【正文】 nO， Fe2O3等密度大的組分含量高，則熔渣的密度大； SiO2， CaO， Al2O3等密度小的組分含量高，則熔渣的密度小些 3） 熔渣的密度不具有加和性 在硅酸鹽渣系中，陽離子的靜電勢大，則渣的膨脹率小，而渣的密度大。反之，如 K+、 Na+等靜電勢小，則渣的密度小 對于堿性及半酸性渣，可推薦由熔渣比容 (密度的倒數(shù) V＝1/ρ) 的經(jīng)驗公式來計算其密度： 1400℃ 時 : 考慮溫度的影響 ： 熔渣的物理性質(zhì) 熔渣的物理性質(zhì) ?研究熔渣密度的意義 金屬微粒在渣中的沉降速度符合斯托克斯公式： ）（ 渣金渣??? ?? 922grv 當粘度（ η 渣 ）、半徑（ r） 及金屬或锍的密度（ ρ 金 ）恒定時，熔渣密度（ ρ 渣 ）愈小，金屬微粒在渣中的沉降速度愈快，分層效果愈好 熔渣的密度為 (～ ) 103kgm3。 通常金屬與渣的密度差不應低于 103kgm3,才能保證較好的分離效果 熔渣的物理性質(zhì) 黏度 熔渣黏度的特性 在一定溫度下，黏度決定于移動質(zhì)點的活化能 Eη ， 結(jié)構(gòu)復雜、尺寸大的陰離子移動時，需要的黏流活化能 Eη 比陽離子大，因此，當熔渣的組成改變，凡是能引起陰離子如 SixOyz解體或聚合時，熔渣的黏度就會相應地降低或提高 3SiO2＋ 3SiO44=2Si3O96 2Si3O96+3O2=3Si2O76 Si2O76+O2=2SiO44 其中二價金屬氧化物比一價金屬氧化物的作用較大 (二價金屬離子帶入的 O2多 ) ?黏度與組成的關(guān)系 熔渣的物理性質(zhì) CaF2在調(diào)整黏度上有顯著的作用，因為它引入的 F1和 O2同樣，能起到使硅氧絡離子解體的作用： CaF2與高熔點氧化物 CaO、 Al2O MgO能形成低熔點共晶體，也能降低堿性渣的粘度。 隨堿性物質(zhì)的加入，當陰離子如 SixOyz全部解體為 SiO44時，繼續(xù)加入，對粘度不會產(chǎn)生明顯影響，但當加入的高熔點堿性物質(zhì)不能全部熔化時，熔渣將由均勻相轉(zhuǎn)為非均勻相，粘度將急劇上升，不服從牛頓黏滯定律，這種熔渣的黏度用下式表示： 熔渣的物理性質(zhì) ? 黏度與溫度的關(guān)系 ? 溫度提高，黏度下降： 1）具有黏流活化能的質(zhì)點數(shù)增多； 2）質(zhì)點的熱振動加強或質(zhì)點的鍵分裂，絡離子可能解體，成為尺寸較小的流動單元，這時，黏流活化能會發(fā)生改變。 ? 溫度對黏度的影響與爐渣的化學性質(zhì)的關(guān)系： 1）在足夠高的過熱度下，堿性渣的黏度比酸性渣的黏度小 ； 2） 當溫度下降時，酸性渣的黏度曲線變化平緩，黏度曲線上沒有明顯的轉(zhuǎn)折點；堿性渣的黏度隨溫度的變化率則較大，黏度曲線上有明顯的轉(zhuǎn)折點。 熔渣的物理性質(zhì) 短渣（不穩(wěn)定性渣）： 溫度降低到一定值后，粘度急劇上升的(表現(xiàn)為曲線斜率很大 )稱為 “ 短渣 ” 。其凝固過程的溫度范圍較窄，斷面是石頭狀。 熔化性溫度： 使爐渣熔化后能夠自由的流動的溫度。 熔渣的物理性質(zhì) 長渣（穩(wěn)定性渣）：隨溫度下降粘度上升緩慢者稱為“長渣”。 這種渣冷卻時能拉成長絲，斷面是 玻璃狀。其凝固過程的溫度范圍較寬。 CaOSiO2Al2O3渣系的黏度 ?ω(CaO)＝ 40％～ 55％， ω(Al2O3)＝ 5％～ 20％ 的成分 (R＝～ )范圍內(nèi)，黏度有較小值 。 ?當 CaO濃度降低時，黏度增大， CaO濃度增加時，黏度變大，是由于形成的硅酸鈣熔點高，熔渣進入了非均相區(qū)。 ?Al2O3是兩性氧化物，在 Al2O3濃 度不高的堿性區(qū)內(nèi)，保持 ω(CaO) 不變，用 Al2O3取代 SiO2， 黏度的 變化很小，顯示 Al2O3呈現(xiàn)酸性。 但在 Al2O3濃度較高的酸性區(qū)內(nèi)， 當保持 ω(CaO) 不變時，用 Al2O3 取代 SiO2， 則黏度下降，顯示 Al2O3呈現(xiàn)堿性，對 SixOyz有一 定的解體作用 。 熔渣的物理性質(zhì) CaOSiO2FeO渣系的黏度 ?在均相態(tài)時，黏度都比較小，為 ～ s， 并隨 FeO質(zhì)量分數(shù)的增加而降低。 ?MgO及 Cr2O3能使此渣系黏 度顯著增大 ， 當它們的質(zhì)量 分數(shù)超過在熔渣中的溶解度 時，渣中就有難溶解的固相， 如方鎂石、鉻鐵礦、尖晶石 等出現(xiàn)。 ?提高溫度，加入助熔劑， 能降低此渣系的黏度。 熔渣的物理性質(zhì) 電導率 ?研究電導率的意義： 1）直接影響電爐的供電制度和電能的消耗。 2）通過熔渣導電性的研究，有助于確定熔渣內(nèi)離子結(jié)構(gòu)的形式和性能。 ?測定電導率的公式： ?熔渣導電的機制： 熔渣的導電是其中離子在外電場作用下向一定方向輸送電量的性質(zhì)。但過渡金屬的某些低價氧化物，如 FeO、 MnO及 FeS，高價氧化物，如 TiO2等非化學計量化合物，有電子導電，是電子 離子共同導電的混合導體。溫度升高，電子導電的作用減小，而離子導電的作用加強。 在硅酸鹽渣系中，參加導電的僅是結(jié)構(gòu)簡單的陽離子和陰離子，而 SixOyz絡離子則不參加導電。 熔渣的物理性質(zhì) ?電導率的影響因素 1）與參加導電離子的遷移速率成正比： 2）與溫度的關(guān)系： 3）與粘度的關(guān)系： 4）與組成的關(guān)系： 熔渣的電導率隨 FeO、 MnO及 堿度的增加而增大，酸性氧化物濃度增加，則電導率下降，加入 CaF2能提高熔渣的電導率。 熔渣的物理性質(zhì) 表面性質(zhì) 熔渣的表面性質(zhì)包括表面張力、界面張力等。 表面張力 ? 純氧化物的表面張力：決定于表面 O2與臨近的陽離子的作用力。形成氧化物的陽離子 靜電勢大，離子鍵分數(shù)高的氧化物有較高的表面張力。 熔渣的物理性質(zhì) ?熔渣的表面張力： 靜電勢小及能形成絡離子的陽離子的氧化物，能顯著地降低熔體的表面張力。 熔渣的物理性質(zhì) ?溫度對熔渣的表面張力的影響： 溫度升高，質(zhì)點的熱運動和質(zhì)點的間距增加，作用力減弱，熔體的表面張力有所降低，但是，溫度升高，質(zhì)點的動能增加，促進了吸附在熔體表面的絡離子脫附，離開表面，進入熔體中，從而熔體的表面張力又有提高。因此，總的來說，溫度對熔渣表面張力的影響不大 。 ?熔渣表面張力的確定 1） 常采用氣泡最大壓力法測定。 熔渣的物理性質(zhì) 2） 硅酸鹽系，可由各組分的表面張力因子與其濃度乘積之和的加和公式得出： 4）利用等表面張力曲線圖取得。對于三元系熔渣的表面張力，曾作了大量的測試工作。 表 4 8 組分的毛細活度系數(shù)（ 1873K ） 氧化物 F eO M n O C aO M g O S iO 2 Fe 2 O 3 P 2 O 5 F eS F B 1 .0 0 1 .0 5 1 .1 5 1 .1 2 .4 3 .5 4 .4 10 3）利用 毛細活度系數(shù)來計算熔渣的表面張力： 熔渣的物理性質(zhì) 熔渣的起泡性 ?泡沫渣 ： 進入熔渣內(nèi)的不溶解氣體被分散在其中形成無數(shù)小氣泡時，熔渣的體積膨脹，形成為液膜分隔的密集排列的氣孔狀結(jié)構(gòu)，稱為泡沫渣。 ?泡沫渣的危害： 1）導熱性差，在某些條件下惡化熔渣對金屬的傳熱。 2）在高爐內(nèi)形成的泡沫渣能使下部爐料的透氣性惡化，壓差提高，出鐵前后風壓的波動大，難于接收風量；而且下料不暢，破壞了冶煉行程的穩(wěn)定及限制了冶煉的強化； 3）泡沫渣進人渣罐，也使渣罐的利用率低及收集困難。 4）在轉(zhuǎn)爐冶煉中，泡沫渣能引起爐內(nèi)渣 鋼噴濺及從爐口溢出，并發(fā)生黏附氧槍頭等問題。 熔渣的物理性質(zhì) ?泡沫渣的成因 表面張力 (σ) 小易生成氣泡，粘度 (η) 大，一方面氣泡薄膜比較強韌、另－方面氣泡在渣層內(nèi)上浮困難，因而容易形成穩(wěn)定的泡沫渣，即 σ/η 值越小，越容易形成泡沫渣。 熔渣 金屬液間的界面張力 ?界面張力 界面張力是指 當兩凝聚相 (液 固，液 液 )接觸時，相界面上兩相質(zhì)點間出現(xiàn)的張力。熔渣 金屬液間的界面張力在 ～m1范圍，與兩相的組成及溫度有關(guān)。 圖 478及圖 479為三相 (氣、兩液、固 )平衡時，接觸點三個張力的平衡關(guān)系。 三個張力在接觸點平衡時，力的向量方程是： 熔渣的物理性質(zhì) 界面張力的計算： 熔渣的物理性質(zhì) ?界面張力的因素 1） 溫度：溫度提高使接觸角減小，潤濕度增加 2） 兩相間 化學反應：反應生成物改變潤濕性 3） 兩相的化學成分、結(jié)構(gòu)： ?兩接觸相的性質(zhì)愈相近，界面張力就愈小。 ?當異類組分間的作用力大于其自身分子間的作用力時，兩相在相界面就有相當大的互溶性，而使界面張力減小。 ?表面活性物在金屬液中存在時也要比在熔渣中存在時對界面張力的影響大得多。 ?影響界面張力的熔渣組分可分為兩類： ①不溶解或差不多溶解于金屬液中的熔渣組分，如 SiO CaO、Al2O3等不會引起 σ 12明顯變化。 熔渣的物理性質(zhì) ②能分配在熔渣與金屬液間的組分，如 FeO、 FeS； Mn0、 CaC2等對 σ 12的降低很大，因為這些組分中的非金屬元素能進入金屬液中，使金屬液和熔渣的界面結(jié)構(gòu)趨于相近，降低了表面質(zhì)點力場的不對稱性。特別是進入金屬液中的氧對 σ 12的降低起著決定性的作用。 ?影響界面張力的金屬液的元素則可分為 3類 ①不轉(zhuǎn)入渣相中元素，如 C、 W、 Mo、 Ni等對 σ 12基本無影響。 ②能以氧化物形式轉(zhuǎn)入渣中的元素，如 Si、 P、 Cr、 (Mn)能降低 σ 12， 因為它們能形成絡離子，成為渣中的表面活性成分。 ③表面活性很強的元素，如 O、 S降低 σ 12作用就很強烈。雖然它們的濃度很低，但其所起的作用卻很大，遠超過酸性氧化物帶來的作用。 熔渣的物理性質(zhì) 相間的潤濕性 相間的潤濕性與相的表面張力及相間發(fā)生的化學反應有關(guān)。當金屬液與氧化物接觸時，可能發(fā)生下列反應 1） 反應進行的限度決定于相應的金屬對氧的親和力。如潤濕的金屬 (M)比氧化物 (M’O)中的金屬 (M’)對氧的親和力小，化學反應進行的程度就小，金屬與氧化物之間的潤濕就差，而 θ90 176。 2）鐵液中的溶解元素也影響潤濕角，與氧親和力大的元素(Si、 Ti、 A1)有顯著降低潤濕角的作用，因為它們能與氧化物作用。 熔渣的物理性質(zhì) 熔渣的乳化性能 ? 熔渣的乳化性： 熔渣以液珠狀分散在鐵液中，形成乳化液的性質(zhì)。它主要與熔渣、金屬液的表面張力及界面張力有關(guān)。 ? 內(nèi)聚功： 使 同種質(zhì)點的聚合所做的功： ?黏附功： 分 離接觸面積為 lm2的兩接觸液相 (金屬或熔渣 ) 成各具有 1m2的兩個液相時 所作的功： 熔渣的物理性質(zhì) ?黏附功的影響因素： 金屬液中活性組分，如氧、硫的影響很大。氟化物渣系的黏附功遠比氧化物渣系的大。能使界面張力降低的渣中的 FeO(MnO)則能提高黏附功。 ?響熔渣乳化的主要因素 熔渣在金屬液中的乳化跟熔渣內(nèi)質(zhì)點間作用的強度對熔渣、金屬液質(zhì)點間作用的強度比，即 W內(nèi) (渣 )/W黏 有關(guān)。 因此，影響熔渣乳化的主要因素是熔渣的表面張力及界面張力，兩者的數(shù)值愈小，則 S(＞ 0)就愈大，熔渣就易于在金屬液中乳化。相反，為使進入金屬液中的渣滴分離， S(＜ 0） 就應盡可能地小。 熔渣的物理性質(zhì) 電毛細現(xiàn)象 ?電毛細現(xiàn)象： 當使金屬液的靜電勢 (E)改變時，金屬液表面的電荷將發(fā)生變化，從而也引起界面張力變化。 σ 和 E有關(guān)的現(xiàn)象稱為電毛細現(xiàn)象。 熔渣的物理性質(zhì) ?電毛細曲線方程 ?上式的二階導數(shù)的圖解法可確定雙電層的電容 C 雙電層的電容保持恒定（即與 E無關(guān)），從 E0， σ max到 E， σ 界限內(nèi)兩次積分上式，可得 熔渣的物理性質(zhì) 擴散 1）靜電勢小的離子有較大的擴散系數(shù)，形成絡離子的擴散最慢。 2）擴散系數(shù)與黏度有如下關(guān)系： 式中 ： ， K－ 常數(shù)。 KD nB ??DEEn /??問題： 如何確定三元系相圖中相界線和無變量點的性質(zhì)？ 金屬液與熔渣的電化學反應原理 電化學的離子反應式 ?電化學體系： 有電能和化學能相互轉(zhuǎn)變的體系 。 例如， M＝ M2++2e型的反應式，即使在無外電流存在下，亦稱為電極反應式。 ?金屬液與熔渣的電化學反應： 是帶電質(zhì)點經(jīng)過熔渣 金屬界面的轉(zhuǎn)移，由兩種質(zhì)點的電極反應通過電子的平衡完成的。 脫硫反應 渣鐵