炼钢原理---5-1金属容体的物理化学性质.ppt

1、,1密度 2粘度 3扩散系数 4熔点 5表面张力 6金属熔体的电阻率 7各种元素在熔铁中的溶解度和相互作用,5.1金属熔体的物理化学性质,1密度,(1)金属熔体的密度是研究熔融状态结构和计算粘度及表面张力等所必需的物性值；它也是阐明钢液的流动，非金属夹杂物的分离与夹杂物上浮等有关各种现象的重要性质。 (2)其他合金元素对金属熔体密度的影响： 加入Al、Si、Cr、Mn和V等元素，能使其密度减小，加入W、Ni、Mo和Co等元素能使其密度增大。,2粘度,(1)金属熔体的粘度对于冶炼和浇注操作及钢质量等都有很大的影响。例如，传质速率、非金属夹杂物的排除、钢的结晶和偏析等都与钢液的粘度有密切的关系。同

2、时它也是阐明熔融铁合金结构的重要性质。 (2)其他元素对金属熔体粘度的影响： Ni、Co、Cr等元素对金属熔体的粘度影响较小；Mn、Si、Al、P、S等元素使金属熔体的粘度下降，特别是Al、P、S等元素，很少的含量就能使金属熔体的粘度大大下降；但是V、Nb、Ti等元素却使金属熔体的粘度上升。此外，金属熔体悬浮的Al2O3、Cr2O3等固体质点越多，粘度就越大。,3扩散系数,(1)金属熔体的扩散系数，是与反应速率限制性环节有关的重要物理性质。 (2)扩散系数分类： 通常有自扩散系数和互扩散系数。 在纯物质中质点的迁移称为自扩散；在溶液中各组元的质点进行相对的扩散，称为互扩散。 通常所说的扩散系数

3、均是指互扩散系数,4熔点,铁和铁合金的熔点是研究它们质点间作用力大小的重要性质，而且也是确定冶炼和浇铸温度的重要根据。 在炼钢生产中熔点的应用： 在炼钢生产中必须知道各种钢的熔点，并以此为根据再结合生产实际条件来确定合适的浇铸温度和出钢温度。 因钢中含有多种元素，需要利用表5-2的数据，按下式确定钢的熔点的近似值： （5-1） 式中TB是钢中某元素含量增加1.0时使铁的熔点降低值；1538是纯铁的熔点。,例题,例题：计算滚珠轴承钢G Cr15 Si Mn的熔点，其化学成分如下： 化学成分：C Si Mn Cr P S ，% 1.0 0.5 1.0 1.5 0.02 0.01 解：由于钢中（H、

4、O、N）含量很低，不必单独计算。一般认为它们能使纯铁的熔点降低2，并与其他因素共同作用使纯铁的熔点降低5，这里一并考虑。 Tf = 1538-(901.0+6.20.5+1.71.0+1.81.5+280.02+400.01)-2-5 = 1538-98-7 = 1433 由表5-2可知，碳是降低铁熔点的最显著的元素。碳素钢在冶炼终点时，钢中其他元素含量很低，其熔点主要决定于含碳量，这样也就可以根据熔点的高低快速地确定其含碳量。现在国内外在炼钢生产中广泛应用的“结晶定碳法”，就是利用迅速测定终点钢水的凝固点而确定其含碳量的。,5表面张力,金属熔体的表面(界面)张力是阐明钢铁冶炼过程中各种界面现

5、象所不可缺少的重要性质。因此研究液体的表面张力有助于了解液体的结构。 各种影响表面张力的因素中主要是温度和组分。 温度对液体的表面张力有较大的影响。金属熔体的表面张力随着温度的升高而减小。 在液体中溶解有不同物质时，它的表面张力也会发生变化。在液体中溶解某些元素后，凡能降低表面张力的元素，便会自发地移到溶液表面，使表面浓度大于内部浓度，这时称为正吸附，该元素称为表面活性物质；反之，若表面浓度低于内部浓度，则相应地称为负吸附和表面不活性物质。 溶质元素对熔铁表面张力的影响程度决定于它的性质与铁的差别，溶质元素的性质与铁的差别越大，则对熔铁表面张力的影响也越大。一般说来，金属元素对熔铁表面张力的影

6、响较小，而非金属元素的影响较大。,6金属熔体的电阻率,金属熔体的电阻是电磁输送、电磁搅拌和感应加热等设备操作和设计的数据基础。 金属熔体的电阻率随碳含量的增加而增大，在碳含量从零到0.2%0.4%时，其电阻率随碳含量的增加而急剧增大。,7各种元素在熔铁中的溶解度和相互作用,研究各种元素在熔铁和熔融铁合金中的溶解度的意义： 钢铁冶金过程中的铁水和钢水，是以铁为溶剂的金属溶液，溶有各种非金属元素和金属元素。其中常见的溶质元素有碳、硅、锰、磷、硫、氧、氮和氢等，为了改善钢的机械性能和使钢具有各种待殊性能，通常向钢中加入各种合金元素，如硅、锰、铬、镍、铭、钨、钼、钒、钛、铌、锆、硼和稀土元素等等。因此

7、，必须研究各种元素在熔铁和熔融铁合金中的溶解度，它们与熔铁形成的溶液的性质，各种元素在熔融铁合金中的相互作用及与此有关的各种热力学数据。这对于充分利用各种有益元素和最大限度地去除各种有害元素和非金属夹杂物是十分重要的；对于发展金属溶液理论也起着非常重要的作用。,（1）各种元素在熔铁中的溶解度,与铁形成近似理想溶液的元素 它们是Mn、Co、Ni、Cr、Mo、Nb和W等金属元素。其中Mn、Co、Ni在1873K时能完全溶解；Cr、Mo、Nb、W在该温度下只能部分溶解，因为它们的熔点均高于1873K，在更高的温度下才能完全溶解。上述元素的性质与铁元素相近。原子半径、晶格形式也与铁相似，因此它们与铁形

8、成的溶液可近似于理想溶液，可以应用理想溶液的定律。 与铁形成稀溶液的元素 如N和H等元素，它们在铁液中的溶解度非常小，这样的溶液可看成稀溶液。N和H是非金属元素，其性质和原子半径与铁原子相差很大，这就限制了它们在铁液中的溶解度。 与铁形成实际溶液的元素 它们是C、P、O、S、Si等非金属元素以及V、Ti、Zr等金属元素。C、O等非金属元，在熔铁中的溶解度有一定限度。它们的性质、原子半径与铁原子有很大差别，它们与铁形成实际溶液。,（2）熔铁中各种元素的相互作用和相互作用系数,熔铁中各种元素不仅与铁发生作用，而且各溶质元素之间也发生相互作用。熔铁中各元素之间的相互影响，可以通过彼此对活度系数的影响显示出来。 例题：如果铁水成分为：0.05%S,1.0%Si