冶金原理课件中南大学.ppt
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莫来石是否形成固溶体? ✓ 莫来石（A3S2）和刚玉（Al2O3）之间能够形成固溶 体，固溶体的组成范围为 71.8～7 7.5%Al2O3； ✓ 常以化合物 A3S2的组成点表示固溶体的组成。
体系特点
体 系 中 生 成 一 个 一 致 熔 融 化 合 物 ——A3S2 ， 具 有 确定的熔点（1850C）。A3S2将SiO2Al2O3二元系 划分成两个子二元系——SiO2A3S2和A3S2Al2O3 。 SiO2A3S2子二元系：简单低共熔型，低共熔温度 1595C。 A3S2Al2O3子二元系：简单低共熔型，低共熔温度 1840C。 莫来石质（A3S2）及刚玉质（A12O3）耐火砖可 作为性能优良的耐火材料。
CaO的作用
✓ 降低炉渣密度、减少重金属硫化物在炉渣中的 溶解度 → 降低金属在炉渣中的损失。
二、Al2O3-SiO2 二元系
历史回顾
莫来石 3Al2O3·2SiO2（ A3S2 ）是否一致熔融化合物? ✓ 当试样中含有少量碱金属杂质，或相平衡实验是在 非密闭条件下进行时，A3S2为不一致熔融化合物； ✓ 当使用高纯试样并在密闭条件下进行实验时，A3S2 为一致熔融化合物。
▪ 该化合物熔化时不稳定，分解为偏硅酸亚铁：
2FeO·SiO2 + SiO2 = 2(FeO·SiO2) △Hm＞0
▪ T < 1205°C时，反应向左进行。
FeO·SiO2（FS）仅存在于熔体中，不会在熔 度图中出现。
返 回
① ② ③
图225 ①
体系特点（续） F2S将FeOSiO2二元系分成SiO2F2S和F2SFeO两 个分二元系。 F2SFeO分二元系：简单低共熔型，低共熔温度 1180C。 SiO2F2S分二元系：靠近SiO2一侧，当温度高于 1698C时，体系中出现一个很宽的液相分层区； 此分二元系包含一个低共熔点（1175C）。 体 系 中 还 存 在 一 些 高 价 铁 的 氧 化 物 ， 如 Fe2O3 或 Fe3O4。
一般而言，可根据化合物组成点处液相线的形状（平滑
程度），近似推断熔融态内化合物的分解程度。
✓ 若化合物组成点处的液相线出现尖峭高峰形，则该化 合物非常稳定，甚至在熔融时也不分解；
✓ 若化合物组成点处的液相线比较平滑，则该化合物熔 融时会部分分解；
✓ 化合物组成点处的液相线越平滑，该化合物熔融时的 分解程度也越大。
所有化合物的熔化温度普遍较高，体系的最低熔化温 度为1395 °C。
在 CaO 含 量 为 45~52% 范 围 内 ， 本 体 系 能 在 1450~ 1550C温度范围内出现液相区
配制的炉外合成渣常选择这一成分范围。
四、FeO-SiO2 二元系
体系特点 体系中有一个一致熔融化合物 2FeO·SiO2（F2S， 正硅酸铁或铁橄榄石），熔点1205°C。
附：Fe2O3含量的折算 图225 ②
▪ FeO为非定组成化合物，而是溶解有Fe3O4的固溶体，其中一部
分Fe以Fe2O3形态存在；
▪ FeO的硅酸盐熔化后易分解：3FeO = Fe2பைடு நூலகம்3 + Fe， ▪ FeO容易氧化为Fe2O3 ； ▪ 在大气压力下，沿液相线温度，相应组成的熔体中含有的Fe2O3
由正硅酸铁（F2S）处的2.25%增高至纯FeO处的11.56%；
▪ 在作该二元系状态图时，须将Fe2O3折算为FeO：
2.2 熔渣的相平衡图
2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图 一、CaO-SiO2二元系 二、Al2O3-SiO2二元系 三、CaO-Al2O3二元系 四、FeO-SiO2二元系 五、CaO-FeO与CaO-Fe2O3二元系
2.2.2 CaO-Al2O3-SiO2三元系相平衡图
2.2.3 CaO-FeO-SiO2三元系相平衡图
库尔纳柯夫规则 (1)
库尔纳柯夫规则 (2)
体系特点（续）
图222 ③
图中水平线可分为五大类 ✓ 低 共 熔 线 ： 3 条 （ 2065°C ， 1455°C ，
1436°C） ✓ 转熔线：1条（1475°C） ✓ 偏晶线：l条（1700°C） ✓ 固相分解线：2条（1250°C，1900°C） ✓ 晶型转变线：6条（1470°C，1420°C，
返 回
① ② ③ ④
体系特点（续）
图222 ①
一致熔融化合物C2S及CS将整个相图分为三个独立部分
✓ CaO－C2S系——低共熔型 含有一个在低温及高温下均会分解的化合物C3S。 T < 1250°C时，C3S -C2S + CaO； T > 1900°C时，C3S -C2S + CaO。
✓ C2S－CS系——转熔型
2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图
一、CaO-SiO2 二元系
体系特点 体系中有四个化合物 ✓ 硅酸三钙：3CaO·SiO2（C3S） ——一致熔融 ✓ 正硅酸钙：2CaO·SiO2（C2S） ——不一致熔融 ✓ 二硅酸三钙：3CaO·2SiO2（C3S2）——不一致 熔融 ✓ 偏硅酸钙：CaO·SiO2（CS） ——一致熔融
三、CaO-Al2O3 二元系
体系特点
3个一致熔融化合物将体系分解为4个独立的二元系
12CaO·7Al2O3（Cl2A7）或 5CaO·3 Al2O3（C5A3） CaO·Al2O3（CA） CaO·2Al2O3（CA2）
2个不一致熔融化合物
3CaO·Al2O3（C3A） CaO·6Al2O3（CA6）
含有一个不一致熔融化合物C3S2（1475 °C）
✓ CS－SiO2系——包含一液相分层的低共熔型
液相分层区：SiO2 74~99.4%，T > 1700°C。
体系特点（续）
图222 ②
一致熔融化合物C2S及CS的稳定程度是不同的。 ✓ C2S比较稳定，熔化时只部分分解； ✓ CS在熔化时则几乎完全分解。
1210°C，870°C，725°C，575°C）
体系特点（续）
图222 ④
各种钙硅酸盐的熔化温度都很高 ✓ 熔化温度不超过 1600°C的体系只局限于含
32~59%CaO范围内。 ✓ 超过 50% CaO的体系，熔化温度急剧上升。
高炉渣中CaO含量控制在35～50%之间； 有色冶金炉渣CaO含量一般在15%以下。
体系特点
体 系 中 生 成 一 个 一 致 熔 融 化 合 物 ——A3S2 ， 具 有 确定的熔点（1850C）。A3S2将SiO2Al2O3二元系 划分成两个子二元系——SiO2A3S2和A3S2Al2O3 。 SiO2A3S2子二元系：简单低共熔型，低共熔温度 1595C。 A3S2Al2O3子二元系：简单低共熔型，低共熔温度 1840C。 莫来石质（A3S2）及刚玉质（A12O3）耐火砖可 作为性能优良的耐火材料。
CaO的作用
✓ 降低炉渣密度、减少重金属硫化物在炉渣中的 溶解度 → 降低金属在炉渣中的损失。
二、Al2O3-SiO2 二元系
历史回顾
莫来石 3Al2O3·2SiO2（ A3S2 ）是否一致熔融化合物? ✓ 当试样中含有少量碱金属杂质，或相平衡实验是在 非密闭条件下进行时，A3S2为不一致熔融化合物； ✓ 当使用高纯试样并在密闭条件下进行实验时，A3S2 为一致熔融化合物。
▪ 该化合物熔化时不稳定，分解为偏硅酸亚铁：
2FeO·SiO2 + SiO2 = 2(FeO·SiO2) △Hm＞0
▪ T < 1205°C时，反应向左进行。
FeO·SiO2（FS）仅存在于熔体中，不会在熔 度图中出现。
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① ② ③
图225 ①
体系特点（续） F2S将FeOSiO2二元系分成SiO2F2S和F2SFeO两 个分二元系。 F2SFeO分二元系：简单低共熔型，低共熔温度 1180C。 SiO2F2S分二元系：靠近SiO2一侧，当温度高于 1698C时，体系中出现一个很宽的液相分层区； 此分二元系包含一个低共熔点（1175C）。 体 系 中 还 存 在 一 些 高 价 铁 的 氧 化 物 ， 如 Fe2O3 或 Fe3O4。
一般而言，可根据化合物组成点处液相线的形状（平滑
程度），近似推断熔融态内化合物的分解程度。
✓ 若化合物组成点处的液相线出现尖峭高峰形，则该化 合物非常稳定，甚至在熔融时也不分解；
✓ 若化合物组成点处的液相线比较平滑，则该化合物熔 融时会部分分解；
✓ 化合物组成点处的液相线越平滑，该化合物熔融时的 分解程度也越大。
所有化合物的熔化温度普遍较高，体系的最低熔化温 度为1395 °C。
在 CaO 含 量 为 45~52% 范 围 内 ， 本 体 系 能 在 1450~ 1550C温度范围内出现液相区
配制的炉外合成渣常选择这一成分范围。
四、FeO-SiO2 二元系
体系特点 体系中有一个一致熔融化合物 2FeO·SiO2（F2S， 正硅酸铁或铁橄榄石），熔点1205°C。
附：Fe2O3含量的折算 图225 ②
▪ FeO为非定组成化合物，而是溶解有Fe3O4的固溶体，其中一部
分Fe以Fe2O3形态存在；
▪ FeO的硅酸盐熔化后易分解：3FeO = Fe2பைடு நூலகம்3 + Fe， ▪ FeO容易氧化为Fe2O3 ； ▪ 在大气压力下，沿液相线温度，相应组成的熔体中含有的Fe2O3
由正硅酸铁（F2S）处的2.25%增高至纯FeO处的11.56%；
▪ 在作该二元系状态图时，须将Fe2O3折算为FeO：
2.2 熔渣的相平衡图
2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图 一、CaO-SiO2二元系 二、Al2O3-SiO2二元系 三、CaO-Al2O3二元系 四、FeO-SiO2二元系 五、CaO-FeO与CaO-Fe2O3二元系
2.2.2 CaO-Al2O3-SiO2三元系相平衡图
2.2.3 CaO-FeO-SiO2三元系相平衡图
库尔纳柯夫规则 (1)
库尔纳柯夫规则 (2)
体系特点（续）
图222 ③
图中水平线可分为五大类 ✓ 低 共 熔 线 ： 3 条 （ 2065°C ， 1455°C ，
1436°C） ✓ 转熔线：1条（1475°C） ✓ 偏晶线：l条（1700°C） ✓ 固相分解线：2条（1250°C，1900°C） ✓ 晶型转变线：6条（1470°C，1420°C，
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① ② ③ ④
体系特点（续）
图222 ①
一致熔融化合物C2S及CS将整个相图分为三个独立部分
✓ CaO－C2S系——低共熔型 含有一个在低温及高温下均会分解的化合物C3S。 T < 1250°C时，C3S -C2S + CaO； T > 1900°C时，C3S -C2S + CaO。
✓ C2S－CS系——转熔型
2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图
一、CaO-SiO2 二元系
体系特点 体系中有四个化合物 ✓ 硅酸三钙：3CaO·SiO2（C3S） ——一致熔融 ✓ 正硅酸钙：2CaO·SiO2（C2S） ——不一致熔融 ✓ 二硅酸三钙：3CaO·2SiO2（C3S2）——不一致 熔融 ✓ 偏硅酸钙：CaO·SiO2（CS） ——一致熔融
三、CaO-Al2O3 二元系
体系特点
3个一致熔融化合物将体系分解为4个独立的二元系
12CaO·7Al2O3（Cl2A7）或 5CaO·3 Al2O3（C5A3） CaO·Al2O3（CA） CaO·2Al2O3（CA2）
2个不一致熔融化合物
3CaO·Al2O3（C3A） CaO·6Al2O3（CA6）
含有一个不一致熔融化合物C3S2（1475 °C）
✓ CS－SiO2系——包含一液相分层的低共熔型
液相分层区：SiO2 74~99.4%，T > 1700°C。
体系特点（续）
图222 ②
一致熔融化合物C2S及CS的稳定程度是不同的。 ✓ C2S比较稳定，熔化时只部分分解； ✓ CS在熔化时则几乎完全分解。
1210°C，870°C，725°C，575°C）
体系特点（续）
图222 ④
各种钙硅酸盐的熔化温度都很高 ✓ 熔化温度不超过 1600°C的体系只局限于含
32~59%CaO范围内。 ✓ 超过 50% CaO的体系，熔化温度急剧上升。
高炉渣中CaO含量控制在35～50%之间； 有色冶金炉渣CaO含量一般在15%以下。