金属熔池

《冶金学名词》第二版。 2100433B

装入的铁水和熔化的废钢聚集在炉底(或包底)上形成的一定深度的液态金属池。

供氧速度超过钢中元素氧化速度的需要时，氧在熔池中过多积累的情况。

熔化焊接时，在热源作用下，焊件上形成的具有一定形状的液态金属部分被称的焊接溶池。弧焊过程中，电弧下的熔池金属在电弧力的作用下克服重力和表面张力被排向熔池尾部。随着电弧前移，熔池尾部金属冷却并结晶形成焊缝。

焊缝的形状决定于熔池的形状,熔池的形状又与接头的形式和空间位置、坡口和间隙的形状尺寸、母材边缘、焊丝金属的熔化情况、熔滴的过渡方式等有关。接头的形式和空间位置不同，则重力对熔池的作用不同。焊接工艺方法和规范参数不同,则熔的体积和熔池的长度等都不同。平焊位置时熔池处于最稳定的位置,容易得到形良好的焊缝,在生产中常通过焊接变位机等装置使接头处于水平或船形位置进行焊接。而在其他空间位置焊接(横焊、立焊、仰焊、全位置焊)时,由于重力的作有使熔池金属下淌的趋势,因此要采取特殊措施(例如施加脉冲电流等)控制焊缝成形。当坡口和间隙、焊接规范参数等不合适时，也有可能产生焊缝成形方面的缺欠。2100433B

图1为典型的有渣法埋弧电炉熔池结构。有渣法电炉炉膛是由生料层、软熔层、焦炭层、熔渣层、金属熔池等几个部分构成。在靠近炉墙温度比较低的部位存在由凝Ⅲ的熔渣和未反应的炉料构成的死料区。

电炉内炉料下降过程先后经历的几个主要区域是：炉料预热区、炉料软熔区、焦炭层、炉渣层和熔融金属层。

生料层由术反应的炉料，如焦炭、矿石和熔剂组成。靠近电极的部位温度较高，炉料熔化速度快，生料层的厚度较薄，而远离电极的部位料层较厚，炉料下沉速度相对较慢。炉气在通过松散的乍料层时与炉料进行热交换，电流通过导电的炉料产生热量使料层温度升高。矿石中的高价氧化物，如MnO₂、Fe₂O₃，会住这一部位发生热分解或被CO还原成低价氧化物。在温度更高的部位，出现FeO的同态还原，有金属铁生成。

在料层温度低于1300℃的区域，铬铁尖晶石中的Fe₂O₃和FeO被CO和C还原；在料层更深处温度高于1300℃区域Cr₂O₃，开始出现还原。三价铁、二价铁和铬先后从铬铁矿中分离出去，在矿石中形成分散的金属珠；结构已经完全改变的尖晶石仍维持着矿石颗粒形状。尖品石的熔化温度很高，只有在温度更高的深度才会出现渣化。

当料层温度高于炉料的软化温度或还原反应产物的熔点时，炉料出现软熔现象。这一部位位于焦炭层卜部，称为软熔层。锰的高价氧化物Mn₂O₃和Mn₃O₄。在软熔层全部还原生成低价氧化锰MnO并进入熔渣。在1300～1500℃发生的铬的固态还原也是这一区域的主导反应，铬的还原加剧了矿石解体进程，大大加快了矿石的熔化。南于锰和铬的还原迟于铁的还原，在料层巾金属颗粒中的锰铁比或铬铁比由上到下逐渐增加。铁和铬的还原是强烈吸热反应。输入炉内的热量有50%以上用于还原金属氧化物。炉料层和软熔层所产生的电阻热量较少，软熔层所需的热量足由焦炭层向上传递的。软熔层上下温差较大，下部是还原反应的主要部位。尽管初渣和含铁较高的金属珠有一定的流动性，但熔点很高的术还原矿石掺杂在其中，软熔层整体并没有流动性。当炉料的熔化速度大于还原速度就会出现炉料过早熔化，炉膛导电结构变化，导致焦炭层上移。