活性溶渣对金属氧化的影响分析

前面已阐述了氧化性气体对金属的氧化（直接氧化）。此外，活性溶渣对金属也有氧化作用。活性溶渣对金属的氧化作用有如下两种形式。

1.扩散氧化

扩散氧化是发生于活性熔渣与金属之间的一种特殊氧化方式。FeO是一种既能溶于铁液中，又能溶于熔渣中的氧化物。因此，这种氧化过程实际上就是将渣中的FeO直接转移到铁液中的过程。根据分配定律，达到平衡时FeO在铁液和渣中的分配比例L为常数，其表达式如下：

分配常数决定了这一氧化过程，它与温度有关，并随温度升高而增加，即金属中的FeO随温度升高而增加。此外，分配常数还与渣的性质有很大关系。可将分配常数写成下列形式：

在SiO2饱和的酸性渣中：

在CaO饱和的碱性渣中：(www.xing528.com)

由此可以看出，温度越高越有利于铁液的扩散氧化，而且碱性渣比酸性渣更易使铁液扩散氧化。即在FeO总量相同的情况下，碱性渣时液态金属中的氧含量比酸性渣时高，这种现象可以用熔渣的分子理论来解释。因为碱性渣中含SiO2、TiO2等酸性氧化物少，FeO的活度大，容易向液态金属扩散，使其含氧量增加。因此，碱性焊条对氧较敏感，对FeO的含量必须加以限制。一般在药皮中不加入含FeO的物质，并要求焊接时需清理焊件表面的氧化物和铁锈，以防止焊缝增氧，但不应由此认为碱性焊条焊缝中的氧含量比酸性焊条的高；恰恰相反，碱性焊条的焊缝氧含量比酸性焊条低，这是因为碱性焊条药皮的氧化性较小的缘故。虽然在碱性焊条的药皮中加入了大量的大理石（CaCO3），在药皮反应区能形成CO2气体，但由于加入了较强的脱氧剂如Ti，Al，Mn，Si等进行脱氧，使气相的氧化性大大削弱。

2.置换氧化

置换氧化是发生于对氧亲和力较强元素的氧化物和对氧亲和力较弱元素的氧化物之间的一种反应，其反应结果将导致对氧亲和力较强的元素被氧化，而对氧亲和力较弱的元素则被还原。例如，在最常见的冲天炉中熔化铸铁时，铁液中的合金元素Mn和Si能被溶于铁液中的FeO氧化，其反应式如下：

上面各式表明，反应结果将使铁液中的Si，Mn元素被烧损，因为这些元素的氧化反应是放热反应，随着温度的升高，平衡常数K减小，即反应减弱，所以冲天炉熔化铸铁时可以通过送热风来提高炉温，达到减少Si，Mn被烧损的目的。另外，当热风温度较高，并采用酸性炉渣时，甚至可使Si的置换氧化反应往相反方向进行，其结果使渣中的SiO2被铁液还原，使铁液中的Si非但没有被烧损，反而还会增加。与此相反，铁液中的FeO量会有所提高，即铁被氧化。这就是熔炼和焊接时，通过熔渣中的一些氧化物使金属发生置换氧化反应的情况。

这些置换氧化反应在焊接冶金中起极为重要的作用。由于焊接时的温度非常高，特别是在熔滴和熔池的前半部（温度可在2 000℃以上），因此当焊接熔渣中含有较多的MnO和SiO2时就促使反应更有利于朝着渗Mn和渗Si的方向发展，使熔滴和熔池前半部液体金属中的Mn、Si含量增加，其增加程度除与温度和渣的成分有关外，还与金属中原始的Mn、Si含量和其他合金元素有关。原始Mn、Si含量越低，则Mn、Si含量的增加越多。当然，随之而来的金属中的FeO增多或其他元素的烧损将越多。因此，当焊接和铸造合金钢时还有一些对氧亲和力更强的合金元素会被置换氧化，其氧化反应的结果将使金属中的合金元素严重烧损和氧化物夹杂含量增加。其反应表达式如下：