冶金原理课件(中南大学).ppt

2.2 2.2 熔渣的相平衡图熔渣的相平衡图2.2.12.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图重要的二元熔渣系相平衡图 一、一、CaO-SiOCaO-SiO2 2二元系二元系 二、二、AlAl2 2O O3 3-SiO-SiO2 2二元系二元系 三、三、CaO-AlCaO-Al2 2O O3 3二元系二元系 四、四、FeO-SiOFeO-SiO2 2二元系二元系 五、五、CaO-FeOCaO-FeO与与CaO-FeCaO-Fe2 2O O3 3二元系二元系2.2.22.2.2 CaO-Al CaO-Al2 2O O3 3-SiO-SiO2 2三元系相平衡图三元系相平衡图2.2.32.2.3 CaO-FeO-SiO CaO-FeO-SiO2 2三元系相平衡图三元系相平衡图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 二元系体系特点体系中有四个化合物ü硅酸三钙：3CaO·SiO2（C3S） ——一致熔融ü正硅酸钙：2CaO·SiO2（C2S） ——不一致熔融ü二硅酸三钙：3CaO·2SiO2（C3S2）——不一致 熔融ü偏硅酸钙：CaO·SiO2（CS） ——一致熔融2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图返 回① ② ③ ④2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图体系特点（续）一致熔融化合物C2S及CS将整个相图分为三个独立部分üCaO－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 1900°C时，C3S  -C2S + CaOüC2S－CS系——转熔型含有一个不一致熔融化合物C3S2（1475 °C）üCS－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图222 ①2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图图222 ②体系特点（续）一致熔融化合物C2S及CS的稳定程度是不同的üC2S比较稳定，熔化时只部分分解；üCS在熔化时则几乎完全分解一般而言，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ü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；ü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；ü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2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图库尔纳柯夫规则 (1)2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图库尔纳柯夫规则 (2)2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图体系特点（续）图中水平线可分为五大类ü低共熔线：3条（2065°C，1455°C， 1436°C）ü转熔线：1条（1475°C）ü偏晶线：l条（1700°C）ü固相分解线：2条（1250°C，1900°C）ü晶型转变线：6条（1470°C，1420°C， 1210°C，870°C，725°C，575°C）图222 ③2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图体系特点（续）各种钙硅酸盐的熔化温度都很高ü熔化温度不超过 1600°C的体系只局限于含 32~59%CaO范围内。

ü超过 50% CaO的体系，熔化温度急剧上升Þ高炉渣中CaO含量控制在35～50%之间；Þ有色冶金炉渣CaO含量一般在15%以下 CaO的作用ü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图222 ④2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图二、Al2O3-SiO2 二元系历史回顾莫来石 3Al2O3·2SiO2（ A3S2 ）是否一致熔融化合物?ü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；ü当使用高纯试样并在密闭条件下进行实验时，A3S2 为一致熔融化合物莫来石是否形成固溶体?ü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；ü常以化合物 A3S2的组成点表示固溶体的组成2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图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（1850C）A3S2将SiO2Al2O3二元系 划分成两个子二元系——SiO2A3S2和A3S2Al2O3 •SiO2A3S2子二元系：简单低共熔型，低共熔温度 1595C。

A3S2Al2O3子二元系：简单低共熔型，低共熔温度 1840C 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2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图三、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） 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~ 1550C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 2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图四、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§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 1105 > 1105 C C时，体系中时，体系中有一个范围很大的分层区。

有一个范围很大的分层区n n一层以一层以CuCu2 2S S为主，含有饱和的金属铜；为主，含有饱和的金属铜；n n另一层为被硫饱和的铜溶液另一层为被硫饱和的铜溶液ØØ靠近靠近CuCu一侧有一个低共熔点（一侧有一个低共熔点（10671067 C C）2.4 熔锍的相平衡图2.4 熔锍的相平衡图二、FeS 二元系相图体系特点体系特点：：ØØ生成一致熔融化合物：生成一致熔融化合物：FeSFeS1.081.08n n纯纯FeSFeS1.08 1.08 含含S 38.5%S 38.5%（质量），熔点（质量），熔点11301130 C C；；n nFeSFeS1.08 1.08 易溶解硫或铁形成固溶体易溶解硫或铁形成固溶体ØØ在纯在纯FeFe一侧，纯铁可溶解少量硫分别形成一侧，纯铁可溶解少量硫分别形成 、、 、、  三种固溶体三种固溶体ØØFeFe FeSFeS1.081.08二二元系属于生成有限固溶体的低共熔体元系属于生成有限固溶体的低共熔体 系，低共熔温度系，低共熔温度 988988 C CØØ液相线（液相线（a a）可视为纯铁中硫的溶解度曲线）可视为纯铁中硫的溶解度曲线。

n n含硫量增大将导致铁的熔点降低含硫量增大将导致铁的熔点降低2.4 熔锍的相平衡图2.4 熔锍的相平衡图三三、、CuCu Fe Fe 二二元系相图元系相图体系特点体系特点：：ØØ在纯铁一侧：在纯铁一侧：n nT T 1400 > 1400 C C时时，铁能溶解少量铜形成固溶体，铁能溶解少量铜形成固溶体   相；相；n n  相与相与  相、相、  相与相与   相可分别形成低共熔相可分别形成低共熔ØØ在纯铜一侧：在纯铜一侧：n nT T 1094 > 1094 C C时时，，  固溶体转变为固溶体转变为  固溶体：固溶体：  = =   + + L L2.4 熔锍的相平衡图2.4 熔锍的相平衡图体系特点体系特点：（续）：（续）ØØ在铜熔炼温度范围内（在铜熔炼温度范围内（1100~14001100~1400 C C）：）：n n在一定的温度下，随着含铁量的增加，将在一定的温度下，随着含铁量的增加，将 不断有铜铁合金相（不断有铜铁合金相（  固溶体）析出；固溶体）析出；n n当含铁量一定时，随着温度的降低，固溶当含铁量一定时，随着温度的降低，固溶 体体  相也会从熔体中析出。

相也会从熔体中析出ØØ在造锍熔炼中，可能在造锍熔炼中，可能析出析出铜铁合金（熔点高）铜铁合金（熔点高） ，易沉积于炉底且难于清除易沉积于炉底且难于清除2.4 熔锍的相平衡图四四、、CuCu2 2S S FeS FeS 二二元系相图元系相图体系特点体系特点：：ØØCuCu2 2S S FeSFeS1.081.08二元系中可能生成了一个一致熔融化二元系中可能生成了一个一致熔融化 合物合物CuCu4 4FeSFeS3.083.08（即（即2 2CuCu2 2S S·FeS·FeS1.081.08），熔点），熔点10901090 C C n nCuCu2 2S S CuCu4 4FeSFeS3.083.08子二元系：在液态和固态均子二元系：在液态和固态均 完全互溶的二元系；完全互溶的二元系；n nCuCu4 4FeSFeS3.083.08  FeSFeS1.081.08子二元系：形成固溶体的子二元系：形成固溶体的 低共熔型，低共熔温度为低共熔型，低共熔温度为940940 C CØØCuCu2 2S S FeSFeS1.081.08二元系的熔化温度都不太高，在二元系的熔化温度都不太高，在 940940 C ~1191C ~1191 C C之间。

之间 在熔炼在熔炼温度下（温度下（~1200~1200 C C）），，铜锍呈液态铜锍呈液态2.4 熔锍的相平衡图2.4 熔锍的相平衡图当当CuCu、、FeFe、、S S三种组分混熔时，如果硫三种组分混熔时，如果硫 量超过量超过CuCu2 2S S FeSFeS熔体中硫的化学计量，熔体中硫的化学计量， 多余的硫在熔化过程中会挥发逸去多余的硫在熔化过程中会挥发逸去  CuCu2 2S S FeSFeS S S部分对在高温和大气压力部分对在高温和大气压力 下进行的造锍熔炼过程的研究没有实际下进行的造锍熔炼过程的研究没有实际 意义 硫化铁采用化学计量形式的硫化铁采用化学计量形式的FeSFeS未考虑未考虑CuCu2 2S S FeSFeS间可能形成的化合物间可能形成的化合物五、五、CuCu FeFe S S 三元系相图三元系相图1 1、平面投影、平面投影图图2.4 熔锍的相平衡图2.4 熔锍的相平衡图体系特点体系特点：：ØØ4 4个液相面：个液相面：I —— CuI —— CuE E1 1PPPPl lCuCu面为面为Cu (CuCu (Cu固溶体固溶体) ) 的液相面的液相面L L = Cu ( = Cu (固溶体固溶体) ) 两相平衡；两相平衡；ⅡⅡ—— Fe—— FeP P1 1PDKFEPDKFE2 2FeFe面为面为Fe (FeFe (Fe固溶体固溶体) ) 的液相面的液相面L L = Fe ( = Fe (固溶体固溶体) ) 两相平衡；两相平衡；ⅢⅢ—— FeS-—— FeS-E E2 2EEEE3 3-FeS-FeS面为面为FeS (FeSFeS (FeS固溶体固溶体) ) 的液相面的液相面L L = FeS ( = FeS (固溶体固溶体) ) 两相平衡；两相平衡；ⅣⅣ—— —— CuCu2 2S-S-E E3 3EFfEFf-Cu-Cu2 2S S面和面和E E1 1PDdEPDdE1 1面为面为CuCu2 2S S (Cu(Cu2 2S S固溶体固溶体) ) 的液相面；的液相面； L L = Cu = Cu2 2S (S (固溶体固溶体) ) 两相平衡。