铜液中的气体及除气_袁承人.pdf

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1、第30卷2009年第4期有色冶金设计与研究8月铜液中的气体及除气袁承人，浦志成（金川铜管厂，甘肃金昌737100）〔摘要〕论述了铜及其合金中气体的来源及其对铸锭的危害，概括了除气、脱氧的主要方法，并对“木炭–磷”复合脱氧工艺实践进行了分析。〔关键词〕铜及其合金；熔炼；除气；脱氧中图分类号：TG245文献标识码：B文章编号：1004－4345（2009）04－0026-03GasinCopperliquidandDegassingYUANCheng-ren,PUZhi-cheng(CopperTubeFactoryofJinchuanCorporatio

2、n,Jinchang,Gansu737100，China)AbstractThispaperdiscussesthesourceofgasincopperandcopperalloyandtheharmofitoningotcasting,summarizesmajortechniquesofdegassinganddeoxidizationandanalyzes"charcoal-phosphorus"deoxidizationprocess.Keywordscopperandcopperalloy；smelting；degassing；deoxid

3、ization水蒸汽遇铜可发生如下反应[1]40－44：1气体的来源以及气体与铜液的作用2Cu+H2O→Cu2O+H2该反应相当于H2O（汽）发生分解，并以原子态在铜及其合金的加热、熔炼和浇铸过程中，固态的氧和原子态的氢溶解于铜液中。其中氧以氧化亚和液态金属都有一定的吸收氢、氧等气体的能力。最铜的形式溶解于熔体中，氢则固溶于铜中。研究表明，容易与铜液发生作用的是简单气体氢、氧和复合气熔体中的氧和氢存在一定的比例关系：体水蒸气，其主要来源为：炉气、炉料、耐火材料、熔K=[H]2·[O]/PH2（汽）O剂等。此外浇铸过程中也存在吸气的可能[1]60－63。

4、式中：K为平衡常数，温度的函数；[H]为氢在铜中的1.1炉气溶解量，mL/100g；[O]为氧在铜中的溶解量，mL/100g；非真空熔炼时，炉气是金属中气体的主要来源。PH2（汽）为OH2O（汽）分压，Pa。根据炉型、炉子结构和供热方式不同，炉气中含有不当温度、压力、H2O（汽）分压不变时，还可得到以同比例的H2O（汽）、H2、O2、N2、CO、CO2、SO2和碳氢下关系式：化合物等气体。用电炉熔炼铜及其合金时，炉气成分[H]2·[O]≈常数（1）与空气成分基本相同。由此可见当铜液中氢的量增高时，氧的量降低；1.1.1铜与氧的反应而氧的量增高时，氢的量

5、降低。在熔炼温度下，铜易被炉气中的氧所氧化，生成1.1.3铜与一氧化碳的反应氧化亚铜，其反应如下：一氧化碳能少量溶于铜中，但其溶解度随温度的4Cu+O2→2Cu2O变化很小。所以在一氧化碳气氛中，熔铸的铜铸锭中1.1.2铜与水的反应一般不产生气孔。一氧化碳可与熔融铜中的氧化亚水蒸气不能直接溶解于铜液中，但在熔炼温度下，铜发生反应：收稿日期：2009-05-06作者简介：袁承人(1980—),男,工程师，主要从事铜及铜合金铸锭工艺与设备的研究。第4期铜液中的气体及除气·27·CO+Cu2O→2Cu+CO2气体夹杂和气孔（泡）。以气泡形式存在于固、液态金由

6、此可见一氧化碳是氧化亚铜的还原剂。在半属中的为气孔；以氧化物、氮化物、氢化物等固态化合连续铸锭中，一氧化碳可作为结晶器液面的保护气体。物形式存在于固、液态金属中的为化合物；以离子或二氧化碳与铜之间不直接发生反应，对熔融的铜是原子态溶解于金属点阵之间形成间隙的为固溶体。不活泼的。在熔炼过程中，气泡、固态化合物和吸附在金属1.1.4铜与碳氢化合物的反应及熔渣表面的气体是以独立的相存在，便于除去。而碳氢化合物与熔融铜接触后即被分解。分解生溶解于金属中构成均匀固溶体的气体（如氢）就较难成的氢可溶于铜中，如果铜中存在氧化亚铜，它们就除去，极易造成铸锭缺陷。会发生

7、反应：溶解于铜及其合金中的气体，在铸锭凝固时析4Cu2O+CH4→CO2+2H2O+8Cu出最易形成气孔。经分析，这些气孔中的气体主要是此反应为紫铜还原精炼的主要化学反应。氢气，故一般所说的金属吸气，主要是指吸氢[2]。1.1.5铜与二氧化硫反应氧主要以氧化亚铜的形式溶解于铜及其合金二氧化硫与铜之间会发生以下反应：中。无论是固态或是熔融状态，氧化亚铜在铜中都有SO2+6Cu=2Cu2O+Cu2S一定的溶解度。氧化亚铜对铜及其合金具有很大的反应生成的氧化亚铜与硫化亚铜进入铜液中都危害性。氧化亚铜凝固析出时，以低熔点的共晶组成有害。相分布在晶界处，使铜及其

8、合金产生热脆性。如果铜1.2炉料中含有氢，则氧化亚铜的危害性更大。因为氧化亚铜铜及其合金熔炼时