第四章炉渣

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2.2 三元相图的基本类型
接界规则
简单共晶体相图的等温截面图
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2.2.1 具有简单三元共晶体的相图 面、线、点分析
面：三个组分A、B、C的初晶面 线：三条二元共晶线 e1E(L→A+B) e2E(L→A+C) e3E(L→B+C) 点：E为三元共晶点 (LE=A+B+C)
C
A
B
结晶过程分析
硅酸三钙3CaO· 2（C3S） SiO
二硅酸三钙3CaO· 2SiO2（C3S2）。
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1.1.2 分相图
三个分相图：C-C2S，C2S-CS，CS-S
C-C2S：具有一个共晶体的相图 1250-19000C存在C3S，C3S = C+C2S C2S-CS：具有一个不稳定化合物C3S2的相图 14750C发生转熔反应（包晶反应）： L+C2S = C3S2 CS-S：液相有分层现象 L1—S在CS相内的饱和熔体 L2—CS在S内的饱和熔体。
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? A
上课练习
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★ 具有一个液相分层区的相图
37
★ 具有一个液相分层区的相图
C
C
E A
La M
L
d’ c’ b’ a’
c
a
d
m2 Lb
b
B B
38
m1
A
m’
2.3 三元相图中线和无变量点的性质及确定法
2.3.1 线的种类 相界线（边界线），连接线 2.3.2 连接线
有相界线（边界线）的组分才能做连接线。 连接线规则 若连接线与相界线相交，则： a 交点是相界线上的温度最高点； b 化合物D在其初晶面内，是一个稳定化合物； c 连接线分三角形为两个独立的三元系； d 两个四相平衡点分别在它们的三角形内。 若连接线与相界线不相交，则： a 相界线（PE）向背离连接线（CD）的方向倾斜； b 化合物D不在其初晶面内，是一个不稳定化合物； c 连接线把三元系分为两个部分，但两部分不独立； d △BCD内无四相平衡点，其四相平衡点P在相邻 的三角形内，是包晶点：LP+B=C+D
D
C A
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结晶过程分析
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a点杠杆规则的应用举例： 刚到E点时，固、液相重量各为多少？ 固相中B、D重量各为多少？
W L aa2 WS aE
W L WS W
W B Da 2 W D Ba 2
W B W D WS
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b1
30
31
32
33
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三元相图分析方法要点： ★ 物系点位置不变，改变的是液固相组成 任意时刻，液、固相总组成点与物系点共线 物系点所在的初晶面（结晶面），是最先析出的组元 物系点所在的三角形，决定了液相最终消失的四相点， 也决定了最终的固相由哪三个组元组成
切线规则示意图
分界线上任意一点所代表的熔体，在结晶瞬间析出的固相成分，由 该点的切线与相成分点的联线的交点来表示。当交点位于相成分点 之间，则这段分界线是低共熔线。 当交点位于相成分点之外则这段 分界线是转熔线。
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2.3 三元相图中线和无变量点的性质及确定法
二元化合物D在二元系中是稳定的，在三元系中是不稳 定的化合物。 e4N：共晶线，L→B+D NP：包晶线，L+B→D
1.5 CaO-Fe2O3系相图
二个异份熔化化合物： CaO.Fe2O3、CaO.2Fe2O3 一个同份熔化化合物:2CaO.Fe2O3、。
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2
三元系相图的基本知识及基本类型
2.1 三元相图的基本知识
体系有三个独立变量： ★ 温度及任意两个组分浓度。 三元相图表示方法： 以等边三角形表示三个组分浓度的变化， 以垂直坐标轴表示温度。
MgO
3～17 3～17 5.4 1～4 8.0～9.2 1～4 1～5
MnO
0.25～3.0 0.05～0.9 0.4 4～8 6.7～9.0
FeO
0.25～3.0 0.25～3.0 0.1 — 0.35～0.5 31～34 45～50(Fe)
Fe2O3
— — — — —
P2O5
— — — — —
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2.1.1 浓度三角形
含义
三顶点A、B、C：表示体系的纯组分。 三条边：分别为三个二元系。 三角形内的点：三元系的组成点。
物系点浓度的读取方法
(1)过O作BC、CA、AB边的垂线，长度为a、b、c
A a 100 % abc
b B 100 % abc c C 100 % abc
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2.1.2 浓度三角形的基本规则
重心规则：原物系点M1，M2，M3的重量分别为m1，m2，m3 ， 混合后形成新物系点M，则M必位于连线三角形 △M1 M2 M3的重心上。重心如何求出？ 此规则亦适用于一个相分解为三个相的计算。如，M分解 为M1、M2、M3三个新相时，则有： ma mb mc m1 m m2 m m3 m m1 m2 m3 m m1 a m2 b m3 c
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2.3 三元相图中线和无变量点的性质及确定法
二元化合物D在二元相图中是不稳定的，在三元相图中是稳定的化合物。 PN：包晶线，L+B→D NE2：共晶线，L→B+D
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2.3 三元相图中线和无变量点的性质及确定法
F
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2.1.2 浓度三角形的基本规则
MO n 杠杆规则：原物系点重量分别为m，n，混合后形成新 物系点O，则：O必位于M，N连线上 。 NO m 此规则亦适用于一个相分解为两个相。如O点重量为W，分解 为M，N两相，则M，O，N必位于同一条直线上 。 NO MO m n W m W n W MN MN
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2.2.4 具有一个不稳定二元化合物的相图 面、线、点分析
C的初晶区
不稳定化合物二元相图
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2.2.4 具有一个不稳定二元化合物的相图
面、线、点分析
不稳定二元化合物三元相图
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2.2.4 具有一个不稳定二元化合物的相图 面、线、点分析
B
面：A、B、C、D四个组元的初晶面 线：五条相界线 e1E：二元共晶线 L→B+C e2P：二元共晶线 L→A+C e3E：二元共晶线 L→B+D P’P：二元包晶线（转熔线） L+A→D PE：二元共晶线 L→C+D 点：三元共晶点E，LE=B+C+D 三元包晶点（转熔点）P：LP+A=C+D
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2.2.2 具有一个稳定二元化合物的相图 面、线、点分析
面：A、B、C、D四个组元的初晶面 线：六条二元共晶线 点：两个三元共晶点E1、E2 鞍心点 e3
结晶过程分析
●此三元系可分为两个独立的子三元系： A-B-D系 、A-C-D系 ； ●子三元系为具有简单三元共晶点的相图； ●位于各分三角形内的物系点的结晶过程在 各自的三角形内完成。
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1.2 Al2O3-SiO2系相图
一个不稳定化合物：莫来石3Al2O3.2SiO2(A3S2)， 可溶解微量的Al2O3形成的固溶体。
1.3 CaO-Al2O3系相图
三个同份熔化化合物：C12A7、CA、CA2， 两个异份熔化化合物：C3A、CA6。
1.4 FeO-SiO2系相图
一个同份熔化化合物：铁橄榄石2FeO.SiO2(F2S)， SiO2高浓度端有液相分层
7
0
炉渣类别 高炉渣（炼钢生铁） 高炉渣（铸造生铁） 冶 炼 渣 高炉渣（硅铁） 矿热炉渣（Si—Mn 合金） 高炉渣（锰铁） 铜鼓风炉渣 炼铜转炉渣 氧气顶吹转炉渣 精 炼 渣 顶底复合吹炼渣 碱性电炉炼钢渣（氧化期） 碱性电炉炼钢渣（还原期） 富 集 渣 钒渣 高钛渣 铸钢用保护渣 电炉重熔渣 炉外精炼渣 SiO2
炼铁－高炉
高炉渣
1
炼钢－转炉
转炉渣
2
炉外精炼
RH精炼 LF精炼
精炼渣
3
连铸
中包渣
结晶器保护渣
保护渣
4
第四章 冶金炉渣
0 1
引言
钢铁冶金主要二元渣系相图
2 三元系相图的基本知识及基本类型 3 4
三元渣系的相图
熔渣的结构理论
5
5 金属液与熔渣的电化学反应原理 6 熔渣的离子溶液结构模型 7 熔渣组分的等活度曲线图 8 熔渣的化学性质 9 熔渣的物理性质
主要的二元渣系相图：
CaO-SiO2 ；Al2O3-SiO2 ； CaO-Al2O3 ；FeO-SiO2 ；CaO-Fe2O3
复习
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1.1 CaO-SiO2系相图
1.1.1 化合物类型
稳定化合物(同份熔化化合物)：
偏硅酸钙CaO· 2（CS） SiO
正硅酸钙2CaO· 2（C2S）。 SiO 不稳定化合物(异份熔化化合物)：
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2.2.3 具有一个稳定三元化合物的相图 面、线、点分析
面：A、B、C、D四个组元的初晶面 线：九条二元共晶线 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ：三个三元共晶点E1、E2、E3 三个鞍心点e4、e5、e6
结晶过程分析
●此三元系可分为三个独立的子三元系： A-B-D系，A-C-D系，B-C-D系； ●子三元系为具有简单三元共晶点的相图； ●位于各分三角形内的物系点的结晶过程 在各自的三角形内完成。
S
0.4～0.7 0.5～3.1 1
其他
2.9～3.1 1 1～2
Cu 0.2～0.4 Cu 1.5～2.5
36～55 36～40 40～50 50～55
5～7 5～7 7～12 0～10
6～8 6～8 5～10
9～20 7～11 8～15
1～3 2～4
1.0～6.0 0.5～1.5
CaC2 1～4 <0.5 3～8 <1.0 28～42 CaF2 8～10 V2O5 9～16 TiO2 0～12
0.8～5
1～6
3～8
TiO2 75～94 Na2O 0～8
合 成 渣
33～50
2～20
CaF2 2～20 C 0～24
0.7～3.0 45
4～5 55
CaF2 70 CaF28 <10
1
钢铁冶金主要二元渣系相图
炉渣化学成分：
炉渣是多种氧化物构成的熔体。 CaO、SiO2 、Al2O3、FeO、MgO、Fe2O3
28～39 28～39 42 38～42 27.8～30 34～38 22～24 18～25 18～25 12～20 15～18 20～24
引言
CaO
27～48 26～48 33.1 20～28 43.5～46 10～16
Al2O3
6～16 7.1～16.8 17.7 13～21 8.3～9.6 5～10 1～5 1.5～2.0 1.5～2.0 3～5 6～7
6
0
引言
●组成
炉渣是火法冶金中形成的、以氧化物为主要成分的多组分熔体。
●分类
冶炼渣（还原渣）：以矿石为原料进行还原熔炼，得到粗金属的同时形 成的炉渣，称为冶炼渣。如：冶炼铁矿石得到的高炉渣。 富集渣：将原料的某些有用成分富集于炉渣中，以利用下道工序将其回 收的炉渣称为富集渣。如：钛精矿还原熔炼所得的高钛渣，吹炼含 钒、生铁得到的钒渣、铌渣等。 精炼渣（氧化渣）：精炼粗金属如用生铁冶炼成钢产生的炉渣，称为精炼渣。 合成渣：按炉渣所起的冶金作用，用各种造渣材料预先配制的炉渣 称为合成渣。如：电渣重熔用渣，保护渣，炉外精炼用渣。
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2.1.1 浓度三角形
(2)过O作BC、CA、AB边的平行线a’a’’、b’b’’、c’c’’
A= a ，B= b ，C= c
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2.1.2 浓度三角形的基本规则
等含量规则：平行于一边的直线上，各物系点所含对应顶角 组分的浓度相同。 等比规则： 任一顶角与对边点的连线上各点组成中，其两旁 顶角组分的浓度比相同。 背向规则：若物系点降到O点温度时开始析出C，则液相线向 CO延长线向移动，而其他两组分（A，B）的浓度 比保持不变。
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2.3 三元相图中线和无变量点的性质及确定法
2.3.3 相界线（边界线）
液相面的交线称为相界线，有两类： 共晶线：L→S1+S2 包晶线：L+ S1→S2 性质确定：切线规则 N分相界线Pe1为两部分：PN段和Ne1段 Ne1段：共晶线 PN段：包晶线
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2.3 三元相图中线和无变量点的性质及确定法
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2.1.2 浓度三角形的基本规则
交叉位规则：
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2.2 三元相图的基本类型
初晶面：组分从液相析出固相的面，固液两相平衡共存 L →S1，自由度： f = C-φ+1= 3-2+1=2 二元共晶线：液相面两两相交的交线，两个固相组分同 时从液相结晶析出，三相共存， L →S1+S2 。 自由度：f = C-φ+1=3-3+1 = 1 三元共晶点（无变量点）：三条二元共晶线的交点，三 个组分同时从液相析出，四相共存， L = S1+S2+S3 。 自由度：f = C-φ+1= 3-4+1=0。 等温线：标有温度值的投影曲线，用虚线表示。 连接线：两个纯组分组成点的连接线 。 边界线（相界线）：两个结晶面（液相面）的交线