冶金原理课件(中南大学).ppt

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2.2.2CaO-Al2O3-SiO2三元系相平衡图2.2.3CaO-FeO-SiO2三元系相平衡图,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硅酸三钙：3CaOSiO2（C3S）一致熔融正硅酸钙：2CaOSiO2（C2S）不一致熔融二硅酸三钙：3CaO2SiO2（C3S2）不一致熔融偏硅酸钙：CaOSiO2（CS）一致熔融,2.2.1重要的二元熔渣系相平衡图,返回,2.2.1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CaOC2S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。T1900C时，C3S-C2S+CaO。C2SCS系转熔型含有一个不一致熔融化合物C3S2（1475C）CSSiO2系包含一液相分层的低共熔型液相分层区：SiO27499.4%，T1700C。,图222,2.2.1重要的二元熔渣系相平衡图,图222,体系特点（续）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。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。,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低共熔线：3条（2065C，1455C，1436C）转熔线：1条（1475C）偏晶线：l条（1700C）固相分解线：2条（1250C，1900C）晶型转变线：6条（1470C，1420C，1210C，870C，725C，575C）,图222,2.2.1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熔化温度不超过1600C的体系只局限于含3259%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3550%之间；有色冶金炉渣CaO含量一般在15%以下。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。,图222,2.2.1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3Al2O32SiO2（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。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71.877.5%Al2O3；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（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。,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12CaO7Al2O3（Cl2A7）或5CaO3Al2O3（C5A3）CaOAl2O3（CA）CaO2Al2O3（CA2）2个不一致熔融化合物3CaOAl2O3（C3A）CaO6Al2O3（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1395C。在CaO含量为4552%范围内，本体系能在14501550C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2FeOSiO2（F2S，正硅酸铁或铁橄榄石），熔点1205C。该化合物熔化时不稳定，分解为偏硅酸亚铁：2FeOSiO2+SiO2=2(FeOSiO2)Hm0T1105C时，体系中有一个范围很大的分层区。一层以Cu2S为主，含有饱和的金属铜；另一层为被硫饱和的铜溶液。靠近Cu一侧有一个低共熔点（1067C）。,2.4熔锍的相平衡图,2.4熔锍的相平衡图,二、FeS二元系相图,体系特点：生成一致熔融化合物：FeS1.08纯FeS1.08含S38.5%（质量），熔点1130C；FeS1.08易溶解硫或铁形成固溶体。在纯Fe一侧，纯铁可溶解少量硫分别形成、三种固溶体。FeFeS1.08二元系属于生成有限固溶体的低共熔体系，低共熔温度988C。液相线（a）可视为纯铁中硫的溶解度曲线。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、CuFe二元系相图,体系特点：在纯铁一侧：T1400C时，铁能溶解少量铜形成固溶体相；相与相、相与相可分别形成低共熔。在纯铜一侧：T1094C时，固溶体转变为固溶体：=+L,2.4熔锍的相平衡图,2.4熔锍的相平衡图,体系特点：（续）在铜熔炼温度范围内（11001400C）：在一定的温度下，随着含铁量的增加，将不断有铜铁合金相（固溶体）析出；当含铁量一定时，随着温度的降低，固溶体相也会从熔体中析出。在造锍熔炼中，可能析出铜铁合金（熔点高），易沉积于炉底且难于清除。,2.4熔锍的相平衡图,四、Cu2SFeS二元系相图,体系特点：Cu2SFeS1.08二元系中可能生成了一个一致熔融化合物Cu4FeS3.08（即2Cu2SFeS1.08），熔点1090C。Cu2SCu4FeS3.08子二元系：在液态和固态均完全互溶的二元系；Cu4FeS3.08FeS1.08子二元系：形成固溶体的低共熔型，低共熔温度为940C。Cu2SFeS1.08二元系的熔化温度都不太高，在940C1191C之间。在熔炼温度下（1200C），铜锍呈液态。,2.4熔锍的相平衡图,2.4熔锍的相平衡图,当Cu、Fe、S三种组分混熔时，如果硫量超过Cu2SFeS熔体中硫的化学计量，多余的硫在熔化过程中会挥发逸去。Cu2SFeSS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意义。硫化铁采用化学计量形式的FeS。未考虑Cu2SFeS间可能形成的化合物。,五、CuFeS三元系相图,1、平面投影图,2.4熔锍的相平衡图,2.4熔锍的相平衡图,体系特点：4个液相面：ICuE1PPlCu面为Cu(Cu固溶体)的液相面L=Cu(固溶体)两相平衡；FeP1PDKFE2Fe面为Fe(Fe固溶体)的液相面L=Fe(固溶体)两相平衡；FeS-E2EE3-FeS面为FeS(FeS固溶体)的液相面L=FeS(固溶体)两相平衡；Cu2S-E3EFf-Cu2S面和E1PDdE1面为Cu2S(Cu2S固溶体)的液相面；L=Cu2S(固溶体)两相平衡。该液相面被液相分层区所截，分成两个部分。,2、平面投影图（简示图）,2.4熔锍的相平衡图,返回,2.4熔锍的相平衡图,体系特点（续）：2个液相分层面Vl(dDFfd面)析出Cu2S固溶体的初晶区，L1L2+Cu2S(固溶体)两液相的组成由fF和dD线上两对应点表示；V2(DKFD面)析出Fe固溶体的初晶区，L1L2+Fe(固溶体)两液相的组成由KF及KD线上两对应点表示。,图242,2.4熔锍的相平衡图,体系特点（续）：5条界线E1PCu固溶体与Cu2S固溶体共同析出的低共熔线；E2EFe固溶体与FeS固溶体共同析出的低共熔线；E3ECu2S固溶体与FeS固溶体共同析出的低共熔线；FE和DPCu2S固溶体与Fe固溶体共同析出的低共熔线，被液相分层区截断而分成两部分。P1P二元转熔线：L+Fe(固溶体)=Cu(固溶体),图242,2.4熔锍的相平衡图,体系特点（续）：2个三元无变点E三元低共熔点（靠近FeSCu2S连线上的E3附近，但并不落在FeSCu2S直线上）。低共熔反应：L=Cu2S(固溶体)+FeS(固溶体)+Fe(固溶体)P三元转熔点（靠近Cu组元顶角，转熔温度为1085C）。平衡反应：L+Fe(固溶体)=Cu(固溶体)+Cu2S(固溶体),图242,2.4熔锍的相平衡图,L1含有少量硫的液态CuFe合金，L2Cu2SFeS假二元系完全熔融体，即熔融铜锍。当富铜的熔融铜锍含硫量降低时，熔体中将出