有色金属熔炼与铸造课件.ppt

关于有色金属熔炼与铸造
现在学习的是第一页，共78页
有色金属熔炼与铸锭
一、有色金属熔炼的基本原理
二、有色金属铸锭凝固的基本原理
三、有色金属熔铸技术
现在学习的是第二页，共78页
有色金属熔炼与铸锭 主要内容。它们相距的垂直距离越远，反应的趋势越大。例如：
在熔炼铝及铝合金、镁及镁合金时，应设法避免与上述气体接触。如果用SiO2作炉衬，则熔体将与耐火材料发生氧化还原反应，结果炉衬被侵蚀，金属受污染。
氧化热力学条件及判据
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氧化物的分解压pO2是衡量金属与氧亲和力大小的另一量度。 pO2小，金属与氧的亲和力大，金属的氧化趋势大，氧化程度高。同样可以得出反应(1)正向进行的热力学条件为pO2(MeO)<pO2(MO)。
(1)
(2)
分解压与温度的关系可以由ΔG-T关系导出。由ΔG=A+BT
及公式（1-2）可得：
A<0
氧化热力学条件及判据
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氧化热力学条件及判据
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在标准状态下，金属的氧化趋势、氧化顺序和可能的氧化烧损程度，一般可用氧化物的标准生成自由焓变量ΔG，分解压pO2或氧化物的生成热ΔH作判据。通常ΔG、 pO2或ΔH越小，元素氧化趋势越大，可能的氧化程度越高。
Qp为压力熵
氧化热力学条件及判据
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氧化热力学条件及判据
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由式(1．11)可以看出，气相氧的分压P02高，组元含量[i%]多及活度系数大，则氧化反应趋势大。因此，在实际熔炼条件下，元素的氧化反应不仅与ΔG有关，而且反应物的活度和分压也起很大作用。改变反应物或生成物的活度与炉气中反应物的分压，可影响氧化反应进行的顺序、趋势和限度，甚至改变反应进行的方向。
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研究氧化反应动力学的主要目的之一，是要弄清在熔炼条件下氧化反应机制、限制环节及影响氧化速度的诸因素(温度、浓度、氧化膜结构及性质等)，以便针对具体情况，改善熔炼条件，控制氧化速度，尽量减少金属的氧化烧损。
氧化动力学机制
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表面
Me
O2
（1）氧气向界面扩散
金属氧化的步骤
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Me
O2
（2）氧气在界面吸附
金属氧化的步骤
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Me
O2
（3）界面发生化学反应
金属氧化的步骤
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Me
MexOy
（4）界面氧化物的生成
（5）氧化层脱落
金属氧化的步骤
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金属氧化的动力学 速度问题
金属氧化机理和氧化膜结构（重点了解三个环节）
-氧化膜界面扩散（即外扩散）

D—氧在边界层中的扩散系数，A、δ—边界层面积和厚度
C0O2、CO2—边界层外和相界面上氧的浓度
氧化动力学机制
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金属氧化机理示意图
边界层（扩散层）
氧化动力学机制
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-金属界面扩散（即内扩散）

D—氧在氧化膜中的扩散系数，δ—氧化膜的厚度
C´O2—反应界面上的浓度
氧化动力学机制
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金属氧化机理示意图
内扩散
氧化动力学机制
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-氧化膜界面上，氧和金属发生界面化学反应，与此同时金属晶格转变为氧化物（结晶化）

K—反应速度常数，C´O2—金属-氧化膜界面上氧的浓度
金属的氧化由上述三个环节共同完成，总反应速度取决于最慢的一个环节（短板理论）。
氧化动力学机制
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Pilling-Bedworth比
氧化膜的性质决定以上哪一个环节是限制性环节，而氧化膜的主要性质是其致密度:
定义为氧化物的分子体积VM与形成该氧化物的金属原子体积VA之比，即：
氧化动力学机制
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当α＞l时，生成的氧化膜是致密的，连续的，有保护性的。在这种情况下结晶化学反应速度快，而内扩散速度慢，因而内扩散成为限制性环节。氧化膜逐