4__冶金炉渣

4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图
❖ CS有两种晶型：αCS(假硅灰石)与βCS。后者在1210℃时 转变成同分熔化化合物的αCS(熔点为1544℃)。 ❖ C2S的晶型转变如下:
C2S有4种晶型：α、α’、β、γ。其中α’C2S有亚种 βC2S，它们可在675℃可逆而迅速地转变为βC2S。α’C2S γC2S时，体积增大约10％。
L
C2S + C
在1250－1900℃内， C3S稳定存 在，超出此范围，发生共析反应：
C3S
C + C2S
4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图
❖ C2S-CS系：具有一个不稳定化 合物（C3S2）的相图，有共晶反应， 也有包晶反应：
共晶反应（1455℃）： L1 C2S + CS，
包晶反应（1475℃）： L1+ C2S C3S2
4
❖ 炉渣及其分类
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， 根据冶炼过程目的的不同，炉渣可分为下列4类：
1）还原渣：以矿石或精矿为原料进行还原熔炼，未被还原 的氧化物和加人的熔剂形成的炉渣，如高炉渣；
2）精炼渣或氧化渣：精炼粗金属，由其中元素氧化形成的 氧化物组成的炉渣，如炼钢渣；
3）富集渣：将原料中的某有用成分富集于炉渣中，以利于 下道工序将它回收的炉渣，如钛精矿还原熔炼所得的高钛渣， 吹炼含钒、铌生铁得到的钒渣、铌渣等。
4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图
(6)CaO-Fe203系相图
存在两个不稳定化合物CF、 CF2(1150－1240℃)和一个 稳定化合物C2F
①实验测定法：淬冷法，热分析法 ②热力学计算法
4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图
4.1.3 二元系相图的基本类型 ❖曲线:饱和溶解度线。对
于液相线，它也是熔化终了 温度线，有时也表示液相分 层。自由度数:1，平衡相 数:2
❖垂直线:两组元生成化合
物。自由度数:1，平衡相 数:1
❖水平线:表示有晶型转变
4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图
4.1.4 钢铁冶金的主要二元渣系相图
(1)CaO—Si02系相图
❖两个稳定化合物，Ca0·Si02(CS) 和2Cao·Si02(C2S) ；有两个不稳定 化合物3CaO·Si02(3CS) 3❖CaC0a·O-2CS2Si系O2(：C3具S2有)。一个共晶体：
4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图
(2)Al2O3—Si02系相图
一般认为CaO-Si02系存在一个不稳定化合物（A3S2)，分别存 在一个共晶反应和包晶反应：
共晶反应： L SiO2 + A3S2 包晶反应： L + A2O3 A3S2
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(3)CaO-A203系相图
存在三个稳定化合物C12A7、 CA、CA2，可分解为四个二 元系来分析。
C12A7-CA和CA-CA2为生成共 晶的二元系，CaO-C12A7和 CA2-A2O3为既有共晶也有包 晶反应的二元系。
4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图
(4)FeO-SiO2系相图
存在一个稳定化合物F2S, 可分解为两个二元系来分析：
SiO2 晶型转变关系： 第一类(横向)：
α石英(六方双锥) α鳞石英(六方晶系板状) α方英石(立方八面体)
第二类(纵向)：α、β、γ三种晶型的亚种。晶型结构相同， 只是晶格中原子的位置及四面体间的连接角发生了变化
迅速加热或冷却
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SiO2 三类晶型转变时，会发生体积变化。
或化学反应发生。自由度 数:0，平衡相数:3
4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图
化学反应的类型： 1）分解类型 ① 共晶反应：液 固1＋固2 ② 共析反应：固3 固1＋固2 ③ 偏晶反应：液1 液2＋固1 2）化合类型 ① 包晶反应(转熔反应)：液＋固1 固2 ② 包析反应：固1＋固2 固3
❖曲线与水平线的交点：表示三相共存，它可能是共 晶点、偏晶点和包晶点，当化学反应在固相之间进行 时，可能是共析点和包析点。自由度数:0，平衡相 数:3 ❖线与线围成的区域：单相或两相区。单相区自由度 数:2，平衡相数:1；两相区自由度数:1，平衡相数:2
F2S-SiO2为有一个共晶体 （1175℃),并存在有液相分 层区及偏晶反应。
F2S-FeO为一简单共晶 （1180℃）二元系。
实际上FeO-SiO2系是一 假三元系状态图，图上标出 了液相中Fe2O3含量随SiO2变 化的曲线。
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(5)CaO-FeO系相图
有一个异分熔化化合物 2Ca0·Fe203(或C2F)(分 解温度为1133℃)，它 在1125℃可与FexO形成 共晶体：C2F-FexO
f C n常压下，n＝1 f C1
体系由化合物和一种以上的元素单质构成时，C等于体系中 化学元素数。
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4.1.2 相图
什么是相图？ 相图是描述凝聚相体系的组成和温度的相平衡关系
相图的作用 确定物质在高温下相互反应，形成不同相组分和其有关参数
及各相在不同条件下的相互转变关系，为选择某种性能的相成 分提供依据 相图的绘制方法
4）合成渣：按炉渣所起的冶金作用，而采用各种造渣材料 预先配制的炉渣，如电渣重熔用渣，浇铸钢锭或钢坯的保护渣 及炉外精炼渣。
4 冶金炉渣
❖ 炉渣在冶炼过程中的作用
1）具有分离或吸收杂质，除去粗金属中有害于金属产品性能 的杂质，富集有用金属氧化物及精炼金属，保护金属不受环境 的污染及减少金属的热损失的作用。
2）在电炉冶炼中，炉渣起着电阻发热的作用。
❖ 本章的主要内容
1）炉渣相图 2）炉渣结构理论 3）金属液与炉渣的电化学反应 4）炉渣的离子溶液结构模型 5）炉渣的活度 6）炉渣的化学、物理性质
4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图
4.1.1 相律
描述体系的自由度数f与独立组元数C、平衡共存相数φ及 外界影响因素n之间关系的规律，可用下式表示：
4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图
❖CS-SiO2系：包含一个共晶体和两 液相共存的相图，存在共晶反应和
偏晶反应：
共晶反应（1436℃）：
L1 CS + SiO2 偏晶反应（1700℃）：
L2
L1 + SiO2
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❖ 水平线：CS、SiO2 及C2S的多晶 型转变线。
4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图