《钢铁冶金原理》课件.ppt

《《钢铁冶金原理》课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《钢铁冶金原理》课件.ppt（168页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、钢铁冶金原理课件钢铁冶金原理课件第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣l 本章主要内容本章主要内容 教学重点难点教学重点难点l 第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图 掌握掌握l 第二节第二节 三元系相图基本知识三元系相图基本知识 掌握、难点掌握、难点l 第三节第三节 三元渣系的相图三元渣系的相图 重点掌握、难点重点掌握、难点l 第四节第四节 熔渣的结构理论熔渣的结构理论 重点掌握重点掌握l l 第五节第五节 熔渣的离子溶液模型熔渣的离子溶液模型 了解、难点了解、难点l 第六节第六节 熔渣的化学性质熔渣的化学性质 重点掌握、难点重点掌握、难点l 第七节第七节 熔渣的物理性质熔渣的物理性质 掌握掌握2第

2、四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣l l炉渣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以氧化物为主要成分的多组分熔体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以氧化物为主要成分的多组分熔体。l l1 1、炉渣分类炉渣分类炉渣分类炉渣分类根据冶炼过程目的的不同，炉渣可分为下列根据冶炼过程目的的不同，炉渣可分为下列4类：类：l1)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冶炼渣或还原渣。

3、例如，。例如，冶炼铁矿石得到的高炉渣。冶炼铁矿石得到的高炉渣。l2)精炼粗金属，由其中元素氧化形成的氧化物组成的炉渣，称为精炼粗金属，由其中元素氧化形成的氧化物组成的炉渣，称为精精炼渣或氧化渣炼渣或氧化渣。例如，由生铁冶炼成钢产生的炼钢渣。例如，由生铁冶炼成钢产生的炼钢渣。l3)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，称为的炉渣，称为富集渣富集渣。例如，钛精矿还原熔炼所得的高钛渣，吹炼。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含钒、铌生铁得到的钒渣、铌渣等。它

4、们分别用作提取金属钛和铌的原料。的原料。l4)按炉渣所起的冶金作用，而采用各种造渣材料预先配制的炉渣，按炉渣所起的冶金作用，而采用各种造渣材料预先配制的炉渣，称为称为合成渣合成渣。如电渣重熔用渣，浇铸钢锭或钢坯的保护渣及炉外精。如电渣重熔用渣，浇铸钢锭或钢坯的保护渣及炉外精炼渣。炼渣。3第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣l l2 2、冶炼过程中的炉渣组成冶炼过程中的炉渣组成冶炼过程中的炉渣组成冶炼过程中的炉渣组成：l还原熔炼中未被还原的氧化物；氧化熔炼中氧化形成的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为适应冶炼要求而加入的

5、熔剂；及被侵蚀的耐火炉衬的氧化物；以及少量硫化物及物；以及少量硫化物及CaF2等卤化物组成的；其中也还夹带等卤化物组成的；其中也还夹带着少量金属粒。着少量金属粒。l l3 3、炉渣在金属冶炼过程的作用炉渣在金属冶炼过程的作用炉渣在金属冶炼过程的作用炉渣在金属冶炼过程的作用：l分离或吸收杂质分离或吸收杂质；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；并能保护金属不受并能保护金属不受环境的玷污及减少金属的热损失环境的玷污及减少金属的热损失；在电炉冶炼中，炉渣还起在电炉冶炼中，炉渣还起着电阻发热的作用

6、。着电阻发热的作用。l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。4第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣l l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有的物理化学性质来实现的有的物理化学性质来实现的有的物理化学性质来实现的。l l熔渣

7、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。l l4 4、炉渣的处理炉渣的处理炉渣的处理炉渣的处理：作为废物送到渣场堆放。作为废物送到渣场堆放。a）影响国土的利用）影响国土的利用;b）若不加以综合利用，）若

8、不加以综合利用，也是极大的浪费也是极大的浪费;c）环境污染问题。）环境污染问题。综合利用处理。综合利用处理。a）保护环境；）保护环境；a）可以回收炉渣中有用成分。例如，）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。制成水泥、建筑材料和磷肥工业等的原料。5高温冶金过程多数在熔融的反应介质中进行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、铅烧结块的鼓风如高炉炼铁、硫化铜精矿的造锍熔炼、铅烧

9、结块的鼓风炉熔炼等。炉熔炼等。一、一、基本概念基本概念冶金熔体冶金熔体：在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或：在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或反应产物。反应产物。冶金熔体分类冶金熔体分类根据组成熔体的主要成分的不同根据组成熔体的主要成分的不同：金属熔体金属熔体:非金属熔体非金属熔体:熔渣、熔盐、熔锍。熔渣、熔盐、熔锍。第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣6一、一、基本概念基本概念主主要要由由冶冶金金原原料料中中的的氧氧化化物物或或冶冶金金过过程程中中生生成成的的氧化物氧化物组成的组成的熔体熔体。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：熔渣是一种非常复杂的多组分体系

10、：熔渣是一种非常复杂的多组分体系：如如如如CaOCaO、FeOFeO、MnOMnO、MgOMgO、AlAl2 2OO3 3、SiOSiO2 2、P P2 2OO5 5、FeFe2 2OO3 3除除除除氧氧氧氧化化化化物物物物外外外外，炉炉炉炉渣渣渣渣还还还还可可可可能能能能含含含含有有有有少少少少量量量量其其其其它它它它类类类类型型型型的的的的化化化化合物甚至金属。合物甚至金属。合物甚至金属。合物甚至金属。如如如如氟氟氟氟化化化化物物物物（CaFCaF2 2）、氯氯氯氯化化化化物物物物（NaClNaCl）、硫硫硫硫化化化化物物物物（CaSCaS、MnSMnS）、硫酸盐等、硫酸盐等、硫酸盐等、硫

11、酸盐等。l 熔渣是火法冶金过程产物第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣7一、一、基本概念基本概念第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣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。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。以上。以上。多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物是：多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物是：多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物是：多数有色冶金炉渣和钢渣的

12、主要氧化物是：CaOCaO、SiOSiO2 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：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、SiOSiO22、AlAl2 2OO3 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。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、一、基本概念基本概念第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣9一、一、基本概念基本概念熔渣主要来源：熔渣主要来源：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

13、石：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：如高炉冶炼：如高炉冶炼：AlAl2 2OO3 3、CaOCaO、SiOSiO2 2等等等等 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：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：如如如如CaOCaO、SiOSiO2 2、CaFCaF等等等等 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：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：如炼钢：如炼钢：FeOFeO、FeFe2 2OO

14、3 3、MnOMnO、TiOTiO2 2、P P2 2OO5 5等等等等 造锍熔炼：造锍熔炼：造锍熔炼：造锍熔炼：FeOFeO、FeFe3 3OO4 4等。等。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：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，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主要来自镁砂炉衬主要来自镁砂炉衬第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣10一、一、基本概念基本概念熔渣主要作用：熔渣主要作用：熔渣主要作用：熔渣主要作用：不

15、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）在在以以矿矿石石或或精精矿矿为为原原料料、以以粗粗金金属属或或熔熔锍锍为为冶冶炼炼产产物物的的熔熔炼过程中。炼过程中。主主要要作作用用：汇汇集集炉炉料料（矿矿石石或或精精矿矿、燃燃料料、熔熔剂剂等等）中中的的全全部部脉脉石石成成分分、灰灰分分以以及及大大部部分分杂杂质质，使使其其与与冶冶炼炼产产物物（金属、熔锍等）（金属、熔锍等）分离分离。高高炉炉炼炼铁铁：脉脉石石成成分分与与燃燃料料的的灰灰份份以以及及熔熔剂剂（石石灰灰石石、白白云石、硅石等）反应，形成炉渣，从而与金属铁分离。云石、硅石等）反应，

16、形成炉渣，从而与金属铁分离。造造锍锍熔熔炼炼：铜铜、镍镍的的硫硫化化物物与与炉炉料料中中铁铁的的的的硫硫化化物物熔熔融融在在一一起起，形形成成熔熔锍锍；铁铁的的氧氧化化物物则则与与造造渣渣熔熔剂剂SiO2及及其其他他脉脉石成分形成熔渣。石成分形成熔渣。第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣11一、一、基本概念基本概念2 2、精炼渣、精炼渣是粗金属精炼过程的产物。是粗金属精炼过程的产物。主主要要作作用用捕捕集集粗粗金金属属中中杂杂质质元元素素的的氧氧化化产产物物，使使之之与与主主金属分离。金属分离。例例如如，炼炼钢钢时时，加加入入的的造造渣渣熔熔剂剂，与与原原料料中中杂杂质质元元素素的的氧氧化化产物融合

17、成炉渣，除硫、磷，吸收非金属夹杂。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 作作用用使使原原料料中中的的某某些些有有用用成成分分富富集集于于炉炉渣渣中中，以以便便回回收收利用。利用。例例如如，钛钛铁铁矿矿先先在在电电炉炉中中经经还还原原熔熔炼炼得得到到高高钛钛渣渣，再再进进一一步步提取钛。提取钛。第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣12一、一、基本概念基本概念4 4 4 4、合成渣、合成渣、合成渣、合成渣 是是指指由由为为达达到到一一定定的的冶冶炼炼目目的的、按按一一定定成成分分预预先先配配制制的渣料熔合而成的炉渣。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

18、渣等。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。这类炉渣的作用差别很大。第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣13一、一、基本概念基本概念熔渣主要作用：熔渣主要作用：积极作用：积极作用：1.减少金属的热损失减少金属的热损失;2.避免金属氧化（减少金属从炉气中吸收有害气体）；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。汇集金属中杂质元素的氧化生成物。消极作用：消极作用：1.侵蚀和冲刷炉衬，减少炉衬的使用寿命；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；金属损失，降低回收率；3.带走热量，增加冶炼能耗。带走热量，增加冶炼能耗

19、。第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣14第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图 l l一、相图或状态图一、相图或状态图一、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：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、压力及组成等变量之间的几何图形。影响相态变化的温度、压力及组成等变量之间的几何图形。l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，相图就变成了虑压力的影响。因此，相图就变成了“温度组成温度组成温度组成温度组成”之相图之相图之相图之相图。l相图是表示凝聚相体系的组成和

20、温度的相平衡关系。由相图可以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、液相分层等相分层等)和其有关参数和其有关参数(相数、成分和相对量相数、成分和相对量)，以及各相在不同，以及各相在不同条件下条件下(温度、组成温度、组成)的相互转变关系，为选择某种性能的相成分提的相互转变关系，为选择某种性能的相成分提供了依据。供了依据。l下面介绍几个主要二元渣系相图，它们是构

21、成冶金基本渣系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、系、CaOSiO2FeO系等）的三元系相系等）的三元系相图的基础。图的基础。15第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图二、基本概念二、基本概念二、基本概念二、基本概念：l1、相图相图：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。l2、凝聚系凝聚系：没有或不考虑气相的体系。l3、自由度自由度：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。16第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图l l4 4、相律、相律、相律、相律：l多相体系平衡的基本规律。说

22、明平衡体系中相数、独立组元数与自由度的关系。l考虑到温度、压力两个变数时：f=K+2lf：自由度；K：独立组元数；：相数l对有其他影响因素的平衡体系，如磁场、电场等：为：f=K+nl对于凝聚系，可以不考虑体系压力：为：f=K+117第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图一、一、一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图系相图系相图l lCaO-SiO2CaO-SiO2CaO-SiO2CaO-SiO2二二元元系系相相图图比比较较复复杂杂，因因为为形形成成了了性性质质不不同同(稳稳定定或或不不稳稳定定)的几种硅酸钙化合物，而且还出现了多晶型转变。的几种硅酸

23、钙化合物，而且还出现了多晶型转变。l体系有两个体系有两个稳定化合物稳定化合物稳定化合物稳定化合物：偏硅酸钙偏硅酸钙CaOSiO2(用用CS表示表示)；正硅酸钙正硅酸钙2CaOSiO2(用用C2S表示表示)。l有两个有两个不稳定化合物不稳定化合物不稳定化合物不稳定化合物：硅酸三钙硅酸三钙3CaOSiO2(C3S)；二硅酸三钙二硅酸三钙3CaO2SiO2(C3S2)。l l稳定化合物又称同份熔化化合物稳定化合物又称同份熔化化合物稳定化合物又称同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。：即在熔化成液态时也是稳定的。l l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

24、熔化化合物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：即在高于其熔点温度时就发生分解，所以在液态时不存在。分解，所以在液态时不存在。18第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图一、一、一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图系相图系相图l l1 1、稳定化合物稳定化合物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又称同份熔化化合物的特征又称同份熔化化合物的特征：a)当其熔点在液相线为尖峰点且尖锐，则其在液态中也不当其熔点在液相线为尖峰点且尖锐，则其在液态中也不分解；分解；b)当其组成

25、线与液相线有交点但不尖锐，则其在液态中会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；有部分发生分解；l l2 2、不稳定化合物不稳定化合物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：其组成线不与液相线相交。不与液相线相交。l l3 3、判断化合物性质的方法判断化合物性质的方法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：即看其组成线与液相线的关系和特征：系和特征：有交点且出现最高点者，为稳定化合物；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。没有

26、交点者，为不稳定化合物。19第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图一、一、一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图系相图系相图l l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。l l4 4、拆分拆分拆分拆分“子相图子相图子相图子相图”方法方法方法方法：l由于稳定化合物是体系相组成的组分，分析由于稳定化合物是体系相组成的组分，分析CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图系相图系相图可可从从CS和和C2S垂直线处，将此相图划分为垂直线处，将此相图划分为3个个“子相图子相图”来分析。

27、来分析。CaOC2S系；系；C2SCS系；系；CSSiO2系。系。l l5 5、分析相图目的分析相图目的分析相图目的分析相图目的：确定化合物的性质；确定化合物的性质；分析相变反应（包括晶型转变）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；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。分析不同温度下相平衡关系或冷却过程相变化情况。20CaOC2SC2SCSCSSiO2第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图一、一、一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图系相图系相图l l1 1、CaOCaOC2

28、SC2S系系系系“子相图子相图子相图子相图”：为具有一个共晶体的相图。为具有一个共晶体的相图。lCaO碱性氧化物，化学名为氧化钙，矿物学名为石灰。碱性氧化物，化学名为氧化钙，矿物学名为石灰。lSiO2酸性氧化物，化学名为二氧化硅，矿物学名为石英。酸性氧化物，化学名为二氧化硅，矿物学名为石英。l其内有一个仅在其内有一个仅在12501900内内(固相内固相内)稳定存在的稳定存在的C2S，高于或低，高于或低于此温度范围，于此温度范围，C3S均不能存在，将分解为均不能存在，将分解为C3S CaO+C2S。l相图内的垂直线代表相图内的垂直线代表C3S。只有在。只有在1250以下急冷淬火可把以下急冷淬火可

29、把C3S保持保持到常温，到常温，C3S有水硬性，是水泥熟料组分。有水硬性，是水泥熟料组分。l l2 2、C2S-CSC2S-CS系系系系“子相图子相图子相图子相图”：为具有一个不稳定化合物为具有一个不稳定化合物(C3S2)的相图。的相图。当温度下降时，当温度下降时，C3S2由转熔反应形成：由转熔反应形成：L+C2SC3S2；在加热时，它在在加热时，它在1475发生分解：发生分解：C3S2LC2S。22第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图一、一、一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图系相图系相图l l3 3、CSCSSiOSiO2 2系系系系“子相

30、图子相图子相图子相图”由于液相时组分的溶解度有限，形成两液相共存的相图。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，在互为饱和的二液相中，L1是是SiO2在在CS相内的饱和熔体；相内的饱和熔体；L2是是CS在在SiO2相内的饱和熔体，大约在相内的饱和熔体，大约在1700以上两者平衡共存，它们的以上两者平衡共存，它们的平衡成分分别由两条虚线表出，称为平衡成分分别由两条虚线表出，称为分溶曲线分溶曲线分溶曲线分溶曲线。在在1700时，相平衡关系为时，相平衡关系为L2L1SiO2(偏晶反应偏晶反应)。温度高于温度高于1700时，时，SiO2逐渐消失，仅两液相共存，它们的饱和

31、溶逐渐消失，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(曲线上的曲线上的此点称为临界点此点称为临界点)，成为，成为均匀液相均匀液相均匀液相均匀液相。温度低于温度低于1700时，时，L2消失，但消失，但L1存在，随着温度的下降，将不断存在，随着温度的下降，将不断析出析出SiO2。当温度冷却到当温度冷却到1436时，有时，有L1 CSSiO2共晶体形成。共晶体形成。23第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图一、一、一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图系相图系相图l4、

32、相图中固相区内的水平线是、相图中固相区内的水平线是SiO2、CS及及C2S的多晶型转变线。的多晶型转变线。l1）SiO2的晶型转变关系：的晶型转变关系：24第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图一、一、一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图系相图系相图l lSiO2SiO2的晶型转变可分为两大类的晶型转变可分为两大类的晶型转变可分为两大类的晶型转变可分为两大类：第一类第一类(横向横向)转变是：转变是：石英石英(六方双锥六方双锥)鳞石英鳞石英(六方晶系板六方晶系板状状)方英石方英石(立方八面体立方八面体)之间的转变。之间的转变。它们的晶格中任两个它们

33、的晶格中任两个Si-O四面体间结合的方式不一样，因此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。彼此间的转变很慢，发生在缓慢的加热或冷却的条件下。第二类第二类(纵向纵向)转变是：上述三种晶型的亚种转变是：上述三种晶型的亚种、型的转型的转变。它们的晶型结构相同。变。它们的晶型结构相同。当由高温型当由高温型SiO2向低温型向低温型SiO2转变时，只是晶格中原子的位转变时，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。加热或冷却的条件下。l相图是在缓慢加热或冷却的状态下

34、测定的，所以其中不出现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。各晶型的亚种变化。25第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图一、一、一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图系相图系相图lSiO2的三类晶型转变时，会发生体积的变化。硅砖的的三类晶型转变时，会发生体积的变化。硅砖的SiO2含量很高，含量很高，所以在使用前要在所以在使用前要在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。变，从而避免了在使用中出现破裂。l l2)CS2)CS有两种晶型有两

35、种晶型有两种晶型有两种晶型：CS(假硅灰石假硅灰石)与与CS。后者在。后者在1210时转变成时转变成同分熔化化合物的同分熔化化合物的aCS(熔点为熔点为1544)。l l3)C2S3)C2S的晶型转变的晶型转变的晶型转变的晶型转变：26第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图一、一、一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图系相图系相图lC2S有有4种晶型：种晶型：、。C2S有有水硬性。有有水硬性。C2S有亚种有亚种C2S，它们可在，它们可在675可逆而迅可逆而迅速地转变为速地转变为C2S。C2SC2S时，密度由时，密度由3.28降低到降低到2.97，因

36、，因此体积增大约此体积增大约10。此种转变使得煅烧不好的水泥熔块，碱性硅酸。此种转变使得煅烧不好的水泥熔块，碱性硅酸盐渣及制备不善的白云石耐火材料、高碱度烧结矿等产生粉化现象。盐渣及制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。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。则几乎无水硬性，所以是水泥的有害成分。l因此，当水泥熟料烧成后要采用急冷措施，使之保住因此，当水泥熟料烧成后要采用急冷措施，使之保住晶型或转变晶型或转变成成型。此外，加入约型。此外，加入约w(P2O5)=l的的P2O5(磷酸钙磷酸钙)

37、或或B2O3、Cr2O3等，与等，与SiO2形成固溶体，可起到稳定形成固溶体，可起到稳定aC2S晶格的作用，则可将晶格的作用，则可将型转变温度降低几十度，而且阻止型转变温度降低几十度，而且阻止型的转变。型的转变。27第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图二、二、二、二、Al2O3-SiO2Al2O3-SiO2Al2O3-SiO2Al2O3-SiO2系相图系相图系相图系相图 lAl2O3是两性氧化物，能在酸性氧化物存在时，显示碱性，故是两性氧化物，能在酸性氧化物存在时，显示碱性，故能与强酸性氧化物能与强酸性氧化物SiO2生成化合物生成化合物3Al2O32SiO2(A3S2)，称，称为为莫来石莫来

38、石莫来石莫来石。l有两种不同结构的莫来石相图。有两种不同结构的莫来石相图。l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。出的。l另一种认为莫来石是同分熔化化合物，其内溶解了微量另一种认为莫来石是同分熔化化合物，其内溶解了微量 Al2O3(其其w(Al2O3)从从A3S2的的71.8扩大到扩大到78)的固溶体，具的固溶体，具有一定的熔点有一定的熔点(1850)，这是在用高纯度试样，并在密闭条件，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，似把下测定的。但在工业生产和一般实验条件下，似把A3S2视为视

39、为异分熔化化合物处理更为适宜。异分熔化化合物处理更为适宜。lA12O3一一SiO2系在耐火材料和熔渣体系中有重要的作用，一般根据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、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，即随着黏土质、半硅质等，即随着SiO2含量的增加，高铝质的熔点降低，含量的增加，高铝质的熔点降低，是由于是由于A3S2与与SiO2形成共晶体。形成共晶体。28第一节 主要二元渣系相图 第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图二、二、二、二、Al2O3-SiO2Al2O3-SiO2Al2O3-

40、SiO2Al2O3-SiO2系相图系相图系相图系相图l在此体系的相图中，碱性很强的在此体系的相图中，碱性很强的CaO能与两性氧化物能与两性氧化物A12O3形成一形成一系列复杂化合物。系列复杂化合物。图中有图中有5个这种化合物，个这种化合物，CA6和和C3A是是异分熔化化合物异分熔化化合物异分熔化化合物异分熔化化合物；而而C12A7、CA、CA2则是则是同分熔化化合物同分熔化化合物同分熔化化合物同分熔化化合物。C12A7的熔点为的熔点为1455，在，在C12A7附近，出现底温液相区。即体系附近，出现底温液相区。即体系的成分在的成分在W(CaO)4552范围内，温度在范围内，温度在14501550

41、。因。因此以此渣系配制炉外合成渣时，常选择这个成分范围此以此渣系配制炉外合成渣时，常选择这个成分范围。30第一节 二元渣系相图 第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图四、四、FeO-SiO2FeO-SiO2FeO-SiO2FeO-SiO2系相图系相图系相图系相图l四、FeO-SiO2FeO-SiO2系相图系相图 l在此体系的相图中仅有一个熔点不高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。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：温度高时，有一定程度的分解：l (

42、2FeOSiO2FeOSiO2+FeO)l在靠近在靠近SiO2浓度很高的一端，出现了很宽的液相分层区。浓度很高的一端，出现了很宽的液相分层区。l另外此二元系中还存在一些高价铁的氧化物，如另外此二元系中还存在一些高价铁的氧化物，如Fe2O3或或Fe3O4。例。例如，在如，在F2S组成处，叫组成处，叫(Fe2O3)2.25，而在纯，而在纯FeO组成处其量达组成处其量达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，这是由于在实验过程中，试样中的低价铁可能被空气氧化成高价铁，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物

43、(FeO)了。了。32第一节第一节 主要二元渣系相图主要二元渣系相图 第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图 l l五、五、五、五、CaO-FeOCaO-FeOCaO-FeOCaO-FeO系相图系相图系相图系相图 l在此体系的相图不是真正的二元系，乃是与金属铁平衡的在此体系的相图不是真正的二元系，乃是与金属铁平衡的FeOFe2OCaO系在系在FeOCaO边的投影相图。其中的边的投影相图。其中的FeO内溶解有内溶解有Fe2O3，用，用FexO(浮氏体浮氏体)表示，而其内的表示，而其内的Fe2O3已折算为已折算为FeO(W(FeO)W(FeO)1.35W(Fe2O3)，1.35为折算系数。为折算系

44、数。l相图中有一个异分熔化化合物相图中有一个异分熔化化合物2CaOFe2O3(或或C2F)(分解温度为分解温度为1133)，它在它在1125可与可与FexO(可看作可看作Fe2O3在在FeO中的固溶体中的固溶体)形成共晶体：形成共晶体：C2FFexO。l l六、六、六、六、CaOCaOCaOCaOFeFeFeFe2O O O O3系相图系相图系相图系相图l在此体系的相图中，在此体系的相图中，Fe2O3是两性氧化物，在此作为酸性氧化物与强碱性是两性氧化物，在此作为酸性氧化物与强碱性的的CaO形成形成2个异分熔化化合物个异分熔化化合物CaOFe2O3(CF)及及CaO2Fe2O3(CF2)，后，后

45、者仅能在者仅能在11501240的温度范围内稳定存在，以及的温度范围内稳定存在，以及1个同分熔化化合物个同分熔化化合物2CaOFe2O3(C2F)。CF及及CF2的形成温度均不高，在的形成温度均不高，在1440以下，故以下，故Fe2O3是石灰的助溶剂。是石灰的助溶剂。34第二节第二节 三元系相图基本知识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l三元凝聚体系，体系的自由三元凝聚体系，体系的自由度数度数f最大为最大为3，体系有，体系有3个个独立变量：温度和任意两个独立变量：温度和任意两个组分的浓度。因此，三元系组分的浓度。因此，三元系相图要用三维空间图形才能相图要用三维空间图形才能表

46、示。表示。(相率：独立组分数相率：独立组分数c3，相数相数最少为最少为1，故自由度，故自由度数数f c+13)l一般以等边三角形表示三个一般以等边三角形表示三个组分浓度的变化，再在此浓组分浓度的变化，再在此浓度三角形上竖立垂直坐标轴度三角形上竖立垂直坐标轴表示温度，构成表示温度，构成三棱柱体空三棱柱体空三棱柱体空三棱柱体空间图间图间图间图。36第二节第二节 三元系相图基本知识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l l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：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

47、三角形上竖立温度坐标轴构成的的三元系立体相图，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。三棱柱立体相图。l纯组分的熔点分别为纯组分的熔点分别为tA、tB、tC。l三棱柱各个侧面分别是具有共晶点三棱柱各个侧面分别是具有共晶点e1、e2、e3的二元系相图。的二元系相图。l l液相面液相面液相面液相面当有第当有第3组分加入到此二元系构成的熔体中时。可组分加入到此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。相线，向三角形内扩展为液相面。l l初晶面初晶面初晶面初晶面相图中构成

48、了由相图中构成了由3个二元系的液相线向三角形内扩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，自由度数为数为f3122。37第二节第二节 三元系相图基本知识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l l二元共晶线二元共晶线二元共晶线二元共晶线由由3个液相面两两相个液相面两两相交的交线，则是两组分同时从液相交的交线，则是两组分同时从液相析出的液相线，称为二元共晶线。析出的液相线，称为二元共晶线。它乃

49、是二元系的二元共晶点因第它乃是二元系的二元共晶点因第3组组分的加入，其凝固点不断降低的结分的加入，其凝固点不断降低的结果。此曲线上是液相及两固相平衡果。此曲线上是液相及两固相平衡共存共存(LS1+S2)，自由度数为，自由度数为1(f3131)，它是随温度的降低而下，它是随温度的降低而下降的。降的。l l三元共晶点三元共晶点三元共晶点三元共晶点由由3根二元共晶线最根二元共晶线最后交于后交于E点，是点，是3组分同时从液相析组分同时从液相析出的所谓三元共晶点。此点是四相出的所谓三元共晶点。此点是四相平衡共存平衡共存(LS1S2S3)，自由，自由度数为零度数为零(f3140)，称为，称为无无无无变量点

50、变量点变量点变量点。它是体系的最后凝固点。它是体系的最后凝固点。38第二节第二节 三元系相图基本知识三元系相图基本知识l1、浓度三角形、浓度三角形l表示三元系组成的浓度三表示三元系组成的浓度三角形是一个角形是一个等边三角形等边三角形。l三角形的顶点代表纯组分；三角形的顶点代表纯组分；l每一边是由两顶角代表的每一边是由两顶角代表的组分所构成的二元系的浓组分所构成的二元系的浓度坐标线；度坐标线；l三角形内的点则表示由三角形内的点则表示由3顶顶角代表的组分所构成的三角代表的组分所构成的三元系的浓度值，如右图所元系的浓度值，如右图所示。示。每边分成每边分成100份份39第二节第二节 三元系相图基本知识