铜水lf精炼过程的热力学与动力学计算(附件)【字数：16561】
摘 要摘 要LF炉精炼主要是靠桶内的白渣在低氧气氛中，由底吹氩气进行搅拌并由石墨电极对经过初炼炉的钢水加热而进行精炼，从而得到更高品质的钢材。本课题主要是通过分析LF精炼的原理，将其工艺应用到电解铜精炼，以得到高质量的无氧铜。分析电解铜在熔炼过程中的杂质、气体出现的原因，造成的影响以及在真空环境下实现除气、去杂的方法。其中，电解铜与无氧铜的主要区别在于后者的含氧量较低，而电解铜中的氧主要以氧化亚铜的形式存在于晶界处，因此本课题主要通过热力学计算精炼过程中的氧化还原反应，结合理论分析其所需的温度、压力或者真空度条件，为铜及铜合金在真空环境下的精炼提供相应的热力学与动力学条件。关键词精炼；电解铜；无氧铜；热力学；动力学
目 录
第一章 绪论 1
1.1 国内外铜及铜合金加工现状 1
1.1.1 国际铜加工业的现状 1
1.1.2 国内铜加工现状 2
1.2 国内外铜冶金技术 2
1.2.1 火法炼铜 2
1.2.2 湿法炼铜 3
1.2.3 上引连铸法 3
1.3 LF炉的设备和工艺 4
1.3.1 LF炉精炼的功能 4
1.3.2 LF炉的设备特点 5
1.3.3 LF精炼的基本工艺 7
1.3.4 LF炉气体行为 7
1.4 研究的目的和意义 8
第二章 理论分析 9
2.1 无氧铜冶炼的工艺及操作控制措施 9
2.1.1 熔炼工序 9
2.1.2 吹氩除氢 9
2.1.3 脱氧处理 9
2.2 无氧铜与纯铜冶铸特性分析 9
2.3 纯铜中的杂质来源 11
2.4 炉气 11
2.4.1 铜与氧气反应 12
2.4.2 铜与H2O（汽）反应 13
2.4.3 铜与一氧化碳的反应 15
2.4.4铜与碳氢化合物的反应 15
2.4.5铜与二氧化硫的反应 15
2.5 炉料 16
2.6耐火材料 17
2.7 覆盖剂 17
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
2.8 浇铸过程吸收的气体 17
第三章 计算与分析 18
3.1 热力学分析 18
3.2 动力学分析 21
3.2.1 吹氩搅拌功 22
3.2.2 吹氩搅拌对还原精炼动力学的影响 23
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
第一章 绪论
1.1 国内外铜及铜合金加工现状
铜材料作为现代高新技术和经济发展的支柱性产业，随着全球经济的发展其需求越来越旺盛，发展也越来越迅速。特别是随着中国国民经济的稳定、快速、持续发展，铜加工产业更是保持一种迅猛发展的势头，其中我国的铜产业产量已经连续五年位居世界第一，这也奠定了我国铜材生产、贸易和消费大国的国际地位。随着现代铜材品种的不断增加，产品质量的逐年提高，现代铜加工工业体系已经初步建立形成，其产业技术创新也非常活跃。然而，铜冶炼技术先进与落后并存的弊端还没有完全改变，此外，随着资源短缺等问题的出现，我国仍需通过技术创新、节能减排、发展利用再生铜资源和短流程工艺来提高铜加工行业的自动化连续化水平。
因此，只有突出发展高精端铜产品的发展研究，减少污染较重、物耗能耗高的普通产品的冶炼，才能够保证在未来产品优胜劣汰的市场竞争环境中，以企业整合和做专做精为优势，占据未来铜产业制造的领先者地位。其中，无氧铜更是作为微电子和真空电子器件等高科技领域不可或缺的重要材料。无氧铜至一种高传导性纯铜，具有纯度高，杂质含量少等化学特点，尤其是其氧含量低。因此，无氧铜具有良好的导电导热性能，其导电率可达到102%IACS[2]， 这一特点让其备受现代电子通信和电子讯息行业的青睐。
1.1.1 国际铜加工业的现状
近几年来，中国的铜加工产业迅猛发展，总产量为世界铜产量（1650万吨）的三分之一多，并以每年10~12%的增长速度发展，加工总量已经达到628.8万吨。世界上铜材主要的生产国为：中、美、日、德、法、意等。但是，发达国家的铜加工产业在上个世纪就已经开始在优胜劣汰的市场竞争环境下完成了兼并合作，重组整合等企业活动，为企业的全球化经营与跨国集团的建立提供了不可或缺的条件。比如，KME是欧洲的一家金属公司，其铜产品品种全面，年加工量可以达到85万吨[1]，并且公司的业务范围几乎覆盖全球，在全国各地的很多地方都设有分公司和子集团。而日本企业也本着高精端的目标，不断发展更为精细的铜加工技术，其在以铜合金引线框为代表的高精带材方面的研究和生产都处于世界领先水平。
1.1.2 国内铜加工现状
近几年来，中国在铜材加工方面不断创新和改变，基本完成了从传统铜加工向现代铜加工技术的飞速转变，进一步适应了市场的发展和科学技术的需求，本着高精度、高性能、环保节能的原则继续改变我国落后与先进并存的铜加工工艺技术的特点。但是，我国还有很多的中小企业由于订单少、产业小、目光短等原因，其工艺装备和技术水平还停留在上世纪70~90年代，由此减缓了我国铜加工业的发展创新，造成了我国铜产量大，产品技术却不强不精的现状。目前，我国在微电子和真空电子器件等高科技领域都取得了飞速发展，所以市场也要求无氧铜的质量也要越来越高[3]。然而，国内无氧铜的生产和产品质量都很难达到这一要求。我国无氧铜的与发达国家还是有一定的差距：无氧铜的生产工艺和设备落后，例如：国外一般采用工频感应炉熔炼技术可以批量生产质量稳定的无氧铜，其成分可控制在Cu%≥99.997%.O%≤0.0002%。但是大部分国内的无氧铜生产商都会选择普通的立式工频感应炉通过密封性的改造后用来生产无氧铜，因为很难接到批量生产的大订单，这种方法投资少，但是其密闭性差，产品质量不稳定波动性大。目前，国内只有洛阳铜加工厂用工频感应炉设备规模化的生产高质量的TU1、TU2无氧铜材。这也造成了我国高精尖的铜材需要通过国外进口以满足内需的局面。
1.2 国内外铜冶金技术
1.2.1 火法炼铜
目 录
第一章 绪论 1
1.1 国内外铜及铜合金加工现状 1
1.1.1 国际铜加工业的现状 1
1.1.2 国内铜加工现状 2
1.2 国内外铜冶金技术 2
1.2.1 火法炼铜 2
1.2.2 湿法炼铜 3
1.2.3 上引连铸法 3
1.3 LF炉的设备和工艺 4
1.3.1 LF炉精炼的功能 4
1.3.2 LF炉的设备特点 5
1.3.3 LF精炼的基本工艺 7
1.3.4 LF炉气体行为 7
1.4 研究的目的和意义 8
第二章 理论分析 9
2.1 无氧铜冶炼的工艺及操作控制措施 9
2.1.1 熔炼工序 9
2.1.2 吹氩除氢 9
2.1.3 脱氧处理 9
2.2 无氧铜与纯铜冶铸特性分析 9
2.3 纯铜中的杂质来源 11
2.4 炉气 11
2.4.1 铜与氧气反应 12
2.4.2 铜与H2O（汽）反应 13
2.4.3 铜与一氧化碳的反应 15
2.4.4铜与碳氢化合物的反应 15
2.4.5铜与二氧化硫的反应 15
2.5 炉料 16
2.6耐火材料 17
2.7 覆盖剂 17
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
2.8 浇铸过程吸收的气体 17
第三章 计算与分析 18
3.1 热力学分析 18
3.2 动力学分析 21
3.2.1 吹氩搅拌功 22
3.2.2 吹氩搅拌对还原精炼动力学的影响 23
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
第一章 绪论
1.1 国内外铜及铜合金加工现状
铜材料作为现代高新技术和经济发展的支柱性产业，随着全球经济的发展其需求越来越旺盛，发展也越来越迅速。特别是随着中国国民经济的稳定、快速、持续发展，铜加工产业更是保持一种迅猛发展的势头，其中我国的铜产业产量已经连续五年位居世界第一，这也奠定了我国铜材生产、贸易和消费大国的国际地位。随着现代铜材品种的不断增加，产品质量的逐年提高，现代铜加工工业体系已经初步建立形成，其产业技术创新也非常活跃。然而，铜冶炼技术先进与落后并存的弊端还没有完全改变，此外，随着资源短缺等问题的出现，我国仍需通过技术创新、节能减排、发展利用再生铜资源和短流程工艺来提高铜加工行业的自动化连续化水平。
因此，只有突出发展高精端铜产品的发展研究，减少污染较重、物耗能耗高的普通产品的冶炼，才能够保证在未来产品优胜劣汰的市场竞争环境中，以企业整合和做专做精为优势，占据未来铜产业制造的领先者地位。其中，无氧铜更是作为微电子和真空电子器件等高科技领域不可或缺的重要材料。无氧铜至一种高传导性纯铜，具有纯度高，杂质含量少等化学特点，尤其是其氧含量低。因此，无氧铜具有良好的导电导热性能，其导电率可达到102%IACS[2]， 这一特点让其备受现代电子通信和电子讯息行业的青睐。
1.1.1 国际铜加工业的现状
近几年来，中国的铜加工产业迅猛发展，总产量为世界铜产量（1650万吨）的三分之一多，并以每年10~12%的增长速度发展，加工总量已经达到628.8万吨。世界上铜材主要的生产国为：中、美、日、德、法、意等。但是，发达国家的铜加工产业在上个世纪就已经开始在优胜劣汰的市场竞争环境下完成了兼并合作，重组整合等企业活动，为企业的全球化经营与跨国集团的建立提供了不可或缺的条件。比如，KME是欧洲的一家金属公司，其铜产品品种全面，年加工量可以达到85万吨[1]，并且公司的业务范围几乎覆盖全球，在全国各地的很多地方都设有分公司和子集团。而日本企业也本着高精端的目标，不断发展更为精细的铜加工技术，其在以铜合金引线框为代表的高精带材方面的研究和生产都处于世界领先水平。
1.1.2 国内铜加工现状
近几年来，中国在铜材加工方面不断创新和改变，基本完成了从传统铜加工向现代铜加工技术的飞速转变，进一步适应了市场的发展和科学技术的需求，本着高精度、高性能、环保节能的原则继续改变我国落后与先进并存的铜加工工艺技术的特点。但是，我国还有很多的中小企业由于订单少、产业小、目光短等原因，其工艺装备和技术水平还停留在上世纪70~90年代，由此减缓了我国铜加工业的发展创新，造成了我国铜产量大，产品技术却不强不精的现状。目前，我国在微电子和真空电子器件等高科技领域都取得了飞速发展，所以市场也要求无氧铜的质量也要越来越高[3]。然而，国内无氧铜的生产和产品质量都很难达到这一要求。我国无氧铜的与发达国家还是有一定的差距：无氧铜的生产工艺和设备落后，例如：国外一般采用工频感应炉熔炼技术可以批量生产质量稳定的无氧铜，其成分可控制在Cu%≥99.997%.O%≤0.0002%。但是大部分国内的无氧铜生产商都会选择普通的立式工频感应炉通过密封性的改造后用来生产无氧铜，因为很难接到批量生产的大订单，这种方法投资少，但是其密闭性差，产品质量不稳定波动性大。目前，国内只有洛阳铜加工厂用工频感应炉设备规模化的生产高质量的TU1、TU2无氧铜材。这也造成了我国高精尖的铜材需要通过国外进口以满足内需的局面。
1.2 国内外铜冶金技术
1.2.1 火法炼铜
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