第四章冶金熔体 455熔渣的表面张力和界面张力 熔渣表面张力和渣钢界面张力是熔渣的重要性质,对于冶金过程的动力学以及钢液中熔渣等杂质 的排除等都有很大关系。 1.熔渣的表面张力熔渣的表面张力和成分有关,也和气氛的组成与压力有关。主要决定于熔 体质点间化学键的性质。 在二元系熔体中,溶剂分子间的作用力如果比溶剂和溶质间的作用力大,加入的溶质分子容易被 排斥到表面,降低溶液的表面张力,这种溶质就是表面活性物质。Fe0MO渣系中P20s、Na0、SiO2、 Ti0等都是表面活性物质,降低了熔渣的表面张力。在CaF2-MO渣系中提高A203、Mg0、Ca0的含量都 会增加CaF2的表面张力;相反,增加Si0、TiO2和ZrO2含量将降低其表面张力。 如果査不到硅酸盐渣的表面张力测量值,可以用加和性规则进行估算。由二元系硅酸盐求出各 种氧化物的表面张力因数F,,则多元硅酸盐渣的表面张力为 0潜=∑NF[ dynam’] (4-45) 式中i=SiO2、Ca0、A1203、Mno… 用上法计算熔渣表面张力时,各氧化物之表面张力因数列于表4-10 表4-10各氧化物之表面张力因数 表面张力因数Fi 表面张力因数Fi 氧化物1300℃1400℃0 1500氧化物|130014001500℃0 zrO, 470 PbO 614 si02① 285 Si02② 181 203 540 560 ①从Si02含量高的Mnx0y~Si02中算出 ②从含量低的Si02二元系算出。 设有熔渣组成为:Si0235.5%、A12012.5%、Ca042%、Mg08.4%、Fe016%。将重量百分数换算成摩 尔分数,代入式(1-45)可算出1400°℃时的表面张力为 0=0.35×285+0.07×640+0.45×614+0.12×512+0.01×584 =487[dyn·cm] 用最大压力法测得上述组成熔渣在1545C时的表面张力为495[dyn·cm],与计算值相差不多,说 明式(4-45)可用。 2.渣钢间界面张力金属和渣接触时,可将熔渣、金属液与大气之间的界面张力关系简化为 图4-22所示的平面汇交力系,力的方向是在三相平衡点处某两相的切线方向,当三个方向的力在 某一点处达到平衡时,即图中各相的存在形状不变时,其合力应等于零,即 (4-46)第四章 冶金熔体 79 4.5.5 熔渣的表面张力和界面张力 熔渣表面张力和渣钢界面张力是熔渣的重要性质，对于冶金过程的动力学以及钢液中熔渣等杂质 的排除等都有很大关系。 1．熔渣的表面张力 熔渣的表面张力和成分有关，也和气氛的组成与压力有关。主要决定于熔 体质点间化学键的性质。 在二元系熔体中，溶剂分子间的作用力如果比溶剂和溶质间的作用力大，加入的溶质分子容易被 排斥到表面，降低溶液的表面张力，这种溶质就是表面活性物质。 FeO-MXOY渣系中 P2O5、Na2O、SiO2、 TiO2等都是表面活性物质，降低了熔渣的表面张力。在CaF2-MXOY渣系中提高Al2O3、MgO、CaO的含量都 会增加CaF2的表面张力；相反，增加SiO2、TiO2和ZrO2含量将降低其表面张力。 如果查不到硅酸盐渣的表面张力测量值，可以用加和性规则进行估算。由二元系硅酸盐求出各 种氧化物的表面张力因数F，，则多元硅酸盐渣的表面张力为 σ渣=∑NiFi[dyn·cm-1’] (4—４5) 式中 i=SiO2、CaO、A1203、MnO…… 用上法计算熔渣表面张力时，各氧化物之表面张力因数列于表4—1０。 表4—1０ 各氧化物之表面张力因数 表面张力因数 Fi ． 表面张力因数 Fi 氧 化 物 1300˚C 1400˚C 1500˚C 氧 化 物 1300˚C 1400˚C 1500˚C K20 Na20 BaO PbO CaO MnO ZnO FeO 168 308 140 550 153 299 366 140 614 653 540 584 366 586 641 560 MgO ZrO2 A12O3 TiO2 Si02① Si02② Ba203 512 470 640 380 285 181 336 502 630 286 203 96 ① 从Si02含量高的MnxOy～Si02中算出； ② 从含量低的Si02二元系算出。 设有熔渣组成为：Si0235.5%、A12O312.5%、CaO42%、MgO8.4%、FeO16%。将重量百分数换算成摩 尔分数，代入式（１-４5）可算出 1400˚C时的表面张力为 σ渣=0.35×285+0.07×640+0.45×614+0.12×512+0.01×584 =487[dyn·cm-1] 用最大压力法测得上述组成熔渣在 1545˚C时的表面张力为 495[dyn·cm-1]，与计算值相差不多，说 明式（4-４5）可用。 2．渣钢间界面张力 金属和渣接触时，可将熔渣、金属液与大气之间的界面张力关系简化为 图 4-２2 所示的平面汇交力系，力的方向是在三相平衡点处某两相的切线方向，当三个方向的力在 某一点处达到平衡时，即图中各相的存在形状不变时，其合力应等于零，即： σm-g=-σm-S+σS-gcosθ (4-４6) σm-g-σm-S 79