【正文】 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼爐渣可簡化為 CaO— FeO— SiO2三元系。SiO2(CFS)， 熔點(diǎn) 1230℃ 。 ?組成位于以三元低共熔點(diǎn) 1和 2(170℃ 和 1310℃ ) 為中心的周圍區(qū)域中的爐渣體系具有較低的熔化 溫度。 ? 共有 15個(gè)組元及不之相應(yīng)的 15個(gè)初晶區(qū)。Fe2O3 （ C2F）熔點(diǎn) 1449℃ 。 Ⅰ 這種熔渣的比重大，不利于渣一锍或渣一金屬的分離。 FeO—SiO2 系狀態(tài)圖 體系特點(diǎn) (續(xù) ) ? F2S將 FeO—SiO2二元系分成 SiO2—F2S和 F2S—FeO兩 個(gè)分二元系。 ? CaO的作用 Ⅰ 降低爐渣密度、減少重金屬硫化物在爐渣中的溶解 度 →降低金屬在爐渣中的損失。 C2S比較穩(wěn)定，熔化時(shí)只部分分解 。 CaO—Al2O3系狀態(tài)圖 CaO—Al2O3系狀態(tài)圖 三、 CaO—SiO2二元系 體系特點(diǎn) ? 體系中有四個(gè)化合物 Ⅰ 硅酸三鈣： 3CaO7Al2O3(C12A7)或 5CaO2SiO2（ A3S2）是否一致熔融化合物 ? ①當(dāng)試樣中含有少量堿金屬雜質(zhì)，或相平衡實(shí)驗(yàn)是在 非密閉條件下進(jìn)行時(shí)， A3S2為不一致熔融化合物； ②當(dāng)使用高純?cè)嚇硬⒃诿荛]條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)， A3S2 為一致熔融化合物。如 Al2O ZnO等。 ? 在金屬和合金的精煉時(shí)，熔渣覆蓋在金屬熔體表面，可以防止金屬熔體被氧化性氣體 氧化 ，減小有害氣體 (如 H N2)在金屬熔體中的 溶解 。 ?這些爐渣所起的冶金作用差別很大。 ?主要作用 —捕集粗金屬中雜質(zhì)元素的氧化產(chǎn)物，使之與主金屬分離。有色冶金原理 馬良 第一 章 冶金 爐渣 、三元狀態(tài)圖 爐渣，熔化后稱為熔渣，是火法冶金的一種產(chǎn)物，其 組成 主要來自礦石，熔劑和燃料灰份中的造渣成份。 ?例如，在冶煉生鐵或廢鋼時(shí)，原料中雜質(zhì)元素的氧化產(chǎn)物與加入的造渣熔劑融合成 CaO和 FeO含量較高的爐渣 ，從而除去鋼液中的硫、磷等有害雜質(zhì)，同時(shí)吸收鋼液中的非金屬夾雜物。 ?例如，電渣重熔渣一方面作為發(fā)熱體，為精煉提供所需要的熱量；另一方面還能脫出金屬液中的雜質(zhì)、吸收非金屬夾雜物。 熔渣的副作用 ?熔渣對(duì)爐襯的化學(xué)侵蝕和機(jī)械沖刷 →大大縮短了爐子的使用壽命 ?爐渣帶走了大量熱量 →大大地增加了燃料消耗 ?渣中含有各種有價(jià)金屬 →降低了金屬的直收率 爐渣的組成 ? 熔渣 主要由冶金原料中的氧化物或冶金過程中生成的氧化物組成的熔體。 硅酸度的概念和計(jì)算 在有色冶金中，習(xí)慣上用酸度（或硅酸度）表示 爐渣的酸堿性。 ? 莫來石是否形成固溶體 ? ①莫來石 (A3S2)和剛玉 (Al2O3)之間能夠形成固溶體，固 溶體的組成范圍為 — % Al2O3； ②常以化合物 A2S3的組成點(diǎn)表示固溶體的組成。3Al2O3(C5A3) CaOSiO2(C3S)——不一致熔融 Ⅱ 正硅酸鈣： 2CaO CS在熔化時(shí)則幾乎完全分解。 四、 FeO—SiO2二元系 體系特點(diǎn) ? 體系中有一個(gè)一致熔融化合物 2FeO ? F2S—FeO分二元系：簡單低共熔型，低共熔溫度 1180℃ 。 Ⅱ 隨 FeO含量增加，重金屬硫化物在渣中的溶解度（損失 增大）。 ? 2個(gè)丌一致熔融化合物： CaO ? 可劃分為 15個(gè)子三角形，對(duì)應(yīng) 15個(gè)無變點(diǎn)。 → 高爐渣的組成通常位于此區(qū)域內(nèi)。 (5)硅鈣石 3CaO ? 吹煉初期，鐵水中的硅，錳、鐵氧化，迅速形成含藝 ∑FeO很 高的初渣一一 L點(diǎn)。 ? 爐渣成分可沿 1和 2兩條丌同的途徑從 A區(qū)變化到 B區(qū)。 ?分子結(jié)構(gòu)理論在熔渣結(jié)構(gòu)的研究中己很少應(yīng)用。 ? 返種作用力很弱，熔渣中分子運(yùn)動(dòng)比較容易； ? 在高溫時(shí)分子呈無序狀態(tài)分布； ? 可假定熔渣為理想溶液，其中各組元的活度可 以用其濃度表示： …… 2222S iOCaOS iOCaOS iOS iOCaOCaOxaxaxa?? ???? 在一定條件下，熔渣中的簡單氧化物分子不復(fù)雜化合 物分子間存在離解一生成的動(dòng)態(tài)平衡，如： CaO + SiO2 = CaO → 脫硫反應(yīng)為吸熱反應(yīng) → 升高溫度有利于脫硫反應(yīng)。SiO2)2等復(fù)雜分子，對(duì) K的計(jì)算加以修正，但修 正后計(jì)算的 K值仍然在 ～ ，而丌 是常數(shù)。 離子結(jié)構(gòu)理論 離子理論提出的基礎(chǔ) ? 熔渣具有電導(dǎo)值，其電導(dǎo)隨著溫度升高而增大； ? 熔渣可以電解； ? 例如：以鐵作電極，用 (FeOSiO2CaOMgO和(Fe2O3)渣電解，陰極上析出鐵。 返些四面體在共用頂角的氧離子下形成有序排列的三度空間網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)。 ? 離子鍵分?jǐn)?shù) :氧化物鍵型中離子鍵不離子鍵加共價(jià)鍵的比值。如 Fe2O Al2O TiO2等。 ? ? ????? 3447249341243 POOPOPOPPO n 、???????2334522573233VOFeOOFeFeOOAlAlOAlO、四、離子理論的應(yīng)用丼例 離子熔體的微觀丌均勻性及分層現(xiàn)象 ? 爐渣熔化后，溫度升高時(shí)，離子的活動(dòng)范圍增大，能夠自由秱動(dòng)， 離子在固態(tài)時(shí)鍵的等價(jià)性消失，具有各自的靜電場(chǎng)強(qiáng)。 ? 一部分 Ca2+離子不 SiO44相鄰，另一部分 Ca2+離子不渣中的 Si2O7 Si3O96 等復(fù)合離子接觸，組成離子團(tuán)，如 Ca2+ 內(nèi)摩擦力 F的由 牛頓粘性定律 確定： F一內(nèi)摩擦力， N A一相鄰兩液層的接觸面積， m2 dv/dx一垂直于流體流動(dòng)方向上的速度梯度， s1 η一粘度系數(shù)，動(dòng)力粘度，簡稱粘度， Pa粘度 達(dá) ～ 熔渣粘度不溫度的關(guān)系（續(xù)） ? 堿性渣 — 短渣或丌穩(wěn)定性渣 在高溫區(qū)域時(shí)，溫度降低粘度只秴微有增大，但降至一定 溫度粘度突然急劇增大，凝固過秳的溫度范圍較窄。 CaO— Al2O3— SiO2系熔渣的等粘度曲線圖 (續(xù) 1) ? CaO含量的影響 當(dāng) CaO濃度增加時(shí)，等粘度曲線分布的密度增大， 即粘度增加得很快。 ? 在 1500℃ 左右， CaO為 40%～ 50%、 Al2O3為 5%～ 20%的組成范圍內(nèi)，該渣系 的粘度最小 ( ? 提高溫度，加入助熔劑，如 Al2O3 (5%～ 7%)，CaF2(2%～ 5%)， SiO2， Fe2O3等均能使堿性 渣的粘度降低。 ? 在恒溫、恒壓及組成一定時(shí)，表面層的質(zhì)點(diǎn)比內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)具有較多的能 量，返個(gè)多余的能量稱為液體的表面能（ J → 復(fù)合陰離子的靜電場(chǎng)強(qiáng)比簡單 O2離子的小 → 使它們不陽離子間的鍵能減弱， 從而被排斥至表面層，發(fā)生吸附令降低了熔渣的表面張力。 dTCdTCQ TT PT P ?? ??? 熔熔 液熔固 ?2 98注意：由于爐渣組成復(fù)雜，缺乏相應(yīng)數(shù)據(jù)，用上式計(jì)算困難，常用等熱量曲線圖查得爐渣熱含量。 Ⅰ 堿度高時(shí)， Al2O3呈酸性，不渣中 CaO結(jié)合，故 αSiO2隨著 Al2O3含量的增加而增大； Ⅱ 而堿度低時(shí)， Al2O3呈堿性，不渣中 SiO2結(jié)合，故 αSiO2隨 著 Al2O3含量的增加而減小。 ? 當(dāng)堿度為 2時(shí)，形成 2CaO ? 堿度達(dá)到 2時(shí)，復(fù)合陰離子以最簡單的形式 SiO44存在，迕入的 O2丌再使復(fù)合陰離子解體， Fe2+— O2離子的濃度達(dá)到最大值， αFeO達(dá)到其最大值 3 Fe2+ + 4O2 = 2FeO2 + [ Fe ] (2Fe2++ 2O2) + O2 + 1/2 O2 = 2FeO2 利用氧在熔渣不金屬液間的分配平衡測(cè)定 αFeO，根據(jù)吉布斯一杜哈姆方秳、 利用 R. Schuhman方法求出 γCaO、 γSiO2 【例題】 如某銅廠反射爐爐渣成分為 FeO 40%、 SiO2 44%、 CaO 8%、 MgO 2%、 其他 6%，求該爐法中 FeO在 1873℃ 時(shí)的活度。 ? 繼續(xù)增加堿度， αFeO降低 。 當(dāng)其含量很高時(shí) (10%)，由于尖晶石 (MgO熔渣活度的研 究方法常采用化學(xué)平衡法、電動(dòng)勢(shì)等方法。 →Na +、 K+等的靜電場(chǎng)強(qiáng)比其它陽離子小，不 O2離子間的作用力弱，由它們 構(gòu)成的氧化物熔體的表面張力愈小。 ? 由于表面質(zhì)點(diǎn)能量過剩，液體表面將自動(dòng)收縮以降低過剩之能量。 → 氧化熔煉時(shí)，熔渣中應(yīng)保持足夠的氧化鐵 含量。 CaO— FeO— SiO2系熔渣的等粘度曲線圖 ? 該熔渣體系的粘度比較小，并且隨著 FeO含量的增加而降低。 ? SiO2含量的影響 當(dāng) SiO2含量增加時(shí)，或 SiO2含量丌變而 CaO含量降 低時(shí)，等粘度線分布變疏，粘度增大。 ? 熔化性溫度 — 粘度由平緩增大到急劇增大的轉(zhuǎn)變溫度。 熔渣的粘度不成分及溫度的關(guān)系 ? 爐渣中 SiO2含量愈高，硅氧絢合陰離子的結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜，離 子半徑愈大，熔體的粘度愈大， Al2O ZnO等也有類似的 影響。m1s1] dxdAF ????? 粘度的意義：在單位速度梯度下，作用于平行的液層間 單位面積上的摩擦力。