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铜及铜合金熔炼与铸造
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《铜及铜合金熔炼与铸造》内容简介：铜及铜合金由于具有优良的导热导电性、良好的加工成形性、耐蚀性等优点，在人类生产、生活的各个领域得到广泛应用，成为除钢铁、铝以外的第三大金属。随着科学技术的发展和人们物质、文化生活水平的日益提高，铜及其合金的应用更加广泛。作为文明古国，我们的祖先曾对铜的冶炼和铜合金的铸造作出过历史性的贡献――著名的殷商青铜器文化就是世界史上灿烂辉煌的一页。最近20年来，我国铜加工行业得到了突飞猛进的发展，不但铜工材的产量世界第一，而且开发了许多世界上先进的技术。同样，我国铜及合金的熔炼与铸造技术也有了长足的进步，包括非真空高纯无氧铜熔炼技术、无氧铜带坯水平连铸技术、铜合金上引连铸技术、高温熔体潜流转炉技术、电磁辅助铸造技术等均处于世界领先水平。熔铸是铜材加工的第一道工序，而铜合金铸锭(坯)的质量对加工材成品的最终质量至关重要。按照现代质量管理的观点，熔铸工序属于“特殊工序”应特殊对待。因此，对熔炼、铸造技术的发展和装备的更新改造、对熔炼与铸造产品质量、工序管理以及对从事熔炼和铸造人才的培养都应当给予高度重视。《铜及铜合金熔炼与铸造》以实用为宗旨，以从事铜及铜合金熔铸加工企业的专业人员、管理人员为主要对象，以最新的实践和成果为基础，尽可能简约而系统地介绍铜及铜合金熔铸的基本概念、基本原理、基本方法。《铜及铜合金熔炼与铸造》共分8章：熔炼过程和原理；铜及铜合金熔炼技术；熔炼设备；铜及铜合金熔炼工艺；铜及铜合金铸造原理；铜及铜及铜合金的铸造方法；铜及铜合金铸锭(坯)生产；熔铸产品的质量控制。《铜及铜合金熔炼与铸造》既可供从事铜加工的技术人员、管理人员阅读，也可供相关专业的师生们作为教学参考使用。
《铜及铜合金熔炼与铸造》是“十一五”国家重点图书出版规划项目。铜业职工读本。
第1章 熔炼过程和原理1.1 概述1.1.1 熔炼过程1.1.2 金属的形态及其结构1.2 熔炼过程的物理变化1.2.1 铜的熔化1.2.2 金属液温度的均匀性1.2.3 溶解1.2.4 挥发1.2.5 沉降/上浮和吸附1.3 熔炼过程的化学变化1.3.1 氧化1.3.2 还原1.4 熔体中的气体1.4.1 气体的形态1.4.2 熔体吸气及其影响因素1.4.3 气体的溶解度1.5 脱气精炼1.5.1 分压差脱气的热力学分析1.5.2 分压差脱气法的动力学分析1.5.3 脱气精炼的方法1.6 合金化1.6.1 合金化原理1.6.2 非合金元素的积淀第2章 铜及铜合金熔炼技术2.1 备料2.1.1 原料的种类2.1.2 原料的要求与预处理2.2 配料2.2.1 配料的原则、任务和步骤2.2.2 配料2.3 熔炼、熔炼损失与污染2.3.1 装料和熔化顺序2.3.2 熔炼损失与降损途径2.3.3 杂质元的积累2.4 熔炉准备与处理2.4.1 烤炉2.4.2 清炉2.4.3 洗炉2.5 成分调整与控制2.5.1 补偿2.5.2 冲淡2.5.3 成分控制2.6 精炼、熔炼气氛及熔体保护2.6.1 “氧化-还原”熔炼2.6.2 还原性熔炼2.6.3 敞开式熔炼2.6.4 熔剂保护及精炼2.6.5 真空熔炼和电渣重熔2.7 熔炼方法2.7.1 熔炼方法分类2.7.2 感应炉熔炼2.7.3 反射炉熔炼2.7.4 竖炉熔炼2.7.5 真空炉熔炼第3章 熔炼设备3.1 有铁芯感应炉3.1.1 工作原理3.1.2 结构特点3.1.3 炉衬和筑炉技术3.2 无芯感应炉3.2.1 工作原理3.2.2 设备组成和结构3.2.3 炉衬技术3.3 反射炉3.3.1 设备组成与结构3.3.2 砌筑与烘烤3.4 竖炉3.5 电渣炉3.6 真空炉第4章 铜及铜合金熔炼工艺4.1 纯铜熔炼4.1.1 普通纯铜的熔炼4.1.2 磷脱氧铜的熔炼4.1.3 无氧铜的熔炼4.2 黄铜熔炼4.2.1 普通黄铜的熔炼4.2.2 复杂黄铜的熔炼4.3 青铜熔炼4.3.1 锡青铜的熔炼4.3.2 铝青铜和硅青铜的熔炼4.3.3 铍青铜的熔炼4.3.4 其他青铜的熔炼4.4 白铜熔炼4.4.1 白铜的熔炼特性4.4.2 白铜的熔炼工艺第5章 铜及铜合金铸造原理5.1 金属液体的流动5.1.1 熔体的流动性5.1.2 金属熔体的流动5.1.3 浇注与分流5.1.4 铸造过程的熔体保护5.2 凝固与结晶5.2.1 凝固与结晶过程5.2.2 冷却与热的交换5.2.3 结晶组织和晶粒细化5.3 凝固过程气体的析出5.3.1 气体的析出过程5.3.2 气孔的形成5.3.3 促进气体析出和减少气孔的方法5.4 收缩与铸造应力5.4.1 收缩与补缩5.4.2 铸造应力5.5 润滑5.5.1 连续或半连续铸造时的润滑5.5.2 铁模铸造时的脱模与润滑第6章 铜及铜合金的铸造方法6.1 铸造方法分类及其特点6.2 立式半连续和连续铸造6.2.1 结晶器结构设计与一次水冷6.2.2 二次水冷6.2.3 液面高度及其控制6.2.4 热顶铸造和热模铸造6.2.5 振动铸造6.2.6 电磁铸造6.2.7 立式半连续铸造工艺参数的选择6.2.8 立式半连续和连续铸造机6.3 水平连续铸造6.3.1 水平连铸的基本方法6.3.2 结晶器结构及与炉子的对接6.3.3 工艺参数的选择6.4 上引连续铸造6.4.1 上引连铸的方法和原理6.4.2 上引连铸结晶器结构6.4.3 铜线杆上引铸造的工艺控制6.5 轮带式和钢带式连铸6.5.1 轮带式连铸6.5.2 钢带式连铸6.6 浸渍成形铸造6.6.1 浸渍成形铸造方法和原理6.6.2 浸渍成形铸造装置第7章 铜及铜合金铸锭(坯)生产7.1 纯铜铸锭生产7.1.1 普通纯铜铸锭生产7.1.2 无氧铜铸锭生产7.1.3 磷脱氧铜铸锭生产7.2 黄铜铸锭生产7.2.1 普通黄铜铸锭生产7.2.2 复杂黄铜铸锭生产7.3 青铜铸锭生产7.3.1 锡青铜铸锭的生产7.3.2 铝青铜铸锭的生产7.3.3 硅青铜铸锭的生产7.3.4 其他青铜铸锭的生产7.4 白铜铸锭的生产7.4.1 普通白铜铸锭的生产7.4.2 复杂白铜铸锭的生产第8章 熔铸产品的质量控制8.1 化学成分控制8.1.1 炉前炉后化学成分取样8.1.2 化学成分控制要点8.2 冷隔、流爪及凸瘤8.2.1 冷隔产生的原因8.2.2 控制冷隔的方法8.2.3 流爪与凸瘤8.3 夹杂(渣)8.3.1 夹杂(渣)产生的原因8.3.2 控制夹杂(渣)的方法8.4 疏松和气孔8.4.1 疏松产生的原因及控制方法8.4.2 气孔产生的原因及控制方法8.5 裂纹8.5.1 热裂纹形成的机理和影响因素8.5.2 冷裂的形成及影响因素8.5.3 控制裂纹的方法8.6 偏析8.7 铸锭的全分析8.8 熔铸工艺卡片参考文献
前言铜及铜合金由于具有优良的导热导电性、良好的加工成形性、耐蚀性等优点，在人类生产、生活的各个领域得到广泛应用，成为除钢铁、铝以外的第三大金属。随着科学技术的发展和人们物质、文化生活水平的日益提高，铜及其合金的应用更加广泛。作为文明古国，我们的祖先曾对铜的冶炼和铜合金的铸造作出过历史性的贡献――著名的殷商青铜器文化就是世界史上灿烂辉煌的一页。最近20年来，我国铜加工行业得到了突飞猛进的发展，不但铜加工材的产量世界第一，而且开发了许多世界上先进的技术。同样，我国铜及合金的熔炼与铸造技术也有了长足的进步，包括非真空高纯无氧铜熔炼技术、无氧铜带坯水平连铸技术、铜合金上引连铸技术、高温熔体潜流转炉技术、电磁辅助铸造技术等均处于世界领先水平。熔铸是铜材加工的第一道工序，而铜合金铸锭(坯)的质量对加工材成品的最终质量至关重要。按照现代质量管理的观点，熔铸工序属于“特殊工序”应特殊对待。因此，对熔炼、铸造技术的发展和装备的更新改造、对熔炼与铸造产品质量、工序管理以及对从事熔炼和铸造人才的培养都应当给予高度重视。本书以实用为宗旨，以从事铜及铜合金熔铸加工企业的专业人员、管理人员为主要对象，以最新的实践和成果为基础，尽可能简约而系统地介绍铜及铜合金熔铸的基本概念、基本原理、基本方法。本书共分8章: 熔炼过程和原理; 铜及铜合金熔炼技术; 熔炼设备; 铜及铜合金熔炼工艺; 铜及铜合金铸造原理; 铜及铜及铜合金的铸造方法; 铜及铜合金铸锭(坯)生产; 熔铸产品的质量控制。本书既可供从事铜加工的技术人员、管理人员阅读，也可供相关专业的师生们作为教学参考使用。1987年出版的《重有色金属材料加工手册》第2分册和2007年出版的《铜加工技术实用手册》中第10~19章的内容，是我国几代铜及铜合金熔铸工作者的实践经验、研究成果和智慧的结晶，浸透着他们的心血和汗水，对我国铜加工事业的发展发挥了重要作用。我们对他们的贡献表示敬意!本书在很大程度上承袭了这两本著作的精华，参阅和引用了许多专家学者的论著和研究成果，并在编写过程中得到部分专家的具体指导和帮助，在此，对他们表示真诚的感谢。由于编者的学术水平有限，本书难免存在不妥之处，我们诚恳地欢迎专家和读者不吝赐教、批评指正。
1.1.1熔炼过程熔炼不同于冶炼。冶炼通常是指从矿石中提炼金属的过程。因此根据原料（矿石）性质的不同，需采取不同的冶金方法：物理方法、化学方法或物理化学方法；火法或湿法等。铜的冶炼过程是将铜精矿在反射炉内通过氧化还原反应炼制成粗铜或直接在闪速炉内精炼成阳极铜，再经电解提纯制得阴极铜，成为可以实用的铜原料。熔炼则是特指将阴极铜、铜旧料等在熔炉内高温熔化、精炼和配制合金的过程。铜及铜合金熔炼与其他金属的熔炼一样，其目的是为铸造准备合格的金属熔体。因此，其基本的过程也大体相同。第一步是向烘烤好的炉中按先后顺序加入原料。各组分原料的加料顺序依合金牌号不同而不同。各组分原料的加入量则需根据熔炼炉容量、组元在合金中的成分比例及其在原料中的含量经计算而确定。第二步是升温加热使原料熔化。在此过程中有4种基本现象：一是被加热的原料表面吸附的气体、水分和某些水合物遇热挥发、蒸发、分解；二是金属原料熔化，由固态变成液态；三是金属及合金元素与炉气或炉衬材料发生化学反应；四是部分组元在液态金属中溶解。第三步是精炼。精炼的作用和目的是根据熔体性质利用物理的和化学的方法除去有害杂质，或尽可能地减少其含量。物理方法主要有析出、飘浮或沉降、吸附等。化学方法主要是氧化和还原反应。在此过程中会产生大量的烟气和熔渣。第四步是调整化学成分和静置。在完成第三步精炼后将金属熔体从熔炼炉中转入保温炉（亦称混合炉）或在原炉中静置一段时间后取样作炉前快速分析。然后根据分析结果调整化学成分――冲淡或补料：如果熔体中合金元素含量过高，用向炉内投入铜、增加主成分铜的量来冲淡合金元素的含量；如果熔体中合金元素含量不足，则补加合金元素。静置的目的是在保持一定温度的条件下，使熔体静止，以便熔体中的有害气体逸出，使熔渣上浮，也使合金成分通过扩散更加均匀。第五步是调整温度、准备放流铸造。
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