冶金炉渣

炉渣二元状态图
CaO-SiO2二元系 P5 图1－3
垂直线：4条 （两个不稳定化合物，两个稳定化合物） 横 线：7条（单晶反应、共晶反应、包 晶反应、共析反应） 液相线：体系最低熔化温度 1436℃
结论：该二元系不适于作冶金炉渣
炉渣二元状态图
CaO-Fe2O3二元系 PP36图2-28 垂直线：3条 （两个不稳定化合物，一个稳定化合物） 横 线：6条（共晶、包晶、共析等） 液相线：体系最低熔化温度 <1218℃
炉渣三元状态图
过程的进行，液相中A组分的含量不断减少， 因此L点将沿着AS线，朝着背向顶点A的方 向移动。
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直线规则 PP13图2-6 重心原理 PP13图2-7 交叉位规则 PP14图2-8 共轭位规则 PP15图2-9 温度最高点规则PP21图2-15 二元共晶线与相平衡的两固相 组成点的 联线交点即二元共晶线上的温度最高点。
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m点是C-D二元系的低共熔点 m点是E1E2界线上的温度最高点 二元共晶线： e1E1 ：L=SA+SD e2E2 ：L=SB+SD e3E2 ：L=SB+SC e4E1 ：L=SA+SC E1E2：L=SC+SD
炉渣三元状态图
如果原始熔体的组成落在某个子三角形 内，则液相析晶过程必然在其相应的低共 熔点结束，最终析晶产物为该子三角形的 三个顶点组分。
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平面投影图 PP18图2-12 将立体图向浓度三角形底面投影即为平 面投影图。在平面投影图上，立体图上的 三个空间曲面（液相面）分别投影为相应 的平面区域，即三个初晶区A、B、C；三 条空间界线e1e、e2e、e3e相应地投影为平面 界线E1E、E2E、E3E，并且用箭头表示其温 度下降的方向。E1、E2、E3分别为三个二元 低共熔点e1、e2、e3在平面上的投影，E则是 三元低共熔点e的投影。
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共析反应：固溶体或固态化合物分 解为两种固体物质的过程 包析反应：两种固态物质化合为另 一种固态物质的过程 包晶反应：L+S1=S2 单晶反应：液态溶液分解为一个固 体及另一组成的液相
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点：二元共晶点（e/E）（低共熔点） 二元包晶点（P） 面：单相面区 L 两相面区 L+S S1+S2
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FeO-SiO2二元系 P6 图1－4/PP35图2-27
假二元系 垂直线：1条，稳定化合物，F2S 横 线：4条（共晶、晶型转变等） 液相线：体系最低熔化温度 1175℃ 结论：该二元系适于作冶金炉渣
炉渣二元状态图
应用：贵冶闪速炉渣 大冶诺兰达炉渣 金川自热炉渣 各炼铜厂转炉渣 缺点：渣密度大、渣含金属较高
线。将所得的空间等温线投影到底面上， 并标出相应的温度值，即得到平面投影图 上的等温线（图2-12）。 图2-13（b）是t1温度下的等温截面图。 图中扇形区域Aa1a1’A和Bb1b1’B分别是A、 B的一次结晶空间与等温截面的截线在底面 的投影，所以这两个区域分别是A、B两固 相与液相平衡共存的两相区（L+A）和 （L+B）；两相区中绘有从顶角发出的放射
炉渣三元状态图
的两相区；扇形区域Cc2c2’C则是固相C与液 相的两相共存区。三角形区域AmBA是 （A+B）的二次结晶空间与等温截面的截线 在底面的投影，因此该区域是（L+A+B） 三相平衡区。三条等温线之间的面区 a2mb2c2’c2a2是液相区。
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等温线与二元共晶线或二元包晶线相交 时，由交点向与共晶线、包晶线的两固相 的组成点联成一三角形，此三角形内为三 相区（二次结晶区）。 检查所绘等温截面图是否正确，最基本 的一条是相邻两区域的相数差1。
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等比例规则 PP12图2-4 在三角形某一顶点到其对边的任一直线 上，各物系点中所含另两个顶点所表示的 组分的含量之比为一定值。 b1/c1=b2/c2=b3/c3=常数
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背向规则 PP13图2-5 浓度三角形ABC中任一物系点P在冷却 至其初晶温度（即物系点到达液相面）时 首先自液相中析出固相A，则当体系继续冷 却时，由于只析出了固相A，而剩余液相中 B、C两组分含量的比值不变，故根据等比 例规则可知，剩余液相的组成点L必定在AP 连线的延长线AS上变化。随着冷却结晶
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点发生转熔反应，故该无变点为三元转熔 点。 PP27图2-21 当三条界线中有一条界线的温度下降方 向（箭头）背向转熔点时，该转熔点称为 双升点（单转熔点），发生的转熔反应为 一个固相溶解，同时从液相中析出另两个 固相: Lp+SA =SB+SC
三元系相图的基本类型 PP21-30 简单低共熔型三元系相图 PP21图2-15 冷却过程分析 液相组成点变化规律 固相组成点变化规律 PP22图2-16
炉渣三元状态图
生成一致熔融化合物的三元系相图 生成一个二元一致熔融化合物的三元系相图 一致熔融化合物是指在熔融时所产生液 相的组成与化合物固相的组成完全相同的 化合物。一致熔融化合物与纯物质一样具 有确定的熔点，是一种稳定的化合物。
生成一个三元一致熔融化合物的三元系相图
P25图2-19 分解为三个相图分析 综上说述，如果某三元系中只生成二元 或三元一致熔融化合物，那么就可以将该 三元系划分为若干个独立的简单三元系。
炉渣三元状态图
生成不一致熔融化合物的三元系相图
生成一个二元不一致熔融化合物的三元系相图
如果一个化合物被加热至某一温度时发 生分解，形成一个液相和另一个固相，且 二者的组成皆不同于化合物固相的组成， 则称该化合物为不一致熔融化合物。不一 致熔融化合物是一种不稳定的化合物。
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相图相关知识复习
液相线： 垂直线：表示二组元生成的化合物 化合物：稳定化合物 熔融时所产生液相的组成与化合物 固相的组成完全相同 不稳定化合物
炉渣二元状态图
横 线：在横线的温度有相变过程或相变反 应发生 相变过程：横线上下相的变化不引起化 学组成的变化 相变反应：横线上下有旧相的分解或化 合及新相生成的反应发生 共晶反应：L=S1+S2
炉渣二元状态图
措施： （1）加入CaO，构成三元系 （2）进入贫化电炉 （3）渣选矿
（4）渣返回上道工序（或配料）
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三元系相图基础知识 PP11-15 三元系的组成表示法 浓度三角形 PP11 图2-1 浓度三角形的性质 PP12-15 等含量规则 PP12图2-3 在浓度三角形中平行于某一边的任一直 线上，其所有体系点中对面顶点组分的含 量均相等。
炉渣三元状态图
三元系相图的表示方法 PP16-20 立体相图 PP16图2-10
P16-17
特点：三个组分A、B、C
在液态时完全互溶，而 在固态时则完全不互 溶；体系中不生成化合 物，只形成一个三元低 共熔混合物 液相面： 界线：e1e、e2e、e3e 无变点：e 空间区域：
液相单相区
固相面：a0b0co 结晶空间（液-固相面之间的空间） 一次结晶空间（析出一个固相） 二次结晶空间（析出两个固相）
炉渣在冶炼过程中的作用
（4）通过炉渣可脱除金属或合金中的杂 质，并保护金属熔体免受氧化； （5）炉渣有时也是一种中间产物； （6）对电炉冶炼过程，炉渣起着电阻作 用。
炉渣的组成
氧化物分类 碱性氧化物：能供给O2－ 的氧化物 CaO,MgO,FeO,MnO,Na2O,K2O等 酸性氧化物：能吸收O2－ 的氧化物 SiO2,B2O3,TiO2,P2O5等 两性氧化物：依不同条件既能供给O2－ 又 能吸收O2－ 的氧化物 Al2O3,Fe2O3,Cr2O3,ZnO等
炉渣二元状态图
Al2O3-SiO2系 P3图1－1
垂直线：一条，不稳定化合物，A3S2 （莫来石） 横 线：三条（相变过程、共晶、包晶） 液相线：体系最低熔化温度，1545℃ 结论：该二元系适合耐火材料，不适于冶 金炉渣
炉渣二元状态图
CaO-Al2O3二元系 P4 图1－2
垂直线：5条 （两个不稳定化合物，三个稳定化合物） 横 线：6条（共晶、包晶） 液相线：体系最低熔化温度 1395℃ 结论：该二元系不适于作冶金炉渣
炉渣三元状态图
P23图2-17 分解为两个相图进行分析 初晶液相面：4个 一致熔融化合物特点（二元或三元）： 组成点位于其初晶区内
炉渣三元状态图
二元共晶点： e1：L=SA+SD e2： L=SB+SD e3： L=SB+SC e4：L=SA+SC 三元共晶点： E1： L=SA+SC+SD E2： L=SB+SC+SD
炉渣三元状态图
三元共晶点： E： L=SA+SC+SD 三元包晶点： P： Lp+SB=SC+SD 三元相图中的每一个无变点都对应于一 个子三角形，它是由与该无变点液相平衡 的三个固相组成点连成的。如果无变点处 于其相应的子三角形之内，则该无变点为
炉渣三元状态图
低共熔点；相反地，如果无变点位于其相 应的子三角形之外，则该无变点为转熔点。 当三条界线上的温度下降方向（箭头） 均指向无变点时，表明该无变点是三条界 线的温度最低点，因此是三元低共熔点。 而当三条界线中至少有一条界线的温度下 降方向（箭头）背向无变点时，说明该无 变点不是三条线的温度最低点，在该无变
冶 金 炉 渣
中南大学 戴曦
2008-10
炉渣在冶炼过程中的作用
炉渣定义 炉渣是火法冶金过程的一种产物，是各 种氧化物的熔合体。 冶金炉渣的由来 火法冶金过程中由脉石成分构成的、各种 氧化物的熔体。
炉渣在冶炼过程中的作用
冶炼炉渣的作用 冶金炉渣的主要作用是使矿石和熔剂中 的脉石、燃料中的灰分集中，并在高温下 与主要的冶炼产物金属、锍等分离。 （1）熔渣是一种介质； （2）金属或锍液滴通过渣沉降分离； （3）冶炼温度取决于炉渣熔化温度；
Fe2O3是石灰（CaO）的有效助熔剂
炉渣二元ห้องสมุดไป่ตู้态图
应用：三菱吹炼渣 闪速吹炼渣 特点：粘度低 可避免形成固体磁铁矿 可最大限度减小泡沫渣的形成 具有一定的腐蚀性
炉渣二元状态图
三菱吹炼渣组成： 12%-16%Cu （约60%生成Cu2O，剩余部分是铜） 40%-55%Fe （约70%生成Fe3+，剩余部分是Fe2+） 15%-20%CaO
炉渣三元状态图
PP26图2-20 D为不一致熔融化合物 划分为两个子三元系，但子三元系不是 独立的。 初晶液相面：4个 不一致熔融化合物特点： 组成点不在其初晶区范围内
炉渣三元状态图
二元共晶点： e1：L=SA+SD e2： L=SB+SC e3： L=SA+SC 二元包晶点： p： L+SB=SD
炉渣三元状态图
等温截面图反映了体系在指定温度下所 处的相态以及体系相态随组成的变化。对 于具体的冶炼过程而言，其作业温度的变 化范围通常不大，因此一般可利用若干温 度下的等温截面图了解相关的冶金熔体体 系在冶炼温度下的状态及其随温度变化的 规律，从而选择合适的熔体组成和作业温 度。
炉渣三元状态图
二次结晶空间
一次结晶空间
炉渣三元状态图
线，表示固相组分与液相平衡。区域 Ca1a1’b1’b1C是液相区，表明在t1温度下位于 此区域的体系均处于液态。 图2-13（c）是该三元系在t2温度下的等 温截面图。由于t2低于低共熔点e1的温度， 因此等温截面与A和B两液相面的截线相交 于m点，由此形成的两个扇形区域Aa2mA和 Bb2mB分别是A、B两固相与液相平衡共存
炉渣三元状态图
生成两个二元一致熔融化合物的三元系相图
PP24图2-18 分解为三个相图分析 如何划分三角形？ PP24 通过确定正确的连线来划分三角形 三元相图中的界线代表了液相与两个 固相平衡共存的状态。在三元相图中，连 线指的是连接与界线上的液相平衡的两个
炉渣三元状态图
固相组成点的直线。一般地，在三元相图 中，每一条界线都有与之相应的连线。子 三角形是通过连线来划分的。
炉渣三元状态图
等温截面图 PP19图2-13 在一定温度下的等温截面与立体相图相 截，所得截面在浓度三角形上的投影叫等 温截面图。 所谓等温截面是指立体图上平行于浓度 三角形底面、与立体图相截的平面。以一 定的温度间隔作一系列的等温截面，与液 相面相截得到一系列的截线，即空间等温
炉渣三元状态图