铜熔体炉外精炼工艺及装备设计(附件)【字数：17496】
摘 要摘 要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。而传统的炉外精炼工艺则是指将在常规炼钢炉中完成的任务，如去除夹杂、成分和温度的调整和均匀化等任务，部分或全部移到钢包中来进行。本课题就是要将铜熔体利用炉外精炼的一些工艺来冶炼，其主要内容和结论有在本文中，首先采用无氧铜的熔炼工艺铜+煅烧木炭----熔化----升温、扒渣----降温、静置----出炉。并且要在真空环境下熔炼，因为真空熔炼可以说是熔炼高品质无氧铜的最好选择，不仅可以使氧含量大大降低，同时也可以是氢以及某些其他杂质元素的含量大大降低。通过比较，铜包精炼炉的选择采用真空感应炉精炼，但并不是完全在感应炉中进行，只是采用其中的感应圈加热的方式，达到良好的加热以及保温的效果。关键字:铜熔体；炉外精炼；真空；感应圈
目 录
第一章 文献综述 1
1.1 铜及铜合金的熔炼过程 1
1.2 铜合金熔炼过程的物理变化及化学变化 2
1.3 熔体中的气体 4
1.3.1金属熔体的吸气性 4
1.3.2 脱气精炼 5
1.3.3 脱气精炼的方法 5
1.4 微合金化 6
1.5 本课题研究的目的和意义 7
第二章 工艺及设备 9
2.1 铜合金熔炼工艺 9
2.2 铜合金熔炼方法 10
2.3熔炼设备 10
2.3.1 感应炉熔炼的基本特点 10
2.3.2 无铁芯感应炉熔炼的技术特点 11
2.3.3 铜及铜合金感应炉的熔炼 12
第三章 10t铜包精炼炉的设计 14
3.1 铜液的体积 14
3.2 炉衬的堆砌 15
3.3 铜包桶的设计 17
3.4 炉盖 18
3.5 水冷却系统 19
3.6 感应圈 21
3.6.1感应圈设计 21
3.6.2 感应圈电路参数设置及计算 23
3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
6.3 感应圈工艺参数汇总 24
3.7 炉壳 25
3.8 出水口和透气砖 27
3.9 物料平衡计算 28
3.10 铜包精炼炉总剖面图 31
结 论 33
致 谢 34
参考文献 35
第一章 文献综述
1.1 铜及铜合金的熔炼过程
一般看来，铜的冶炼过程就是将铜精矿在反射炉内通过氧化还原反应，炼制成粗铜或者直接在闪速炉内精炼成阳极铜，再经过电解提纯得到了阴极铜，最后成为可以实用的铜原料。而熔炼则是特指将阴极铜、铜旧料等在熔炉内经过高温熔化、精炼和配制合金等过程。铜及铜合金的熔炼和其他金属的熔炼一样，其目的都是为铸造准备合格的熔炼金属。因此，其基本的过程也大体相同。
第一步是向烘烤好的炉子中按先后顺序加入原料。各组分原料的加料顺序根据合金牌号的同而不同。各组分原料的加入量则需要依据熔炼炉容量、组元在合金中的成分比例以及在原料中的含量经计算而确定[1]。
第二步是加热升温使原料熔化。在这个过程中有4种基本现象：一是被加热的原料表面吸附的水分、气体和一些水合物遇热蒸发、挥发、分解；二是金属原料的熔化，由固态变成液态；三是金属及合金元素与炉气或者是炉衬材料发生化学反应；四是部分组元在液态金属中的溶解。
第三步是精炼。精炼的作用和目的是依据熔体性质利用物理的和化学的方法来去除有害杂质，或者尽可能减少其含量。其中，物理方法主要有析出、沉降或漂浮、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。在完成第三步的精炼后，将金属熔体从熔炼炉中转入保温炉内（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以便冲淡或补料：如果熔体中合金元素含量过高，用向炉内投铜、增加主成分铜的量的方式来冲淡合金元素的含量；如果熔体中合金元素含量不足的话，则可以补加合金元素。静置的目的就是在保持一定温度的条件下，使熔体静止，让熔体中的有害气体逸出，从而使熔渣上浮，也使合金成分通过扩散变得更加均匀[2]。
第五步是调整温度，准备放流铸造。
1.2 铜合金熔炼过程的物理变化及化学变化
一、物理变化：
（1）铜及铜合金的熔化。铜的熔点为1083℃，熔化是一种金属由固态转变为液态的相变过程，是需要吸收大量热能的过程。“过热”则是金属熔化过程中必要的热力学条件，金属的过热度不仅仅与金属自身的性质和纯度有关，还与加热速度的快慢有关。如果加热速度越快，那么过热度越大；如果加热速度越慢，那么过热度越小，也就是说，加热越缓慢，实际熔化温度就越接近于理论熔化温度。由于特定的金属熔化所需要的能量是一定的，因此过热度越大，金属完成熔化所需要的时间也就越短。所以，高温熔炼有利于提高铜的生产效率[3]。
（2）金属液温度的均匀性。一般来说，炉料刚刚熔化完成后，炉内的各处温度很不均匀，经过一段时间的保温后，温度逐渐趋于均匀。但是均匀的温度受其炉内热量传递方式的影响很大，而热量的传递方式主要取决于炉型。铜加工熔炼中热量传递方式归纳起来有3类：①热能从金属液面上向金属液面以下传递；②热量从侧面和下面传递给金属液；热量从金属内部向金属外表传递的方式。
（3）溶解。溶解总是伴随着扩散而进行的，因此，虽然影响金属溶解速度的因素有很多，但是主要是温度、溶质的表面积的影响。温度越高，原子的动能越大，越有利于扩散和溶解的进行；表面积越大，溶质与溶剂的接触面积越大，溶质原子扩散到溶剂中的机会也就越多，因而溶解速度越快。金属的溶解速度还和熔体的运动有关，当熔体流动或者有剧烈的搅拌时溶解速度大于静止时熔体内金属的溶解速度。并且熔体流动或搅拌速度越快，溶解速度也就会越快[4]。
（4）挥发。金属由固态或液态转变为气态的过程统称为挥发，它是金属熔炼的重要特征之一。挥发增加了合金成分控制的难度，也给环境带来了污染，因此应当尽量避免。其中真空度越高，炉气中的气体（包括其金属蒸气）分子（或者原子）的平均自由程越大，质点间碰撞的几率也就大为减少，“回凝”速率也会大大降低，因而净挥发速率反而加大。因此，向真空室内充入惰性气体可较好的降低金属的挥发损失。
目 录
第一章 文献综述 1
1.1 铜及铜合金的熔炼过程 1
1.2 铜合金熔炼过程的物理变化及化学变化 2
1.3 熔体中的气体 4
1.3.1金属熔体的吸气性 4
1.3.2 脱气精炼 5
1.3.3 脱气精炼的方法 5
1.4 微合金化 6
1.5 本课题研究的目的和意义 7
第二章 工艺及设备 9
2.1 铜合金熔炼工艺 9
2.2 铜合金熔炼方法 10
2.3熔炼设备 10
2.3.1 感应炉熔炼的基本特点 10
2.3.2 无铁芯感应炉熔炼的技术特点 11
2.3.3 铜及铜合金感应炉的熔炼 12
第三章 10t铜包精炼炉的设计 14
3.1 铜液的体积 14
3.2 炉衬的堆砌 15
3.3 铜包桶的设计 17
3.4 炉盖 18
3.5 水冷却系统 19
3.6 感应圈 21
3.6.1感应圈设计 21
3.6.2 感应圈电路参数设置及计算 23
3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
6.3 感应圈工艺参数汇总 24
3.7 炉壳 25
3.8 出水口和透气砖 27
3.9 物料平衡计算 28
3.10 铜包精炼炉总剖面图 31
结 论 33
致 谢 34
参考文献 35
第一章 文献综述
1.1 铜及铜合金的熔炼过程
一般看来，铜的冶炼过程就是将铜精矿在反射炉内通过氧化还原反应，炼制成粗铜或者直接在闪速炉内精炼成阳极铜，再经过电解提纯得到了阴极铜，最后成为可以实用的铜原料。而熔炼则是特指将阴极铜、铜旧料等在熔炉内经过高温熔化、精炼和配制合金等过程。铜及铜合金的熔炼和其他金属的熔炼一样，其目的都是为铸造准备合格的熔炼金属。因此，其基本的过程也大体相同。
第一步是向烘烤好的炉子中按先后顺序加入原料。各组分原料的加料顺序根据合金牌号的同而不同。各组分原料的加入量则需要依据熔炼炉容量、组元在合金中的成分比例以及在原料中的含量经计算而确定[1]。
第二步是加热升温使原料熔化。在这个过程中有4种基本现象：一是被加热的原料表面吸附的水分、气体和一些水合物遇热蒸发、挥发、分解；二是金属原料的熔化，由固态变成液态；三是金属及合金元素与炉气或者是炉衬材料发生化学反应；四是部分组元在液态金属中的溶解。
第三步是精炼。精炼的作用和目的是依据熔体性质利用物理的和化学的方法来去除有害杂质，或者尽可能减少其含量。其中，物理方法主要有析出、沉降或漂浮、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。在完成第三步的精炼后，将金属熔体从熔炼炉中转入保温炉内（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以便冲淡或补料：如果熔体中合金元素含量过高，用向炉内投铜、增加主成分铜的量的方式来冲淡合金元素的含量；如果熔体中合金元素含量不足的话，则可以补加合金元素。静置的目的就是在保持一定温度的条件下，使熔体静止，让熔体中的有害气体逸出，从而使熔渣上浮，也使合金成分通过扩散变得更加均匀[2]。
第五步是调整温度，准备放流铸造。
1.2 铜合金熔炼过程的物理变化及化学变化
一、物理变化：
（1）铜及铜合金的熔化。铜的熔点为1083℃，熔化是一种金属由固态转变为液态的相变过程，是需要吸收大量热能的过程。“过热”则是金属熔化过程中必要的热力学条件，金属的过热度不仅仅与金属自身的性质和纯度有关，还与加热速度的快慢有关。如果加热速度越快，那么过热度越大；如果加热速度越慢，那么过热度越小，也就是说，加热越缓慢，实际熔化温度就越接近于理论熔化温度。由于特定的金属熔化所需要的能量是一定的，因此过热度越大，金属完成熔化所需要的时间也就越短。所以，高温熔炼有利于提高铜的生产效率[3]。
（2）金属液温度的均匀性。一般来说，炉料刚刚熔化完成后，炉内的各处温度很不均匀，经过一段时间的保温后，温度逐渐趋于均匀。但是均匀的温度受其炉内热量传递方式的影响很大，而热量的传递方式主要取决于炉型。铜加工熔炼中热量传递方式归纳起来有3类：①热能从金属液面上向金属液面以下传递；②热量从侧面和下面传递给金属液；热量从金属内部向金属外表传递的方式。
（3）溶解。溶解总是伴随着扩散而进行的，因此，虽然影响金属溶解速度的因素有很多，但是主要是温度、溶质的表面积的影响。温度越高，原子的动能越大，越有利于扩散和溶解的进行；表面积越大，溶质与溶剂的接触面积越大，溶质原子扩散到溶剂中的机会也就越多，因而溶解速度越快。金属的溶解速度还和熔体的运动有关，当熔体流动或者有剧烈的搅拌时溶解速度大于静止时熔体内金属的溶解速度。并且熔体流动或搅拌速度越快，溶解速度也就会越快[4]。
（4）挥发。金属由固态或液态转变为气态的过程统称为挥发，它是金属熔炼的重要特征之一。挥发增加了合金成分控制的难度，也给环境带来了污染，因此应当尽量避免。其中真空度越高，炉气中的气体（包括其金属蒸气）分子（或者原子）的平均自由程越大，质点间碰撞的几率也就大为减少，“回凝”速率也会大大降低，因而净挥发速率反而加大。因此，向真空室内充入惰性气体可较好的降低金属的挥发损失。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/jscl/7.html
