有色金属熔炼与铸造.ppt

蒸发速率是指单位时间从单位体积蒸发的气体质量。随着体系趋于平衡状态而减小，可用道尔顿（Dalton）公式表示：uV—蒸发速率，p—外压，p0Me—金属蒸气压，pMe—实际分压当poMepme时，蒸发速率为正；反之为负，即不是凝聚相的蒸发，而是蒸气相的凝聚。凡是影响p0Me和pMe的因素都会影响挥发速率。蒸发动力学第63页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三3.在金属-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）。氧化动力学机制第31页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三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：氧化动力学机制第32页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三当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。氧化膜逐渐增厚，扩散阻力愈来愈大，氧化速度将随时间的延续而降低。Al、Be、Si等大多数金属生成的氧化膜具有这种特性。当α＜1时，氧化膜是疏松多孔的，无保护性的。氧在这种氧化膜内扩散阻力将比前者小。限制环节由扩散变为结晶化学反应。碱金属及碱土金属(如Li、Mg、Ca)的氧化膜具有这种特性。α＞＞1。这是一种极端情况，大量过渡族金属如铁的氧化膜就是如此。这种十分致密但内应力很大的氧化膜增长到一定厚度后即行破裂，这种现象周期性出现，故氧化膜也是非保护性的。氧化动力学机制Pilling-Bedworth比第33页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三Pilling-Bedworth比氧化动力学机制第34页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三金属氧化的动力学方程金属的氧化速度可用氧化膜厚度随时间的变化来表示：1.温度、面积一定，内扩散速度：2.结晶化学反应速度：两阶段速度相等可求得：t为时间因此，膜厚x与时间t呈曲线关系：α1，DK,x=KCO2t------受结晶化学变化控制α1，DK，x2=2DCO2t----内扩散速度控制氧化动力学机制第35页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三金属氧化的动力学方程氧化动力学机制增厚或增重第36页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三金属氧化的动力学方程固体纯金属的氧化动力学规律也适用于液态金属。金属的氧化可分为两类：第一类金属氧化遵守抛物线规律，其氧化速度随时间递减，如470-626℃铅的氧化和600-700℃锌的氧化。氧在这些金属液中的溶解度很小，而在金属液表面形成致密固态氧化膜。第二类金属氧化服从直线规律，氧或氧化物在金属液中有较大的溶解度或者生成的固态氧化膜呈疏松多孔状。氧化动力学机制第37页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三影响氧化烧损的因素及降低氧化烧损的方法一、金属及氧化物的性质纯金属氧化烧损取决于金属与氧的亲和力和金属表面氧化膜的性质Mg、Li与氧亲和力大，而且α1，氧化烧损大Al、Be与氧亲和力大，但α1，氧化烧损小Au、Ag、Pt与氧亲和力小，α1，故很难氧化例外情况：α1，但线膨胀系数与基体金属不相适应则易产生分层，断裂而脱落—显然也属于易氧化烧损金属。例如CuO。影响金属氧化烧损的因素：第38页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三二、熔炼温度温度升高，氧化速度加快。低温时，按抛物线规律氧化，高温时按直线规律氧化。如，400℃以下，氧化铝膜强度高，线膨胀系数与铝接近，膜保护良好（抛物线规律），但高于500℃则按直线氧化规律，750℃时易于断裂；镁氧化时放出大量热量，氧化镁疏松多孔，强度低，导热性差，使反应区域局部过热，加速镁的氧化，甚至引起镁的燃烧。三、炉气性质存在诸如O2、H2O、CO2、CO、H2、SO2、N2等气体体系对金属是氧化性还是还原性或中性应视具体情况而定。金属的亲和力大于C、H与氧的亲和力则含有CO2、CO或H2O的炉气就会使其氧化。影响金属氧化烧损的因素第39页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三影响金属氧化烧损的因素四、其它因素熔炉类型不同，