第四章冶金熔体的物理性质教程.pptx

4.1 熔化温度 4.2 密度 4.3 黏度 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 第四章 冶金熔体的物理性质 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。 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~90?C； 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。 4.1 熔化温度 连铸保护渣主要成分是CaO、SiO2和Al2O3,但是仅由这三种物质组成的保护渣的熔化温度达不到要求（低于1200℃），加入CaF2或Na2O，则可使熔化温度降到1200℃以下 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： 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 —— 熔渣的黏度，Pa·s g —— 重力加速度， 9.80m·s–2 4.2 密 度 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·m?3 铝电解质：2095~2111 kg·m?3 镁电解质：1700~1800 kg·m?3 熔渣：3000~4000 kg·m?3 熔锍：4000~5000 kg·m?3 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·m?3。 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·m?3 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。 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。 当几种物理化学性质相近的金属形成金属熔体时，如Fe—Ni、Fe—Mn等，漆密度具有加和性，即： ρMe和ωMe分别是各金属的密度和质量分数。 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： ?MeO —— 渣中MeO的密度 ωMeO —— 渣中MeO的质量分数 高温下的熔渣密度可按经验公式计算。 2、熔 渣 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)，10?3m3·kg?1 (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： 估算冶炼温度下熔渣密度的经验公式： 在层流流体中，流体是由无数互相平行的流体层组成的； 相距 dx 的二相邻流体层，以速度 v 和 v+dv 同向流动； 两层流体之间将产生一种内摩擦力，力图阻止两流体层的相对运动。内摩擦力 F 的由牛顿粘性定律确定： F — 内摩擦力，N A — 相邻两液层的接触面积，m2 dv/dx — 垂直于流体流动方向上的速度梯度，s-1 ? — 黏度系数，动力黏度，简称黏度， Pa·s [kg·m-1·s-1] 一、黏度的概念 4.3 黏度 黏度的意义：在单位速度梯度下，作用于平行的液层间单位面积上的摩擦力。 黏度的单位：Pa·s，泊(P)，厘泊(cP) 1Pa·s = 10P， 1P = 100cP 运动黏度（?）： ? = ?/? m2·s?1或St（1m2·s?1 = 104St） 流体的流动性：运动黏度的倒数 黏度的本质： 黏度随着温度的升高而降低 ? 升高温度有利于克服熔体中质点流动的能碍 ——粘流活化能。 黏度与温度之间的关系 —— 指数关系式或阿累尼乌斯表达式： A? —— 常数，E? —— 粘流活化能 对于大多数冶金熔体，黏度与温度的关系均遵守指数关系式。 二、黏度与温度的关系 各种