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绪 论

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02/17/2022
绪论
1 凝固现象与金属铸造工艺
凝固现象
凝固理论的发展
凝固过程的基本特征
影响金属凝固过程的因素
金属铸造
4）气孔
5）夹杂物
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关键技术
合格钢水供应
浇注过程钢水保护
中间包冶金
结晶器冷却过程控制
二次冷却过程控制
拉坯矫直过程铸坯控制
凝固过程直接相关
凝固理论和连铸工艺
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连铸机浇注原理图
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中间包上方的钢包回转台和钢包
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板坯连铸机正面实物图
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第一块板坯切头
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处于切割工位的板坯
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切割完毕等待运出的板坯
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方坯连铸机正视图
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方坯连铸机侧面图
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方坯连铸机侧面图
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钢铁冶金流程
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西宁特钢产业链
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2. 几个重要概念
、形核与凝固

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物质的三种存在形态：固体、液体、气体
固体：能够抵抗来自外部的剪切力，能够自己保持其原有形状
固体：在晶体物质的结构中，原子在空间上是按规则的几何形状排列的，远程有序。
气体
原子或分子在空间上的排列是无序的。
PV=RT
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液体：只能抵抗很小的剪切力，其外形取决于容器形状，可以流动
凝固：液态—固态的过程，因此液态金属的结构对凝固后的组织会有影响
液态金属的结构？
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金属名称
晶体结构
熔点，℃
熔化时的体积变化，％
铝
金
锌
铜
镁
铁
锡
镓
锗
面心立方
面心立方
密排六方
面心立方
密排六方
体心立方/面心立方
四方
面心斜方
金刚石型
660
1063
420
1083
650
1537
232
30
937







－
－
表 1 常用金属熔化时的体积变化
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表2：常见金属的熔化潜热和汽化潜热
金属名称
熔点，℃
熔化潜热（Lm,kcal/mol）
沸点，℃
汽化潜热，(Lb,Kcal/mol)
Lb/Lm
铝
铜
铁
锌
镁
660
1083
1537
420
650





2480
2950
3070
907
1103










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潜热主要是原子之间的键破坏需要的能量，可见原子之间的键的破坏主要发生在液－汽转变。
液态更接近与固态的结构。
关于液态金属结构的研究表明：液态金属是近程有序的。
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宏观：凝固过程发生放热，液态金属转变为固体金属的过程，从而改变各相自由能，从而改变各相相对稳定性，凝固象化学反应一样，也需要热起伏来驱动，即原子从母相迁移到新相的概率大于相反方向迁移的概率时，相变才能发生。
微观：凝固是金属原子从无序状态到有序状态的转变，也就是液体中无规则的原子集团转变为按一定规则排列的固态结晶体。
凝固过程：晶体或晶粒的生成和长大过程，所以也称结晶。
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冷却曲线与凝固温度
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完全熔化后的金属在几近绝热的情况下冷却，得到冷却曲线
液态金属变成固态金属过程中，固液并存，此时，液态金属变成固态金属时放出 热量，抵消了自然温度的下降
液态金属完全凝固时，温度继续下降
温度不变化的数值，即凝固温度-平衡凝固温度
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凝固的过冷：在平衡温度以下，仍存在液体状态的现象
原因：冷却过快，液态变成固态比较慢，液态金属变成固态金属释放的能量来不及弥补温度下降速度。冷却条件不同，得出的冷却曲线也不同
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凝固温度
纯金属：熔点；
合金：液固相线温度；
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固液相变的驱动力
在熔化温度( Tf)下，金属固、液相处于平衡状态。
即：
T=Tf时，固液
系统自由能：G=H-TS，H为摩尔焓，S为摩尔熵