含有镍则会明显增加氢在铜液中的溶解度。一般认为，由于铜铝合金液表面容易产生致密的氧化铝膜，阻碍氢的溶解，因此氢在加铝的铜合金中溶解度降低（但实际熔炼过程中，Al2O3膜常遭破坏，而使其合金液中溶有较多的氢）：而纯镍的表面吸附有较多的氢原子，加入铜液后，必然造成含氢量的急剧增加，因此含镍的铜合金吸气比较严重。

（2）H2O（水蒸气）

H2O（水蒸气）不能直接溶解于铜液中，但在熔炼的高温条件下发生分解，生成的原子态氧、氢溶解于铜液中，其中氧存在于Cu20中，并以Cu2O的形式溶解于铜液中。在铜液冷却凝固过程中，随着温度降低，铜液中的原子态氢和氧因过饱和而析出，结合成H20（水蒸气），并在铜液中以非常分散而均匀的气泡形式存在，如果该气泡在凝固过程中来不及逸出，即成为气孔。因此，在铜合金的熔炼中，要求做到炉料、熔剂、工具等都必须充分预热干燥，不能带入水分。

（3）CO与CO2

在铜液中，CO与CO2的溶解度很微小，并且在铜液凝固时它们的溶解度变化也很小，因此对铜合金的危害性不大。CO能使Cu2O还原，但对大部分铜液不起作用，可视为中性气体。然而在Cu－Ni合金中，Ni对CO和CO2具有强烈的化学吸附作用，反应生成的化合物NiO和Ni3C均溶解在铜合金液中。而凝固时NiO和Ni3C在铜合金液中的溶解度急剧下降，因此上述化合物重新析出，并在凝固后期生成CO和CO2，由于逸出困难，很容易在Cu－Ni合金中造成气孔

(4)SO2

SO2能溶解在铜液中，并能与Cu迅速作用生成Cu2O和Cu2S，反应产物Cu2O能直接溶解在铜液中对铜及铜合金都十分有害。Cu2S在铜液凝固时析出在晶界上，也成为有害的夹杂物，导致合金易发生热裂。但是，在严格控制燃料质量的情况下，通常炉气中SO2含量较低一般由于SO2而形成的气孔缺陷是很少的，因此危害性很小。