【正文】 則相界線上該點(diǎn)為 “共晶＝轉(zhuǎn)熔” 的分界點(diǎn) (圖 (a)中組分點(diǎn) A或圖 (b)中組分點(diǎn) D 。但我們可以根據(jù)前述的相圖的基本規(guī)律及分析方法，總結(jié)出分析實(shí)際相圖的方法，幫助我們看圖及用圖。（相鄰 4相組成點(diǎn)構(gòu)成的四邊形 (即兩個(gè)相鄰三角形 )中僅有一條對(duì)角線上的兩個(gè)固相 才是平衡共存的，這可由實(shí)驗(yàn)方法或熱力學(xué)原理確定。 ② 三元轉(zhuǎn)熔點(diǎn) (P)位于對(duì)應(yīng)的分三角形之外，與三頂角點(diǎn)構(gòu)成交叉位的關(guān)系： L+S1=S2+S3。當(dāng) W(Al2O3)達(dá)到約 3％時(shí)，液相分層區(qū)即消失。 ① 相圖僅有一個(gè)穩(wěn)定的三元化合物：鐵鈣橄欖石CaO如等溫面僅與某組分的液相面相交，則出現(xiàn)由該組分 (固相 )與其液相面交線 (液相 )構(gòu)成的二相區(qū)，而與該組分平衡的液相可由繪制結(jié)線確定，如圖中 11等相區(qū)。 104 第三節(jié) 三元渣系相圖 四、 CaOSiO2FeO渣系相圖 ? 利用等溫截面圖分析煉鋼造渣過(guò)程 ? 利用相圖分析煉鋼過(guò)程中加入的石灰在熔渣中的溶解過(guò)程及氧化鐵量對(duì)熔渣狀態(tài)變化的影響。SiO2， CaOmol?1 當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí) ， 其平衡常數(shù)為 熔渣的性質(zhì)主要取決于自由氧化物的濃度 ， 只有自由氧化物參加與熔渣中其它組元的化學(xué)反應(yīng) 。 ? 熔渣可導(dǎo)電 、 可電解 。 2222242422 3 2C a O C a OC a F C a 2 FS i O 2 O S i OA l O O 2 A l O????????????????第四節(jié) 熔渣的結(jié)構(gòu)理論 二、 離子結(jié)構(gòu)理論 112 2） 離子間作用力 ：庫(kù)侖力 ? ?222 ????????orreZZF? ?222?????orrZIreZm ??廣義力矩： 靜電勢(shì) Z/r 即為電荷半徑比。 111 熔渣導(dǎo)電，可以電解； X射線結(jié)構(gòu)分析表明，組成爐渣的簡(jiǎn)單氧化物和復(fù)雜化合物的基本單元均為離子； 統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)為離子理論的建立提供了理論基礎(chǔ)。 ? 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) ， 無(wú)論是純 FeO渣還是含 FeO的渣均具有一定的脫硫作用 。 在熔渣結(jié)構(gòu)的研究中已很少應(yīng)用 。 105 一． 分子結(jié)構(gòu)理論 二． 離子結(jié)構(gòu)理論 三． 分子與離子共存理論 四． 聚合物 理論 第四節(jié) 熔渣的結(jié)構(gòu)理論 106 結(jié)構(gòu)單元：分子 。相鄰相區(qū)的相數(shù)差一個(gè) (―接界規(guī)則 ” )。 第三節(jié) 三元渣系相圖 四、 CaOSiO2FeO渣系相圖 102 第三節(jié) 三元渣系相圖 四、 CaOSiO2FeO渣系相圖 ? 等溫截面圖 ——為了確定一定溫度下相平衡的關(guān)系及相的組成，可研究等溫截面圖，圖 436為 1400℃ 的等溫截面圖。 100 第三節(jié) 三元渣系相圖 四、 CaOSiO2FeO渣系相圖 ? 相圖構(gòu)成 ： ? 此渣系的相圖是在與金屬鐵液平衡條件下繪制出的。詳見(jiàn)表 42。 ? 核定無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)：是三元共晶點(diǎn) (E)或三元轉(zhuǎn)熔點(diǎn) (P)。但不相鄰初晶區(qū)的這些組成點(diǎn)則不能相連。這種無(wú)變量點(diǎn)又稱為 雙升點(diǎn) 。 ? 相界線的析晶性質(zhì)與其組分的相點(diǎn)的相對(duì)位置和相界線的形狀有關(guān)，因而會(huì)使二元化合物的穩(wěn)定性發(fā)生了變化。 4. 物系冷卻凝固后相組成是由所在的分三角形的三個(gè)頂點(diǎn)相組成；其質(zhì)量關(guān)系遵守“杠桿規(guī)則”和“重心規(guī)則”。最終組成的相是 D+C+B。液相冷卻后，沿 O1O11；段析出 A，到達(dá) e2P線的 O11，開始析出二元共晶體 A+C，而后再沿 O12P段向 P點(diǎn)移動(dòng)，不斷析出 A+C，最后在 P點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)熔反應(yīng)： LP＋ A＝ D＋ C，析出D+C，而結(jié)晶在 P點(diǎn)結(jié)束，最終組成的相為 A+D+C。 ? 位于△ ADC內(nèi)的物系點(diǎn)應(yīng)在 P點(diǎn)最后凝固，結(jié)晶產(chǎn)物是A+D+C，因?yàn)榻?jīng)過(guò)轉(zhuǎn)熔反應(yīng)后，液相無(wú)剩余。2PEe3及 e3Ee1B(投影面 )，而 e3E線為二元共晶點(diǎn) e39。 ? 液相線 B39。 當(dāng)達(dá)到 p’1P’線與二元共晶線 e’2E’的交點(diǎn) P’時(shí) ， 出現(xiàn)三元轉(zhuǎn)熔反應(yīng) ： Lp’1＋ A＝ AmBn+C， 即組成為 P’的液相與先析出的組分 A反應(yīng) ， 形成固相化合物 AmBn及組分 C。 ? 穩(wěn)定三元化合物是此三元系的相組成的組分，可和任意兩組分形成 3個(gè) 三元共晶體 ；及和任一組分形成3個(gè) 二元共晶體 。 a) 面 ：初晶區(qū) 4個(gè)初晶區(qū)： （ A）、（ B）、 （ C）、（ AmBn） b) 線 ：二次共晶線（界線） c) 點(diǎn) ：二元、三元共晶點(diǎn) 注意 ： AmBn與 C的 二元共晶點(diǎn) ： 是該線上的溫度最低點(diǎn)； 又是 E1E2線上的溫度最高點(diǎn)。 63 ? 2） 緩冷過(guò)程分析 P→1 A L→A （ S） L、 A （ S） 2 A B C e1 e2 e3 E b’ a’ b 1 P 液相 固相 相變化 共存相 f 1 A L→A （ S） + B（ S） L、 A （ S） 、 B（ S） 1 1→E A→b L→A （ S） + B（ S） L、 A （ S） 、 B（ S） 1 E b→P L→A （ S） + B（ ） C（ ） L、 A （ S） 、 B（ S） 、 C（ ） 0 64 第二節(jié) 三元系相圖基本知識(shí) 具有簡(jiǎn)單三元共晶體的相圖 ? 3） 緩冷過(guò)程分析要點(diǎn) ： ① 物系點(diǎn)位置不變，改變的是液、固相組成； ② 任意時(shí)刻，液、固相組成點(diǎn)總與物系點(diǎn)共結(jié)線。 58 第二節(jié) 三元系相圖基本知識(shí) 三、 等溫截面圖 ? 等溫截面圖 等溫線：封閉曲線（線上各點(diǎn)溫度相等）。 ? 等溫線的作用 ——可說(shuō)明液相面、二元共晶線等溫度變化的狀態(tài)。于是，利用 杠桿原理 ，可得出物系。 要點(diǎn) ： 兩平衡相（純物質(zhì)、二元或三元混合物） 成分點(diǎn)共線，長(zhǎng)度與質(zhì)量成反比。 ? ② 平行線法 ：通過(guò)等邊三角形內(nèi)任意點(diǎn)作 3根平行于各邊的直線，其在邊上所截線段之長(zhǎng)，分別代表該平行線所對(duì)應(yīng)頂角組分的濃度，而在三邊上所截線段長(zhǎng)度之和等于三角形的邊長(zhǎng) (100％ )。 ? 三元共晶點(diǎn) ——由 3根二元共晶線最后交于 E’點(diǎn)，是 3組分同時(shí)從液相析出的所謂三元共晶點(diǎn)。 ? 液相面 ——當(dāng)有第 3組分加入到此二元系構(gòu)成的熔體中時(shí)。Fe2O3(C2F)。例如，在 F2S組成處，叫 (Fe2O3)＝ ％，而在純 FeO組成處其量達(dá) ％，這是由于在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，試樣中的低價(jià)鐵可能被空氣氧化成高價(jià)鐵，而繪制相圖時(shí)，把這種高價(jià)氧化鐵折算成低價(jià)鐵的氧化物 (FeO)了。即體系的成分在 W(CaO)＝ 45％～ 52％范圍內(nèi)，溫度在 1450～ 1550℃ 。 ? 有兩種不同結(jié)構(gòu)的莫來(lái)石相圖。此種轉(zhuǎn)變使得煅燒不好的水泥熔塊，堿性硅酸鹽渣及制備不善的白云石耐火材料、高堿度燒結(jié)礦等產(chǎn)生粉化現(xiàn)象。 26 第一節(jié) 二元渣系相圖 一、 CaOSiO2系相圖 ? SiO2的三類晶型轉(zhuǎn)變時(shí)，會(huì)發(fā)生體積的變化。 24 第一節(jié) 二元渣系相圖 一、 CaOSiO2系相圖 ? 相圖中固相區(qū)內(nèi)的水平線是 SiO CS及 C2S的多晶型轉(zhuǎn)變線。 ? C2SCS系 “子相圖” ： 為具有一個(gè)不穩(wěn)定化合物 (C3S2)的相圖。 ① CaO－ C2S系； ② C2S－ CS系； ③ CS－ SiO2系。SiO2(C3S)； ② 二硅酸三鈣 3CaO ? 自由度 ： 在一定范圍內(nèi)可以任意獨(dú)立改變而不致發(fā)生相變化的變數(shù)（如溫度、壓力和濃度等）的個(gè)數(shù)。 ? 高溫冶金過(guò)程中，物質(zhì)蒸氣壓一般都很小，對(duì)凝聚相體系可不考慮壓力的影響。 ? 例如 ， 鈦鐵礦先在電爐中經(jīng)還原熔煉得到高鈦渣 ， 再進(jìn)一步提取鈦 。 冶煉渣 （ 熔煉渣 ） ? 在以礦石或精礦為原料 、 以粗金屬或熔锍為冶煉產(chǎn)物的熔煉過(guò)程中 。 第四章 冶金爐渣 7 一、 基本概念 主要 由 冶金原料中的 氧化物 或冶金過(guò)程中生成的 氧化物 組成的 熔體 。 b）若不加以綜合利用，也是極大的浪費(fèi) 。 4 第四章 冶金爐渣 ? 冶煉過(guò)程中的爐渣組成 ： ? 還原熔煉中未被還原的氧化物；氧化熔煉中氧化形成的 氧化物 ；為適應(yīng)冶煉要求而加入的熔劑；及被侵蝕的耐火爐襯的氧化物；以及少量硫化物及 CaF2等鹵化物組成的；其中也還夾帶著少量金屬粒。例如，冶煉鐵礦石得到的高爐渣。 ? 3)將原料中的某有用成分富集于爐渣中，以利于下道工序?qū)⑺厥盏臓t渣，稱為 富集渣 。俗話說(shuō)“煉鋼在于煉渣，好渣之下出好鋼”，生動(dòng)地說(shuō)明了爐渣在冶煉過(guò)程中所起的作用 。 a）保護(hù)環(huán)境； a）可以回收爐渣中有用成分。 ? 熔渣是火法冶金過(guò)程產(chǎn)物 第四章 冶金爐渣 8 表 1 ? 1 常見(jiàn)冶金爐渣的主要化學(xué)成分 組 成 / %( 質(zhì)量 ) 爐 渣 S iO2 A12O3 Ca O F e O M g O M n O 其 它 高爐煉鐵渣 3 0 ～ 4 0 10 ～ 2 0 35 ～ 5 0 1 5 ～ 10 0 . 5 ～ 1 S 1 ～ 2 轉(zhuǎn)爐煉鋼渣 9 ～ 20 0 . 1 ～ 2 . 5 37 ～ 59 5 ～ 20 0 . 6 ～ 8 1 . 3 ～ 10 P2O5 1 ～ 6 電爐煉鋼渣 10 ～ 2 5 0. 7 ～ 8 . 3 20 ～ 65 0 .5 ～ 35 0 . 6 ～ 2 . 5 0 . 3 ～ 11 電渣重熔渣 0 ～ 10 0 ～ 30 0 ～ 20 0 ～ 15 Ca F2 45 ～ 8 0 銅閃速爐熔煉渣 28 ～ 38 2 ～ 1 2 5 ～ 1 5 38 ～ 5 4 1 ～ 3 Fe3O4 12 ～ 1 5 , S 0 . 2 ～ 0 . 4 , Cu 0 . 5 ～ 0. 8 鉛鼓風(fēng)爐熔煉渣 19 ～ 35 3 ～ 5 0 ～ 20 28 ～ 40 3 ～ 5 P b 1 ～ 3 . 5 錫反射爐熔煉渣 19 ～ 24 8 ～ 10 1 . 5 ～ 6 45 ～ 50 S n 7 ～ 9 高 鈦 渣 2 . 8 ～ 5 . 6 2 ～ 6 0 . 3 ～ 1 . 2 2 . 7 ～ 6 . 5 2 ～ 5 . 6 1 ～ 1 . 5 T iO2 8 2 ～ 87 一、 基本概念 第四章 冶金爐渣 9 通常由五 、 六種或更多的氧化物組成 。 ? 造锍熔煉 ：銅 、 鎳的硫化物與爐料中鐵的的硫化物熔融在一起 ， 形成熔锍；鐵的氧化物則與造渣熔劑 SiO2及其他脈石成分形成熔渣 。 ? 這類爐渣的作用差別很大 。由相圖可以確定氧化物在高溫下相互反應(yīng)，形成的不同相組分 (純凝聚相、液溶體及固溶體、簡(jiǎn)單氧化物及復(fù)雜化合物、共晶體、包晶體、液相分層等 )和其有關(guān)參數(shù) (相數(shù)、成分和相對(duì)量 )，以及各相在不同條件下 (溫度、組成 )的相互轉(zhuǎn)變關(guān)系，為選擇某種性能的相成分提供了依據(jù)。 ? 考慮到溫度、壓力兩個(gè)變數(shù)時(shí)： f=K–φ+2 ? f：自由度； K：獨(dú)立組元數(shù)； φ ：相數(shù) ? 對(duì)有其他影響因素的平衡體系，如磁場(chǎng)、電場(chǎng)等：為：f= K–φ+n ? 對(duì)于凝聚系，可以不考慮體系壓力： 為： f= K–φ+1 18 第一節(jié) 二元渣系相圖 一、 CaOSiO2系相圖 ? CaOSiO2二元系相圖比較復(fù)雜 ， 因?yàn)樾纬闪诵再|(zhì)不同 (穩(wěn)定或不穩(wěn)定 )的幾種硅酸鈣化合物 ， 而且還出現(xiàn)了多晶型轉(zhuǎn)變 。 ? 不穩(wěn)定化合物又稱異份熔化化合物 ：即在高于其熔點(diǎn)溫度時(shí)就發(fā)生分解，所以在液態(tài)時(shí)不存在。 ? CaO－堿性氧化物，化學(xué)名為氧化鈣，礦物學(xué)名為石灰。 ② 在互為飽和的二液相中， L1是 SiO2在 CS相內(nèi)的飽和熔體； L2是CS在 SiO2相內(nèi)的飽和熔體，大約在 1700℃ 以上兩者平衡共存，它們的平衡成分分別由兩條虛線表出，稱為 分溶曲線 。 ? 第二類 (縱向 )轉(zhuǎn)變是：上述三種晶型的亞種 —α、 β、 γ型的轉(zhuǎn)變。后者在 1210℃ 時(shí)轉(zhuǎn)變成同分熔化化合物的 aCS(熔點(diǎn)為 1544℃ )。 ? 因此，當(dāng)水泥熟料燒成后要采用急冷措施，使之保住 α’晶