ガスの溶解、銅の精錬、インゴットへのガスの影響など、銅のガス吸収の問題に関する議論。
1. ガスの溶解
銅に溶けるガスは主に水素と酸素です。 二原子分子ガスは金属溶融物に直接溶解できません。 ガスの溶解プロセスは、金属表面に吸着された原子 - 元素ガスに解離した原子 - 金属格子内に拡散して固溶体と化合物を形成するというものです。 水素と酸素は銅中の有害な元素です。 これらは銅の性能を低下させるだけでなく、「水素病」の発生につながる可能性があります。 銅地金には一定量の酸素が含まれていますが、過剰な酸素や水素が溶存すると地金の品質事故の主な原因となります。 したがって、銅を製錬するときは、ガスの発生源を遮断し、空気、湿気、油、およびさまざまな汚染物質と溶融物との接触を回避または最小限に抑えるための措置を講じる必要があります。 気体の溶解過程は「吸着」状態を解消するものであり、溶解過程が成立しなくなります。
特定の吸着条件下では、金属へのガスの溶解度は主に次の要素に依存します。
(1) 気体と金属との結合力。
元素ガスの水素原子は半径が最も小さく、非常に反応性の高い元素です。 ほぼすべての金属の液体および固体に溶解できます。 多くの金属では、総ガス含有量の 60% ～ 90% が水素であるため、金属の吸収は「水素吸収」と呼ばれることがあります。 また、酸素は液中の銅との親和性が高く、酸素の吸収や酸化が起こり、銅液中にCu2Oが形成されて溶解します。
(2)温度と時間
金属の温度が高く、ガスと金属の接触時間が長いほど、より多くのガスが溶解します。 温度を上げ続けることによってのみ、溶融金属自体の蒸気圧は非常に高く、溶解度は徐々に低下します。
(3) 液体銅中のガスの拡散速度
電力周波誘導炉は電磁力による自動撹拌効果により拡散速度を大幅に高めます。
(4) 溶銅中の水素と酸素の関係
液体銅中の水素と酸素の含有量の関係は、酸素が少ないと水素が多く、酸素が多いと水素が少ないと反比例します。 これは、完全に脱酸素化された TP2 が T2 よりも水素損傷に対してより敏感である理由を説明できます。
2. 銅の精錬
銅の電気炉製錬は、電気銅を原料として使用します。 電解銅素材自体にガスが含まれており、その表面状態が溶融池の吸引に重要な影響を与えます。
木炭は、銅を製錬する際の被覆および脱酸剤としてよく使用されます。 液体金属と接触した表面のみで脱酸が行われるため、表面脱酸剤と呼ばれます。 脱酸銅（TP1、TP2など）の場合、脱酸には木炭を使用しますが、炉から出る前の最終脱酸にはリン銅も使用されます。 リン銅は溶融池に沈み、溶融池全体に溶解し、溶融金属内の酸化と相互作用します。 物質の相互作用、脱酸素効果が顕著です。
上記の 2 つの脱酸素還元反応では、CO、CO2、P2O5 というガスが生成されます。 これらのガス生成物は、溶融物から上昇する途中で液体表面から水素を放出する可能性があります。 しかし、脱酸素と比較すると、この脱水素は二次的または限定的です。
しかし、実際の炭にはガスと水分が含まれており、特によく焼かれていない炭にはガスと水分が含まれています。 したがって、木炭被覆条件下では酸化と水素の吸収を避けることは困難です。 製錬、酸化、脱水素化の際には、水素の吸収と脱酸のプロセスが同時に発生することがよくあります。 問題は、有益な側面と有害な側面のどちらがより支配的であるかです。 これには、利点を生かし、欠点を避けるためにプロセス条件を制御する必要があります。
3. インゴット鋳造におけるガスの影響
通常の生産では、銅材料上の気泡は押出成形またはインゴット鋳造によって発生する可能性があり、技術的無駄として偶発的に発生する欠陥です。 長期間にわたる異常に多くの気泡の品質責任は、前工程である鋳造にあり、これは銅地金内の気孔によって引き起こされます。
銅インゴットの細孔にはガスが充填されています。 より小さな細孔は、処理後に一緒に押し付けることができますが、その後の処理ステップ中に表面欠陥、つまり剥離として露出する可能性があります。 銅地中に気孔が多いと、同時に気孔も大きくなります。 このとき、押出管素材の中間部と後部にブリスターが発生します。 膨れは、押出方向に沿って連続的に分布していることが多く、後端（押出の残りの端）に向かうほど大きくなります。 となり、周方向の発泡分布が不均一となる。 重度の水疱は修復できず、廃棄するしかありませんが、軽度の水疱は修復してから拡張プロセスに入ります。 しかし、延伸中に剥離や介在物が露出し、歩留まりに大きく影響します。 ウォーターシールを使用してより小さいチューブブランクを押し出す場合、高い冷却強度と小さな泡立ち（ガスが集まって膨張する時間がない）により、その後の冷間圧延絞りの製造プロセス中に剥離や介在物などの多くの欠陥が露出し、チューブの端。 部分的な分裂が発生しました。 焼鈍後、引抜管には発疹状の膨れが大量に発生します。 押出ビレットの膨れとの違いは、気泡がほとんど不連続で小さいことです。 大きな泡は米粒のようなもの、小さな泡は針の先のようなものです。 肉眼で検出するのは簡単ではないため、触って検出する必要があります。
気泡の形成は、細孔圧縮後の温度と時間の影響下でのガスの再凝集と膨張の結果です。
完成したパイプ (ブリスターなし) は、材料の可塑性の損失を反映して、耐圧性、拡張性、平坦化特性が劣っています。
銅管に膨れが発生するもう 1 つの理由は、インゴットが過飽和の銅固溶体であるため、結晶格子が歪み、第 3 種の応力が発生し、可塑性が低下することです。 押出またはアニール中に、温度変化により、押出方向に沿って延びる粒界や介在物などの界面から水素が析出し、気泡が形成されます。
銅の吸引により、押出ビレットに泡が発生します。 焼きなましパイプの気泡の特徴は、基本的にどのパイプにも気泡が存在するため、歩留まりが大幅に低下し、バッチで廃棄されることになります。 これは水ぶくれの他の原因とは大きく異なります。
誤嚥防止対策のご提案
銅インゴット中の過剰なガス含有量は、銅の溶解および鋳造プロセスの要件を満たさない生産作業、粗悪な原材料、被覆剤、保護ガスなどの要因の組み合わせによって引き起こされます。 安全性と品質に基づいた生産を確保するには、あらゆる不利な要因を可能な限り排除する必要があります。 完成と改善のプロセスは、溶融池 (一次吸引) が吸引に最も大きな影響を与えることを示しています。 この関係が基本的に解決されると、銅パイプの泡立ちは大幅に減少します (泡が少なくなり、小さくなります)。 二次エア吸引、スピンドルベース、ガスケットの問題を同時に解決して初めて銅管の泡立ちを完全に解消することができます。
誤嚥を防ぐために重要なのは「空気源」を遮断することです。 主な対策は次のとおりです。
(1) 電解銅は規格に準拠している必要があります。 バブリングチューブからのリサイクル材料は赤銅の製造には使用されません。
(2) 装填材料（材料は「無油、無水、非混合」である必要があります）を複数回装填し、装入物に吸着された水蒸気を完全に除去するために完全に充填する必要があります。 炉内への充填は2〜3回に分けて集中して行い、何度も入れすぎないでください。
(3) 木炭は乾燥している必要があります（焼成木炭が好ましいです）。 ***空気吸入防止、脱酸素、保温の要件を満たすために、炭は装填後すぐに追加し、被覆厚さは100mm〜150mmでなければなりません。
(4) 装入物が溶けた後、炉のドアを時間内に閉める必要があります。
(5) ガス発生装置の乾燥機には塩化カルシウム（脱水剤）が設置されており、ガス中の水分を吸収するために適時交換されます。 ガスフードは適切にカバーし、放電の 5 ～ 10 分前にガスをオンにして、フード内の元の空気を完全に除去する必要があります。
(6) スピンドルベースを乾燥させ、ガスで予熱する必要があります。
銅ブロックをベースとして使用し、おがくずをベースとして使用しないでください。
