冶金熔体--金属熔体的结构(ppt 55).ppt

4.1概介许多高温冶金过程都是在熔融的反应介质中进行的——如炼钢、铝电解、粗铜的火法精炼等在很多冶炼过程中产物或中间产品为熔融状态物质——如高炉炼铁、硫化铜精矿的造锍熔炼、铅烧结块的鼓风炉熔炼等冶金熔体——在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或反应产物冶金熔体的分类——根据组成熔体的主要成分的不同→金属熔体→熔渣→熔盐非金属熔体→熔锍4.2金属熔体金属熔体——液态的金属和合金如铁水、钢水、粗铜、铝液等金属熔体不仅是火法冶金过程的主要产品而且也是冶炼过程中多相反应的直接参加者。例如炼钢中的许多物理过程和化学反应都是在钢液与熔渣之间进行的。金属熔体的物理化学性质对冶炼过程的热力学和动力学都有很重要的影响。4.2.1金属熔体的结构基本事实金属的熔化潜热仅为汽化潜热的3%～8%对于纯铁熔化潜热为15.2kJ·mol-1汽化潜热是340.2kJ·mol-1→液态金属与固态金属的原子间结合力差别很小金属熔化时熵值的变化也不大约为5～10J·mol-1·K-1→熔化时金属中原子分布的无序度改变很小。熔化时大多数金属的体积仅增加2.5%～5%相当于原子间距增加0.8%～1.6%→在液态和固态下原子分布大体相同原子间结合力相近。金属液、固态的比热容差别一般在10%以下而液、气态比热容相差为20%～50%。→金属液、固态中的原子运动状态相近。大多数金属熔化后电阻增加且具有正电阻温度系数。→液态金属仍具有金属键结合结论I在熔点附近液态金属和固态金属具有相同的结合键和近似的原子间结合力；原子的热运动特性大致相同原子在大部分时间仍是在其平衡位（结点）附近振动只有少数原子从一平衡位向另一平衡位以跳跃方式移动。基本事实II液态金属中原子之间的平均间距比固态中原子间距略大而配位数略小通常在8～l0范围内→熔化时形成空隙使自由体积略有增加固体中的远距有序排列在熔融状态下会消失而成为近距有序排列。结论II金属熔体在过热度不高的温度下具有准晶态的结构——→熔体中接近中心原子处原子基本上呈有序的分布与晶体中的相同（保持了近程序）；→在稍远处原子的分布几乎是无序的（远程序消失）。液态金属结构模型模型I接近熔点时液态金属中部分原子的排列方式与固态金属相似它们构成了许多晶态小集团。这些小集团并不稳定随着时间延续不断分裂消失又不断在新的位置形成。这些小集团之间存在着广泛的原子紊乱排列区。模型I突出了液态金属原子存在局部排列的规则性模型II液态金属中的原子相当于紊乱的密集球堆这里既没有晶态区也没有能容纳其他原子的空洞。在紊乱密集的球堆中有着被称为“伪晶核”的高致密区。模型II突出了液态金属原子的随机密堆性。液态金属的结构起伏液态金属中的“晶态小集团”或“伪晶核”都在不停地变化它们的大小不等时而产生又时而消失此起彼伏。结构起伏的尺寸大小与温度有关。温度愈低结构起伏的尺寸愈大。4.2.2金属熔体的物理化学性质金属熔体的物理化学性质包括密度、黏度、扩散系数、熔点、表面张力、蒸汽压、电阻率等。金属熔体的物理化学性质和其基本结构有关。熔体物理化学性质直接影响到金属和熔渣的分离、化学反应等过程。对熔渣而言也有对应的物理化学性质为便于学习将金属和熔渣的物理化学性质合并在一起介绍详见4.3。4.3熔渣一、什么是熔渣？主要由冶金原料中的氧化物或冶金过程中生成的氧化物组成的熔体。熔渣是一种非常复杂的多组分体系如CaO、FeO、MnO、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、Fe2O3除氧化物外炉渣还可能含有少量其它类型的化合物甚至金属如氟化物（如CaF2）、氯化物（如NaCl）、硫化物（如CaS、MnS）、硫酸盐等二、常见冶金炉渣的组成三、熔渣组分的来源矿石或精矿中的脉石如高炉冶炼：Al2O3、CaO、SiO2等为满足冶炼过程需要而加入的熔剂如CaO、SiO2、CaF2等——改善熔渣的物理化学性能冶炼过程中金属或化合物（如硫化物）的氧化产物如炼钢：FeO、Fe2O3、MnO、TiO2、P2O5等造锍熔炼：FeO、Fe3O4等。被熔融金属或熔渣侵蚀和冲刷下来的炉衬材料如碱性炉渣炼钢时MgO主要来自镁砂炉衬高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物为：CaO、Al2O3、SiO2四、熔渣的主要作用与分类——不同的熔渣所起的作用是不一样的——根据熔渣在冶炼过程中的作用可将其分成四类：1、冶炼渣（熔炼渣）是在以矿石或精矿为原料、以粗金属或熔锍为冶炼产物的熔炼过程中生成的主要作用——汇集炉料（矿石或