液态金属的净化和精炼.ppt

液态金属与气相和渣相的相互作用，可能造成自身的污染。所谓金属的净化，即是利用一定的物理化学反应，去除液态金属中的有害元素、夹杂物和气体的过程。 第一节 液态金属的脱氧 一、脱氧元素与脱氧能力 二、先期脱氧 三、沉淀脱氧 四、扩散脱氧 五、真空脱氧 一、脱氧元素与脱氧能力 对于钢液来说，脱氧就是用脱氧剂除去钢液中溶入的原子态氧或氧化铁中的氧而将铁还原的措施。脱氧剂的脱氧能力可以用加入等量的脱氧元素后，钢液中氧化亚铁的平衡含量来衡量。 x [ Me ] ＋ y [ FeO ] →（ MexOy ）＋ y [ Fe ] 式中，Me表示脱氧元素，如 Mn、Si、Al 等。 右图表明一些元素的脱氧能力及在不同的残留量条件下钢液的脱氧程度。 元素按脱氧能力由小到大排列顺序是：Cr、Mn、V、C、Si、B、Ti、Al、Zr、Be、Mg、Ca。 二、先期脱氧 对于药皮焊条电弧焊过程，在药皮加热阶段，固态的造渣、造气剂中进行的脱氧反应称为先期脱氧，其特点是脱氧过程和脱氧产物与高温的液态金属不发生直接关系。 三、沉淀脱氧 沉淀脱氧是指溶解于液态金属中的脱氧剂直接和熔池中的[FeO]起作用，使其转化为不溶于液态金属的氧化物，并脱溶沉淀转入熔渣中的一种脱氧方式。 这种方法的优点是脱氧速度快，脱氧彻底。但脱氧产物不能清除时将增加金属液中杂质的含量。其脱氧反应为： x [ Me ] ＋ y [ O ] →（ MexOy ） 或： x [ Me ] ＋ y [ FeO ] →（ MexOy ）＋ y [ Fe ] 熔渣碱度BL，脱氧元素种类及数量对脱氧效果的影响，有如下关系式： 其中，A、C、D为与脱氧元素有关的常数。从上式看出： 金属含氧量[O]，随熔渣碱度BL的增大而减少； [Me]越多、（MexOy）越少，脱氧效果越好； 熔渣性质应与脱氧产物性质相反，这样有利于降低脱氧产物在熔渣中的活度，也有利于熔渣吸收脱氧产物。 进行沉淀脱氧应考虑的三个要点： ① 对氧亲和力较大的元素； ② 脱氧产物应不溶于金属而成为独立液相转入熔渣； ③ 熔渣的酸碱性质应与脱氧产物的性质相反，以利于熔渣吸收脱氧产物 。 焊条药皮成分中，常采用锰铁、硅铁和钛铁作为脱氧元素，请说明它们分别适用于哪种药皮类型？ 答 案 酸性焊条常采用锰铁作为脱氧元素； 碱性焊条常采用锰铁和硅铁（或钛铁）联合脱氧。 酸性渣中含有较多的 SiO2 和 TiO2，它们容易与锰的脱氧产物 MnO 生成复合物 MnO·SiO2 和 MnO·TiO2，使 MnO 的活度系数减小，因此脱氧效果较好。相反，在碱性渣中 MnO 的活度较大，不利于锰脱氧。碱度越大，锰的脱氧效果越差。 硅的脱氧能力比锰大，但生成的 SiO2熔点高，通常认为处于固态，不易聚合为大的质点；同时SiO2与钢液的界面张力小，润湿性好，不易从钢液中分离，易造成夹杂。 因此，碱性焊条一般不单独用硅脱氧。 碱性焊条需采用锰铁和硅铁（或钛铁）联合脱氧 把硅和锰按适当的比例加入液态金属中进行复合脱氧时，其脱氧产物为低熔点、低密度的不饱和硅酸盐，易于浮出，并易被熔渣吸收，从而减少钢中的夹杂物和含氧量，脱氧效果十分显著。 两种以上脱氧元素的复合脱氧剂实例 在转炉炼钢时，炉内加入一定量的硅锰合金进行预脱氧，结果使钢中氧含量大大降低； 二氧化碳气体保护焊焊丝H08Mn2Si 中就是用适当比例的锰和硅来进行联合脱氧。 钙的脱氧能力很强，但它的蒸气压高，在钢液中溶解度低，脱氧效果变差；如果用硅钙合金作脱氧剂，则可提高钙的溶解度，减少蒸发损失，易生成低熔点的硅酸钙，对Al2O3 还起助熔作用。铬镍不锈钢在熔炼末期的出钢前，通常加入硅钙合金进行最终脱氧。 四、扩散脱氧 扩散脱氧是在液态金属与熔渣界面上进行的，利用（ FeO）与 [ FeO] 能够互相转移, 趋于平衡时符合分配定律的机理进行脱氧： 式中的 LFeO 是温度的函数，与熔渣的成分有关。 焊接熔池中的扩散脱氧 钢铁熔炼中的扩散脱氧 焊接熔池中的扩散脱氧 在焊接熔池中，随着熔池后部温度降低 LFeO 增大，[ FeO ] 向熔渣中扩散。脱氧的关键是降低（FeO） 的活度。 在酸性渣中，由于 SiO2（或TiO2）易与(FeO) 生成复合物 FeO·SiO2（或FeO·TiO2），使（FeO）的活度减小，有利于扩散脱氧的进行； 钢铁熔炼中的扩散脱氧 钢铁熔炼时的扩散脱氧通常是将脱氧剂加在熔渣中，使脱氧元素与（FeO）反应。当熔渣中的氧化铁含量降低时，[FeO]就向熔渣中扩散。这样就间接地达到了脱去钢液中[F