122 工程科学学报，第42卷，增刊1 学碱度小于Al20,,Ca0与TiO2更易结合，TiO2 渣中TiO2反应生成的Ti较少，合金中Ti元素氧 活度降低幅度更大，造成g(a,o,/o,)值升高 化较多.随着初始A1含量增加，Al元素活度升高， g(X/X)随着g(候，0，/ao)值增加而降低，合金 与渣中TiO2反应变强，通过合金AI元素与渣中 中Ti含量减少，A1含量升高.由图1(b)可知，随着 TiO2反应生成的Ti元素增加，抑制了合金中的 渣中Al,0,含量增加，lg(o,/ao,)以1.6增加到 Ti氧化.由于Ca0会降低TiO2活度，Al2O3含量增 4.4,这是由于A1203活度增加，lg(X/X)降低，合 加自身活度升高，与合金中T元素的反应变强，渣 金中Ti含量降低，A1含量升高.由图1(c)可知，随 中Ca0和Al2O3与合金中平衡Ti含量呈负相关 着渣中Ti02含量增加，lg(co,/ao,从7.2降低 而TO2含量增加不仅使自身活度升高，同时降低 了渣系黏度2，优化了与合金中A1元素反应的动 到4.0，由于T02活度增加，g(X/X4)升高，合金 力学条件.因此平衡Ti含量升高.Mg0和CaF2含 中Ti含量增加，A1含量降低.由图1(d)可知，随着 量变化对平衡Ti含量影响较小. 渣中Mg0含量增加，1g(ao,/aio,从3.9降低到3.6. Incoloy825合金中标准Ti质量分数在0.6%~ 这是由于MgO是一种碱性氧化物，与Al2O3易结 1.2%之间.由图2(a)可知，当合金中初始A1质量 合，使Al03活度降低，造成g(a,0,/ao,)值降低， 分数在0.08%~0.12%范围内，渣中Ca0质量分数 lg(X经/X4)升高，合金中Ti含量升高，A1含量降低 为30%~33%时，合金中Ti含量在控制范围内. 图1(e)可知随着渣中CaF2含量增加，lg(a,o,/ 而合金中初始A1质量分数在0.16%~0.2%范围内 o,从4.5降低到3.6，这是由于CaF2与Al0,和Ca0 时，平衡Ti质量分数均大于1.2%.如图2(b)可知， 会形成11CaO7Al2O3CaF,2,造成AlO3活度降低， 当合金中初始A1质量分数为0.08%~0.12%时，渣 因此1g(X经/X)升高，合金中Ti含量增加，A1含量降 中Al203质量分数为26%~35%，合金中Ti元素在 低.但随着Mg0和CaF2含量增加，lg(a,o,/o,） 控制范围内.当合金中初始A1质量分数为0.16%~ 降低幅度较小，表明MgO和CaF2对合金中Al、Ti 0.2%时，在A1203含量变化范围内，合金中初始 含量影响较小 T质量分数均大于1.2%.但是本文设计的渣系中 2.2低氟渣系设计 A1203质量分数设定为30%~33%之间，一方面是 合金中平衡Al、Ti含量表达式如式(5)和式 为保证Ca0与Al03的质量分数之比为1：1，此 (6)所示.由式(5)和式(6)可知，合金中的平衡 时的渣系熔点最低；另一方面是由于A1O3易与 A1、Ti含量不仅与渣中Al2O3和TiO2的活度有关， CF,反应，造成挥发，因此，尽可能地缩小A1O3 也与合金中的初始A1、Ti含量有关.当合金中初 的质量分数的变化范围，保证后续实验结果的准 始Ti质量分数为1%，初始A1质量分数分别为 确性.由图2(c)可知，当渣中TiO2质量分数为 0.08%、0.12%、0.16%和0.20%时，渣中组元与合 2%~12%时，合金中Ti含量在控制范围内 金中平衡Ti含量关系如图2所示 当合金中初始A1质量分数为0.12%，初始Ti 质量分数分别为0.6%、0.8%、1%和1.2%时，渣中 =3 Ig- o2+4g+41gXN- 组元对合金中平衡A1含量的影响如图3所示.由 图3可知.当渣中组元含量不变时，随着合金中初 35300 31g+ -9.94 (5) T 始Ti含量升高平衡A1含量亦增加.这是由于合金 中初始Ti含量增加，与渣中A12O3的反应变强，反 1 o+3X g- 应所生成的A!含量增加.渣中组元对合金中平衡 AI含量的影响与平衡Ti相反 35300 31gfri- +9.94 (6) Incoloy825合金中标准A1质量分数小于0.2% T 由图3(a)和3(b)可知，在Ca0和Al203含量变化 其中，X和XA1分别为合金中初始Ti和AI质量分 范围内，合金中平衡A1质量分数均小于0.2%.由 数，XT和XA分别为合金中平衡Ti和AI质量分数. 图3(c)可知，当渣中TiO2质量分数大于6%时，合 由图2可知，渣中组元含量不变时，随着合金 金中平衡A1质量分数小于0.2%.由图3(d)和图3(e) 中初始A1含量增加，平衡Ti含量显著增加，这是 可知，MgO和CaF2含量变化对合金中平衡Al含 由于合金中初始A1含量较低时，A1元素活度较 量影响较小.主要作用是调节渣的物理化学性质 低，与渣中TiO2反应能力较弱，合金中A1元素与 但根据图2(d)、图2(e)以及图3(e)可以看出，MgOlg( a 2 Al2O3 /a 3 TiO2 ) lg( X 3 Ti/X 4 Al) lg( a 2 Al2O3 /a 3 TiO2 ) lg( a 2 Al2O3 /a 3 TiO2 ) lg( X 3 Ti/X 4 Al) lg( a 2 Al2O3 /a 3 TiO2 ) lg( X 3 Ti/X 4 Al) lg( a 2 Al2O3 /a 3 TiO2 ) lg( a 2 Al2O3 /a 3 TiO2 ) lg( X 3 Ti/X 4 Al) lg( a 2 Al2O3 / a 3 TiO2 ) lg( X 3 Ti/X 4 Al) lg( a 2 Al2O3 /a 3 TiO2 ) 学碱度小于 Al2O3 [25] ，CaO 与 TiO2 更易结合，TiO2 活度降低幅度更大 ，造成 值升高. 随着 值增加而降低，合金 中 Ti 含量减少，Al 含量升高. 由图 1（b）可知，随着 渣中 Al2O3 含量增加， 从 1.6 增加到 4.4，这是由于 Al2O3 活度增加， 降低，合 金中 Ti 含量降低，Al 含量升高. 由图 1（c）可知，随 着渣中 TiO2 含量增加， 从 7.2 降低 到 4.0，由于 TiO2 活度增加， 升高，合金 中 Ti 含量增加，Al 含量降低. 由图 1（d）可知，随着 渣中MgO 含量增加， 从3.9 降低到3.6. 这是由于 MgO 是一种碱性氧化物，与 Al2O3 易结 合，使 Al2O3 活度降低，造成 值降低， 升高，合金中 Ti 含量升高，Al 含量降低. 图 1（ e）可知随着渣中 CaF2 含量增加 ， 从4.5 降低到3.6，这是由于CaF2 与Al2O3 和CaO 会形成 11CaO·7Al2O3 ·CaF2 [26] ，造成 Al2O3 活度降低， 因此 升高，合金中 Ti 含量增加，Al 含量降 低. 但随着 MgO 和 CaF2 含量增加， 降低幅度较小，表明 MgO 和 CaF2 对合金中 Al、Ti 含量影响较小. 2.2    低氟渣系设计 合金中平衡 Al、Ti 含量表达式如式（5）和式 （ 6）所示. 由式（ 5）和式（ 6）可知，合金中的平衡 Al、Ti 含量不仅与渣中 Al2O3 和 TiO2 的活度有关， 也与合金中的初始 Al、Ti 含量有关. 当合金中初 始 Ti 质量分数 为 1%， 初 始 Al 质量分数分别 为 0.08%、0.12%、0.16% 和 0.20% 时，渣中组元与合 金中平衡 Ti 含量关系如图 2 所示. lgX ′ Ti = 1 3   lg a 3 TiO2 a 2 Al2O3 +4lg fAl +4lgXAl− 3lg fTi + 35300 T −9.94) （5） lgX ′ Al = 1 4   lg a 2 Al2O3 a 3 TiO2 −4lg fAl +3lgXTi+ 3lg fTi − 35300 T +9.94) （6） XTi XAl X ′ Ti X ′ Al 其中， 和 分别为合金中初始 Ti 和 Al 质量分 数， 和 分别为合金中平衡 Ti 和 Al 质量分数. 由图 2 可知，渣中组元含量不变时，随着合金 中初始 Al 含量增加，平衡 Ti 含量显著增加，这是 由于合金中初始 Al 含量较低时，Al 元素活度较 低，与渣中 TiO2 反应能力较弱，合金中 Al 元素与 渣中 TiO2 反应生成的 Ti 较少，合金中 Ti 元素氧 化较多. 随着初始 Al 含量增加，Al 元素活度升高， 与渣中 TiO2 反应变强，通过合金 Al 元素与渣中 TiO2 反应生成的 Ti 元素增加，抑制了合金中的 Ti 氧化. 由于 CaO 会降低 TiO2 活度，Al2O3 含量增 加自身活度升高，与合金中 Ti 元素的反应变强，渣 中 CaO 和 Al2O3 与合金中平衡 Ti 含量呈负相关. 而 TiO2 含量增加不仅使自身活度升高，同时降低 了渣系黏度[27] ，优化了与合金中 Al 元素反应的动 力学条件. 因此平衡 Ti 含量升高. MgO 和 CaF2 含 量变化对平衡 Ti 含量影响较小. Incoloy825 合金中标准 Ti 质量分数在 0.6%～ 1.2% 之间. 由图 2（a）可知，当合金中初始 Al 质量 分数在 0.08%～0.12% 范围内，渣中 CaO 质量分数 为 30%～33% 时，合金中 Ti 含量在控制范围内. 而合金中初始 Al 质量分数在 0.16%～0.2% 范围内 时，平衡 Ti 质量分数均大于 1.2%. 如图 2（b）可知， 当合金中初始 Al 质量分数为 0.08%～0.12% 时，渣 中 Al2O3 质量分数为 26%～35%，合金中 Ti 元素在 控制范围内. 当合金中初始 Al 质量分数为 0.16%～ 0.2% 时 ，在 Al2O3 含量变化范围内，合金中初始 Ti 质量分数均大于 1.2%. 但是本文设计的渣系中 Al2O3 质量分数设定为 30%～33% 之间，一方面是 为保证 CaO 与 Al2O3 的质量分数之比为 1∶1，此 时的渣系熔点最低；另一方面是由于 Al2O3 易与 CaF2 反应，造成挥发，因此，尽可能地缩小 Al2O3 的质量分数的变化范围，保证后续实验结果的准 确性. 由图 2（ c）可知 ，当渣中 TiO2 质量分数为 2%～12% 时，合金中 Ti 含量在控制范围内. 当合金中初始 Al 质量分数为 0.12%，初始 Ti 质量分数分别为 0.6%、0.8%、1% 和 1.2% 时，渣中 组元对合金中平衡 Al 含量的影响如图 3 所示. 由 图 3 可知. 当渣中组元含量不变时，随着合金中初 始 Ti 含量升高平衡 Al 含量亦增加. 这是由于合金 中初始 Ti 含量增加，与渣中 Al2O3 的反应变强，反 应所生成的 Al 含量增加. 渣中组元对合金中平衡 Al 含量的影响与平衡 Ti 相反. Incoloy825 合金中标准 Al 质量分数小于 0.2%. 由图 3（a）和 3（b）可知，在 CaO 和 Al2O3 含量变化 范围内，合金中平衡 Al 质量分数均小于 0.2%. 由 图 3（c）可知，当渣中 TiO2 质量分数大于 6% 时，合 金中平衡 Al 质量分数小于 0.2%. 由图 3（d）和图 3（e） 可知，MgO 和 CaF2 含量变化对合金中平衡 Al 含 量影响较小. 主要作用是调节渣的物理化学性质. 但根据图 2（d）、图 2（e）以及图 3（e）可以看出，MgO · 122 · 工程科学学报，第 42 卷，增刊 1