中南大学冶金原理第4章
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常见冶金熔体的熔化温度范围 表4—1 熔化温度与熔体组成有关。
例如，在铁液中
非金属元素C、O、S、P等使能其熔化温度显著降低， 含1%C的铁液的熔化温度比纯铁熔点低~90C； 由Mn、Cr、Ni、Co、Mo等金属元素引起的铁液熔化温 度的降低很小。
表 41 常见冶金熔体的熔化温度
金属
物质 工业纯铁
二、密度与温度的关系
熔体的密度随着温度升高而减小，且通常遵从线性关系： T = m (T Tm)
T —— 熔体在某一温度T时的密度； m —— 熔体在熔化温度Tm时的密度； —— 与熔体性质有关的常数。
或：
T = T
对于纯铁液：T = 8580 0.853T kg·m3
MO —— 渣中MO的密度 %MO —— 渣中MO的质量分数 高温下的熔渣密度可按经验公式计算。
估算冶炼温度下熔渣密度的经验公式：
Biblioteka Baidu
当T =1673K时，
1/1673 = 0.45(SiO2) + 0.286(CaO) + 0.204(FeO) + 0.35(Fe2O3) + 0.237(MnO) + 0.367(MgO) + 0.48 (P2O5) + 0.402(A12O3)，103m3·kg1
(MxOy) —— 氧化物MxOy的质量分数。
当T >1673K时，可按下式计算任意温度下的熔渣密度：
T
1673
0.071673 T ， 10 3 kg m3 100
CaO / %(质量) CaO / %(mol)
/ %(mol) SiO 2 / %(质量) SiO 2
SiO2
Al2O3 / %(质量) 图45 A12O3CaOSiO2渣系的密度
（1500C，单位为103kg·m3）
CaO
FeO / %(mol)
FeO
图46 CaOFeOSiO2渣系的密度 （1500C，单位为103kg·m3）
两种渣型都能抑制氧化镁和磁性氧化铁的有害作用。 对于含镁高的矿石，采用高硅渣可以增加炉渣硅酸度，抑制 MgO(熔点约2800C) 的危害，同时使Fe3O4造渣：
2MgO + SiO2 = 2MgO·SiO2 2Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO·SiO2) + SO2 SiO2的加入量随原料成分而变化。 图中A点代表高硅渣中SiO2含量的下限，B点代表其上限。 高硅渣的熔化温度大致在1400~1500C之间。 炼镍鼓风炉的风口区温度可达1500~1800C，足以保证渣的 过热与排放。
结论 高钙渣的熔化温度比高硅渣低。 对于高镁原料，在强化熔炼和其它因素变化不大的情况下， 选用高硅渣或高钙渣，均能正常冶炼并得到低的渣含镍。
图42 CaOFeOSiO2渣系熔化等温线图
4.2 密 度
密度——单位体积的质量。 密度影响金属与熔渣、熔锍与熔渣、金属与熔盐的分 离，影响金属的回收率。 金属或熔锍微粒在熔渣中的沉降——斯托克斯公式：
表 42 某些熔体密度公式中的系数
熔体
纯铁 8580 0.853
纯铝 2487 0.272
冰晶石 3288 0.937
NaF 2734 0.610
CaF2 3179 0.391
MgCl2 1976 0.302
BaCl2 4015 0.681
LiCl 1884 0.433
KCl 2136 0.583
图41 MgOFeOSiO2渣系熔化等温线图
当炼镍原料中含有较多的CaO时，可选用高钙渣。 图42中的C点为高钙渣CaO含量的下限，位于鳞石英相区内 1200C等温线下面。 D点代表高钙渣CaO含量的上限，位于硅灰石CaO SiO2相区， 紧靠1100C等温线。 高钙渣的熔化温度处于1100～1200C之间。 由于渣中MgO含量约为4%~9%或更高，高钙渣的熔化温度可 能更高。
v
2grM2
9S
(M
S )
V —— 沉降速度，m·s–1
rM —— 金属或锍微粒的半径，m
M,S —— 金属和熔渣的密度，kg·m–3
S —— 熔渣的粘度，Pa·s
g
—— 重力加速度， 9.80m·s–2
一、常见冶金熔体的密度范围
熔融的铁及常见重有色金属：7000~11000 kg·m3 铝电解质：2095~2111 kg·m3 镁电解质：1700~1800 kg·m3 熔渣：3000~4000 kg·m3 熔锍：4000~5000 kg·m3 生产实践中，金属（或熔锍）与熔渣的密度差通常 不应低于1500 kg·m3。
第四章 冶金熔体的物理性质
4.1 熔化温度 4.2 密度 4.3 粘度 4.4 导电性 4.5 熔体组分的扩散系数 4.6 表面性质与界面性质
4.1 熔化温度
冶金熔体在一定的温度范围内熔化，没有确定的熔点，冷却 曲线上无平台。
熔化温度 —— 冶金熔体由其固态物质完全转变成均匀的液 态时的温度。
凝固温度或凝固点 —— 冶金熔体在冷却时开始析出固相时 的温度。
溶于铁液的元素中，
钨、钼等能提高熔铁的密度。 铝、硅、锰、磷、硫等会使熔铁的密度降 低。 镍、钴、铬等过渡金属对铁液密度的影响 则很小。
2、熔 渣
缺乏实验数据时，可用固体炉渣的密度代替熔融炉 渣的密度。 缺乏固态炉渣密度资料的实验数据时，可以近似地 由纯氧化物密度，按加和规则估算熔渣的密度：
1/ (%MO / MO ), m3 kg1
熔化温度 / C 1530
Fe
1538
Ni
1453
Cu
1083
熔盐
熔渣 熔锍
Pb 铝电解质 镁电解质 锂电解质
327.5 ~960 580~700 350~360 1100~1400 700~1100
冶炼镍铜品位低、钙镁含量高的镍精矿时的渣型选择
根据矿石成分的变化可选择两种酸性渣型：高硅渣和高钙渣
密度 / 103kg•m3
温度 / °C
温度 / K
图43 铁液的密度与温度的关系
密度 / 103kg•m3
温度 / °C
图44 A12O3CaOSiO2Na2O渣系的密度
三、密度与熔体成分的关系
1、金属熔体
熔融金属的密度与原子量、原子的半径和配位 数有关。 金属熔体的密度与其中溶解元素的种类有关。
例如，在铁液中
非金属元素C、O、S、P等使能其熔化温度显著降低， 含1%C的铁液的熔化温度比纯铁熔点低~90C； 由Mn、Cr、Ni、Co、Mo等金属元素引起的铁液熔化温 度的降低很小。
表 41 常见冶金熔体的熔化温度
金属
物质 工业纯铁
二、密度与温度的关系
熔体的密度随着温度升高而减小，且通常遵从线性关系： T = m (T Tm)
T —— 熔体在某一温度T时的密度； m —— 熔体在熔化温度Tm时的密度； —— 与熔体性质有关的常数。
或：
T = T
对于纯铁液：T = 8580 0.853T kg·m3
MO —— 渣中MO的密度 %MO —— 渣中MO的质量分数 高温下的熔渣密度可按经验公式计算。
估算冶炼温度下熔渣密度的经验公式：
Biblioteka Baidu
当T =1673K时，
1/1673 = 0.45(SiO2) + 0.286(CaO) + 0.204(FeO) + 0.35(Fe2O3) + 0.237(MnO) + 0.367(MgO) + 0.48 (P2O5) + 0.402(A12O3)，103m3·kg1
(MxOy) —— 氧化物MxOy的质量分数。
当T >1673K时，可按下式计算任意温度下的熔渣密度：
T
1673
0.071673 T ， 10 3 kg m3 100
CaO / %(质量) CaO / %(mol)
/ %(mol) SiO 2 / %(质量) SiO 2
SiO2
Al2O3 / %(质量) 图45 A12O3CaOSiO2渣系的密度
（1500C，单位为103kg·m3）
CaO
FeO / %(mol)
FeO
图46 CaOFeOSiO2渣系的密度 （1500C，单位为103kg·m3）
两种渣型都能抑制氧化镁和磁性氧化铁的有害作用。 对于含镁高的矿石，采用高硅渣可以增加炉渣硅酸度，抑制 MgO(熔点约2800C) 的危害，同时使Fe3O4造渣：
2MgO + SiO2 = 2MgO·SiO2 2Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO·SiO2) + SO2 SiO2的加入量随原料成分而变化。 图中A点代表高硅渣中SiO2含量的下限，B点代表其上限。 高硅渣的熔化温度大致在1400~1500C之间。 炼镍鼓风炉的风口区温度可达1500~1800C，足以保证渣的 过热与排放。
结论 高钙渣的熔化温度比高硅渣低。 对于高镁原料，在强化熔炼和其它因素变化不大的情况下， 选用高硅渣或高钙渣，均能正常冶炼并得到低的渣含镍。
图42 CaOFeOSiO2渣系熔化等温线图
4.2 密 度
密度——单位体积的质量。 密度影响金属与熔渣、熔锍与熔渣、金属与熔盐的分 离，影响金属的回收率。 金属或熔锍微粒在熔渣中的沉降——斯托克斯公式：
表 42 某些熔体密度公式中的系数
熔体
纯铁 8580 0.853
纯铝 2487 0.272
冰晶石 3288 0.937
NaF 2734 0.610
CaF2 3179 0.391
MgCl2 1976 0.302
BaCl2 4015 0.681
LiCl 1884 0.433
KCl 2136 0.583
图41 MgOFeOSiO2渣系熔化等温线图
当炼镍原料中含有较多的CaO时，可选用高钙渣。 图42中的C点为高钙渣CaO含量的下限，位于鳞石英相区内 1200C等温线下面。 D点代表高钙渣CaO含量的上限，位于硅灰石CaO SiO2相区， 紧靠1100C等温线。 高钙渣的熔化温度处于1100～1200C之间。 由于渣中MgO含量约为4%~9%或更高，高钙渣的熔化温度可 能更高。
v
2grM2
9S
(M
S )
V —— 沉降速度，m·s–1
rM —— 金属或锍微粒的半径，m
M,S —— 金属和熔渣的密度，kg·m–3
S —— 熔渣的粘度，Pa·s
g
—— 重力加速度， 9.80m·s–2
一、常见冶金熔体的密度范围
熔融的铁及常见重有色金属：7000~11000 kg·m3 铝电解质：2095~2111 kg·m3 镁电解质：1700~1800 kg·m3 熔渣：3000~4000 kg·m3 熔锍：4000~5000 kg·m3 生产实践中，金属（或熔锍）与熔渣的密度差通常 不应低于1500 kg·m3。
第四章 冶金熔体的物理性质
4.1 熔化温度 4.2 密度 4.3 粘度 4.4 导电性 4.5 熔体组分的扩散系数 4.6 表面性质与界面性质
4.1 熔化温度
冶金熔体在一定的温度范围内熔化，没有确定的熔点，冷却 曲线上无平台。
熔化温度 —— 冶金熔体由其固态物质完全转变成均匀的液 态时的温度。
凝固温度或凝固点 —— 冶金熔体在冷却时开始析出固相时 的温度。
溶于铁液的元素中，
钨、钼等能提高熔铁的密度。 铝、硅、锰、磷、硫等会使熔铁的密度降 低。 镍、钴、铬等过渡金属对铁液密度的影响 则很小。
2、熔 渣
缺乏实验数据时，可用固体炉渣的密度代替熔融炉 渣的密度。 缺乏固态炉渣密度资料的实验数据时，可以近似地 由纯氧化物密度，按加和规则估算熔渣的密度：
1/ (%MO / MO ), m3 kg1
熔化温度 / C 1530
Fe
1538
Ni
1453
Cu
1083
熔盐
熔渣 熔锍
Pb 铝电解质 镁电解质 锂电解质
327.5 ~960 580~700 350~360 1100~1400 700~1100
冶炼镍铜品位低、钙镁含量高的镍精矿时的渣型选择
根据矿石成分的变化可选择两种酸性渣型：高硅渣和高钙渣
密度 / 103kg•m3
温度 / °C
温度 / K
图43 铁液的密度与温度的关系
密度 / 103kg•m3
温度 / °C
图44 A12O3CaOSiO2Na2O渣系的密度
三、密度与熔体成分的关系
1、金属熔体
熔融金属的密度与原子量、原子的半径和配位 数有关。 金属熔体的密度与其中溶解元素的种类有关。