第四章冶金熔体 由表4-2可知,碳是降低铁熔点的最显著的元素。碳素钢在冶炼终点时,钢中其他元素含量很低 其熔点主要决定于含碳量,这样也就可以根据熔点快速地确定其含碳量。现在国内外在炼钢生产中 广泛应用的“结晶定碳仪”就是利用迅速测定终点钢水的凝固点而确定其含碳量的。 42.5表面张力 金属熔体的表面张力是阐明金属冶炼过程中各种界面现象所不可缺少的重要性质。例如钢液内 C0气泡的生成和长大,脱氧产物的生成、凝聚和排除,金属与熔渣的分离和钢液的凝固等等,都与 钢液的表面张力有密切的关系。并且金属熔体的表面张力与其质点间的作用力大小有密切的关系 因此研究金属熔体的表面张力有助于了解金属熔体的结构 金属熔体的表面张力与其熔点T和摩尔体积M/pa有一定的关系(其中M是原子量,pa是熔体 的密度)。若以金属在熔点时的表面张力对TM/pa)作图,则得到教材第82页图4-4的关系, 由此可以得到下列函数关系: 3.6Tr p() 从教材第82页图4-4和式(4-7)可知,金属元素的熔点越高和摩尔面积越小,则表面张力就越 大。通常冶金熔体表面张力还与其化学键性质有密切的关系。某些冶金熔体的表面张力值列于表4 3。由此可知,具有强结合力的金属键熔体的表面张力值最大,共价键熔体次之,离子键熔体再次 之,而分子型熔体具有弱结合的范德瓦尔力,所以它们的表面张力都非常小,其中H0为极性分子, 它的表面张力又稍大些。熔融二元硅酸盐的表面张力,介于共价键熔体和离子键熔体之间,这说明 熔渣中这两种型式的键都可能存在 从上面的分析可知,凡是影响表面层质点力场状况的因素都会引起表面张力的变化,在各种影 响因素中主要是温度和组分。温度对熔体的表面张力有较大影响,单组元熔体的表面张力,一般随 着温度的升高而减小,在达到沸点时,液相和气相之间的界面消失,则表面张力为零。熔融铁合金 的表面张力亦随着温度的升高而减。在熔体中溶解某些元素后,它的表面张力也会发生变化。凡能 降低表面张力的元素,便会自发地移到溶液表面,使表面浓度大于内部浓度,这时称为正吸附,并 把该元素称为表面活性物质;反之,若表面浓度低于内部浓度,则相应的称为负吸附和表面不活性 物质。溶质在表面层的过剩浓度r可以用吉布斯吸附等温式计算之: C (4-8) RTdlnc rt dc 式中C—溶质在体积内部的浓度,[mo1.cm2] R—气体常数,等于8.314×10erg·mol·K'第四章 冶金熔体 62 由表 4-2 可知，碳是降低铁熔点的最显著的元素。碳素钢在冶炼终点时，钢中其他元素含量很低， 其熔点主要决定于含碳量，这样也就可以根据熔点快速地确定其含碳量。现在国内外在炼钢生产中 广泛应用的“结晶定碳仪”就是利用迅速测定终点钢水的凝固点而确定其含碳量的。 4.2.5 表面张力 金属熔体的表面张力是阐明金属冶炼过程中各种界面现象所不可缺少的重要性质。例如钢液内 CO 气泡的生成和长大，脱氧产物的生成、凝聚和排除，金属与熔渣的分离和钢液的凝固等等，都与 钢液的表面张力有密切的关系。并且金属熔体的表面张力与其质点间的作用力大小有密切的关系， 因此研究金属熔体的表面张力有助于了解金属熔体的结构。 金属熔体的表面张力与其熔点Tf和摩尔体积M／ρ(l)有一定的关系(其中M是原子量，ρ(l)是熔体 的密度)。若以金属在熔点时的表面张力对Tf(M／ρ(l)) —2/3作图，则得到教材第 82 页图 4-4 的关系， 由此可以得到下列函数关系： 3．6Tf σ=------------ (4—7) M (----)2/3 ρ(l) 从教材第 82 页图 4-4 和式(4-7)可知，金属元素的熔点越高和摩尔面积越小，则表面张力就越 大。 通常冶金熔体表面张力还与其化学键性质有密切的关系。某些冶金熔体的表面张力值列于表 4 —3。由此可知，具有强结合力的金属键熔体的表面张力值最大，共价键熔体次之，离子键熔体再次 之，而分子型熔体具有弱结合的范德瓦尔力，所以它们的表面张力都非常小，其中H20 为极性分子， 它的表面张力又稍大些。熔融二元硅酸盐的表面张力，介于共价键熔体和离子键熔体之间，这说明 熔渣中这两种型式的键都可能存在。 从上面的分析可知，凡是影响表面层质点力场状况的因素都会引起表面张力的变化，在各种影 响因素中主要是温度和组分。温度对熔体的表面张力有较大影响，单组元熔体的表面张力，一般随 着温度的升高而减小，在达到沸点时，液相和气相之间的界面消失，则表面张力为零。熔融铁合金 的表面张力亦随着温度的升高而减。在熔体中溶解某些元素后，它的表面张力也会发生变化。凡能 降低表面张力的元素，便会自发地移到溶液表面，使表面浓度大于内部浓度，这时称为正吸附，并 把该元素称为表面活性物质；反之，若表面浓度低于内部浓度，则相应的称为负吸附和表面不活性 物质。溶质在表面层的过剩浓度Γ可以用吉布斯吸附等温式计算之： -dσ -C dσ Γ=--------=----·-----[mol.cm -2] (4—8) RTdlnC RT dC 式中 C——溶质在体积内部的浓度，[mol.cm-2]； R——气体常数，等于8.314×10 7 erg·mol -1 ·K -1。 62