熔炼焊剂的设计方案

1.常用熔炼焊剂的组成及其配料计算

常用熔炼焊剂的组成见表4-17。根据熔炼焊剂设计的成分组成来选择炉料，尽量采用高质量含杂质少的原料。每种矿物岩石一般都含有一种或两种以上主要成分，配料时应首先计算含多种成分的原料，最后计算化学成分单纯的材料。例如需要用石英砂、白云石、锰矿、长石、萤石材料时，应首先计算白云石，其次计算长石、锰矿、萤石，最后计算石英砂。

常用熔炼焊剂所用原材料及配料时的计算顺序见表4-18。

表4-17常用熔炼焊剂的组成（质量分数，％）

表4-18常用熔炼焊剂所用原材料及配料时的计算顺序

（续）

注：表中的数字表示配料时的计算顺序。

2.熔炼焊剂的成分对熔渣性能的影响

以基本成分为SiO₂、CaF₂、MgO和Al₂O₃，附加成分为ZrO₂、MnO、CaO和TiO₂的焊剂为例，介绍焊剂成分对熔渣密度、表面张力、界面张力及粘度的影响。

（1）焊剂成分对熔渣密度的影响 图4-10为焊剂成分与熔渣密度的关系。可见，提高焊剂中MgO和A12O₃含量，熔渣的密度几乎线性增加；提高CaF₂和SiO₂含量时，熔渣的密度明显下降。因为SiO₂含量增加，引起粗大复合阴离子Si_xO²_y－的出现，它与金属阳离子的结合能力弱，并增加熔渣的自由体积。增加CaO的含量，可以增大熔渣的密度，这与加入CaO后，熔渣中Ca^2＋和O²－离子的数量增加，引起硅氧复合离子的解体。MnO与CaO类似，增加MnO时熔渣的密度也增大。所有含MnO高的焊剂，熔渣密度都比较大。

ZrO₂的质量分数小于12％时，熔渣密度随ZrO₂含量的增加而下降；ZrO₂的质量分数大于12％时，熔渣密度随ZrO₂含量的增加而提高。(www.xing528.com)

TiO₂只稍微降低了熔渣的密度，这可能是由于钛氧复合阴离子的形成，不能显著改变熔渣结构的缘故。

图4-10 焊剂成分（质量分数）与熔渣密度的关系

a）基本成分 b）附加成分

（2）焊剂成分对熔渣表面张力的影响 焊剂成分对熔渣表面张力的影响如图4-11所示。可见，熔渣的表面张力随着CaO含量的增加而增大。MnO的作用与CaO类似，增加MnO时熔渣的表面张力也增大。ZrO₂增多时表面张力增大，这用ZrO₂分解成Zr^4＋和O²－很容易解释。

TiO₂只稍微降低熔渣的表面张力，这可能与钛氧复合阴离子不能显著改变熔渣结构有关。

SiO₂和CaF₂都能降低熔渣的表面张力。SiO₂含量少时，熔渣中存在吸附力弱的阴离子Si_xO²_y－，随着SiO₂含量的增加，这种阴离子的数量逐渐增多，其结构进一步复杂化，熔渣中质点间的结合力进一步减弱，因而表面张力逐渐下降。增加CaF₂的含量，表面张力急剧下降，这表明CaF₂具有较高的表面活性。熔渣的表面张力随着MgO含量的增加而增大，这是因为增加熔渣中的MgO含量，其中的强阳离子Mg²＋增多，Mg^2＋与熔渣中主要质点之间的结合能较高，从而造成熔渣表面张力的提高。在Al₂O₃含量高的熔渣中，通常含有铝氧复合阴离子和阳离子Al3＋。试验表明，阳离子Al3＋的作用比复合阴离子的作用大得多，所以随着Al₂O₃含量的增加，熔渣的表面张力增大。

（3）焊剂成分对熔渣界面张力的影响 焊剂成分对熔渣界面张力的影响如图4-12所示，可见，增加CaF₂和SiO₂含量，熔渣与金属的界面张力降低。随着A12O₃含量的增加，界面张力增大，这表明液态金属表面层原子与相邻近的熔渣离子作用较弱。随着MgO含量的增加，在相间分界层上富集了强阳离子Mg2＋，Mg2＋与O2－相互作用的能量较大，故导致界面张力增大。MnO、TiO₂都会降低界面张力。ZrO₂属于非表面活性物质，界面张力与ZrO₂含量之间呈现出图4-12所示的复杂关系。

（4）焊剂成分对熔渣粘度的影响 焊剂成分与熔渣粘度的关系如图4-13所示。熔渣的粘度对焊接冶金过程影响很大，如低粘度、具有“长渣”特性的焊剂有利于保证熔池充分脱气。在焊剂中加入MnO可降低熔渣的熔点，并且使其具有“长渣”特性。含MnO的焊剂1400℃时的粘度为0.08～0.16Pa·s，并且在1000℃不凝固，在焊剂中加入CaO可提高熔渣的熔点，并使其变成“短渣”，特别是CaO的质量分数超过30％时，凝固温度高达1380℃。加入TiO₂可提高熔渣的粘度和熔点，加入量不同，对粘度值的影响也不同。

焊剂中ZrO₂的质量分数为10％～40％时，熔渣的粘度值最大。ZrO₂的质量分数为10％的焊剂，1480℃的粘度值达1.27Pa·s，温度降低到1420℃时，粘度值直线上升到1.88Pa·s。ZrO₂含量更高时，其粘度值也更高。

图4-11 焊剂成分（质量分数）对熔渣表面张力的影响

a）基本成分 b）附加成分