焊接液態(tài)金屬與熔渣的相互作用

焊接液態(tài)金屬與熔渣的相互作用第1頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二第一節(jié)渣相的作用與形成第二節(jié)渣體結(jié)構(gòu)及堿度第三節(jié)渣相的物理性質(zhì)第四節(jié)活性熔渣對(duì)金屬的氧化第2頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二第一節(jié)渣相的作用與形成

焊接過程中或合金熔煉過程中，和液態(tài)金屬接觸并發(fā)生化學(xué)冶金反應(yīng)的除了氣體介質(zhì)之外，還有高溫下熔融的液態(tài)熔渣。了解熔渣的特性，對(duì)于控制焊接、鑄造過程中的化學(xué)冶金反應(yīng)十分重要。一、熔渣的作用二、焊接熔渣的分類與來源三、鑄造熔煉過程中的熔渣第3頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二一、熔渣的作用示例見藥皮焊條電弧焊過程圖。1.機(jī)械保護(hù)作用2.冶金處理作用3.改善成形工藝性能作用第4頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二藥皮焊條電弧焊過程第5頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二埋弧焊過程示意圖第6頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二1.機(jī)械保護(hù)作用熔渣的比重一般輕于液態(tài)金屬，高溫下浮在液態(tài)金屬的表面，使之與空氣隔離，可避免液態(tài)金屬中合金元素的氧化燒損，防止氣相中的氫、氮、氧、硫等直接溶入，并減少液態(tài)金屬的熱損失。熔渣凝固后形成的渣殼覆蓋在焊縫上，可以繼續(xù)保護(hù)處在高溫下的焊縫金屬免受空氣的有害作用。第7頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二2.冶金處理作用熔渣與液態(tài)金屬之間能夠發(fā)生一系列物化反應(yīng)，從而對(duì)金屬與合金成分給予較大影響。適當(dāng)?shù)娜墼煞郑梢匀コ饘僦械挠泻﹄s質(zhì)，如脫氧、脫硫、脫磷和去氫。熔渣還可以起到吸附或溶解液態(tài)金屬中非金屬夾雜物的作用。焊接過程中，可通過熔渣向焊縫中過渡合金。第8頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二3.改善成形工藝性能作用適當(dāng)?shù)娜墼ɑ蚝笚l藥皮）構(gòu)成，對(duì)于熔焊電弧的引燃、穩(wěn)定燃燒、減少飛濺，改善脫渣性能及焊縫外觀成形等焊接工藝性能的影響至關(guān)重要；電弧爐熔煉時(shí)，熔渣起到穩(wěn)定電弧燃燒作用；采用熔渣保護(hù)澆鑄可減少鑄件和鑄型間的粘合，提高鑄件表面質(zhì)量并降低內(nèi)應(yīng)力；熔渣也有不利的作用，如強(qiáng)氧化性熔渣可以使液態(tài)金屬增氧，可以侵蝕爐襯；密度大或熔點(diǎn)過高的熔渣易殘留在金屬中形成夾渣。第9頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二二、焊接熔渣的分類與來源（一）焊接熔渣的類型（二）焊接熔渣的來源第10頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二（一）焊接熔渣的類型按焊接熔渣的組成物分類：鹽型熔渣鹽—氧化物型熔渣氧化物型熔渣第11頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二鹽型熔渣

主要由金屬氟酸鹽、氯酸鹽和不含氧的化合物組成。如：

CaF2–NaF、CaF2–BaCl2–NaF、

KCl-NaCl-Na3AlF6、BaF2-MgF2-CaF2-LiF

鹽型熔渣的氧化性很小，主要用于鋁、鈦等活性金屬的焊接。第12頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二鹽—氧化物型熔渣

主要由氟化物和金屬氧化物組成。如：

CaF2–CaO–Al2O3

CaF2–CaO–SiO2CaF2–MgO–Al2O3–SiO2

這類熔渣的氧化性較小，主要用于重要的低合金高強(qiáng)鋼、合金鋼及合金的焊接。第13頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二氧化物型熔渣

這類熔渣含有較多的弱堿金屬氧化物，是應(yīng)用最為普遍的一類渣系，如：

MnO–SiO2、

FeO–MnO–SiO2、

CaO–Ti02–SiO2等。這類熔渣一般具有較強(qiáng)的氧化性，用于低碳鋼、低合金高強(qiáng)鋼的焊接。第14頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二（二）熔渣的來源與構(gòu)成1、藥皮焊條電弧焊時(shí)的熔渣與藥皮2、埋弧焊、電渣焊過程中的熔渣與焊劑第15頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二1、藥皮焊條電弧焊時(shí)的熔渣與藥皮

藥皮焊條電弧焊時(shí)的熔渣來源于焊條藥皮中的造渣劑，通常包括鈦鐵礦（TiO2·FeO）、金紅石（TiO2）、大理石（CaCO3）、白云石（CaCO3·MgCO3

）、石英砂（SiO2）、長(zhǎng)石、白泥和云母（SiO2·Al2O3）等。焊接過程中造渣劑熔化，形成獨(dú)立熔渣相，覆蓋在熔滴與熔池表面。第16頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二焊條類型熔渣化學(xué)成分（%）熔渣堿度SiO2TiO2Al2O3FeOMnOCaOMgONa2OK2OCaF2Ｂ１Ｂ２鈦型23.437.710.06.911.73.70.52.22.9—0.43-2.0鈦鈣型25.130.23.59.513.78.85.21.72.3—0.76-0.9鈦鐵礦型29.214.01.115.626.58.71.31.41.1—0.88-0.1氧化鐵型40.41.34.522.719.31.34.61.81.5—0.60-0.7纖維素型34.717.55.511.914.42.15.83.84.3—0.60-1.3低氫型24.17.01.54.03.535.8—-0.80.820.31.860.9表8-1藥皮焊條電弧焊熔渣的化學(xué)成分舉例低氫型焊條又稱堿性焊條，主要特點(diǎn)是不含具有造氣功能的有機(jī)物而含大量碳酸鹽和一定數(shù)量的CaF2。碳酸鹽在加熱分解過程中形成熔渣（CaO或MgO）并放出CO2

氣體。CaF２除了造渣作用之外，還能減少液態(tài)金屬中的氫含量。除低氫型焊條外的為酸性焊條，這類焊條藥皮不論是以硅酸鹽為主還是以鈦酸鹽為主，一般不含CaF2

，含少量碳酸鹽和有機(jī)物。第17頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二2、埋弧焊、電渣焊過程中的熔渣與焊劑

埋弧焊、電渣焊過程中，堆積在焊件坡口上方的焊劑受熱熔化，形成熔渣，覆蓋在焊接電弧和熔池上方，對(duì)熔化金屬起保護(hù)和冶金處理作用。焊劑是與焊絲(或焊帶)配套使用的，焊絲的作用相當(dāng)于焊條中的焊芯，焊劑的作用相當(dāng)于焊條中的藥皮。焊劑與焊絲的合理匹配是決定焊縫金屬化學(xué)成分和力學(xué)性能的重要因素。熔煉焊劑

——由一些氧化物和氟化物組成；

非熔煉焊劑（燒結(jié)焊劑、粘結(jié)焊劑）——易于實(shí)現(xiàn)焊縫金屬的合金化。第18頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二三、鑄造熔煉過程中的熔渣

鋼鐵熔煉熔渣的主要成分有SiO2、CaO、Al2O3

、FeO、MgO、MnO等氧化物和少量CaF2

，其來源為：生鐵或廢鋼原材料中所含的各種合金元素,熔煉過程中由于氧化而形成的氧化物；作為氧化劑或冷卻劑使用的礦石和燒結(jié)礦等；原材料帶入的泥沙或鐵銹；加入的造渣材料，如石灰、石灰石、螢石、鐵礬土、粘土磚塊等；浸蝕下來的爐襯耐火材料；脫氧、脫硫產(chǎn)物。第19頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二有色金屬熔煉中熔渣主要來源于熔劑，熔煉中用于除氣、脫氧或去夾雜的熔劑品種繁多。如：鋁合金精煉時(shí)采用以NaCl、KCl為主的多種氯化鹽混合成低熔點(diǎn)的熔劑；銅合金精煉時(shí)常用的熔劑有木炭、玻璃（Na2O·CaO·6SiO2）、蘇打（Na2CO3）、石灰（CaO）和硼砂（Na2B4O7）等。鋼鐵熔煉時(shí)的熔渣成分還與具體熔煉方法有關(guān)。第20頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)渣體結(jié)構(gòu)及堿度一、熔渣結(jié)構(gòu)的分子理論二、熔渣的離子理論三、熔渣的堿度第21頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二一、熔渣結(jié)構(gòu)的分子理論（1）液態(tài)熔渣是由自由狀態(tài)化合物（包括氧化物、氟化物、硫化物的分子等）和復(fù)合狀態(tài)化合物（酸性氧化物和堿性氧化物生成的鹽）的分子所組成；（2）氧化物與復(fù)合物在一定溫度下處于平衡狀態(tài)；（3）只有渣中的自由氧化物才能與液體金屬和其中的元素發(fā)生作用。如：（FeO）+[C]=[Fe]+CO

而硅酸鐵(FeO)2·SiO2中的FeO不能參與上面的反應(yīng)。第22頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二二、熔渣的離子理論（1）認(rèn)為液態(tài)熔渣是由正離子和負(fù)離子組成的電中性溶液。（2）離子在熔渣中的分布、聚集和相互作用取決于它的綜合矩（離子電荷/離子半徑）。離子的綜合矩越大，說明它的靜電場(chǎng)越強(qiáng)，與異號(hào)離子的引力越大。（3）液體熔渣與金屬之間相互作用的過程，是原子與離子交換電荷的過程。如：

Si4＋

+2[Fe]=2Fe2＋

+[Si]第23頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二離子離子半徑/nm綜合矩×102（靜庫/cm）離子離子半徑/nm綜合矩×102（靜庫/cm）K＋0.1333.61Ti4＋0.06828.2Na＋0.0955.05Al3＋0.05028.8Ca2＋0.1069.0Si4＋0.04147.0Mn2＋0.09110.6F-0.1333.6Fe2＋0.08311.6PO43-0.2765.2Mg2＋0.07812.9S2-0.1745.6Mn3＋0.07020.6SiO44-0.2796.9Fe3＋0.06721.5O2-0.1327.3陽離子中Si4＋的綜合矩最大，而陰離子中O2-的綜合矩最大，所以二者最易結(jié)合為復(fù)雜的硅氧陰離子SiO44-

。表8-3正、負(fù)離子的綜合矩第24頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二三、熔渣的堿度熔渣的氧化能力、粘度等都和熔渣的堿度密切相關(guān)，堿度對(duì)液態(tài)金屬的脫硫、脫磷效果也有重要影響。

（一）熔渣堿度的分子理論（二）熔渣堿度的離子理論第25頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二（一）熔渣堿度的分子理論

按照分子理論，熔渣的堿度就是熔渣中的堿性氧化物與酸性氧化物濃度的比值。表示為：堿性氧化物：K2O、Na2O、CaO、MgO、MnO、FeO等，酸性氧化物：SiO2、TiO2、P2O5等?？紤]到氧化性強(qiáng)、弱差別，堿度表達(dá)式修正為：

0.018CaO+0.015MgO+0.006CaF2+0.014(K2O+Na2O)+0.007(MnO+FeO)B1=—————————————————————————

0.017SiO2+0.005(Al2O3+TiO2+ZrO2）

當(dāng)B1＞1為堿性渣，B1＜1為酸性渣，B1=1為中性渣。

第26頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二（二）熔渣堿度的離子理論

把液態(tài)熔渣中自由氧離子的濃度（或氧離子的活度）定義為堿度。渣中自由氧離子的濃度越大，其堿度越大。計(jì)算式為：Mi

是渣中第I種氧化物的摩爾分?jǐn)?shù)，ai是該氧化物的堿度系數(shù)。

當(dāng)B2＞0時(shí)為堿性渣，B2＜0為酸性渣，B2=0為中性渣。表8-4渣中常見氧化物的ai值氧化物K2ONa2OCaOMnOMgOFeOSiO2TiO2ZrO2Al2O3Fe2O3ai值9.08.56.054.84.03.4-6.31-4.97-0.2-0.20第27頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二

堿性渣的ai為正值，這是因?yàn)閴A性氧化物在液態(tài)渣中產(chǎn)生O2－，例如：

CaO=Ca2＋

+O2－而酸性氧化物消耗渣中的O2—：

SiO2+2O2－

=SiO44－因此，堿性渣中O2－多，堿度高；酸性渣中O2－少，堿度低。O2－越多，是否意味著氧化性越強(qiáng)？第28頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)渣相的物理性質(zhì)一、熔渣的凝固溫度與密度二、熔渣的粘度三、熔渣的表面張力及界面張力

第29頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二一、熔渣的凝固溫度與密度熔渣是一個(gè)多元體系，它的液固轉(zhuǎn)變是在一定溫度區(qū)間進(jìn)行的。一般構(gòu)成熔渣的各組元獨(dú)立相的熔點(diǎn)較高，而以一定比例構(gòu)成復(fù)合渣時(shí)可使凝固溫度大大降低。金屬熔煉或熔焊中，要求熔渣的熔點(diǎn)略低于熔煉（或母材）金屬。過高（或過低）的熔渣熔點(diǎn)，都會(huì)影響對(duì)液態(tài)金屬的保護(hù)效果和焊縫外觀成形。第30頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二第31頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二密度也是熔渣的基本性質(zhì)之一，它影響熔渣與液態(tài)金屬間的相對(duì)位置與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。密度大的熔渣易滯留于金屬內(nèi)部形成夾雜。選用焊材時(shí)，首先要保證所形成的熔渣具有合適的凝固溫度范圍和較低的密度。表8-5幾種常見化合物的熔點(diǎn)和密度化合物FeOMnOSiO2TiO2Al2O3(FeO)2SiO2MnO?SiO2(MnO)2SiO2熔點(diǎn)/℃13691580172318252050120512701326密度/(×103kg/m3)5.805.112.264.073.954.303.604.10第32頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二二、熔渣的粘度熔渣的粘度是一個(gè)較為重要的性能，過大與過小都不理想。粘度過大的熔渣會(huì)降低金屬與熔渣之間的冶金反應(yīng)速度。粘度過小的熔渣容易流失，影響對(duì)熔池（或焊縫）在全位置焊接時(shí)的成形和保護(hù)效果。熔渣的粘度與它的成分和結(jié)構(gòu)有關(guān)：一般，液態(tài)熔渣的粘度隨溫度下降而上升，這是由于隨溫度下降，熔渣中離子（或粒子）的聚合度增大，粘度隨之增加。第33頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二藥皮焊條電弧焊時(shí)，根據(jù)熔渣粘度隨溫度變化的速率，將熔渣分為“長(zhǎng)渣”和“短渣”兩類。隨溫度增高粘度急劇下降的渣稱為短渣，而隨溫度增高粘度下降緩慢的渣稱為長(zhǎng)渣。短渣在焊縫凝固后迅速凝固，可保證全位置焊縫外觀成型，長(zhǎng)渣只能用于平焊位置焊接。長(zhǎng)渣?T1?T2T

短渣圖8-3熔渣粘度與溫度的關(guān)系第34頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二渣的粘度與它的成分和結(jié)構(gòu)有關(guān)。含SiO2多的渣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，Si-O陰離子聚合程度大，離子尺寸大，粘度大。在溫度升高時(shí)復(fù)雜的Si-O離子逐漸破壞，形成較小的Si-O陰離子，粘度緩慢下降，因此含SiO2多的酸性渣為長(zhǎng)渣。堿性渣中離子尺寸小，粘度低，且隨溫度升高離子濃度增大，粘度迅速下降，因此堿性渣為短渣。含SiO2多的熔渣Si-O陰離子聚合程度大，復(fù)雜陰離子的尺寸大，粘度大。

在酸性渣中減少SiO2，增加TiO2

或增加堿性氧化物的含量，都可以使復(fù)雜的Si-O陰離子減少，可降低粘度，使渣成為短渣。渣中加入CaF2可起到很好的稀釋作用。堿性渣中CaF2能促使CaO熔化，降低粘度；酸性渣中CaF2

的F-能破壞Si-O鍵，減小聚合離子尺寸，降低粘度。因此在焊接熔渣和煉鋼熔渣中常用CaF2作為稀釋劑。第35頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二三、熔渣的表面張力及界面張力熔渣的表面張力及熔渣與液態(tài)金屬間的界面張力對(duì)于冶金過程動(dòng)力學(xué)及液態(tài)金屬中熔渣等雜質(zhì)相的排出有重要影響。它還影響到熔渣對(duì)液態(tài)金屬的覆蓋性能，并由此影響隔離保護(hù)效果及焊縫外觀成形?；瘜W(xué)鍵與表面張力熔渣與液態(tài)金屬間的界面張力第36頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二表面張力的影響因素溫度T化學(xué)鍵與表面張力原子間鍵能第37頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二堿性氧化物（如MgO、CaO、Al2O3、MnO、FeO等）一般為離子鍵化合物，表面張力較大。酸性氧化物（如SiO2、TiO2等）一般為極性鍵化合物，表面張力較小。堿度高的渣表面張力大。在堿性渣中加入酸性氧化物TiO2、SiO2、B2O3等能降低堿性渣的表面張力。CaF2對(duì)降低熔渣表面張力也有顯著作用。第38頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二熔渣與液態(tài)金屬間的界面張力界面張力小時(shí)，熔渣對(duì)金屬的覆蓋保護(hù)效果較好；反之則有利于熔渣從液態(tài)金屬中分離。酸性渣與液態(tài)金屬間的界面張力較小，對(duì)液態(tài)金屬的潤(rùn)濕性較好，熔渣在鋼液表面易鋪展，對(duì)鋼液的保護(hù)效果較好。形成夾雜的傾向較小。堿性焊條施焊時(shí)，覆蓋在熔滴表面的熔渣表面張力較大，易造成熔滴粗化，飛濺增多。酸性焊條施焊時(shí)，過渡的熔滴顆粒較小，飛濺少，焊縫魚鱗紋細(xì)密，外觀成形好。第39頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二第四節(jié)活性熔渣對(duì)金屬的氧化一、熔渣的氧化性二、擴(kuò)散氧化三、置換氧化第40頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二一、熔渣的氧化性高溫下覆蓋在液態(tài)金屬表面的熔渣，既有對(duì)液態(tài)金屬的保護(hù)作用和促進(jìn)化學(xué)冶金反應(yīng)過程順利進(jìn)行的作用，也有對(duì)液態(tài)金屬污染的副作用，其中包括氧化性較強(qiáng)的熔渣對(duì)液態(tài)金屬的氧化。熔渣的氧化（或還原）能力是指熔渣向液態(tài)金屬中傳入氧（或從液態(tài)金屬中導(dǎo)出氧）的能力。氧化性較強(qiáng)的熔渣又稱為活性熔渣。第41頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二熔渣的氧化性與[FeO]的活度

熔渣的氧化性通常是用渣中含有最不穩(wěn)定的氧化物FeO量的高低及該氧化物在熔渣中的活度來衡量。由于熔渣并非理想溶液，渣中氧化鐵的含量并不是參加氧化反應(yīng)時(shí)的有效濃度，氧化反應(yīng)是否進(jìn)行與FeO在熔渣中的實(shí)際活度αFeO

有關(guān)。第42頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二圖8-4多元渣系中FeO的等活度曲線（1600℃）對(duì)于一定FeO含量的熔渣，當(dāng)熔渣中堿性氧化物與酸性氧化物的含量比（即熔渣堿度）為2時(shí)所對(duì)應(yīng)的熔渣氧化性最強(qiáng)。FeO在堿性渣中的活度系數(shù)比在酸性渣中大

第43頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二熔渣的氧化性與溫度的關(guān)系已知熔渣成分時(shí)，根據(jù)圖8-4查出1600℃下熔渣中FeO的活度αFeO

，再通過下式可以估算出該溫度下熔渣與液態(tài)金屬構(gòu)成的系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)液態(tài)金屬中的含氧量：

[%O]=[%O]max·αFeO

式中[%O]max為在純氧化鐵構(gòu)成的熔渣下，與之平衡時(shí)液態(tài)金屬中[%O]的極限含量。[%O]max

是與溫度有關(guān)的常數(shù)，其關(guān)系式為：

當(dāng)T=1600℃時(shí)，[%O]max=0.23。隨溫度升高，熔渣的氧化性增大。第44頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二二、擴(kuò)散氧化

熔渣中的FeO既溶于渣又溶于液態(tài)鋼，在一定溫度下，它在兩相中的平衡濃度符合分配定律：

當(dāng)溫度不變時(shí)，增加液態(tài)熔渣中的FeO的含量將會(huì)使液態(tài)金屬增氧。溫度升高時(shí)L值減小，即高溫時(shí)，F(xiàn)eO更容易向金屬中分配。第45頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二焊接過程中的擴(kuò)散氧化

焊接時(shí)渣中的FeO對(duì)金屬的擴(kuò)散氧化主要是在熔滴階段和熔池前部高溫區(qū)向液態(tài)金屬中過渡的。在熔池尾部，隨著溫度的下降，液態(tài)金屬中過飽和的氧化鐵會(huì)向熔渣中擴(kuò)散，這一過程稱之為擴(kuò)散脫氧。第46頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二FeO的分配常數(shù)L與溫度和熔渣的性質(zhì)有關(guān)。在SiO2飽和的酸性渣中有：在CaO飽和的堿性渣中有：比較兩式中L值大小可以發(fā)現(xiàn)，在熔渣中含F(xiàn)eO相同的情況下，堿性渣時(shí)金屬中的[FeO]含量比酸性渣時(shí)大。即:

FeO在堿性渣中比在酸性渣中更容易向金屬中分配。熔渣類型1000K2000K2500KlgL

酸性渣3.0290.5760.083lgL

堿性渣3.0340.5270.0256而：第47頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為堿性焊條的焊縫含氧量比酸性焊條的高。事實(shí)上多數(shù)情況下堿性焊條的焊縫含氧量比酸性焊條低。這是由于盡管堿性渣中FeO的活度系數(shù)大，但堿性渣中FeO的含量并不高（見表8－1），因此堿性渣對(duì)液態(tài)金屬的氧化性比酸性渣要小。

第48頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二

實(shí)際擴(kuò)散氧化反應(yīng)進(jìn)行的程度取決于界面附近FeO的擴(kuò)散速度、接觸界面面積大小與擴(kuò)散反應(yīng)時(shí)間。熔焊時(shí)由于熔渣在高溫液態(tài)下的存在時(shí)間短暫，因此擴(kuò)散氧化程度一般遠(yuǎn)不能達(dá)到平衡狀態(tài)。圖中酸性渣所對(duì)應(yīng)的焊縫含氧量高，不僅僅是渣中[FeO]擴(kuò)散氧化的影響。煉鋼過程中的擴(kuò)散氧化可以進(jìn)行得較為充分。第49頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二三、置換氧化

如果熔渣中含有比較多的易分解的氧化物，便可以與液態(tài)鐵發(fā)生置換反應(yīng)，使金屬氧化，同時(shí)發(fā)生原氧化物中金屬元素的還原。例如，用低碳鋼焊絲配合高硅高錳焊劑(如HJ431)埋弧焊時(shí)，易發(fā)生如下置換氧化反應(yīng):

（FeO）↑

（SiO2）+2[Fe]=[Si]+2FeO↓[FeO]或:（MnO）

[Mn]置換氧化反應(yīng)與渣中MnO、SiO2、FeO的濃度和液態(tài)金屬中Si、Mn的原始含量有關(guān)。酸性渣對(duì)金屬的置換氧化性高于堿性渣。第50頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二

反應(yīng)平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系為：（FeO）2[Si]13460

lgKSi=———————=－———+6.04

（SiO2）

T

（FeO）[Mn]6600lgKMn=——————=－———+3.16

（MnO）T溫度升高，平衡常數(shù)增大，反應(yīng)向右進(jìn)行；置換氧化反應(yīng)主要發(fā)生在熔滴階段與熔池前部的高溫區(qū)；液態(tài)金屬的過熱度較低時(shí)，KSi明顯小于KMn，即（MnO）的氧化性高于（SiO2），2100℃以上溫度時(shí)，KSi>KMn，顯然對(duì)于過熱度很高的熔滴，（SiO2）的氧化性可以超過（MnO）。02100T/℃lgKlgKSilgKMn第51頁，共61頁，2023年，2月20日，星期二鋼鐵氧化熔煉階段的間接氧化鋼鐵