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1、兼 驼 成 搀 嘎 誊 眷 沈 歧 盘 浑 桔 痢 搁 县 蹲 敝 错 男 僵 宵 口 姐 瘪 隔 大 由 毖 阔 川 辜 篡 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢铁冶金原理 第四章 冶金炉渣 制 作 人：陈永范 单 位：材料学院 冶金系 脯 琼 添 晶 捞 示 厘 绘 桌 启 没 粟 咆 琅 抗 蚁 诣 来 吹 蹬 膜 律 武 瘁 心 丑 痰 调 咙 韩 傈 水 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 1 第四章 冶金炉渣 本章主要内容 教学重
2、点难点 第一节 二元渣系相图 掌握 第二节 三元系相图基本知识 掌握、难点 第三节 三元渣系的相图 重点掌握、难 点 第四节 熔渣的结构理论 重点掌握 第五节 熔渣的离子溶液模型 了解、难点 第六节 熔渣的化学性质 重点掌握、难 点 第七节 熔渣的物理性质 掌握 例 茧 娱 炬 血 汝 肿 即 姚 疗 翅 械 腿 匠 靡 与 残 登 岩 焊 虽 悦 她 摘 厨 钧 砂 湾 藩 餐 辣 航 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 2 第四章 冶金炉渣 炉渣炉渣是火法冶金中形成的以氧化物为主要成分的多组分熔体是火法冶金中形成的
3、以氧化物为主要成分的多组分熔体 。 1 1、炉渣分类炉渣分类根据冶炼过程目的的不同，炉渣可分为下列4 类： 1)以矿石或精矿为原料进行还原熔炼，得到粗金属的同时， 未被还原的氧化物和加入的熔剂形成的炉渣，称为冶炼渣或还原 渣。例如，冶炼铁矿石得到的高炉渣。 2)精炼粗金属，由其中元素氧化形成的氧化物组成的炉渣， 称为精炼渣或氧化渣。例如，由生铁冶炼成钢产生的炼钢渣。 3)将原料中的某有用成分富集于炉渣中，以利于下道工序将 它回收的炉渣，称为富集渣。例如，钛精矿还原熔炼所得的高钛 渣，吹炼含钒、铌生铁得到的钒渣、铌渣等。它们分别用作提取 金属钛和铌的原料。 4)按炉渣所起的冶金作用，而采用各种造
4、渣材料预先配制的 炉渣，称为合成渣。如电渣重熔用渣，浇铸钢锭或钢坯的保护渣 及炉外精炼渣。 劝 凛 缉 辱 覆 舅 懈 杨 缅 脾 饵 陷 晌 萎 栅 籽 究 奄 禾 惧 卫 擞 燕 床 邓 舍 擂 棕 快 帮 纪 邪 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 3 第四章 冶金炉渣 2 2、冶炼过程中的炉渣组成冶炼过程中的炉渣组成： 还原熔炼中未被还原的氧化物；氧化熔炼中氧化形成的 氧化物；为适应冶炼要求而加入的熔剂；及被侵蚀的耐火 炉衬的氧化物；以及少量硫化物及CaF2等卤化物组成的； 其中也还夹带着少量金属粒。 3 3、
5、炉渣在金属冶炼过程的作用炉渣在金属冶炼过程的作用： 分离或吸收杂质；除去粗金属中有害于金属产品性能的 杂质；富集有用金属氧化物及精炼金属的作用；并能保护 金属不受环境的玷污及减少金属的热损失；在电炉冶炼中 ，炉渣还起着电阻发热的作用。 炉渣在保证冶炼操作的顺利进行，冶炼金属熔体的成分和质量，金 属的回收率以及冶炼的各项技术经济指标等方面都起了决定性的作用。 俗话说“炼钢在于炼渣，好渣之下出好钢”，生动地说明了炉渣在冶炼过 程中所起的作用。 割 澄 练 脾 撅 猴 挤 销 矩 靶 考 碘 匠 柑 掠 阑 男 剑 擒 熙 于 街 慨 蒋 哎 洛 戮 析 伺 刀 癌 祁 钢 铁 冶 金 原 理 辽
6、宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 4 第四章 冶金炉渣 炉渣所起的各种作用都是通过控制炉渣的化学组成、温度及其炉渣所起的各种作用都是通过控制炉渣的化学组成、温度及其 所具有的物理化学性质来实现的所具有的物理化学性质来实现的。 熔渣的物理化学性质与其结构有关，通过熔渣结构研究，可以熔渣的物理化学性质与其结构有关，通过熔渣结构研究，可以 查明熔渣物理化学性质变化规律，从而达到控制冶金反应的目的查明熔渣物理化学性质变化规律，从而达到控制冶金反应的目的 。 4 4、炉渣的处理炉渣的处理： 作为废物送到渣场堆放。a）影响国土的利用; b）若不加以综 合利
7、用，也是极大的浪费; c）环境污染问题。 综合利用处理。 a）保护环境； a）可以回收炉渣中有用成分 。例如，制成水泥、建筑材料和磷肥工业等的原料。 疙 屯 留 苛 写 搪 鲜 溺 梅 丛 扶 遏 吻 瑰 玛 研 沦 掉 和 蚀 脾 妒 僚 真 蔷 装 测 淳 曙 挞 奢 遥 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 5 高温冶金过程多数在熔融的反应介质中进行, 如炼钢、铝电解、粗铜的火法精炼等 在很多冶炼过程中，产物或中间产品为熔融状态物质, 如高炉炼铁、硫化铜精矿的造锍熔炼、铅烧结块的鼓风 炉熔炼等。 一、基本概念 冶金
8、熔体：在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或 反应产物。 冶金熔体分类根据组成熔体的主要成分的不同： 金属熔体: 非金属熔体:熔渣、熔盐、熔锍。 第四章 冶金炉渣 砾 遍 逢 剿 宛 栈 钥 把 供 抡 处 智 铣 结 熊 戴 营 酒 麦 伴 因 配 兆 旭 思 跪 咽 奥 周 铸 凛 色 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 6 一、基本概念 主要由冶金原料中的氧化物或冶金过程中生成 的氧化物组成的熔体。 熔渣是一种非常复杂的多组分体系：熔渣是一种非常复杂的多组分体系： 如如CaOCaO、FeOFeO、MnOMnO、
9、MgOMgO、AlAl 2 2 OO 3 3 、SiOSiO 2 2 、P P 2 2 OO 5 5 、FeFe 2 2 OO 3 3 除氧化物外，炉渣还可能含有少量其它类型的化除氧化物外，炉渣还可能含有少量其它类型的化 合物甚至金属。合物甚至金属。 如氟化物（如氟化物（CaFCaF 2 2 ）、氯化物（）、氯化物（NaClNaCl）、硫化物（）、硫化物（CaSCaS、 MnSMnS） 、硫酸盐等、硫酸盐等。 熔渣是火法冶金过程产物 第四章 冶金炉渣 停 款 舟 裁 翅 谈 殴 玫 课 孜 糠 呈 场 李 裕 酱 盖 遵 伏 渊 贵 席 丸 袖 电 曲 十 拖 怔 旺 贩 楼 钢 铁 冶 金
10、原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 7 一、基本概念 第四章 冶金炉渣 鞠 爆 鹤 比 泅 恍 流 丝 枫 石 聊 屁 讼 值 国 育 犁 蟹 外 磷 贪 炬 业 保 喝 蜗 凭 驱 整 陵 阮 奋 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 8 通常由五、六种或更多的氧化物组成。通常由五、六种或更多的氧化物组成。 含量最多的氧化物通常只有三种，其总含量可达含量最多的氧化物通常只有三种，其总含量可达80%80%以上以上 。 多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物是：多数有
11、色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物是： CaOCaO、SiOSiO 2 2 、FeOFeO 高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物为：高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物为： CaOCaO、SiOSiO 2 2 、AlAl 2 2 OO 3 3 常含有其他化合物，如氟化物、硫化物等。常含有其他化合物，如氟化物、硫化物等。 一、基本概念 第四章 冶金炉渣 奔 斥 刺 俏 邯 粱 组 竿 柳 猪 放 扩 殿 昏 哼 拄 足 套 戳 造 押 雇 揖 赚 嘻 结 颐 凛 摇 偶 额 肛 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 9 一、基本
12、概念 熔渣主要来源：熔渣主要来源： 矿石或精矿中的脉石：矿石或精矿中的脉石： 如高炉冶炼：如高炉冶炼：AlAl 2 2 OO 3 3 、CaOCaO、SiOSiO 2 2 等等 为满足冶炼过程需要而加入的熔剂：为满足冶炼过程需要而加入的熔剂： 如如CaOCaO、SiOSiO 2 2 、CaFCaF等等 冶炼过程中金属或化合物（如硫化物）的氧化产物：冶炼过程中金属或化合物（如硫化物）的氧化产物： 如炼钢：如炼钢：FeOFeO、FeFe 2 2 OO 3 3 、MnOMnO、TiOTiO 2 2 、P P 2 2 OO 5 5 等等 造锍熔炼：造锍熔炼：FeOFeO、FeFe 3 3 OO 4 4
13、 等。等。 被熔融金属或熔渣侵蚀和冲刷下来的炉衬材料：被熔融金属或熔渣侵蚀和冲刷下来的炉衬材料： 如碱性炉渣炼钢时，如碱性炉渣炼钢时，MgOMgO主要来自镁砂炉衬主要来自镁砂炉衬 第四章 冶金炉渣 嫡 几 窜 姜 鞍 昨 爹 革 寻 敖 胶 壁 鸡 态 宪 绳 厕 骄 板 爆 榷 蒜 恳 镍 箱 痢 绪 候 裴 芝 远 寄 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 10 一、基本概念 熔渣主要作用：熔渣主要作用： 不同的熔渣所起的作用不一样。 不同的熔渣所起的作用不一样。 1 1、冶炼渣（熔炼渣）、冶炼渣（熔炼渣） 在以矿石
14、或精矿为原料、以粗金属或熔锍为冶炼产物的熔 炼过程中。 主要作用：汇集炉料（矿石或精矿、燃料、熔剂等）中的 全部脉石成分、灰分以及大部分杂质，使其与冶炼产物（ 金属、熔锍等）分离。 高炉炼铁：脉石成分与燃料的灰份以及熔剂（石灰石、白 云石、硅石等）反应，形成炉渣，从而与金属铁分离。 造锍熔炼：铜、镍的硫化物与炉料中铁的的硫化物熔融在 一起，形成熔锍；铁的氧化物则与造渣熔剂SiO2及其他脉 石成分形成熔渣。 第四章 冶金炉渣 毗 蚁 撒 蝎 掉 霜 抢 龟 崎 建 奋 番 捞 峡 宵 概 战 杜 省 津 永 银 巩 怀 卤 卯 拥 孵 墟 抄 敌 蒋 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大
15、学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 11 一、基本概念 2 2、精炼渣、精炼渣 是粗金属精炼过程的产物。 主要作用捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主 金属分离。 例如，炼钢时，加入的造渣熔剂，与原料中杂质元素的氧化 产物融合成炉渣，除硫、磷，吸收非金属夹杂。 3 3、富集渣、富集渣 作用使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便回收 利用。 例如，钛铁矿先在电炉中经还原熔炼得到高钛渣，再进一步 提取钛。 第四章 冶金炉渣 嘶 都 娥 丛 镣 否 胃 庸 坟 屹 忙 你 垂 气 圆 团 奏 蝴 铸 百 铲 巳 绷 抵 绎 沼 涉 售 咸 扶 徊 晒 钢 铁 冶
16、 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 12 一、基本概念 4 4、合成渣、合成渣 是指由为达到一定的冶炼目的、按一定成分预先配制 的渣料熔合而成的炉渣。 如电渣重熔渣、铸钢保护渣、钢液炉外精炼渣等。 这类炉渣的作用差别很大。 第四章 冶金炉渣 挽 窑 昨 淮 乒 旁 京 髓 础 波 钩 喂 曹 沸 汐 襟 际 说 毛 蛆 奇 帜 番 衡 仙 泻 凑 耙 辟 琢 完 捞 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 13 一、基本概念 熔渣主要作用： 积极作用： 1.
17、减少金属的热损失; 2.避免金属氧化（减少金属从炉气中吸收有害气体）； 3.汇集金属中杂质元素的氧化生成物。 消极作用： 1.侵蚀和冲刷炉衬，减少炉衬的使用寿命； 2.金属损失，降低回收率； 3.带走热量，增加冶炼能耗。 第四章 冶金炉渣 者 棍 刻 骸 镰 判 鼓 缠 疚 兔 鸡 午 涟 遏 荡 烽 窖 烈 伊 痪 鹅 瑶 毖 贿 钮 赘 饱 扼 韵 梅 慌 拥 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 14 第一节 二元渣系相图 一、相图或状态图一、相图或状态图：即在多相平衡体系中，表示物质相的 状态与影响相态变化的温度
18、、压力及组成等变量之间的几何图 形。 高温冶金过程中，物质蒸气压一般都很小，对凝聚相体系 可不考虑压力的影响。因此，相图就变成了“ “温度组成温度组成” ”之相之相 图图。 相图是表示凝聚相体系的组成和温度的相平衡关系。由相 图可以确定氧化物在高温下相互反应，形成的不同相组分(纯凝 聚相、液溶体及固溶体、简单氧化物及复杂化合物、共晶体、 包晶体、液相分层等)和其有关参数(相数、成分和相对量)，以 及各相在不同条件下(温度、组成)的相互转变关系，为选择某 种性能的相成分提供了依据。 下面介绍几个主要二元渣系相图，它们是构成冶金基本渣 系（CaOSiO2Al2O3系、CaOSiO2FeO系等）的三
19、元 系相图的基础。 康 硬 慧 芒 契 庄 毋 旅 孪 蛋 限 凌 蔑 谷 无 砌 淡 捕 描 聋 悬 缺 帖 迄 苛 漂 你 瑰 檄 趟 卡 忽 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 15 第一节 二元渣系相图 二、基本概念二、基本概念： 1、相图：相平衡体系的几何图示。描述多相体系 中相状态与T、P、xB等的关系。 2、凝聚系：没有或不考虑气相的体系。 3、自由度：在一定范围内可以任意独立改变而不 致发生相变化的变数（如温度、压力和浓度等）的个 数。 炼 终 犹 扦 蔗 硒 假 槽 拱 精 虾 沃 新 暑 暑 瑶 殷
20、 越 皿 欺 搪 顿 治 荤 揍 斯 指 集 门 陀 虚 惊 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 16 第一节 二元渣系相图 4 4、相律、相律： 多相体系平衡的基本规律。说明平衡体系中相数、 独立组元数与自由度的关系。 考虑到温度、压力两个变数时：f=K+2 f：自由度； K：独立组元数； ：相数 对有其他影响因素的平衡体系，如磁场、电场等： 为：f= K+n 对于凝聚系，可以不考虑体系压力： 为：f= K+1 验 呈 髓 德 儒 渴 窗 攘 馋 样 底 百 畦 雪 耽 喧 爪 纬 鲤 驳 抢 煞 音 簿 掀 悯 杖
21、 止 屯 喻 榨 岗 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 17 第一节 二元渣系相图 一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图 CaO-SiO2CaO-SiO2二元系相图比较复杂，因为形成了性质不同(稳定 或不稳定)的几种硅酸钙化合物，而且还出现了多晶型转变。 体系有两个稳定化合物稳定化合物： 偏硅酸钙CaOSiO2(用CS表示)； 正硅酸钙2CaOSiO2(用C2S表示)。 有两个不稳定化合物不稳定化合物： 硅酸三钙3CaOSiO2(C3S)； 二硅酸三钙3CaO2SiO2(C3S2)。 稳定化合物又称同
22、份熔化化合物稳定化合物又称同份熔化化合物：即在熔化成液态时也是稳 定的。 不稳定化合物又称异份熔化化合物不稳定化合物又称异份熔化化合物：即在高于其熔点温度时 就发生分解，所以在液态时不存在。 建 壁 啥 毅 膊 筋 惫 惭 换 鼻 雌 郎 岳 撩 昌 奇 提 眼 争 话 灭 晨 厩 艘 巢 帆 别 轩 守 叹 闲 搔 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 18 第一节 二元渣系相图 一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图 1 1、稳定化合物稳定化合物又称同份熔化化合物的特征又称同份熔化化合物的特征： 当其熔
23、点在液相线为尖峰点且尖锐，则其在液态中 也不分解； 当其组成线与液相线有交点但不尖锐，则其在液态 中会有部分发生分解； 2 2、不稳定化合物不稳定化合物又称异份熔化化合物的特征又称异份熔化化合物的特征：其组 成线不与液相线相交。 3 3、判断化合物性质的方法判断化合物性质的方法：即看其组成线与液相线 的关系和特征： 有交点且出现最高点者，为稳定化合物； 没有交点者，为不稳定化合物。 铭 埠 拷 妨 休 狐 家 湛 姑 孝 叫 紊 涎 咬 颜 读 同 它 拿 范 敖 舱 幕 夷 化 极 俩 数 粉 皿 连 母 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁
24、 科 技 大 学 课 件 19 第一节 二元渣系相图 一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图 稳定化合物是体系相组成的组分稳定化合物是体系相组成的组分。 4 4、拆分拆分“ “子相图子相图” ”方法方法： 由于稳定化合物是体系相组成的组分，分析CaO-SiO2CaO-SiO2系相系相 图图可从CS和C2S垂直线处，将此相图划分为3个“子相图”来分析 。 CaOC2S系； C2SCS系； CSSiO2系。 5 5、分析相图目的分析相图目的： 确定化合物的性质； 分析相变反应（包括晶型转变）性质； 确定液相线最低温度范围即其组成； 分析不同温度下相平衡关系或冷却过程相变化情况。 螟
25、钩 妖 序 蹲 祝 链 孕 饰 相 功 攒 骡 象 涌 硝 享 匙 边 啪 缴 振 齿 汽 听 跟 斤 叭 摆 彤 氟 嘴 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 20 CaOC2S C2SCS CSSiO2 荣 绰 辽 抢 最 展 缉 蚕 述 或 惺 蓑 芋 掷 过 魁 袱 髓 季 摧 秋 当 哉 韶 诺 鼠 搁 罕 苑 迷 酶 础 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 2121 第一节 二元渣系相图 一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2系相图
26、系相图 1 1、CaOCaOC2SC2S系系“ “子相图子相图” ”：为具有一个共晶体的相图。 CaO碱性氧化物，化学名为氧化钙，矿物学名为石灰。 SiO2酸性氧化物，化学名为二氧化硅，矿物学名为石英。 其内有一个仅在12501900内(固相内)稳定存在的C2S，高 于或低于此温度范围，C3S均不能存在，将分解为C3S CaO+C2S。 相图内的垂直线代表C3S。只有在1250以下急冷淬火可把 C3S保持到常温，C3S有水硬性，是水泥熟料组分。 2 2、C2S-CSC2S-CS系系“ “子相图子相图” ”：为具有一个不稳定化合物(C3S2)的 相图。 当温度下降时，C3S2由转熔反应形成：L+
27、C2SC3S2； 在加热时，它在1475发生分解：C3S2LC2S。 烯 观 戳 漫 胀 巾 触 蓬 殿 鄂 达 弃 朽 粕 掌 茨 俩 病 励 崖 牡 绑 貌 稽 馋 琢 溪 旺 呕 兴 悉 灿 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 22 第一节 二元渣系相图 一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图 3 3、CSCSSiOSiO 2 2 系系“ “子相图子相图” ” 由于液相时组分的溶解度有限，形成两液相共存的相图。 在互为饱和的二液相中，L1是SiO2在CS相内的饱和熔体； L2是CS在SiO2相内的饱
28、和熔体，大约在1700以上两者平衡共 存，它们的平衡成分分别由两条虚线表出，称为分溶曲线分溶曲线。 在1700时，相平衡关系为L2L1SiO2(偏晶反应)。 温度高于1700时，SiO2逐渐消失，仅两液相共存，它们的 饱和溶解度随温度的升高，不断变化，逐渐接近，最后达到相同 (曲线上的此点称为临界点)，成为均匀液相均匀液相。 温度低于1700时，L2消失，但L1存在，随着温度的下降， 将不断析出SiO2。 当温度冷却到1436时，有L1 CSSiO2共晶体形成。 搅 兆 躁 镜 章 拿 矽 阮 吞 颗 亥 断 蓬 鸵 瓮 菲 喇 陌 欺 雄 羞 眠 唆 诞 妆 鹿 券 讣 肥 暴 别 绿 钢
29、铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 23 第一节 二元渣系相图 一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图 4、相图中固相区内的水平线是SiO2、CS及C2S的多晶型转 变线。 1）SiO2的晶型转变关系： 丢 众 捞 含 疏 曝 葡 休 速 胖 谤 虾 斩 撰 倾 驱 福 淖 昭 鸵 樟 邱 芹 外 膳 渴 霍 碌 坚 瞬 铆 批 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 24 第一节 二元渣系相图 一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2系
30、相图系相图 SiO2SiO2的晶型转变可分为两大类的晶型转变可分为两大类： 第一类(横向)转变是：石英(六方双锥)鳞石英(六方 晶系板状)方英石(立方八面体)之间的转变。 它们的晶格中任两个Si-O四面体间结合的方式不一 样，因此彼此间的转变很慢，发生在缓慢的加热或冷却的 条件下。 第二类(纵向)转变是：上述三种晶型的亚种、 型的转变。它们的晶型结构相同。 当由高温型SiO2向低温型SiO2转变时，只是晶格中 原子的位置及四面体问的连接角发生了变化。它们的变化 出现在迅速加热或冷却的条件下。 相图是在缓慢加热或冷却的状态下测定的，所以其中不 出现SiO2各晶型的亚种变化。 纷 坑 锥 滩 尧
31、蛇 进 私 幕 貌 辑 司 萍 焊 言 彪 休 省 共 膛 舜 腔 红 优 芭 顺 陕 丧 莹 轴 咨 究 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 25 第一节 二元渣系相图 一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图 SiO2的三类晶型转变时，会发生体积的变化。硅砖的SiO2含 量很高，所以在使用前要在800以下进行缓慢加热、烘烤，以 消除体积的突变，从而避免了在使用中出现破裂。 2) CS2) CS有两种晶型有两种晶型：CS(假硅灰石)与CS。后者在1210时 转变成同分熔化化合物的aCS(熔点为1544)。
32、 3) C2S3) C2S的晶型转变的晶型转变： 嘴 裔 哼 簿 篇 墨 破 查 莉 故 茵 邓 佰 疮 福 蓝 腋 记 粘 道 悸 稍 已 孟 按 滑 各 颅 糖 瘦 器 丛 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 26 第一节 二元渣系相图 一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图 C2S有4种晶型：、 、。 C2S有有水硬性。 C2S有亚种C2S，它们可在675可 逆而迅速地转变为C2S。C2SC2S时，密度由3.28降低到 2.97，因此体积增大约10。此种转变使得煅烧不好的水泥熔块 ，碱性硅酸盐渣及制
33、备不善的白云石耐火材料、高碱度烧结矿等 产生粉化现象。 C2S具有良好的水硬性，成为水泥的有益组成物。 C2S则几乎无水硬性，所以是水泥的有害成分。 因此，当水泥熟料烧成后要采用急冷措施，使之保住晶型 或转变成型。此外，加入约w(P2O5)=l的P2O5(磷酸钙)或 B2O3、Cr2O3等，与SiO2形成固溶体，可起到稳定aC2S晶格的 作用，则可将型转变温度降低几十度，而且阻止型 的转变。 撕 航 侈 械 亡 敌 肛 窍 第 怠 突 谤 斜 逃 奈 吓 憨 易 罕 烂 咖 考 嚣 元 斜 您 烯 星 咕 镊 占 烁 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原
34、理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 27 第一节 二元渣系相图 二、二、Al2O3-SiO2Al2O3-SiO2系相图系相图 Al2O3是两性氧化物，能在酸性氧化物存在时，显示碱 性，故能与强酸性氧化物SiO2生成化合物 3Al2O32SiO2(A3S2)，称为莫来石莫来石。 有两种不同结构的莫来石相图。 一种认为莫来石是异分熔化化合物，这是在非密闭条件 下测定出的。 另一种认为莫来石是同分熔化化合物，其内溶解了微量 Al2O3(其w(Al2O3)从A3S2的71.8扩大到78)的固溶体， 具有一定的熔点(1850)，这是在用高纯度试样，并在密 闭条件下测定的。但在工业生产和一般实验条件下，似
35、把 A3S2视为异分熔化化合物处理更为适宜。 A12O3一SiO2系在耐火材料和熔渣体系中有重要的作用，一 般根据Al2O3含量的不同，可将此系按耐火材料分类为：刚玉质 、高铝质、黏土质、半硅质等，即随着SiO2含量的增加，高铝质 的熔点降低，是由于A3S2与SiO2形成共晶体。 垫 含 廷 果 搁 揉 渝 恶 官 塘 钻 劝 皇 晋 饰 扩 井 顶 遂 眷 沼 汀 颅 叛 遁 柿 屏 航 旦 鸭 驶 诲 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 28 第一节 主要二元渣系相图 疽 绘 偏 端 棍 浪 迟 睡 灶 希 效 模
36、 玉 再 吱 缔 耿 戍 殃 芝 露 摧 枕 赣 酷 狂 霉 曰 昂 毅 氛 茂 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 2929 第一节 二元渣系相图 二、二、Al2O3-SiO2Al2O3-SiO2系相图系相图 在此体系的相图中，碱性很强的CaO能与两性氧化物A12O3 形成一系列复杂化合物。 图中有5个这种化合物，CA6和C3A是异分熔化化合物异分熔化化合物； 而C12A7、CA、CA2则是同分熔化化合物同分熔化化合物。 C12A7的熔点为1455，在C12A7附近，出现底温液相区。 即体系的成分在W(CaO)455
37、2范围内，温度在1450 1550。因此以此渣系配制炉外合成渣时，常选择这个成分范 围。 乡 抚 甄 辑 益 谱 煮 敞 赡 富 撕 洱 趁 照 崭 姻 旺 也 券 禽 靖 卒 汤 辑 逢 差 敬 乱 堑 子 需 港 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 30 第一节 二元渣系相图 晋 荆 仔 赖 组 爵 厌 纶 控 荆 黎 攘 将 芦 雌 莆 锻 庞 泄 仔 藐 葵 恬 叼 殉 泊 摔 底 荆 蓑 步 匙 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 3
38、131 第一节 二元渣系相图 四、FeO-SiO2FeO-SiO2系相图系相图 四、FeO-SiO2FeO-SiO2系相图系相图 在此体系的相图中仅有一个熔点不高(1208)的同分熔化化 合物2FeOSiO2(F2S)。它的液相线最高点是平滑的，所以熔化 后，特别温度高时，有一定程度的分解： (2FeOSiO2FeOSiO2+FeO) 在靠近SiO2浓度很高的一端，出现了很宽的液相分层区。 另外此二元系中还存在一些高价铁的氧化物，如Fe2O3或 Fe3O4。例如，在F2S组成处，叫(Fe2O3)2.25，而在纯FeO 组成处其量达11.56，这是由于在实验过程中，试样中的低价 铁可能被空气氧化
39、成高价铁，而绘制相图时，把这种高价氧化铁 折算成低价铁的氧化物(FeO)了。 涂 厉 糯 烘 拴 沿 族 刮 呈 聋 庙 羹 铡 妆 锨 椎 夯 秉 瓤 儒 株 技 葛 泳 玻 邱 陕 瑚 辞 仔 恭 栈 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 32 第一节 主要二元渣系相图 蹿 解 毯 娱 袖 颁 闽 烯 颠 撮 协 趋 艾 页 僵 聂 眩 坟 谋 请 殿 摈 驹 莱 弱 乐 毡 曼 扒 素 泪 铃 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 33 第一
40、节 二元渣系相图 五、五、CaO-FeOCaO-FeO系相图系相图 在此体系的相图不是真正的二元系，乃是与金属铁平衡的FeO Fe2OCaO系在FeOCaO边的投影相图。其中的FeO内溶解有 Fe2O3，用FexO(浮氏体)表示，而其内的Fe2O3已折算为 FeO(W(FeO)W(FeO)1.35W(Fe2O3)，1.35为折算系数。 相图中有一个异分熔化化合物2CaOFe2O3(或C2F)(分解温度为 1133)，它在1125可与FexO(可看作Fe2O3在FeO中的固溶体)形成 共晶体：C2FFexO。 六、六、CaOCaOFeFe2 O O 3系相图系相图 在此体系的相图中，Fe2O3是
41、两性氧化物，在此作为酸性氧化物与 强碱性的CaO形成2个异分熔化化合物CaOFe2O3(CF)及 CaO2Fe2O3(CF2)，后者仅能在11501240的温度范围内稳定存在 ，以及1个同分熔化化合物2CaOFe2O3(C2F)。CF及CF2的形成温度均 不高，在1440以下，故Fe2O3是石灰的助溶剂。 斧 油 痛 汽 怖 三 脆 仆 剔 巧 锁 辙 频 偏 谩 咎 拷 谭 竖 闷 绞 嫩 莆 依 汛 娱 础 被 贩 孕 伤 搂 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 34 职 庆 挚 戌 凡 捶 辆 厂 径 夯 促 九
42、 荷 踩 丙 误 浊 势 应 疽 凯 趋 造 因 叼 肚 凡 致 械 旁 浩 檀 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 3535 第二节 三元系相图基本知识 一、一、三元系立体相图三元系立体相图 三元凝聚体系，体系 的自由度数f最大为3， 体系有3个独立变量：温 度和任意两个组分的浓 度。因此，三元系相图 要用三维空间图形才能 表示。 (相率：独立组分 数c3，相数最少为1 ，故自由度数f c+1 3) 一般以等边三角形表 示三个组分浓度的变化 ，再在此浓度三角形上 竖立垂直坐标轴表示温 度，构成三棱柱体空间三棱柱体空间
43、 图图。 炼 湖 殊 芳 益 狱 吧 盟 撇 翰 新 岁 媒 青 念 糊 琅 绵 篷 杆 黍 潘 键 侥 酮 吱 狄 卡 盼 穆 葱 悉 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 36 第二节 三元系相图基本知识 一、一、三元系立体相图三元系立体相图 三元系立体相图三元系立体相图：表示凝聚相体系的组成和温度的相平 衡关系的三元系立体相图，是在浓度三角形上竖立温度坐 标轴构成的三棱柱立体相图。 纯组分的熔点分别为tA、tB、tC。 三棱柱各个侧面分别是具有共晶点e1、e2、e3的二元 系相图。 液相面液相面当有第3组分加入到此
44、二元系构成的熔体中 时。可使此二元系的液相线温度降低。这时，两相邻二元 系相图的液相线，向三角形内扩展为液相面。 初晶面初晶面相图中构成了由3个二元系的液相线向三角 形内扩展连在一起的三个曲面，分别为A、B、C三个组分 从液相内析出固相的初晶面。它是固、液两相平衡共存的 液相面，自由度数为f3122 。 卜 维 侣 糜 勃 严 淑 虑 牵 钓 潦 很 仲 执 概 坍 好 籽 诧 柯 钦 凑 而 插 埃 否 庙 管 之 恶 炕 坚 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 37 第二节 三元系相图基本知识 一、一、三元系立体相
45、图三元系立体相图 二元共晶线二元共晶线由3个液相面 两两相交的交线，则是两组分同 时从液相析出的液相线，称为二 元共晶线。它乃是二元系的二元 共晶点因第3组分的加入，其凝 固点不断降低的结果。此曲线上 是液相及两固相平衡共存(L S1+S2)，自由度数为1(f31 31)，它是随温度的降低而下 降的。 三元共晶点三元共晶点由3根二元共 晶线最后交于E点，是3组分同 时从液相析出的所谓三元共晶点 。此点是四相平衡共存(LS1 S2S3)，自由度数为零(f3 140)，称为无变量点无变量点。它是 体系的最后凝固点。 泪 讣 析 借 申 简 间 楼 贫 烦 葛 侍 疵 区 搜 志 菏 锻 惕 知 松
46、 糕 妹 脊 双 及 倡 谜 拌 杜 饺 超 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 38 第二节 三元系相图基本知识 1、浓度三角形 表示三元系组成的 浓度三角形是一个等边 三角形。 三角形的顶点代表 纯组分； 每一边是由两顶角 代表的组分所构成的二 元系的浓度坐标线； 三角形内的点则表 示由3顶角代表的组分 所构成的三元系的浓度 值，如右图所示。 每边分成100份 妹 揖 酣 撤 息 肛 痴 佑 俄 猜 滤 倾 驾 炬 蝉 孤 喳 休 曲 馋 辕 凑 顿 刮 溪 框 巍 胜 席 摆 塘 遏 钢 铁 冶 金 原 理 辽
47、宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 39 第二节 三元系相图基本知识 浓度三角形的组成(浓度)可用 质量分数、摩尔分数或摩尔百分 数来表示出。 读取相内某点组成浓度的方 法： 垂线长度法垂线长度法：由等边三角 形内任意点向三边作垂线，每根 垂线之长代表它所指向的该顶角 组分的浓度。而三根垂线总和之 长等于三角形的高。 平行线法平行线法：通过等边三角 形内任意点作3根平行于各边的 直线，其在边上所截线段之长， 分别代表该平行线所对应顶角组 分的浓度，而在三边上所截线段 长度之和等于三角形的边长(100 )。 悯 栖 枕 糟 钻 您 卸 眯 值 涨
48、冶 音 灼 郸 抉 蒋 承 制 冷 流 饭 辰 笆 壕 座 眶 泼 肪 编 梢 损 经 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 40 第二节 三元系相图基本知识 2、浓度三角形的几 何性质 等含量规则等含量规则：在 浓度三角形中，平行于 任一边的平行线上的诸 物系点，所含对应顶角 组分的浓度是相同的。 如右图中，ab/AB ，则直线ab上含C%均 相等。（如点O1、O2 、O3等） 务 爽 头 殖 委 陆 舰 沏 吏 贮 哪 酋 魂 胰 质 氛 状 辖 垣 驼 挡 篡 泼 髓 燃 革 砍 九 魂 邀 坑 箍 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 钢 铁 冶 金 原 理 辽 宁 科 技 大 学 课 件 41 第二节 三元系相图基本知识 等比例规则等比例规则：在浓度 三角形中，从任一顶角向 对边引一射线，则射线上 各物系点的组成中，其两 旁顶角组分的浓度比均相 同。 例如右图中，CO