冶金熔炼原理及工艺讲义,第二章,修订答题.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 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 直接参加冶金反应，例如 脱硫 保护合金熔体 阻隔炉气，避免烧损、氧化、外气进入 炉渣作为传热介质 熔剂：熔炼铸造有色合金，要加熔剂。 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。 吸收合金熔体中的夹杂。称为精炼熔剂。 这些作用由它们的物理化学性质决定，而这些性质又和它们的结构密切相关。 §2.1 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 为基础 * 分子结构理论要点： 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： 、 、 、 、 、 ……简单氧化物 如： 、 、 、 ……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， 如： 反应中物质的浓度由反应离解常数确定 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。 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： * 渣中总浓度 自由浓度 结合物浓度 形成复杂氧化物部分 * 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。 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。 * 二、离子结构模型理论 建立以 为基础 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。 * 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： * 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： 、 、 …… （n=3、4、6……） §2.2 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。 * 常用简化公式 忽略一些次要氧化物 、 、 ……—— 、 、 等对 的碱当量数 、 、 ……—— 、 、 等对 的酸当量数 * 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 与实际金属液含氧量 时，渣中的氧能向金属液中扩散——氧化渣 时，金属液的氧能向渣中扩散——还原渣 时， 达到平衡——中性渣 界面 渣 金属液 平衡