材料成形基本原理配套教学课件第3版祖方遒第11章 液态金属的净化与精炼.ppt

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1、第十一章液态金属的净化与精炼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第二节液态金属的脱碳反应第三节液态金属的脱硫第四节液态金属的脱磷净化与精炼的顺序？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、真空脱氧常用脱氧方法一、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]→（MexO

2、y）＋y[Fe]式中，Me表示脱氧元素，如Mn、Si、Al等。当反应达到平衡时，Μe与钢液中氧化亚铁的含量（残留量）之间存在着下述的关系：[%Me]x•[%FeO]y=KK是平衡常数，是温度的函数。由此可见，钢液中氧化亚铁的残留量与脱氧元素的残留量成反比，脱氧元素的残留量愈高，则氧化亚铁的残留量愈低，即钢液的脱氧程度愈彻底。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。[Me]残留量，%[O],%当使用几种脱氧剂进行脱氧时，应按照脱氧能力的顺序由小到大依次使用。铸造和焊接

3、中最常用的脱氧剂是锰、硅、钛和铝。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。含有脱氧元素的造渣剂和造气剂被加热时其中的高价氧化物或碳酸盐分解出的氧和二氧化碳便和脱氧元素发生反应。Ti＋2CO2＝TiO2＋2CO2Al＋3CO2＝Al2O3＋3COSi＋2CO2＝SiO2＋2COMn＋CO2＝MnO＋CO反应的结果使气相的氧化性减弱，起到先期脱氧的作用。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炼钢液中或焊接熔池中的[FeO]起作用，使其转化为不溶于液态金属的氧

4、化物，并脱溶沉淀转入熔渣中的一种脱氧方式。该方法的优点是：脱氧速度快，脱氧彻底。其缺点是：脱氧产物难以非常彻底地清除出金属液。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：对氧亲和力较大的元素；脱氧产

5、物应不溶于金属而成为独立液相转入熔渣；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。思考题为什么酸性焊条常采用锰铁作为脱氧元素？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。为什么碱性焊条不单独采用硅铁作为脱氧元素？硅的脱氧能力

6、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

7、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