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1、为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能第四章第四章第四章第四章 冶金熔体的物理性质冶金熔体的物理性质冶金熔体的物理性质冶金熔体的物理性质4.14.14.14.1熔化温度熔化温度熔化温度熔化温度4.24.24.24.2密度密度密度密度4.34.34.34.3粘度粘度粘度粘度4.44.44.44.4导电性导电性导电性导电性4.54.54.54.5熔体组分的扩散系数熔体组分的扩散系数熔体组分的扩散系数熔体组分的扩散系数4.64.64.64.6表面性质与界面性质表面性质与界面性质表面性质与界面性质表面性质与界面性质第四章 冶金熔体
2、的物理性质为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能4.1 4.1 熔化温度熔化温度熔化温度熔化温度冶冶金金熔熔体体在在一一定定的的温温度度范范围围内内熔熔化化，没没有有确确定定的的熔熔点点，冷冷却却曲线上无平台。曲线上无平台。熔熔化化温温度度 冶冶金金熔熔体体由由其其固固态态物物质质完完全全转转变变成成均均匀匀的的液液态时的温度。态时的温度。凝凝固固温温度度或或凝凝固固点点 冶冶金金熔熔体体在在冷冷却却时时开开始始析析出出固固相相时时的温度。的温度。常见冶金熔体的熔化温度范围常见冶金熔体的熔化温度范围 表表4141熔化温度与
3、熔体组成有关。熔化温度与熔体组成有关。例如，在铁液中例如，在铁液中非非金金属属元元素素C C、O O、S S、P P等等使使能能其其熔熔化化温温度度显显著著降降低低，含含1%C1%C的铁液的熔化温度比纯铁熔点低的铁液的熔化温度比纯铁熔点低9090 C C；由由MnMn、CrCr、NiNi、CoCo、MoMo等等金金属属元元素素引引起起的的铁铁液液熔熔化化温温度的降低很小。度的降低很小。4.1 熔化温度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能4.1 熔化温度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教
4、育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能冶炼镍铜品位低、钙镁含量高的镍精矿时的渣型选择冶炼镍铜品位低、钙镁含量高的镍精矿时的渣型选择根据矿石成分的变化可选择两种酸性渣型：高硅渣和高钙渣根据矿石成分的变化可选择两种酸性渣型：高硅渣和高钙渣两种渣型都能抑制氧化镁和磁性氧化铁的有害作用。两种渣型都能抑制氧化镁和磁性氧化铁的有害作用。对对于于含含镁镁高高的的矿矿石石，采采用用高高硅硅渣渣可可以以增增加加炉炉渣渣硅硅酸酸度度，抑抑制制MgOMgO(熔点约熔点约28002800 C)C)的危害，同时使的危害，同时使FeFe3 3O O4 4造渣：造渣：2MgO+SiO2MgO+SiO2 2=2MgOSiO
5、=2MgOSiO2 22Fe2Fe3 3O O4 4+FeSFeS+5SiO+5SiO2 2=5(2FeOSiO=5(2FeOSiO2 2)+SO)+SO2 2SiOSiO2 2的加入量随原料成分而变化。的加入量随原料成分而变化。图中图中A A点代表高硅渣中点代表高硅渣中SiOSiO2 2含量的下限，含量的下限，B B点代表其上限。点代表其上限。高硅渣的熔化温度大致在高硅渣的熔化温度大致在1400150014001500 C C之间。之间。炼炼镍镍鼓鼓风风炉炉的的风风口口区区温温度度可可达达1500180015001800 C C，足足以以保保证证渣渣的的过热与排放。过热与排放。4.1 熔化温
6、度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能图41 MgOFeOSiO2渣系熔化等温线图 4.1 熔化温度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能当炼镍原料中含有较多的当炼镍原料中含有较多的CaOCaO时，可选用高钙渣。时，可选用高钙渣。图图4 4 2 2中中的的C C点点为为高高钙钙渣渣CaOCaO含含量量的的下下限限，位位于于鳞鳞石石英英相相区区内内12001200 C C等温线下面。等温线下面。D D点点代代表表高高钙钙渣渣CaOCaO含含量量的的上上
7、限限，位位于于硅硅灰灰石石CaOCaO SiOSiO2 2相相区，紧靠区，紧靠11001100 C C等温线。等温线。高钙渣的熔化温度处于高钙渣的熔化温度处于1100110012001200 C C之间。之间。由由于于渣渣中中MgOMgO含含量量约约为为4%9%4%9%或或更更高高，高高钙钙渣渣的的熔熔化化温温度度可可能更高。能更高。结结结结 论论论论高钙渣的熔化温度比高硅渣低。高钙渣的熔化温度比高硅渣低。对对于于高高镁镁原原料料，在在强强化化熔熔炼炼和和其其它它因因素素变变化化不不大大的的情情况况下下，选用高硅渣或高钙渣，均能正常冶炼并得到低的渣含镍。选用高硅渣或高钙渣，均能正常冶炼并得到低
8、的渣含镍。4.1 熔化温度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能图42 CaOFeOSiO2渣系熔化等温线图 4.1 熔化温度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能密度密度单位体积的质量。单位体积的质量。密密度度影影响响金金属属与与熔熔渣渣、熔熔锍锍与与熔熔渣渣、金金属属与与熔熔盐盐的的分分离，影响金属的回收率。离，影响金属的回收率。金属或熔锍微粒在熔渣中的沉降金属或熔锍微粒在熔渣中的沉降斯托克斯公式：斯托克斯公式：V V 沉降速度，沉降速度，msms
9、11r rMM 金属或锍微粒的半径，金属或锍微粒的半径，mm M,M,S S 金属和熔渣的密度，金属和熔渣的密度，kgmkgm 3 3 S S 熔渣的粘度，熔渣的粘度，PasPasg g 重力加速度，重力加速度，9.80ms9.80ms 2 24.2 4.2 密密密密 度度度度4.2 密密 度度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能一、常见冶金熔体的密度范围一、常见冶金熔体的密度范围一、常见冶金熔体的密度范围一、常见冶金熔体的密度范围熔融的铁及常见重有色金属：熔融的铁及常见重有色金属：700011000 kgm700011
10、000 kgm 3 3铝电解质：铝电解质：20952111 kgm20952111 kgm 3 3镁电解质：镁电解质：17001800 kgm17001800 kgm 3 3熔渣：熔渣：30004000 kgm30004000 kgm 3 3熔锍：熔锍：40005000 kgm40005000 kgm 3 3生生产产实实践践中中，金金属属（或或熔熔锍锍）与与熔熔渣渣的的密密度度差差通通常常不应低于不应低于1500 kgm1500 kgm 3 3。4.2 密密 度度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能二、密度与温度的关系二
11、、密度与温度的关系二、密度与温度的关系二、密度与温度的关系熔体的密度随着温度升高而减小，且熔体的密度随着温度升高而减小，且通常通常通常通常遵从线性关系：遵从线性关系：T T=m m (T T T Tm m)T T 熔体在某一温度熔体在某一温度T T时的密度；时的密度；mm 熔体在熔化温度熔体在熔化温度T Tmm时的密度；时的密度；与熔体性质有关的常数。与熔体性质有关的常数。或：或：T T=T T对于纯铁液：对于纯铁液：T T=8580 =8580 0.853 0.853T T kgm kgm 3 34.2 密密 度度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精
12、神,充分发挥中小学图书室育人功能图43 铁液的密度与温度的关系 4.2 密密 度度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能图44 A12O3CaOSiO2Na2O渣系的密度 4.2 密密 度度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能三、密度与熔体成分的关系三、密度与熔体成分的关系三、密度与熔体成分的关系三、密度与熔体成分的关系1 1 1 1、金属熔体、金属熔体、金属熔体、金属熔体 熔熔融融金金属属的的密密度度与与原原子子量量、原原子子的的半半径径和和配配位
13、位数有关。数有关。金属熔体的密度与其中溶解元素的种类有关。金属熔体的密度与其中溶解元素的种类有关。溶于铁液的元素中溶于铁液的元素中，钨、钼等能提高熔铁的密度。钨、钼等能提高熔铁的密度。铝铝、硅硅、锰锰、磷磷、硫硫等等会会使使熔熔铁铁的的密密度度降降低。低。镍镍、钴钴、铬铬等等过过渡渡金金属属对对铁铁液液密密度度的的影影响响则很小。则很小。4.2 密密 度度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能缺缺乏乏实实验验数数据据时时，可可用用固固体体炉炉渣渣的的密密度度代代替替熔熔融融炉炉渣的密度。渣的密度。缺缺乏乏固固态态炉炉渣渣密
14、密度度资资料料的的实实验验数数据据时时，可可以以近近似似地地由纯氧化物密度，按加和规则估算熔渣的密度：由纯氧化物密度，按加和规则估算熔渣的密度：MOMO 渣中渣中MOMO的密度的密度%MOMO 渣中渣中MOMO的质量分数的质量分数高温下的熔渣密度可按经验公式计算。高温下的熔渣密度可按经验公式计算。2 2 2 2、熔、熔、熔、熔 渣渣渣渣 4.2 密密 度度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能当当T T=1673K=1673K时，时，1/1/16731673=0.45(SiO0.45(SiO2 2)+0.286(CaO)+
15、0.204(FeO)+0.35(Fe)+0.286(CaO)+0.204(FeO)+0.35(Fe2 2O O3 3)+0.237(MnO)+0.237(MnO)+0.367(MgO)+0.48(P+0.367(MgO)+0.48(P2 2O O5 5)+0.402(A1)+0.402(A12 2O O3 3)，1010 3 3mm3 3kgkg 1 1(M(Mx xO Oy y)氧化物氧化物MMx xO Oy y的质量分数。的质量分数。当当T T 1673K1673K时，可按下式计算任意温度下的熔渣密度：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：估算冶炼温度下熔
16、渣密度的经验公式：估算冶炼温度下熔渣密度的经验公式：估算冶炼温度下熔渣密度的经验公式：4.2 密密 度度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能图45 A12O3CaOSiO2渣系的密度（1500C，单位为103kgm3）图46 CaOFeOSiO2渣系的密度（1500C，单位为103kgm3）4.2 密密 度度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能4.3 4.3 粘粘粘粘 度度度度在层流流体中，流体是由无数互相平行的流体层组成的；在层流流体中，流体是由
17、无数互相平行的流体层组成的；相距相距 dxdx 的二相邻流体层，以速度的二相邻流体层，以速度 v v 和和 v+dvv+dv 同向流动；同向流动；两两层层流流体体之之间间将将产产生生一一种种内内摩摩擦擦力力，力力图图阻阻止止两两流流体体层层的的相相对运动。内摩擦力对运动。内摩擦力 F F 的由的由牛顿粘性定律牛顿粘性定律牛顿粘性定律牛顿粘性定律确定：确定：F F 内摩擦力，内摩擦力，N NA A 相邻两液层的接触面积，相邻两液层的接触面积，mm2 2 dvdv/dxdx 垂直于流体流动方向上的速度梯度，垂直于流体流动方向上的速度梯度，s s-1-1 粘度系数，动力粘度，简称粘度，粘度系数，动力
18、粘度，简称粘度，PasPas kgm kgm-1-1s s-1-1 一、粘度的概念一、粘度的概念一、粘度的概念一、粘度的概念4.3 粘 度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能粘粘度度的的意意义义：在在单单位位速速度度梯梯度度下下，作作用用于于平平行行的的液液层层间间单位面积上的摩擦力。单位面积上的摩擦力。粘度的单位粘度的单位：PasPas，泊，泊(P)(P)，厘泊，厘泊(cPcP)1Pas=10P1Pas=10P，1P=100cP1P=100cP运动粘度运动粘度（）：）：=/mm2 2s s 1 1或或StSt（1m1m
19、2 2s s 1 1=10=104 4StSt）流体的流动性流体的流动性：运动粘度的倒数：运动粘度的倒数粘度的本质粘度的本质：4.3 粘 度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能4.3 粘 度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能粘度随着温度的升高而降低粘度随着温度的升高而降低 升升高高温温度度有有利利于于克克服服熔熔体体中中质质点点流流动动的的能能碍碍 粘流活化能。粘流活化能。粘粘度度与与温温度度之之间间的的关关系系 指指数数关关系系式式或或阿阿累累
20、尼尼乌乌斯表达式：斯表达式：A A 常数，常数，E E 粘流活化能粘流活化能对对于于大大多多数数冶冶金金熔熔体体，粘粘度度与与温温度度的的关关系系均均遵遵守守指指数数关系式。关系式。二、粘度与温度的关系二、粘度与温度的关系二、粘度与温度的关系二、粘度与温度的关系图图图图4 4 7 74.3 粘 度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能图47 各种熔体的粘度与温度的关系 4.3 粘 度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能熔渣粘度与温度的关系熔渣粘度与温
21、度的关系熔渣粘度与温度的关系熔渣粘度与温度的关系酸性渣酸性渣长渣、稳定性渣长渣、稳定性渣粘粘度度随随着着温温度度下下降降平平缓缓地地增增大大，凝凝固固过过程程的的温温度范围较宽。度范围较宽。n n酸酸性性渣渣中中硅硅氧氧阴阴离离子子聚聚合合程程度度大大，结结晶晶性性能能差差，即即使使冷冷却却到到液液相相线线温温度度以以下下仍仍能能保保持过冷液体的状态。持过冷液体的状态。n n温温度度降降低低时时，酸酸性性渣渣中中质质点点活活动动能能力力逐逐渐渐变差，粘度平缓上升。变差，粘度平缓上升。图图4 84.3 粘 度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发
22、挥中小学图书室育人功能图48 熔渣粘度与温度的关系 碱性渣 酸性渣4.3 粘 度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能熔渣粘度与温度的关系（续）熔渣粘度与温度的关系（续）熔渣粘度与温度的关系（续）熔渣粘度与温度的关系（续）碱性渣碱性渣短渣或不稳定性渣短渣或不稳定性渣在在高高温温区区域域时时，温温度度降降低低粘粘度度只只稍稍有有增增大大，但但降降至至一一定定温温度度粘粘度度突突然然急急剧剧增增大大，凝凝固固过过程程的的温温度度范范围围较窄。较窄。碱性渣的结晶性能强，在接近液相线温度时仍碱性渣的结晶性能强，在接近液相线温度时仍
23、 有大量晶体析出，熔渣变成非均相使得粘度迅有大量晶体析出，熔渣变成非均相使得粘度迅速增大。速增大。熔熔化化性性温温度度粘粘度度由由平平缓缓增增大大到到急急剧剧增增大大的的转转变变温度。温度。4.3 粘 度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能三、金属熔体的粘度三、金属熔体的粘度三、金属熔体的粘度三、金属熔体的粘度纯液态金属的粘度：纯液态金属的粘度：(0.58)(0.58)1010 3 3 PasPas接近于熔盐或水的值，远小于熔渣的粘度值。接近于熔盐或水的值，远小于熔渣的粘度值。金属熔体的粘度与其中的合金元素有关。金属熔体
24、的粘度与其中的合金元素有关。例如，例如，16001600 C C时液态铁的粘度时液态铁的粘度n n当当铁铁中中其其它它元元素素的的总总量量不不超超过过0.020.03%0.020.03%时时为为 (4.75.0)(4.75.0)1010 3 3 PasPas；n n当当其其它它元元素素总总量量为为0.1000.122%0.1000.122%时时升升高高至至 (5.56.5)(5.56.5)1010 3 3 PasPas。4.3 粘 度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能n n铁液中其它元素对液铁粘度的影响：铁液中其它元素
25、对液铁粘度的影响：SiSi、MnMn、CrCr、AsAs、A1A1、NiNi、CoCo和和GeGe等等元元素素使使铁铁液液的粘度下降；的粘度下降；V V、TaTa、NbNb、TiTi、WW和和MoMo等使铁液的粘度增加；等使铁液的粘度增加；CuCu、H H和和N N等元素对铁液粘度的影响很小；等元素对铁液粘度的影响很小；C C含含 量量 在在 0.5%1.0%0.5%1.0%范范 围围 内内 可可 使使 铁铁 液液 粘粘 度度 降降 低低20%30%20%30%；C C含量在含量在0.5%0.5%以下时对铁液粘度的影响比较复杂。以下时对铁液粘度的影响比较复杂。4.3 粘 度为深入学习习近平新时
26、代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能在在A1A12 2O O3 3含含量量不不大大的的碱碱性性渣渣区区域域，等等粘度线几乎平行于粘度线几乎平行于SiOSiO2 2 A1A12 2O O3 3边。边。当当渣渣中中CaOCaO含含量量一一定定时时，用用A1A12 2O O3 3取取代代SiOSiO2 2时时不不影影响响粘粘度度值值在在碱碱性性渣渣范范围围内内AlAl3+3+可可以以取取代代硅硅氧氧阴阴离离子子中中的的SiSi4+4+而而形形成成硅硅铝铝氧氧阴阴离离子子，即即A1A12 2O O3 3呈酸性。呈酸性。四、熔渣的粘度四、熔渣的粘度四
27、、熔渣的粘度四、熔渣的粘度1 1、CaOAlCaOAl2 2OO3 3SiOSiO2 2系系系系熔熔熔熔渣渣渣渣的的的的等等等等粘度曲线图粘度曲线图粘度曲线图粘度曲线图图图图图4 4 9 94.3 粘 度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能图49 CaOA12O3SiO2系熔渣在1900C时的等粘度曲线（0.1Pas）4.3 粘 度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能在在酸酸性性渣渣和和高高A1A12 2O O3 3的的区区域域，当当CaOCaO含
28、含量量不不变变时用时用A1A12 2O O3 3取代取代SiOSiO2 2则渣的粘度降低。则渣的粘度降低。A1A12 2O O3 3呈呈碱碱性性，对对硅硅氧氧阴阴离离子子有有一一定定的的解解聚作用。聚作用。在在CaO/A1CaO/A12 2O O3 3摩摩尔尔比比等等于于1 1的的直直线线ABAB以以左左的的CaOCaO一侧，一侧，A1A12 2O O3 3表现出酸性氧化物的行为；表现出酸性氧化物的行为；在在ABAB线线以以右右的的A1A12 2O O3 3一一侧侧，A1A12 2O O3 3表表现现出出碱碱性性氧化物的性质。氧化物的性质。4.3 粘 度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思
29、想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能图图图图4 4 1010CaOCaO含量的影响含量的影响当当CaOCaO浓浓度度增增加加时时，等等粘粘度度曲曲线线分分布布的的密密度度增增大大，即粘度增加得很快。即粘度增加得很快。熔渣中出现固相物或使渣的熔化温度升高。熔渣中出现固相物或使渣的熔化温度升高。SiOSiO2 2含量的影响含量的影响当当SiOSiO2 2含含量量增增加加时时，或或SiOSiO2 2含含量量不不变变而而CaOCaO含含量量降降低时，等粘度线分布变疏，粘度增大。低时，等粘度线分布变疏，粘度增大。随随SiOSiO2 2含含量量增增加加，硅硅氧氧复复杂杂阴
30、阴离离子子而而进进一一步步聚聚合合形形成成结结构构单单元元更更大大的的离离子子，致致使使粘粘流流活活化化能能进进一步增大。一步增大。CaOAlCaOAl2 2OO3 3SiOSiO2 2系熔渣的等粘度曲线图（续系熔渣的等粘度曲线图（续系熔渣的等粘度曲线图（续系熔渣的等粘度曲线图（续1 1）4.3 粘 度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能图410 CaOA12O3SiO2系熔渣在1500C时的等粘度曲线（0.1Pas）4.3 粘 度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥
31、中小学图书室育人功能A1A12 2O O3 3含量的影响含量的影响A1A12 2O O3 3对该渣系粘度的影响没有碱度明显。对该渣系粘度的影响没有碱度明显。当当碱碱度度一一定定时时，如如R R =1.11.2=1.11.2，当当A1A12 2O O3 3含含量量小小于于10%10%(质量质量)时，渣的粘度较小，而且熔化性温度低。时，渣的粘度较小，而且熔化性温度低。当当A1A12 2O O3 3含含量量大大于于10%10%(质质量量)时时，渣渣的的熔熔化化温温度度升升高高，粘度显著提高。粘度显著提高。其它组元的影响其它组元的影响MgOMgO、BaOBaO、NaNa2 2O O、NaNa2 2CO
32、CO3 3及及CaFCaF2 2等等均均能能降降低低渣渣的的熔熔化化温温度，并使复杂阴离子解体度，并使复杂阴离子解体它们都使渣的粘度降低。它们都使渣的粘度降低。在在15001500 C C左左右右，CaOCaO为为40%55%40%55%、A1A12 2O O3 3为为5%20%5%20%的的组组成范围内，该渣系的粘度最小（成范围内，该渣系的粘度最小（0.2 22）及及FeOFeO含含量量（10%10%）高高，硅硅氧氧络络离离子子为为最最简简单单的的SiOSiO4 44 4 结结构构单单元元，而而且且这这种种渣渣的的熔化温度也比较低。熔化温度也比较低。MgOMgO和和CrCr2 2O O3 3
33、能使渣的粘度显著增大。能使渣的粘度显著增大。当当它它们们的的含含量量超超过过熔熔渣渣的的最最大大溶溶解解能能力力（对对MgOMgO，1012%1012%；对对CrCr2 2O O3 3，56%56%）时时，渣渣中中就就会会出出现现方方镁镁石石、铬铬铁铁矿矿，尖尖晶晶石石（FeOCrFeOCr2 2O O3 3，MgOCrMgOCr2 2O O3 3）等难溶解的固相物。等难溶解的固相物。4.3 粘 度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能图图4 4 11 CaO11 CaO FeOFeO SiOSiO2 2系熔渣在系熔渣在1
34、4001400 C C时的等粘度曲线（时的等粘度曲线（0.1 0.1 PasPas）4.3 粘 度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能提提高高温温度度，加加入入助助熔熔剂剂，如如A1A12 2O O3 3（5%5%7%7%），CaFCaF2 2（2%5%2%5%），SiOSiO2 2，FeFe2 2O O3 3等等均均能使碱性渣的粘度降低。能使碱性渣的粘度降低。适适当当增增加加渣渣中中氧氧化化铁铁的的含含量量，可可以以有有效效地地促促进进渣渣中中石石灰灰块块的的迅迅速速溶溶解解，使使渣渣转转变变为为均均匀匀的液相。的液相
35、。氧氧化化熔熔炼炼时时，熔熔渣渣中中应应保保持持足足够够的的氧氧化化铁含量。铁含量。4.3 粘 度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能五、熔盐和熔锍的粘度五、熔盐和熔锍的粘度熔体粘度随着A12O3浓度的增大而增大。熔体中生成了如AlOF2、AlOF32等体积庞大的铝氧氟络离子。随着A12O3浓度的进一步增大，这些络离子数目增多，而且还会缔合生成含有23个氧原子的更加庞大的络离子。在工业铝电解质的组成范围内（NaF:A1F3=2.333），随着A12O3浓度的增大，铝电解质的粘度显著增大；增加A1F3的含量，电解质的粘度则
36、显著降低。在冶炼温度下，熔锍的粘度约为0.01 Pas。熔锍的粘度远小于熔渣的粘度，与熔融金属和熔盐比较接近。图图4 124.3 粘 度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能图412 Na3A1F6A1F3A12O3 三元系的粘度 4.3 粘 度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能4.4 4.4 导电性导电性导电性导电性熔体导电性能的重要性熔体导电性能的重要性电弧炉炼钢、电渣重熔电弧炉炼钢、电渣重熔熔盐电解熔盐电解导电性的表示方法导电性的表示方法电导
37、率（电导率（）电导率为电阻率（电导率为电阻率（，单位，单位mm）的倒数：）的倒数：=1/=1/电导率的单位：电导率的单位：SmSm 1 1（西门子每米）（西门子每米）一、电导率的概念一、电导率的概念一、电导率的概念一、电导率的概念4.4 导电性为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能二、电导率与熔体组成的关系二、电导率与熔体组成的关系二、电导率与熔体组成的关系二、电导率与熔体组成的关系熔渣的电导率差别很大，取决于其中氧化物的结构。熔渣的电导率差别很大，取决于其中氧化物的结构。1 1、金属熔体、金属熔体、金属熔体、金属熔体金属
38、熔体通常都是电的良好导体。金属熔体通常都是电的良好导体。10001000 C C时液体铅的电导率约为时液体铅的电导率约为0.80.8 10106 6 Sm Sm 1 1；12001200 C C时液体铜的电导率高达时液体铜的电导率高达4.354.35 10106 6 Sm Sm 1 1。2 2、熔渣、熔渣、熔渣、熔渣4.4 导电性为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能共共价价键键成成分分很很大大的的氧氧化化物物SiOSiO2 2、B B2 2O O3 3和和GeOGeO2 2等等在在熔熔渣渣中中形形成成聚聚合合阴阴离离子子
39、；这这种种大大尺尺寸寸的的聚聚合合阴阴离离子子在在电电场场作作用用下下难难以以实实现现电电迁迁移移，故故电电导导率率很小，在熔点时很小，在熔点时 10 1 1，即即电导率的增长率小于粘度的下降率。电导率的增长率小于粘度的下降率。电电导导率率主主要要取取决决于于尺尺寸寸小小、迁迁移移速速度度快快的的简简单单离离子子的的运运动动，而而粘度则决定于尺寸大、迁移速度慢的复合阴离子的运动。粘度则决定于尺寸大、迁移速度慢的复合阴离子的运动。4.4 导电性为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能4.5 4.5 熔体组分的扩散系数熔体组分的
40、扩散系数熔体组分的扩散系数熔体组分的扩散系数一、扩散系数的概念一、扩散系数的概念一、扩散系数的概念一、扩散系数的概念扩扩散散溶溶液液中中的的组组分分在在浓浓度度梯梯度度的的作作用用下下由由高高浓度区向低浓度区的流动。浓度区向低浓度区的流动。菲菲克克第第一一定定律律：单单位位时时间间里里通通过过单单位位面面积积扩扩散散的的物质数量物质数量扩散通量（扩散通量（J J）正比于浓度梯度：）正比于浓度梯度：D D 扩散系数，扩散系数，cmcm2 2s s 1 1。4.5 熔体组分的扩散系数为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能扩散系
41、数的意义浓度梯度为1时、单位时间内在垂直于扩散方向上通过单位横截面扩散的物质摩尔量。互扩散系数与自扩散系数在存在着浓度梯度的扩散过程中，扩散系数称为互扩散系数。4.5 熔体组分的扩散系数为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能二、温度及粘度对扩散系数的影响二、温度及粘度对扩散系数的影响二、温度及粘度对扩散系数的影响二、温度及粘度对扩散系数的影响温度升高，扩散系数增大。温度升高，扩散系数增大。扩散系数与温度的关系：扩散系数与温度的关系：式中式中A AD D 常数，常数，E ED D 扩散活化能。扩散活化能。粘度对扩散系数的影响
42、粘度对扩散系数的影响与其对电导率的影响十分相似：与其对电导率的影响十分相似：n n粘流活化能（粘流活化能（E E）与扩散活化能（）与扩散活化能（E ED D）之比，）之比，K K常数。常数。熔体中组元的扩散系数随着熔体粘度的增高而减小。熔体中组元的扩散系数随着熔体粘度的增高而减小。4.5 熔体组分的扩散系数为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能三、扩散系数与熔体组成的关系三、扩散系数与熔体组成的关系三、扩散系数与熔体组成的关系三、扩散系数与熔体组成的关系扩散系数与扩散物质的半径及原子间的键能有关。扩散系数与扩散物质的半径及
43、原子间的键能有关。半径小、与邻近原子的键能小的质点，其扩散系数大。半径小、与邻近原子的键能小的质点，其扩散系数大。能形成共价键分数高的群聚团的组分，其扩散系数很小。能形成共价键分数高的群聚团的组分，其扩散系数很小。例如，铁液中氧的扩散系数比许多其它元素低例如，铁液中氧的扩散系数比许多其它元素低可可能能是是由由于于氧氧不不是是以以氧氧原原子子（离离子子），而而是是以以FeOFeO群群聚聚团团的的形式在铁液中扩散。形式在铁液中扩散。能降低熔体粘度的第三组分的存在，均能使扩散系数增大。能降低熔体粘度的第三组分的存在，均能使扩散系数增大。例例如如，SiSi、MnMn、TiTi、CrCr，WW等等均均能
44、能降降低低铁铁液液的的粘粘度度，故故它它们们使使氮氮在在铁铁液液的的扩扩散散系系数数增增大大，而而V V和和NbNb则则会会降降低低氮氮的的扩扩散散系系数。数。4.5 熔体组分的扩散系数为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能铁铁液液中中元元素素的的扩扩散散系系数数为为在在16001600 C C时时为为1010 9 9cmcm2 2s s 1 1数数量量级级，而且不同元素的扩散系数相差不到而且不同元素的扩散系数相差不到1 1个数量级。个数量级。例例如如，MoMo，CrCr，SiSi在在铁铁液液中中的的扩扩散散系系数数分分别
45、别为为0.30.3 1010 9 9，0.90.9 1010 9 9，2.42.4 1010 9 9 cm cm2 2s s 1 1。熔渣中组分的扩散系数比在熔融金属中的低熔渣中组分的扩散系数比在熔融金属中的低1212个数量级。个数量级。14501450 C C时时，在在 组组 成成 为为(4045)%CaO(4045)%CaO (3540)%SiO(3540)%SiO2 2 (1820)%Al(1820)%Al2 2O O3 3)的的 熔熔 渣渣 中中，氧氧 的的 扩扩 散散 系系 数数 最最 大大，达达6.56.5 1010 1010 cm cm2 2s s 1 1；其其次次是是钙钙、磷磷
46、和和铁铁，它它们们的的扩扩散散系系数数在在1010 10101010 1111 cmcm2 2s s 1 1之间；之间；硅的扩散系数最小，仅为硅的扩散系数最小，仅为1.31.3 1010 1111 cm cm2 2s s 1 1。4.5 熔体组分的扩散系数为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能4.6 4.6 表面性质与界面性质表面性质与界面性质表面性质与界面性质表面性质与界面性质4.6.14.6.1 冶金熔体的表面张力冶金熔体的表面张力冶金熔体的表面张力冶金熔体的表面张力一、一、表面张力的概念表面张力的概念二、表面张力与温
47、度的关系二、表面张力与温度的关系三、三、表面张力与熔体成分的关系表面张力与熔体成分的关系4.6.24.6.2 冶金熔体的界面张力冶金熔体的界面张力冶金熔体的界面张力冶金熔体的界面张力一、熔体一、熔体 固体材料间的界面张力固体材料间的界面张力二、二、熔体熔体 熔体间的界面张力熔体间的界面张力4.6 表面性质与界面性质为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能一、表面张力的概念一、表面张力的概念一、表面张力的概念一、表面张力的概念 表面张力的产生表面张力的产生表面张力的产生表面张力的产生与与气气相相接接触触的的液液体体表表面面质质
48、点点、因因其其配配位位数数未未得得到到满满足足，处处在在不不对对称称的的力力场场内内，质质点点间间作作用用力力不不平平衡衡，比比液液体体内内部部的的质质点点具具有有较较高高的的能能量。量。在在恒恒温温、恒恒压压及及组组成成一一定定时时，表表面面层层的的质质点点比比内内部部的的质质点点具具有有较较多多的能量，这个多余的能量称为液体的的能量，这个多余的能量称为液体的表面能表面能表面能表面能（JmJm22）。）。由于表面质点能量过剩，液体表面将自动收缩以降低过剩之能量。由于表面质点能量过剩，液体表面将自动收缩以降低过剩之能量。液液体体表表面面的的这这种种自自动动收收缩缩的的趋趋势势，相相当当于于在在
49、液液体体表表面面水水平平方方向向上上存存在着使液体表面收缩的力。在着使液体表面收缩的力。当增大液体表面积时，为了克服离子间的吸引力，需要作一定的功。当增大液体表面积时，为了克服离子间的吸引力，需要作一定的功。4.6.1 4.6.1 冶金熔体的表面张力冶金熔体的表面张力 4.6.1 冶金熔体的表面张力 为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能表面张力的定义表面张力的定义表面张力的定义表面张力的定义定义定义定义定义1 1：产生产生1m1m2 2 新表面积新表面积S S 时所作的功时所作的功A A：定定定定义义义义2 2：在在液液
50、体体表表面面的的切切平平面面方方向向、作作用用于于单单位位长长度度l l 液体表面上的力液体表面上的力F F：表面张力，单位为表面张力，单位为NmNm 1 1。各类液体的表面张力各类液体的表面张力各类液体的表面张力各类液体的表面张力 表表4 4 4 44.6.1 冶金熔体的表面张力为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能4.6.1 冶金熔体的表面张力为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能二、表面张力与温度的关系二、表面张力与温度的关系二、表面张力与温度的