關于有色金屬熔煉與鑄造第1頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四有色金屬熔煉與鑄錠一、有色金屬熔煉的基本原理二、有色金屬鑄錠凝固的基本原理三、有色金屬熔鑄技術第2頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四有色金屬熔煉與鑄錠主要內容●

有色金屬在熔煉和鑄錠形成過程中與爐氣、爐襯、溶劑、空氣和水蒸氣等環境因素相互作用的基本規律。●有色金屬凝固的基本原理，包括液體金屬流動和傳熱、結晶組織、溶質再分布及偏析等基本規律、和常見的鑄錠缺陷的產生原因。第3頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四第一章金屬熔煉特性金屬熔煉的主要目的是為鑄錠提供高質量的金屬熔體。因此必須研究和確定各種純金屬及其合金熔煉過程共同遵循的規律，為制定合理的熔煉工藝提供理論依據。本章主要討論有色金屬在熔煉過程中的氧化、吸氣、揮發、吸雜等特性，具體分析這些過程的熱力學和動力學，以及熔煉過程中金屬熔損的具體方法。第4頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四1.1金屬的氧化性1.2金屬的吸氣性1.3金屬的揮發性1.4金屬的吸雜性第一章金屬熔煉特性第5頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四

金屬氧化的熱力學條件金屬氧化的動力學機制

影響氧化燒損的因素及降低氧化燒損的方法

1.1金屬的氧化性第6頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四固體純金屬或熔融合金與爐氣、爐襯和爐渣發生一系列物理化學作用。熔煉過程中，金屬與氧反應生成金屬氧化物造成不可回收的金屬損失——熔損。同時，金屬氧化物的生成又是導致鑄錠產生雜質的主要原因。爐渣雜質O2金屬的氧化第7頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四

金屬氧化的熱力學趨勢問題

▲金屬氧化的趨勢

▲各合金元素的氧化順序

▲氧化程度Ca>Mg>Al>Ti>Mn>Zn>Fe>Cu△G=G產-G反

若△G＜0，即G產＜G反，則反應按方程式所給定的方向自動進行；若△G＞0，即G產＞

G反，則反應將逆向自動進行；若△G=0，即G產=

G反，則反應已經達到平衡狀態；氧化熱力學條件及判據判定依據：反應前后自由能變化決定因素：金屬與氧的親和力大小，也與合金成分、溫度和壓力有關第8頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四

在標準狀態下，金屬與一摩爾氧作用生成金屬氧化物的自由焓變量稱為氧化物的標準生成自由焓變量：

ΔG是衡量標準狀態下金屬氧化趨勢的判據，某一金屬氧化物的ΔG值越小(越負)，則該元素與氧的親和力越大，氧化反應的趨勢亦越大，氧化物就越穩定。氧化熱力學條件及判據第9頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四舉例說明溫度在1000K時：比較兩式，氧化鋁的生成自由能具有較大的負值，因此它的穩定性比氧化亞銅大，將兩式相減得到：即：Cu2O能夠被Al還原。氧化熱力學條件及判據

ΔG還是衡量標準狀態下氧化物穩定性的一種判據，某一金屬氧化物的ΔG值越小(越負)，則該元素可還原ΔG值較大的氧化物。第10頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四氧化熱力學條件及判據金屬的氧化趨勢可用氧化物生成自由焓變量表示。由于生成自由焓、分解壓、生成熱和反應的平衡常數相互關聯，常用它們的大小來判斷金屬氧化反應的趨勢、方向和限度。自由焓不僅可以衡量標準狀態下金屬氧化的趨勢，還可以衡量標準狀態下氧化物的穩定性。第11頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四

氧勢圖（Ellingham圖）第12頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四利用氧勢圖可以分析：

可分析溫度對氧化物穩定性的影響并比較各氧化物的穩定性大小。

可定性分析元素的氧化還原規律。氧化熱力學條件及判據從各直線之間的相互位置比較來看，直線的位置越低，ΔG值越負，金屬的氧化趨勢越大，氧化程度越高，如鋁、鎂、鈣等的氧化。反之，直線位置越高，Δ

G值越大，氧化趨勢和程度越小，如銅、鉛、鎳等金屬的氧化。據直線之間的位置關系可以知道元素的氧化順序。從圖1-1可見，在熔煉溫度范圍內，各元素氧化先后的大致順序是：鈣、鎂、鋁、鈦、硅、釩、錳、鉻、鐵、鈷、鎳、鉛、銅。例如，凡在銅線以下的元素，其對氧的親和力都大于銅對氧的親和力，故在熔煉銅時它們會被氧化而進入爐渣。第13頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四

圖中處在越下部的金屬與氧的結合能力越強，由此產生金屬冶煉中的金屬熱還原法。為還原劑，為金屬氧化物，作氧化劑。例如：第14頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四

金屬Me可被爐氣中的氧氣直接氧化，也可被其他氧化劑（以MO表示）間接氧化。

研究表明，上式反應的熱力學條件為ΔGMeO<ΔGMO，即Me對氧的親和力大于M對氧的親和力。所以位于ΔG-T圖下方的金屬可被位于上方的氧化物所氧化。它們相距的垂直距離越遠，反應的趨勢越大。例如：

在熔煉鋁及鋁合金、鎂及鎂合金時，應設法避免與上述氣體接觸。如果用SiO2作爐襯，則熔體將與耐火材料發生氧化還原反應，結果爐襯被侵蝕，金屬受污染。氧化熱力學條件及判據第15頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四

氧化物的分解壓pO2是衡量金屬與氧親和力大小的另一量度。pO2小，金屬與氧的親和力大，金屬的氧化趨勢大，氧化程度高。同樣可以得出反應(1)正向進行的熱力學條件為pO2(MeO)<pO2(MO)。(1)(2)分解壓與溫度的關系可以由ΔG-T關系導出。由ΔG=A+BT及公式（1-2）可得：A<0氧化熱力學條件及判據第16頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四氧化熱力學條件及判據第17頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四

在標準狀態下，金屬的氧化趨勢、氧化順序和可能的氧化燒損程度，一般可用氧化物的標準生成自由焓變量ΔG，分解壓pO2或氧化物的生成熱ΔH作判據。通常ΔG、pO2或ΔH越小，元素氧化趨勢越大，可能的氧化程度越高。Qp為壓力熵氧化熱力學條件及判據第18頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四第19頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四氧化熱力學條件及判據第20頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四由式(1．11)可以看出，氣相氧的分壓P02高，組元含量[i%]多及活度系數大，則氧化反應趨勢大。因此，在實際熔煉條件下，元素的氧化反應不僅與ΔG有關，而且反應物的活度和分壓也起很大作用。改變反應物或生成物的活度與爐氣中反應物的分壓，可影響氧化反應進行的順序、趨勢和限度，甚至改變反應進行的方向。第21頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四

研究氧化反應動力學的主要目的之一，是要弄清在熔煉條件下氧化反應機制、限制環節及影響氧化速度的諸因素(溫度、濃度、氧化膜結構及性質等)，以便針對具體情況，改善熔煉條件，控制氧化速度，盡量減少金屬的氧化燒損。氧化動力學機制第22頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四表面MeO2（1）氧氣向界面擴散金屬氧化的步驟第23頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四MeO2（2）氧氣在界面吸附金屬氧化的步驟第24頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四MeO2（3）界面發生化學反應金屬氧化的步驟第25頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四MeMexOy（4）界面氧化物的生成（5）氧化層脫落金屬氧化的步驟第26頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四

金屬氧化的動力學速度問題金屬氧化機理和氧化膜結構（重點了解三個環節）1.氧由氣相通過邊界層向氧-氧化膜界面擴散（即外擴散）

D—氧在邊界層中的擴散系數，A、δ—邊界層面積和厚度

C0O2、CO2—邊界層外和相界面上氧的濃度氧化動力學機制第27頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四金屬氧化機理示意圖邊界層（擴散層）氧化動力學機制第28頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四2.氧通過固體氧化膜向氧化膜-金屬界面擴散（即內擴散）

D—氧在氧化膜中的擴散系數，δ—氧化膜的厚度

C′O2—反應界面上的濃度氧化動力學機制第29頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四金屬氧化機理示意圖內擴散氧化動力學機制第30頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四3.在金屬-氧化膜界面上，氧和金屬發生界面化學反應，與此同時金屬晶格轉變為氧化物（結晶化）

K—反應速度常數，C′O2—金屬-氧化膜界面上氧的濃度

金屬的氧化由上述三個環節共同完成，總反應速度取決于最慢的一個環節（短板理論）。氧化動力學機制第31頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四Pilling-Bedworth比氧化膜的性質決定以上哪一個環節是限制性環節，而氧化膜的主要性質是其致密度:定義為氧化物的分子體積VM與形成該氧化物的金屬原子體積VA之比，即：氧化動力學機制第32頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四當α＞l時，生成的氧化膜是致密的，連續的，有保護性的。在這種情況下結晶化學反應速度快，而內擴散速度慢，因而內擴散成為限制性環節。氧化膜逐漸增厚，擴散阻力愈來愈大，氧化速度將隨時間的延續而降低。Al、Be、Si等大多數金屬生成的氧化膜具有這種特性。當α＜1時，氧化膜是疏松多孔的，無保護性的。氧在這種氧化膜內擴散阻力將比前者小。限制環節由擴散變為結晶化學反應。堿金屬及堿土金屬(如Li、Mg、Ca)的氧化膜具有這種特性。α＞＞1。這是一種極端情況，大量過渡族金屬如鐵的氧化膜就是如此。這種十分致密但內應力很大的氧化膜增長到一定厚度后即行破裂，這種現象周期性出現，故氧化膜也是非保護性的。氧化動力學機制Pilling-Bedworth比第33頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四Pilling-Bedworth比氧化動力學機制第34頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四金屬氧化的動力學方程金屬的氧化速度可用氧化膜厚度隨時間的變化來表示：1.溫度、面積一定，內擴散速度：

2.結晶化學反應速度：

兩階段速度相等可求得：

t為時間因此，膜厚x與時間t呈曲線關系：

α<1，D>>K,x=KCO2t------受結晶化學變化控制

α>1，D<<K，x2=2DCO2t----內擴散速度控制氧化動力學機制第35頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四金屬氧化的動力學方程氧化動力學機制增厚或增重第36頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四金屬氧化的動力學方程固體純金屬的氧化動力學規律也適用于液態金屬。金屬的氧化可分為兩類：第一類金屬氧化遵守拋物線規律，其氧化速度隨時間遞減，如470-626℃鉛的氧化和600-700℃鋅的氧化。氧在這些金屬液中的溶解度很小，而在金屬液表面形成致密固態氧化膜。第二類金屬氧化服從直線規律，氧或氧化物在金屬液中有較大的溶解度或者生成的固態氧化膜呈疏松多孔狀。氧化動力學機制第37頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四

影響氧化燒損的因素及降低氧化燒損的方法一、金屬及氧化物的性質純金屬氧化燒損取決于金屬與氧的親和力和金屬表面氧化膜的性質

Mg、Li與氧親和力大，而且α<1，氧化燒損大

Al、Be與氧親和力大，但α>1，氧化燒損小

Au、Ag、Pt與氧親和力小，α>1，故很難氧化

例外情況：α>1，但線膨脹系數與基體金屬不相適應則易產生分層，斷裂而脫落—顯然也屬于易氧化燒損金屬。例如CuO。

影響金屬氧化燒損的因素：第38頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四二、熔煉溫度

溫度升高，氧化速度加快。低溫時，按拋物線規律氧化，高溫時按直線規律氧化。如，400℃以下，氧化鋁膜強度高，線膨脹系數與鋁接近，膜保護良好（拋物線規律），但高于500℃則按直線氧化規律，750℃時易于斷裂；鎂氧化時放出大量熱量，氧化鎂疏松多孔，強度低，導熱性差，使反應區域局部過熱，加速鎂的氧化，甚至引起鎂的燃燒。

三、爐氣性質存在諸如O2、H2O、CO2、CO、H2、SO2、N2等氣體體系對金屬是氧化性還是還原性或中性應視具體情況而定。金屬的親和力大于C、H與氧的親和力則含有CO2、CO或H2O的爐氣就會使其氧化。

影響金屬氧化燒損的因素第39頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四

影響金屬氧化燒損的因素四、其它因素熔爐類型不同，其熔池形狀、面積和加熱方式不同，燒損程度不同；爐料狀態：爐料塊越小，表面積越大，其燒損也越嚴重。熔煉時間：熔煉時間越長，氧化燒損也越大。攪拌和扒渣等操作方法：不合理時，易把熔體表面的保護性氧化膜攪破而增加氧化燒損。第40頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四選擇合理爐型采用合理的加料順序和爐料處理工藝采用覆蓋劑或通入保護性氣氛正確控制爐溫正確控制爐氣合理的操作方法加入少量α>1的表面活性元素降低氧化燒損的方法第41頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四

固溶體：原子半徑小，溶解于晶格內，形成間隙式固溶體1.2金屬的吸氣性氣體在金屬中存在的形式與種類

氣體分子：超過溶解度的氣體，或不溶解的氣體，以氣體分子吸附于固體夾渣上，或以氣孔形式存在

化合物：氣體與金屬中某元素的化學親和力大于氣體原子間親和力，可與該元素形成固態化合物常見的單質氣體中，氫的原子半徑最小，幾乎能溶解于所有金屬及合金中，通常所說的吸氣，其實就是吸氫。溶解于金屬熔體中的氣體，在鑄錠凝固時析出來最易形成氣孔。第42頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四

爐料氣體的來源新金屬、回爐廢料、中間合金、熔劑、變質劑等。低于250℃2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2高于400℃2Al+3H2O=Al2O3+6[H]高溫下2Al(OH)3=2Al2O3+6H2OH2O與Al再反應水蒸氣：機加工殘留油脂：烘干吹砂第43頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四

爐氣氣體的來源

非真空熔煉時，金屬與爐氣的作用復雜而強烈，是金屬吸氣的主要階段。

耐火材料及工具

耐火材料表面吸附水分，停爐后殘留爐渣及熔劑也能吸附水分。

澆注過程

熔體流放及轉注過程中吸收的氣體，同時也從鑄模揮發性涂料中吸收氣體。第44頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四氣體的溶解度及影響因素氣體的溶解度

在一定的溫度和壓力條件下，金屬吸收氣體的飽和濃度。

常用每100g金屬中在標準狀態下的氣體體積cm3/100g來表示。也常以溶解氣體重量百萬分之一的濃度即ppm表示。1cm3H2（標準）/100g=0.9ppmH2密度：0.09g/L例如：第45頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四氣體的溶解度影響因素

壓力

在一定的溫度條件下，金屬中氣體的溶解度與金屬和氣相接觸處該氣體分壓力的平方根成正比。氫分壓（mmHg）101196313436585672751溶解度（cm3/100g）2.623.664.625.526.407.017.46氫在銅液中的溶解度與其分壓的關系第46頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四氣體的溶解度影響因素

溫度

當氣體分壓一定時，氣體在金屬中的溶解度公式為：K2為與壓力有關的常數。

溶解度隨溫度的增長趨勢取決于溶解熱△H.△H

>0，則氣體溶解度隨溫度的升高而增大；△H

＜0，則氣體溶解度隨溫度的升高而降低。Al、Cu、Mg：溫度↑，溶解度↑Ti、Zr、V：溫度↑，溶解度↓第47頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四氣體的溶解度影響因素

合金元素

合金元素的加入是否增加熔體的吸氣量，取決于所加入的合金元素與氣體的親和力及對合金熔體表面氧化膜的影響規律，親和力大，則含氣量升高；親和力小則相反。（1）鋁熔體中加入Mg、Li等活性元素形成疏松氧化膜，增加吸氣（2）鎂合金熔體中加入Gd、Nd、Be等可使氧化膜致密化，減少吸氣例如：第48頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四熔體吸氣過程

吸附階段（物理吸附）

氣體分子碰撞到金屬表面時，就會被粘附在金屬表面上，物理吸附最多只能覆蓋單分子層厚度。氣體能否穩定吸附在金屬表面，取決于金屬表面力場的強弱、溫度的高低及氣壓的大小。力場較大，則易吸附；溫度升高，吸附減弱。金屬與氣體分子的作用力為范德華力。物理吸附的氣體仍處于穩定分子狀態，不能被金屬所吸收，但能為化學吸附創造條件。物理吸附只在低溫時考慮，高溫時可忽略不計。第49頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四熔體吸氣過程

離解階段（化學吸附）

又稱之為活性吸附，是氣體與金屬原子之間的化學結合，具有一定的親和力，這時氣體分子與金屬質點間的作用力與化學反應中的化學親和力一樣，有電子交互作用，不產生新相，但能促進化學反應的發生，溫度越高，吸附越快。

擴散階段（溶解階段）

被吸附在金屬表面的氣體原子，只有向內部擴散，才能溶解于金屬中。實質是氣體原子從濃度較高的金屬表面向氣體濃度較低的金屬內部運動的過程。濃度越大、氣體壓力越大、溫度越高，擴散速度越快。第50頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四氣體在金屬內擴散氣體原子在金屬內部擴散速度，直接影響金屬吸收氣體的能力。

擴散系數：單位濃度梯度下，單位時間內物質通過單位面積的擴散量。D0:和溫度有關的常數Q:活化能

擴散速度：單位時間內物質通過單位面積遷移的物質的量。C:氣體的物質的量濃度，mol/cm3.擴散系數D隨溫度變化利用氣體在致密氧化膜中擴散速度慢，主要“以防為主”第51頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四氣體從熔體中析出

氣體在金屬中溶解是一個可逆的過程，高溫時，溶解度高，溶于熔體中，凝固過程中，溫度降低，溶解度下降，氣體從熔體中析出。（與通常的想象相反）

金屬溫度從T1降至T2，出現氣體析出分壓力，T2愈低，此分壓力越大，氣體自動向外擴散

減少外部氣體壓力，即使溫度變化不大，氣體也處于過飽和狀態，如真空脫氣。第52頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四氣體從熔體中析出形成氣泡兩大條件：

處于過飽和狀態，具有析出分壓力△p；析出分壓力大于外在壓力總和。外壓力(ΣpE)包括：外部氣體壓力pa、金屬液的壓力pM、表面張力psur式中：h:產生氣泡處的金屬液面高度ρ：金屬液的密度σ：金屬液的表面張力

r:形成氣泡半徑第53頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四氣體從熔體中析出形成氣泡過程：形核→長大非均勻形核：微小晶體非金屬夾雜物氣泡（利用其除氣）容器壁擾動第54頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四

金屬由液態轉變為氣態的現象稱為揮發某組元或多組元在液體或固體內向表面擴散在邊界上組元蒸發在氣相中擴散1.3金屬的揮發（蒸發）蒸發的利弊：精煉提純。蒸發損失、合金成分控制困難、污染環境、危害健康。原子向表面擴散界面上原子蒸發氣相中的擴散金屬熔體坩堝金屬原子第55頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四影響因素-金屬蒸氣壓金屬的蒸發相變反應式：Me(L,S)=Me(g)飽和蒸氣壓：在某一溫度達到平衡時，氣相中金屬的蒸氣分壓。金屬的蒸發能力的表征：

蒸氣壓蒸發熱沸點蒸氣壓越大，蒸發熱越小、沸點越低的金屬易蒸發揮發熱力學第56頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四一些元素的沸點及蒸發熱蒸發熱小，沸點低的金屬較易蒸發。第57頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四在外壓一定時，純金屬的蒸氣壓只取決于該金屬的溫度。蒸氣壓可以通過實驗測定，也可由相變反應的熱力學數據進行計算。利用克勞休斯－克拉佩龍方程，可得到溫度與金屬升華或蒸發時蒸氣壓的關系式：式中，ΔH0(S,V)表示一摩爾金屬在溫度T時的標準升華熱或蒸發熱。影響因素—溫度第58頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四金屬飽和蒸汽壓與溫度的關系溫度升高，金屬的蒸氣壓增大，即蒸發趨勢增強。第59頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四合金熔體的蒸氣總壓為各組元蒸氣分壓之和。

合金元素的活度越大，其蒸氣壓也越大。一般合金中沸點低，蒸氣壓高的組元容易揮發，而易揮發元素在合金中含量越高，合金的蒸氣壓就越高，合金的揮發損失也越大。合金元素的活度合金元素的摩爾濃度合金元素的活度系數影響因素—合金元素例如：

超硬鋁合金中的鋅和鎂揮發大黃銅中的鋅元素揮發大鋁合金中銅損失小隔青銅鑄錠頭、尾部分含鎘量極不均勻

第60頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四

爐內壓力對金屬的蒸發有很大的影響。一般情況下，壓力愈低，蒸發愈大。在低壓下或在真空狀態下熔煉，蒸氣壓較大的金屬，其蒸發損失非常嚴重。影響因素—爐壓第61頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四其它因素的影響

蒸發是一種產生于表面的現象，所以蒸發損失與金屬表面狀態關系很大。金屬表面有氧化膜覆蓋時，金屬的蒸發量可以大為降低。所以控制蒸發的核心是改善熔體表面狀態。改善的實例：

銅合金中加鋁或鈹形成致密氧化膜鋁合金中加鈹形成致密氧化膜鎂合金中加鈹形成致密氧化膜添加覆蓋劑第62頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四蒸發速率是指單位時間從單位體積蒸發的氣體質量。隨著體系趨于平衡狀態而減小，可用道爾頓（Dalton）公式表示：uV—蒸發速率，p—外壓，p0Me—金屬蒸氣壓，pMe—實際分壓當poMe>pme時，蒸發速率為正；反之為負，即不是凝聚相的蒸發，而是蒸氣相的凝聚。凡是影響p0Me和pMe的因素都會影響揮發速率。蒸發動力學第63頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四溫度升高，pome增大，蒸發速率增大；當蒸發空間的體積一定，蒸發面積越大，pme升高得越快，并迅速達到飽和值，此時，uV→0；當蒸發表面積一定，蒸發空間體積越大，pme值升高越慢，使蒸發速率達到零值所需時間就越長；在蒸發表面上不斷有氣流流過的蒸發過程中，蒸發速率隨金屬蒸氣在氣相中的傳質速率的增大而加快；在氣流速度大，能把金屬蒸氣及時帶離蒸發空間時，則金屬的蒸發過程可一直進行到凝聚相消失。蒸發動力學第64頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四

外壓對蒸發過程的動力學有著顯著的影響。外壓減小，蒸發速率uV增大，即金屬在低于pome很多的真空下熔煉時，可在較低的溫度下達到較高的蒸發速率。式中umax為最大蒸發速率，T為蒸發表面蒸氣的溫度，M和R分別表示金屬的原子量和氣體常數。蒸發動力學第65頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四真空下某些金屬的蒸發速率與溫度的關系蒸發動力學第66頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四金屬的蒸發隨壓力的降低而加速，真空熔煉時，向真空室內通入惰性氣體，可降低蒸發速率和蒸發損失，這對于真空熔煉具有重要意義。例如真空熔煉鈦、鈮、鋯等難熔金屬時，充入0.1atm的惰性氣體，就能使蒸發損失大為降低。蒸發動力學第67頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四

在真空狀態下，脫離金屬表面的原子或分子的平均自由程大大增加，原子或分子間相互碰撞的概念會大大減少，返回金屬表面的原子或分子也會相對減少，從而提高了蒸發速度。因此，許多蒸氣壓較低的金屬，如W、Mo、Ta、Y等，在真空熔煉時也會有相當大的蒸發損失。第68頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四易蒸發元素宜在熔煉后期加入。金屬的性質外壓在熔煉時，增加外壓，在爐內充入惰性氣體。比表面積采用爐口小的熔煉爐；溫度控制熔煉溫度，降低金屬的蒸發物質交換減少攪拌次數，降低液面氣流速度時間控制熔煉時間控制蒸發的措施改善表面形成氧化膜，使用覆蓋劑，減少扒渣次數第69頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四1.混料

金屬或合金的配料中混進了其它牌號的金屬或合金舊料，導致雜質含量增高或形成廢品。1.4金屬的吸雜性雜質形成的途徑第70頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四2.金屬與爐襯之間的相互作用

熔融金屬與爐襯相互作用，分為物理作用和化學作用不僅會降低爐襯壽命，而且會使某些雜質進入金屬，造成污染和損耗。雜質形成的途徑(1)金屬在高溫下與爐襯的物理作用

熔爐的爐襯要承受熔體的壓力和爐襯內高溫的作用。在高溫下，特別是在溫度、壓力和人為攪拌工具的綜合作用下，爐襯材料容易熔融破損，使爐襯變薄或漏裂。磕碰第71頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四雜質形成的途徑(2)金屬在高溫下與爐襯的化學作用純金屬和合金與爐襯的作用金屬氧化物及雜質與爐襯的作用

爐襯耐火材料通常由各種氧化物所組成，例如：MgO,Al2O3,SiO2,FeO,Cr2O3,ZrO2.M+MˊO=MO+MˊM——熔化的金屬Mˊ——爐襯中氧化物的金屬MˊO——爐襯中的氧化物MO——反應后生成的氧化物第72頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四舉例說明2Al+3FeO

=Al2O3+3Fe2Al+3Cr2O3=Al2O3+2Cr4Al+3SiO2=2Al2O3+3Si2