【正文】 基本觀點 （理論要點） 1） 結構單元 ： 離子，其存在狀態(tài) ： ① 簡單正、負離子： CaO、 MnO、 MgO、 CaS等離子平衡； ② 復合負離子：由 SiO P2O Al2O3形成。 與熔渣性能缺乏聯(lián)系 ， 無法解釋熔渣的導電性 。 107 在一定條件下 ， 熔渣中的簡單氧化物分子與復雜化合物分子間處于動態(tài)平衡 ， 如： CaO + SiO2 = CaO?SiO2 ?G? = ?992470 + J ① 簡單氧化物 （ 或稱自由氧化物 ） : 如： CaO、 MgO、 FeO、 MnO、 SiO Al2O3等 ② 復雜化合物 （ 或稱結合氧化物 ） ： 如 2CaO ? 利用此渣系的等溫截面圖，可以了解在煉鋼溫度下，熔渣處于什么狀態(tài)，以及熔渣組成改變時，相態(tài)改變的情況和方向，從而對熔渣的狀態(tài)及性質進行調整。 ? 圖中顯示了 12個相區(qū)。雖然這個相圖的某些細節(jié)還需待修改和完善，但它已是堿性煉鋼爐渣的基本相圖，同時也是有色冶金，如煉銅、煉錫爐渣的相圖。 ? 相圖中靠近 SiO2組成點頂角的 SiO2一 CaO邊，有一個不大的液相分層區(qū)，由于 SiO2一 CaO系中 A1203的加入，該區(qū)范圍大為縮小。 ① 三元共晶點 (E)位于其相平衡關系的分三角形內，與頂角構成重心位關系： LE=S1+S2+S3，它是結晶的終點。 ? 2)連線不能互相交叉，否則違背了相律原理。 92 第三節(jié) 三元渣系相圖 一、 三元渣系的相圖分析 ? 實際的相圖多是由兩種以上的上述基本類型相圖構成，其內經常包含有多個性質不同 (同分或異分的 )的二元或三元化合物，所以比較復雜。 例如，穩(wěn)定的二元化合物越過相界線時，可變?yōu)椴环€(wěn)定化合物 (圖 427(a))；相反，不穩(wěn)定化合物也可變?yōu)榉€(wěn)定化合物 (圖 4—27(b))，因而相關的相界線的析晶過程也就發(fā)生了改變。 5. “ 穿相區(qū)現(xiàn)象 ” ——當 L＋ A＝ D轉熔反應完結后，如液相有剩余時 ，即 初晶 A先于液相 L耗盡， 結晶過程就會延續(xù)在 D的初晶區(qū)內進行（ L－ D） ， 而結晶終點在 E，這一現(xiàn)象稱為穿相區(qū)現(xiàn)象 。 86 第二節(jié) 三元系相圖基本知識 具有一個液相分層區(qū)的相圖 ? 液相的分層現(xiàn)象在三元系中也常出現(xiàn)。 ? 03點：位于 A的初晶區(qū)內，但卻在△ ADC右的△ DCB內。 ? 位于 ABDC內的物系點，經過轉熔反應后，液相有剩余，將經過 D的初晶區(qū)，繼續(xù)析出 D，最后在 E點凝固。3擴展的 e39。e39。 ? 因為 P’點位于 △ ADC外的交叉位上 ， 它們的相平衡關系服從 交叉位規(guī)則 。因此，形成了如圖所示的 3個具有共晶體的 3個分相圖 ： ACD系、 BCD系、 BAD系。 A B C e1 e2 e3 e4 e5 E1 E2 AmBn(D) 68 e4 A B C e1 e2 e3 e5 E1 E2 AmBn(D) 第二節(jié) 三元系相圖基本知識 有一個穩(wěn)定的二元化合物的相圖 3） 溫度最高點規(guī)則 ： （內界線上的交點） ? 界線上 液相平衡的二晶相組成點的連線或延長線與界線或延長線相交，交點是該界線上溫度的最高點。 65 第二節(jié) 三元系相圖基本知識 有一個穩(wěn)定的二元化合物的相圖 ? 1） 相圖組成 ? 三角形 AC邊上形成了一個 穩(wěn)定的二元化合物 AmCn，用 D表示其組成點。 L+A＋ C L+C L+A L+B 等溫平面 t t t3分別截立體相圖得 3個 等溫截面圖 t1 t2 t3 60 第二節(jié) 三元系相圖基本知識 三、 等溫截面圖 ? 等溫截面圖的“接界規(guī)則” ——液相區(qū)與二相區(qū)的接界是曲線，液相區(qū)與三相區(qū)的接界是點，二相區(qū)與三相區(qū)的接界是直線。這些等溫線的位置愈靠近頂角，表示的溫度就愈高，而等溫線之間相距越近，則該處的液相面的溫度變化率 ( dt/dx )也越大。分解后的 M M M3物系的質量或質量分數(shù)： 48 第二節(jié) 三元系相圖基本知識 二、 平面投影圖 ? 三元系平面投影圖 ：即將立體相圖中的液相面、二元共晶線、三元共晶點等相圖的結構組成單元垂直投影到濃度三角形面上，使空間的相平衡關系轉移到平面上來。 EDWWDOOE ?B A C O D E 45 第二節(jié) 三元系相圖基本知識 ? ④ 背向規(guī)則 ：液相組成向遠離析出組元的方向變化。 41 第二節(jié) 三元系相圖基本知識 ? 濃度三角形的幾何性質 ? ① 等含量規(guī)則 ：在濃度三角形中，平行于任一邊的平行線上的諸物系點，所含對應頂角組分的濃度是相同的。此點是四相平衡共存 (L＝ S1＋ S2＋ S3)，自由度數(shù)為零 (f＝ 3＋ 1－ 4＝ 0)，稱為 無變量點 ?？墒勾硕档囊合嗑€溫度降低。 CF及 CF2的形成溫度均不高，在 1440℃ 以下，故Fe2O3是石灰的助溶劑。 第一節(jié) 主要二元渣系相圖 34 第一節(jié) 二元渣系相圖 ? 五、 CaOFeO系相圖 ? 在此體系的相圖不是真正的二元系，乃是與金屬鐵平衡的 FeO－ Fe2O－CaO系在 FeO－ CaO邊的投影相圖。因此以此渣系配制爐外合成渣時，常選擇這個成分范圍 。 ? 一種認為莫來石是異分熔化化合物，這是在非密閉條件下測定出的。 ② βC2S具有良好的水硬性，成為水泥的有益組成物。硅磚的 SiO2含量很高，所以在使用前要在 800℃ 以下進行緩慢加熱、烘烤，以消除體積的突變，從而避免了在使用中出現(xiàn)破裂。 ? 1） SiO2的晶型轉變關系： 25 第一節(jié) 二元渣系相圖 一、 CaOSiO2系相圖 ? SiO2的晶型轉變可分為兩大類 ： ? 第一類 (橫向 )轉變是： α石英 (六方雙錐 )≒ α鱗石英 (六方晶系板狀 )≒ α方英石 (立方八面體 )之間的轉變。 ① 當溫度下降時， C3S2由轉熔反應形成： L+C2S＝ C3S2； ② 在加熱時，它在 1475℃ 發(fā)生分解： C3S2→L ＋ C2S。 ? 分析相圖目的 ： ① 確定化合物的性質； ② 分析相變反應（包括晶型轉變）性質； ③ 確定液相線最低溫度范圍即其組成； ④ 分析不同溫度下相平衡關系或冷卻過程相變化情況。2SiO2(C3S2)。 17 第一節(jié) 二元渣系相圖 ? 相律 ： ? 多相體系平衡的基本規(guī)律。因此，相圖就變成了 “溫度－組成”之相圖 。 第四章 冶金爐渣 13 一、 基本概念 合成渣 ? 是指由為達到一定的冶煉目的 、 按一定成分預先配制的渣料熔合而成的爐渣 。 ? 主要作用 ： 匯集爐料 （ 礦石或精礦 、 燃料 、 熔劑等 ） 中的全部 脈石成分 、 灰分 以及大部分 雜質 ， 使其 與冶煉產物 （金屬 、 熔锍等 ） 分離 。 ? 熔渣是一種非常復雜的多組分體系： 如 CaO、 FeO、 MnO、 MgO、 Al2O SiO P2O Fe2O3 ? 除氧化物外 ， 爐渣還可能含有少量其它類型的化合物甚至金屬 。 c）環(huán)境污染問題。 ? 爐渣在金屬冶煉過程的作用 ： ? 分離或吸收雜質 ； 除去粗金屬中有害于金屬產品性能的雜質 ；富集有用金屬氧化物及精煉金屬的作用 ； 并能保護金屬不受環(huán)境的玷污及減少金屬的熱損失 ； 在電爐冶煉中，爐渣還起著電阻發(fā)熱的作用。 ? 2)精煉粗金屬，由其中元素氧化形成的氧化物組成的爐渣，稱為 精煉渣或氧化渣 。例如，由生鐵冶煉成鋼產生的煉鋼渣。 ? 爐渣在保證冶煉操作的順利進行，冶煉金屬熔體的成分和質量，金屬的回收率以及冶煉的各項技術經濟指標等方面都起了決定性的作用。 ② 綜合利用處理。 如氟化物 （ CaF2） 、 氯化物 （ NaCl） 、 硫化物 （ CaS、MnS） 、 硫酸鹽等 。 ? 高爐煉鐵 ：脈石成分與燃料的灰份以及熔劑 （ 石灰石 、 白云石 、 硅石等 ） 反應 ， 形成爐渣 ， 從而與金屬鐵分離 。 ? 如電渣重熔渣 、 鑄鋼保護渣 、 鋼液爐外精煉渣等 。 ? 相圖是表示凝聚相體系的組成和溫度的相平衡關系。說明平衡體系中相數(shù)、獨立組元數(shù)與自由度的關系。 ? 穩(wěn)定化合物又稱同份熔化化合物 ：即在熔化成液態(tài)時也是穩(wěn)定的。 CaO－ C2S C2S－ CS CS－ SiO2 22 第一節(jié) 二元渣系相圖 一、 CaOSiO2系相圖 ? CaO－ C2S系 “子相圖” ： 為具有一個共晶體的相圖。 23 第一節(jié) 二元渣系相圖 一、 CaOSiO2系相圖 ? CS－ SiO2系 “子相圖” ① 由于液相時組分的溶解度有限，形成兩液相共存的相圖。 它們的晶格中任兩個 SiO四面體間結合的方式不一樣，因此彼此間的轉變很慢，發(fā)生在緩慢的加熱或冷卻的條件下。 ? 2) CS有兩種晶型 ： αCS(假硅灰石 )與 βCS。 ③ γC2S則幾乎無水硬性，所以是水泥的有害成分。 ? 另一種認為莫來石是同分熔化化合物，其內溶解了微量 Al2O3(其 w(Al2O3)從 A3S2的 ％擴大到 78％ )的固溶體，具有一定的熔點 (1850℃ )，這是在用高純度試樣，并在密閉條件下測定的。 第一節(jié) 二元渣系相圖 32 第一節(jié) 二元渣系相圖 四、 FeOSiO2系相圖 ? 四、 FeOSiO2系相圖 ? 在此體系的相圖中僅有一個熔點不高 (1208℃ )的同分熔化化合物2FeO其中的 FeO內溶解有 Fe2O3，用FexO(浮氏體 )表示，而其內的 Fe2O3已折算為 FeO(∑W(FeO)＝ W(FeO)＋(Fe2O3)， 。 36 第二節(jié) 三元系相圖基本知識 一、 三元系立體相圖 ? 三元凝聚體系，體系的自由度數(shù) f最大為 3，體系有 3個獨立變量：溫度和任意兩個組分的濃度。這時，兩相鄰二元系相圖的液相線，向三角形內擴展為液相面。它是體系的最后凝固點。 ? 如右圖中， ab//AB，則直線 ab上含 C%均相等。 B A C LAWWADDE ?46 第二節(jié) 三元系相圖基本知識 ? ⑤ 重心規(guī)則 ：在濃度三角形中，組成為 M M M3的 3個物系或相點，其質量分別為優(yōu) mm2 m3，混合形成一質量為 mO的新物系點 O時，此新物系點則必位于此 3個原物系點連成的△ M1M2M3內的重心位上 (物理中心 )。 ? 初晶面： 即 液相面的投影 。 ? 三元系平面投影圖 是垂直投影圖，只能表示液相面上的有關投影，所以對于液相面以下部分，如固相中的轉變關系就無法表出。相鄰相區(qū)的相數(shù)相差為一個，這是接界規(guī)則。 ? 穩(wěn)定的二元化合物 AmCn是體系的相組成的組分之一，形成了兩個相鄰的二元共晶體分相圖，即 AD系和 CD系。 70 第二節(jié) 三元系相圖基本知識 ? 5）生成多個穩(wěn)定化合物類型相圖的 三角形劃分規(guī)則 ： ? 兩固相組成點連線只能與內界線相交，若與側界線相交則為虛線。 ? E E E3分別是 三元共晶點 ，而 e e e e e e6等是二元共晶點，曲線為 二元共晶線 。 P’稱為 三元轉熔點 ， 是 4相共存 ， 自由度數(shù)為零 ， 故是 無變量點 。3上析出 B，剩余液相在共晶溫度形成二元共晶體 DB。3E’二元共晶線的投影線； ? E為三元共晶點 E’的投影點，其的 三元共晶反應 為 LE＝ B＋ D＋ C。 75 2） 相圖分析 : 讀圖 （ 點 、 線 、 面的物理意義 ） A A+ AmBn L A+L B+L 具有不穩(wěn)定化合物 AmBn+B B AmBn （ AmBn+L） 第二節(jié) 三元系相圖基本知識 有不穩(wěn)定二元化合物的三元系相圖 76 面： φ=2， f=2。 ① 液相冷卻后沿段析出 A，到達線上時，進行轉熔反應 (L+A=D)析出 D。在 AB二元系中出現(xiàn)了分溶曲線 a’k‘b’，當?shù)?3組分加入時，就在三角形面上形成了一個 向內擴展的 曲面半圓錐形體 。 a) 穿過 D初晶區(qū)的液相組成變化的途徑，是物系點與 D點連線在其內的延長線。 90 第二節(jié) 三元系相圖基本知識 四、 三元系相圖中相界線和無變量點的確定法 ? 3） 切線規(guī)則 ——即為了判斷相界線的這種性質，可從相界線上該點作一切線，其與三角形邊上該相界線的兩組分點的連線相交： a) 如此交點位于在此兩組分點連線的延長線上，則相界線上該點液相的析晶具有轉熔的關系： L+A＝ AB (圖 (a))； b) 如交點位在此兩組分點連線之間，則具有共晶的關系： L＝ A＋ AB (圖 (b))； a) 如交點正在兩組分點之一處，