第二章 熔渣、熔剂性质汇总

R CaO SiO2
CaO ；SiO2 P2O5
CaO MgO ；SiO2 Al 2O3
2020/6/26
9
忽略一些次要氧化物
二、熔渣的氧化、还原能力
熔渣的氧化还原能力是指它能向与之接触的金属液中
传递氧的能力。
金属液与熔渣平衡氧量 O金-渣
与实际金属液含氧量 O金
O O金渣 O金
O 0 时，渣中的氧能向金属液中扩散——氧化渣 O 0 时，金属液的氧能向渣中扩散——还原渣
R
CaO n1FeO n2MnO n3MgO SiO2 m1P2O5 m2 Al 2O3 m3 Fe 2O3
n1、n 2、n3……—— FeO、MnO、MgO等对 CaO 的碱当量数 m1、m2、m3……——P2O5 、Fe2O3、Al2O3 等对 SiO2 的酸当量数
常用简化公式
这些作用由它们的物理化学性质决定，而这些
2020/6/26 性质又和它们的结构密切相关。
1
§1 熔渣结构理论简介
关于熔渣的结构，有两种流行的结构理论： 分子理论、离子理论
一、分子理论结构模型
理论体系由固体渣的
化学分析 岩相分析
为基础
X 射线结构分析
状态图
2020/6/26
2
分子结构理论要点：
如： CaO SiO2 CaO SiO2
反应中物质的浓度由反应离解常数确定
K D NCaO NSiO2 NCaOSiO 2
2020/6/26
3
3) 只有游离氧化物才能与合金反应。没有生成复杂化合物的氧化 物叫游离氧化物，化合物中的氧化物为结合氧化物。结合氧 化物没有反应能力。
4) 可以把熔渣看作理想熔体，服从理想溶液各定律，由氧化物的 浓度，即其活度，用摩尔分数表示。
O 0时，O达 到平衡——中性渣
平衡氧量 O 金渣
对于钢而言
2020/6/26
O
金渣
aFeO L0
O
界面
渣
O 金属液
aFeO ——渣中 Fe的O活度
渣组成
温度
L0 ——氧在金属液和渣中的分配常数
10
§3 熔渣的物理性质
一、熔化性
熔渣的熔化发生在一定的温度范围。
其熔点指 转变为均匀液相 的温度。
第二章 熔渣、熔剂性质
合金熔炼时，2种主要熔体：
合金熔体 熔融炉渣
炉渣的积极作用
① 直接参加冶金反应，例如 CaO 脱硫
② 保护合金熔体
H
ห้องสมุดไป่ตู้
阻隔炉气，避免烧损、氧化、外气进入
N
③ 炉渣作为传热介质
S
熔剂：熔炼铸造有色合金，要加熔剂。 ① 覆盖着合金熔体，使之和炉气隔离，对合金
起保护作用。这种熔剂叫覆盖熔剂。 ② 吸收合金熔体中的夹杂。称为精炼熔剂。
SiO32 n（n=3、4、6……）
P2O5 PxOyz
Al xOyz、SiPO75……
2020/6/26
8
§2 熔渣化学性质
一、熔渣的碱度
碱度是炉渣的重要化学性质之一。炉渣的其它一些物理化学性质， 例如氧化能力、粘度等都与碱度有关。合金熔炼过程中，炉渣碱 度对脱硫、脱磷有重大影响。
碱度 ：熔渣中碱性氧化物和酸性氧化物浓度的比值，表示炉渣 的酸碱性。浓度常采用质量分数，或摩尔分数。
1) 构成熔渣的基本质点是各种不带电的分子。
固体渣中存在着简单氧化物和复杂氧化物
如：SiO2、CaO、MgO、FeO、Fe2O3、MnO ……简单氧化物
如：2CaOSiO2 、CaOSiO2 、Al2O3 SiO2 、2FeOSiO2
CaO Al2O3 2SiO2
……复杂氧化物
2) 每种简单氧化物与其复杂氧化物之间存在着生成和分解的平 衡反应，氧化物与其复杂化合物之间建立化学平衡，
自由氧化物的摩尔分数随温度和熔渣组成而变化。 对每个氧化物，在渣中有质量平衡关系。 如
CaO
NCaO NCaO自 NCaO结合
渣中总浓度 自由浓度 结合物浓度
形成复杂氧化物部分
2020/6/26
4
➢ 分子理论的主要优点：
能够简明地定性解释熔渣与合金熔体相互反应的规律。
例如：熔渣脱硫能力随其碱度下降而下降，这是因为只有游离CaO 才能脱硫；当酸性氧化物SiO2加入渣中后，产生反应 2CaO+SiO2=2CaO•SiO2，游离CaO减少，因而渣的脱硫能力下降。
X 射 线 结 构 分 析
建立以
统 计 热 力为学基础
熔 渣 物 理 特 性
绝大多数冶金熔渣都属于多元硅酸盐。通过X射线直接 衍射硅酸盐熔体表明，熔渣具有离子结构。许多实验事 实也证实了熔渣是离子溶液，即构成熔渣的基本质点是 各种阳离子和各种阴离子，这些基本质点间的化学键是 离子键，因而互相作用力具有电化学性质，这就是离子 理论的基本观点。
2020/6/26
6
离子结构模型理论要点：
①组成熔渣的氧化物在固态时是离子型结构，形成熔渣时 a) 碱性氧化物电离，形成金属阳离子和阴离子； b) 酸性氧化物则吸收熔体中的氧离子，形成复杂阴离子。
如：
CaO Ca2 O2 FeO Fe2 O2
CaS Ca2 S2 FeS Fe2 S2
➢ 分子理论的不足之处：
欲知游离氧化物的浓度，需要假设渣中存在各种复杂化合
物以及它们的分解程度，而这些假设往往缺乏依据，并需
要反复计算其分解程度，使定量计算结果与实际吻合。尽
管如此，分子理论由于长期运用于实践，积累了许多定量
计算用的经验式，仍在一定范围内适用。
2020/6/26
5
二、离子结构模型理论
液 渣 开 始 析 出 固 相 渣
熔化温度——金属、炉渣的
熔 物
炼温度 化性质
影响熔渣熔点的主要因素在于熔渣的组成。
2020/6/26
11
二、熔渣的粘度
熔炼过程要求熔渣有适宜的粘度
传 热 、 传 质
反应速度 金属损失
炉衬损失
粘度： 在以不同速度移动着的流体层之间质点相互作用所 产生的内摩擦力。
SiO2 2O2 SiO44
P2O5
3O2
2PO
3 4
Fe
2O3
O2
2FeO
2
Fe 2O3 2O2 Fe 2O54
Al 2O3 O2 2AlO2
2020/6/26
7
②复合阴离子的结构比较复杂，随熔渣组成及温度而改变
如：
可能
SiO44 Si2O7、6 Si3O93、 Si4O128……
粘度的物理意义：在单位速度梯度下，作用在单位接触
面积上的内摩擦力。
F ηA dυ dy
2020/6/26
η——比例常数，称粘度系数，简称粘度，又叫动力粘度。
单位为Pa·s或表示为N•s/m2