第二章冶金熔體的相平衡圖

體的相平衡圖第二章冶金熔體的相平衡圖2.1三元系相圖基礎知識2.1.1相律及二元系相圖回顧一、相律?描述平衡體系中獨立組元數(shù)、相數(shù)和自由度數(shù)之間的關系f=c–Φ+2?對于常壓下的冶金熔體體系，可以忽略氣相的影響f=c–Φ+1?獨立組元數(shù)c與體系中物質種類數(shù)N、獨立化學反應數(shù)R和限制條件數(shù)S的關系：c=N–R–S二、二元系相圖的基本類型（1/3）（1）有一個低共熔點型（2）生成一個二元一致熔融化合物型（3）有一個化合物在固相分解型（4）生成一個二元不一致熔融化合物型（5）有轉熔反應的有限固溶體型（6）有液相分層、固相晶型轉變及偏晶反應型（7）形成連續(xù)固溶體型（8）有最高點的連續(xù)固溶體型（9）有低共熔點的有限固溶體型三、熔體冷卻過程分析2.1.2三元系的組成表示法?對于三元熔體體系：f=c–Φ+1=4–Φ?三元凝聚體系的自由度數(shù)最多為3元的濃度。?要完整地表示三元系的狀態(tài)，必須采用三維空間圖形。?示溫度。一、濃度三角形→等腰直角三角形表示法→等邊三角形表示法1、等腰直角三角形表示法?用縱軸表示組元A的濃度，橫軸表示組元B的濃度，兩軸均分為100等分。?組元C的含量→計算法：C%=100–A%–B%→圖解法：過M點作斜邊的平行線交AC、BC邊于m2、m1；線段Am2或Bm1的長度表示組元C的含量。?→優(yōu)點：可以用普通直角坐標紙作圖→缺點：坐標原點所表示組元的含量的讀取欠方便2、等邊三角形表示法?性質：→吉布斯?jié)舛热切巍_策布濃度三角形?→優(yōu)點：可以直接從圖上讀出三個組元的百分含量→缺點：必須用等邊三角形坐標紙3、雙線法確定體系的組成二、濃度三角形的性質1、等含量規(guī)則→在濃度三角形△ABC中平行于三角形某一邊的任一直線上，其所有體系點中對應頂點組元的濃度相等。如圖：→KK'線上諸物系點中組元C的含量均為c%2、等比例規(guī)則→由濃度三角形中任一頂點向對邊引一射線，則射線上所有各點含三角形其余二頂點所表示的組元的數(shù)量比例均相等。如圖：→b1/c1=b2/c2=b3/c3=…=常數(shù)3、背向規(guī)則→在濃度三角形△ABC中，假定當物系點P冷卻至初晶溫度（即AAP的延長線ALA的方向變化。4、直線規(guī)則→兩個原始體系MN完全混合為一個新體系P時，P的組成點必定在MN連線上，且必介于M、N二點之間?！粗斠粋€體系P分解成為兩個不同組成的體系M、N時，則M、N、P三點也必然處于一條直線上，且M、N兩體系的組成點分居于P組成點的兩側。5、杠桿規(guī)則→當兩個體系MN混合成為一個新體系PP與組成點M、N的距離與體系M、N的數(shù)量成反比。即：→杠桿規(guī)則同樣適用于一個體系P分解為兩個新體系MN的情形。6、重心原理→三個原始體系M、N、Q完全混合為一個新體系P時，P點必定在以M、N、Q為頂點的三角形之內，且處于M、N、Q三重物組成的（物理）重心。(通常不是幾何重心！)重心位置的確定：→計算法：質量守恒原理→作圖法：兩次應用杠桿規(guī)則。利用重心原理確定物系P的化學組成→假定M、N和Q的質量分別為2kg、3kg和5kg，則新物系P的質量WP為：WP=2+3+5=10kg→P點在濃度三角形中的位置可以兩次運用杠桿規(guī)則來確定。假定先由M與N構成一中間物系S，則S的重質量WS為：WS=2+3=5kg→S點必在MN由如下關系確定：NS/SM=WM/WN=2/3→再由S與Q構成物系P，其質量WP為：WP=WS+WQ=5+5=10kg→而且P點必在SQ連線上，且滿足以下數(shù)量關系：SP/PQ=WQ/WS=5/5→當總體系（重心）P的重量和組成已知，由體系P分解出的三個體系M1、M2M3的組成也已知時，則可以應用杠桿規(guī)則求出M1、M2、M3三個體系的重量：7、交叉位規(guī)則→新體系點P在起始混合物MNQ三角形之外，在一條邊的外側。WP+WQ=WSWM+WN=WSWP+WQ=WM+WNWP=(WM+WN)–WQ→為了獲得PM和N的混合物中取出Q→反之，P組成必須加入Q組成，才能分解為M和N組成。8、共軛位規(guī)則→P點在三角形MNQ之外，且位于三角形頂點的外側，即Q點位于三角形MNP之內。WQ=WM+WN+WPWP=WQ－(WM+WN)→為了獲得P組成的混合物，需從Q組成取出M和N組成；→當P分解時，需要加入M和N，才能得到Q組成。2.1.3三元系相圖的表示法?立體相圖?平面投影圖?等溫截面圖一、立體相圖——簡單三元低共熔體系→用三方棱柱體表示——的縱坐標表示溫度?！w系的特點——A、B、C在液態(tài)時完全互溶，而在固態(tài)時完全不互溶、形成機械混合物，三個組元只形成一個低共熔體。1、液相面→三個液相面或初晶面——ae1ee3a、be1ee2b和ce2ee3c→三元立體狀態(tài)圖中的液相面是由二元系中的液相線發(fā)展而來的ae1ee3a液相面源于A組分在A?B二元中的液相線ae1和在A-C二元中的液相線ae3。→液相面本質上是一個飽和曲面A的三元熔體冷卻到ae1ee3a液相面上的溫度時，即開始對A飽和，析出A的晶體，L→A。→液相面代表了一種兩相平衡狀態(tài)液相面上體系的自由度為f=3-2+1=2。→在三個液相面上部的空間是熔體的單相區(qū)，在此空間區(qū)域內體系的自由度為f=3-1+1=3。2、界線→界線——三個液相面彼此相交得到的三條空間曲線e1e、e2e及e3e→界線上的液相同時被兩種晶相所飽和，本質上是一條飽和曲線線e1e上任一點的液相對組分A和B同時飽和，冷卻時同時析出晶體A和B：L→A+B界線e1e又被稱作組分A和B的低共熔線?！缇€代表了體系的三相平衡狀態(tài)在界線上體系的自由度為f=3-3+1=1→界線e2e是組分B和C的低共熔線：L→B+C界線e3e為組分C和A的低共熔線：L→C+A3、無變點→e點是三條界線（或三個液相面）的交點，稱為三元無變點或三元零變點?！趀點，體系處于四相平衡狀態(tài)，即一個液相與三個固相平衡共存，體系的自由度為f=3-4+1=0→e點的液相同時對A、B、C三個組分飽和冷卻時將同時析出A、B、C三種晶體，L→A+B+Ce點亦被稱作該體系的三元低共熔點。三元系相圖中自由度數(shù)和相數(shù)f=c–Φ+1=4–Φ單液相區(qū)液相面界線無變點平衡相數(shù)1234自由度數(shù)32104、空間區(qū)域→單相區(qū)：在三個液相面上部的空間；f=3-1+1=3。→固相區(qū)：在固相面（通過三元低共熔點e、平行于濃度三角形底面的平面）以下的空間區(qū)域；f=3?！Y晶空間（或結晶區(qū)）：在液相面與固相面之間的區(qū)域，為液相與固相平衡共存的空間。結晶空間在簡單三元低共熔體系內，液相面和固相面之間所圍的空間是由六個不同的結晶空間所構成，而不是一個整體。（1）一次結晶空間→三個一次結晶空間是液相與一個晶相兩相共存的空間區(qū)域，分別是：L+A，L+B、L+C?！總€一次結晶空間由五塊曲面圍成。（2）二次結晶空間→三個二次結晶空間是液相與兩個晶相三相平衡共存的空間區(qū)域，分別是：L+A+B，L+B+C、L+C+A?！總€二次結晶空間由四個面圍成?！谓Y晶空間實質上是一系列不同等溫面上的結線三角形由上而下疊合而成；溫度愈低，三角形愈大。二、平面投影圖(三元相圖，三元熔度圖)→等溫截面立體相圖中平行于濃度三角形底邊、與立體相圖的液相面相截的平面?！臻g等溫線等溫截面與立體相圖的液相面相截所得的截線；→等溫線空間等溫線在濃度三角形中的投影；或：熔化溫度相等的組成點的聯(lián)線。→體系中所有組元及其化合物都有自己的初晶面；或：組元及其化合物數(shù)目之和等于初晶面的數(shù)目（固相已分解，或僅在熔體中才存在的物質除外）。→在濃度三角形中一致熔融化合物的組成點都落在自己為初晶面之內；不一致熔融化合物的組成點都落在自己的初晶面之外?！跐舛热切沃?，等溫線密集部分表示立體相圖中液相面陡度較大，即溫度變化較大；等溫線稀疏部分表示液相面較平坦，即溫度隨組成的變化較和緩。三、等溫截面圖→等溫截面圖在某一定溫度下的等溫平面與立體相圖相截，所得截面在濃度三角形上的投影?！猛痉从沉梭w系在指定溫度下所處的相態(tài)以及組成改變時體系相態(tài)的變化?！合鄥^(qū)由等溫線及濃度三角形的邊圍成的區(qū)域→二相區(qū)扇形區(qū)域→三相區(qū)三角形區(qū)域等溫截面圖（1/4）等溫截面圖（2/4）等溫截面圖（3/4）等溫截面圖（4/4）從平面投影圖繪制等溫截面圖步驟：→將平面投影圖中給定溫度以外的等溫線、溫度高于給定溫度的部分界線（fe1）去掉→f相連接，形成結線三角形（BfC）→去掉余下的界線（Ef，Ee2，Ee3）→在液–固兩相區(qū)畫出一系列結線→標出各相區(qū)的平衡物相→用“邊界規(guī)則”檢查所繪制的等溫截面圖2.1.4三元系相圖的基本類型2.1.4.1簡單低共熔型三元系相圖1、簡單低共熔型三元系的特點?三個組分各自從液相分別析晶?不形成固溶體?不生成化合物?無液相無分層現(xiàn)象2、熔體M的冷卻過程（1）用文字描述?在t2溫度以上，體系中只有一個液相，液相組成點與原始體系組成點重合。?當溫度降至t2時，體系點到達組分B的液相面，進一步冷卻則會析出B晶體，LE→B。?BM連線延長線、向著離開B點的方向變化。?B可以確定液相點的位置以及析出的B晶體的相對量。?例如，當體系溫度降低至t3時，液相組成到達a點；根據(jù)杠桿規(guī)則，析出的B晶體的量與原始熔體的質量存在如下關系。?當液相點到達E2E界線上的gL→B+C。?E2E向三元低共熔點E的方向變化；固相點將離開B點沿著BC連線移動。?可以利用杠桿規(guī)則確定液相點和固相點的位置以及析出的B、C混合晶體的相對量。?例如，液相組成到達b點時，根據(jù)直線規(guī)則，固相組成位于k點；而析出的B、C混合晶體的量可由杠桿規(guī)則確定：?當體系冷卻到低共熔溫度TEE系中將發(fā)生三元低共熔反應：LE→B+C+A，體系進入四相平衡狀態(tài)，f=0→體系溫度保持不變→液相點則保持在E點不變。?固相點則到達qEMq三點必在同一條等溫的直線上。?q照直線規(guī)則，固相點必定沿著直線qME向M點推進。?可以根據(jù)杠桿規(guī)則確定此等溫析晶過程中固相點的位置以及析出的B、C、A混合晶體的質量。?nBCA混合晶體的質量為：?隨著E至液相完全消失→此時固相點與原始熔體組成點M程結束，體系重新獲得一個自由度，系統(tǒng)溫度又可繼續(xù)下降。?最后得到的結晶產物為晶相A、B和C。（2）用冷卻曲線表示?見圖2–15（3）列表表示?見相關參考書（4）用析晶過程中液相點和液相點位置的變化表示?小結?變的。?必須處于一條直線上。?成點的位置。?利用杠桿規(guī)則，可以計算出某一溫度下體系中的液相量和固相量。2.1.4.2生成一致熔融化合物的三元系相圖1、生成一個二元一致熔融化合物2、生成兩個二元一致熔融化合物?兩種可能的連線方案：→連接DF和AFA?B?FA-F-D和C-D-F三個子三元系；→作DF和DBA-B-DB-F-D和C-D-F三個子三元系。?連線（Alkemade線）的定義→在三元相圖中，連線指的是連接與界線上的液相平衡的兩個固相組成點的直線?！鏑D、AD、BD均為連線?在三元相圖中，每一條界線都有與之相應的連線?！幌噜彸蹙^(qū)的組成點不應連成直線。→連線不能互相相交。?12線DB相應的界線。?DF和AF兩條連線將原始三角形ABC劃分成ABF、AFD和CDF三個子三角形。?三個子三元系都屬于簡單低共熔型三元系E1、E2、E3分別是子三角形ABF、AFD、CDF的無變點。??無變點（低共熔點）結束析晶。?判斷界線上的溫度走向——連線規(guī)則→連線規(guī)則（Alkemade規(guī)則，溫度最高點規(guī)則）讓一界線（或其延長線）與其相應的連線（或其延長線）連線上的溫度最低點?！缇€上溫度降低的方向用箭頭表示?！虻凸踩埸c。→元低共熔點；三元低共熔點。→三元低共熔點是所劃分的獨立三角形中溫度的最低點。3、生成一個三元一致熔融化合物生成一致熔融化合物的三元系中熔體的冷卻過程分析?將該三元系劃分成若干個獨立的簡單子三元系。?該三元系中任一熔體m的冷卻過程分析→確定m位于哪個簡單三元系內，→按照簡單三元系中熔體冷卻過程的分析方法確定其析晶路程。2.1.4.3生成不一致熔融化合物的三元系相圖1、生成一個二元不一致熔融化合物體系特點?A、B兩組分間生成一個不一致熔融化合物D。?D的組成點不在其初晶區(qū)范圍內。原因：在A→B二元相圖中，D的組成點不在與D平衡的液相線組成范圍內。?判斷化合物性質的規(guī)則→化合物的組成點在其初晶區(qū)之內——一致熔融化合物→化合物的組成點在其初晶區(qū)之外——不一致熔融化合物?連線CD不代表一個真正的二元系，不能將A-B-C三元系劃分成兩個子三元系。?界線elE由二元低共熔點e1發(fā)展而來→低共熔線。L=A+D?界線pP由二元轉熔點p發(fā)展而來→轉熔線。體系冷卻時此界線上的液相將回吸晶體B而析出晶體D：L+B=D三元系中有低共熔和轉熔兩種不同性質的界線。?判定界線性質的一般方法——切線規(guī)則→切線規(guī)則過界線上任一點作切線，與其相應的連線（或其延長線）相交：→如果交點在連線上，則此界線在該處具有低共熔性質。→在轉熔反應中，被回吸（轉熔）的是遠離交點的晶相?！绻骋粭l切線與連線的交點恰好與一晶相組成點重合，則界線的性質在交點處發(fā)生轉變?！D熔線上溫度降低的方向。液相在結晶瞬間所析出的固相成分分界線上任意一點晶瞬間析出的固相與兩固相成分點的連線的交點來表示。?無變點E位于由A、B、C三個晶相組成點所連成的子三角形ACD之內——E點為三元低共熔點，即：LE=A+C+D?P點位于相應的子三角形BCD的交叉位上——P點是三元轉熔點：LP+B=C+D三元系中的無變點有低共熔和轉熔不同的兩種性質。?判定無變點性質的一般方法——重心規(guī)則→重心規(guī)則由與該無變點液相平衡的三個晶相組成點連成的。→無變點位于其所對應的子三角形之內——三元低共熔點；低共熔點一定是析晶過程的終點?！鸁o變點位于其所對應的子三角形之外——三元轉熔點。子三角形之內而定。小結化合物的性質取決于化合物組成點與其初晶區(qū)的相對位置。無變點的性質取決于無變點與其相應的子三角形的相對位置。界線的性質與各相成分點的相對位置和界線的形狀有關，與化合物的性質沒有必然的聯(lián)系。生成不一致熔融化合物的體系，不一定出現(xiàn)轉熔線與三元轉熔點；生成一致熔融化合物的體系，也不一定出現(xiàn)低共熔線與三元低共熔點。2、生成一個三元不一致熔融化合物2.1.4.4熔體冷卻過程分析實例1、熔體1的析晶過程分析?熔體1的組成點處于B的初晶區(qū)內當熔體1冷卻到其初晶溫度時，開始析出晶體B。?熔體1的組成點位于子三角形△BCD之內熔體1的析晶過程在與子三角形△BCD對應的無變點P結束，析晶產物為晶體B、C和D。?熔體1的冷卻結晶過程可用液相點與固相點的變化表示為：2、熔體2的析晶過程分析?熔體2的組成點亦處于B的初晶區(qū)內當熔體2冷卻到其初晶溫度時，開始析出晶體B。?熔體2的組成點位于子三角形△ACD之內熔體2的析晶過程在與子三角形△ACD對應的無變點E束，析晶產物為晶體A、C和D。?熔體2的冷卻結晶過程用液相點與固相點的變化表示為：三角形規(guī)則?原始熔體組成點所在的子三角形之三個頂點所表示的物質為該熔體冷卻結晶過程的最終產物；?與此子三角形相對應的三元無變點是熔體冷卻結晶過程的終點。?可利用此規(guī)則驗證冷卻結晶過程分析的正確性。3、熔體5的析晶過程分析?熔體5的組成點亦處于B的初晶區(qū)內當熔體5冷卻到其初晶溫度時，開始析出晶體B。?熔體5的組成點位于子三角形△ACD之內熔體5的析晶過程在與子三角形△ACD對應的無變點E束，析晶產物為晶體A、C和D。?熔體5的冷卻結晶過程用液相點與固相點的變化表示為：2.1.4.5三元系相圖分析方法小結?判斷化合物的性質根據(jù)化合物的組成點是否位于其初晶區(qū)內，確定該化合物是一致熔融化合物還是不一致熔融化合物。?劃分三角形將體系中與每個無變點相對應的三個組分的組成點連元系?！w系中子三角形的數(shù)目一定與三元無變點的個數(shù)相等?！挥谐蹙^(qū)相鄰的組分的組成點才能相連，而且連線不能互相相交。?確定界線的性質根據(jù)切線規(guī)則可以判斷某一界線是低共熔線還是轉熔線?！Y合連線規(guī)則找出該界線上的溫度最高點；→在該界線上按照溫度下降的方向標上單箭頭或雙箭頭。?判斷無變點的性質根據(jù)無變點與其相對應的子三角形的相對位置關系來確定該無變點的性質?！凸踩埸c——E→轉熔點——P熔體冷卻過程分析小結?根據(jù)給定熔體M的百分組成，在濃度三角形中找到M點的位置；?由M點所在的等溫線，確定熔體開始結晶的溫度；?由M點所在的初晶面，確定初晶組成；?按M點所在的子三角形確定熔體結晶終了的固相組成及冷卻過程的終點。?守杠桿規(guī)則。?時，這兩條路徑首尾相連，合為一條折線。2.2熔渣的相平衡圖2.2.1重要的二元熔渣系相平衡圖一、CaO-SiO2二元系體系特點?體系中有四個化合物→硅酸三鈣：3CaO·SiO2（C3S）——一致熔融→正硅酸鈣：2CaO·SiO2（C2S）——不一致熔融→二硅酸三鈣：3CaO·2SiO2（C3S2）——不一致熔融→偏硅酸鈣：CaO·SiO2（CS）——一致熔融?一致熔融化合物C2S及CS將整個相圖分為三個獨立部分→CaO－C2S系——低共熔型含有一個在低溫及高溫下均會分解的化合物C3S。T<1250°C時，C3S→α'-C2S+CaO；T>1900°C時，C3S→α-C2S+CaO?！鶦2S－CS系——轉熔型含有一個不一致熔融化合物C3S2（1475℃）→CS－SiO2系——包含一液相分層的低共熔型液相分層區(qū)：SiO274～99.4%，T>1700℃。?一致熔融化合物C2S及CS的穩(wěn)定程度是不同的?！鶦2S比較穩(wěn)定，熔化時只部分分解；→CS在熔化時則幾乎完全分解。?似推斷熔融態(tài)內化合物的分解程度?！艋衔锝M成點處的液相線出現(xiàn)尖峭高峰形，則該化合物非常穩(wěn)定，甚至在熔融時也不分解；→若化合物組成點處的液相線比較平滑，則該化合物熔融時會部分分解；→化合物組成點處的液相線越平滑，該化合物熔融時的分解程度也越大。?圖中水平線可分為五大類→低共熔線：3條（2065℃，1455℃，1436℃）→轉熔線：1條（1475℃）→偏晶線：l條（1700℃）→固相分解線：2條（1250℃，1900℃）→6條（1470℃，1420℃，1210℃，870℃，725℃，575℃）?各種鈣硅酸鹽的熔化溫度都很高→熔化溫度不超過1600℃C的體系只局限于含32～59%CaO范圍內。→超過50%CaO的體系，熔化溫度急劇上升。高爐渣中CaO含量控制在35～50%之間；有色冶金爐渣CaO含量一般在15%以下。?CaO的作用→降低爐渣密度、減少重金屬硫化物在爐渣中的溶解度→降低金屬在爐渣中的損失。二、Al2O3-SiO2二元系歷史回顧?莫來石3Al2O3·2SiO2（A3S2）是否一致熔融化合物?→當試樣中含有少量堿金屬雜質，或相平衡實驗是在非密閉條件下進行時，A3S2為不一致熔融化合物；→A3S2為一致熔融化合物。?莫來石是否形成固溶體?→A3S2Al2O3的組成范圍為71.8～77.5%Al2O3；→常以化合物A3S2的組成點表示固溶體的組成。體系特點?體系中生成一個一致熔融化合物——A3S21850℃）。A3S2將SiO2-Al2O3二元系劃分成兩個子二元系——SiO2-A3S2和A3S2-Al2O3。?SiO2-A3S2子二元系：簡單低共熔型，低共熔溫度1595℃。?A3S2-Al2O3子二元系：簡單低共熔型，低共熔溫度1840℃。→A3S2A12O3耐火材料。三、CaO-Al2O3二元系體系特點?3個一致熔融化合物將體系分解為4個獨立的二元系12CaO·7Al2O3（Cl2A7）或5CaO·3Al2O3（C5A3）CaO·Al2O3（CA）CaO·2Al2O3（CA2）?2個不一致熔融化合物3CaO·Al2O3（C3A）CaO·6Al2O3（CA6）?1395℃。?在CaO含量為45～52%1450～1550℃溫度范圍內出現(xiàn)液相區(qū)→配制的爐外合成渣常選擇這一成分范圍。四、FeO-SiO2二元系體系特點?體系中有一個一致熔融化合物2FeO·SiO2（F2S，正硅酸鐵或鐵橄欖石），熔點1205℃?！摶衔锶刍瘯r不穩(wěn)定，分解為偏硅酸亞鐵：2FeO·SiO2+SiO2=2(FeO·SiO2)△Hm＞0→T<1205℃時，反應向左進行。FeO·SiO2（FS）僅存在于熔體中，不會在熔度圖中出現(xiàn)。?F2S將FeO-SiO2二元系分成SiO2-F2S和F2S-FeO兩個分二元系。?F2S-FeO分二元系：簡單低共熔型，低共熔溫度1180℃。?SiO2-F2SSiO2一側，當溫度高于1698℃時，體系中出現(xiàn)一個很寬的液相分層區(qū)；此分二元系包含一個低共熔點（1175℃）。?體系中還存在一些高價鐵的氧化物，如Fe2O3或Fe3O4。附：Fe2O3含量的折算?FeOFe3O4中一部分Fe以Fe2O3形態(tài)存在；?FeO的硅酸鹽熔化后易分解：3FeO=Fe2O3+Fe；?FeO容易氧化為Fe2O3；?Fe2O3由正硅酸鐵（F2S）處的2.25%增高至純FeO處的11.56%；?在作該二元系狀態(tài)圖時，須將Fe2O3折算為FeO：∑(%FeO)=%FeO+y(%Fe2O3)%FeO——體系中FeO（Fe2+分數(shù)）；%Fe2O3——體系中Fe2O3（Fe3+量百分數(shù)）；y——折算系數(shù)。?全氧折合法3FeO＝Fe2O3+Fey全氧＝215.55/159.7=1.35?全鐵折合法2FeO＋(1/2)O2＝Fe2O3y全鐵＝143.7/159.7=0.9?通常采用全鐵折合法中的低價鐵很可能部分地被空氣氧化為高價鐵。?當SiO2含量為30%1200℃?！碚撋希@樣的熔化溫度符合有色金屬礦物的造流熔煉及還原熔煉的要求。?實際選用的爐渣中，F(xiàn)eO含量不宜過高?！@種熔渣的比重大，不利于渣–锍或渣–金屬的分離?！SFeO→用高鐵質堿性爐渣進行還原熔煉時，F(xiàn)eO也可能部分地被還原為金屬鐵，可能造成爐缸積鐵。加入CaO，改善爐渣的性能。五、CaO-FeO二元系體系特點?此體系不是一個真正的二元系，而是與金屬鐵平衡的CaO-FeO-Fe2O3三元系相圖在CaO-FeO邊的投影。?體系中有一個不一致熔融化合物2CaO·Fe2O3，分解溫度1133℃。?2CaO·Fe2O3與FexO形成低共熔體，低共熔溫度1125℃。六、CaO-Fe2O3二元系體系特點?兩性氧化物Fe2O3與CaO形成一個一致熔融化合物：2CaO·Fe2O3（C2F），熔點1449℃。?2個不一致熔融化合物：CaO·Fe2O3（CF）和CaO·2Fe2O3（CF2）→CaO·Fe2O3：分解溫度1218℃；→CaO·2Fe2O3僅在1150～1240℃范圍內穩(wěn)定存在。?CF和CF2的熔化溫度均在1440℃以下→Fe2O3是石灰（CaO）的有效助熔劑。2.2.2CaO-Al2O3-SiO2三元系相平衡圖1、CaO-Al2O3-SiO2三元系的應用?冶金爐渣→如高爐煉鐵爐渣、鑄鋼保護渣、爐外精煉渣、錫電爐爐渣、氧化鋁生產熟料?硅酸鹽領域如耐火材料、玻璃、水泥、陶瓷……2、CaO-Al2O3-SiO2三元系相圖及其特點?該體系有10個二元化合物和2個三元化合物。?共有15個組元及與之相應的15個初晶區(qū)。?可劃分為15個子三角形，對應15個無變點。其中8個低共熔點←→8個獨立三角形；7個轉熔點←→無對應的獨立三角形。?23條二元低共熔線，5條二元轉熔線。?8個二元低共熔點，5個二元轉熔點。體系特點?在靠近純SiO2附近有一個不大的液相分層區(qū)。當Al2O3含量達到3％時，液相分層區(qū)消失。?SiO2初晶區(qū)內，有一條1470℃的方石英與鱗石英之間的晶型轉變線。?組成位于以三元低共熔點1和2（1170℃和1310℃圍區(qū)域中的爐渣體系具有較低的熔化溫度。高爐渣的組成通常位于此區(qū)域內。3、CaO-Al2O3-SiO2三元系的等溫截面圖2.2.3CaO-FeO-SiO2三元系相平衡圖1、CaO-FeO-SiO2三元系的應用?有色冶金爐渣：煉銅爐渣、煉錫爐渣、煉鉛爐渣?堿性煉鋼爐渣：轉爐渣、電爐渣2、CaO-FeO-SiO2三元系相圖及其特點?存在一系列固溶體和不一致熔融化合物，F(xiàn)eOFe2O3或Fe3O4，測試較困難，測得的相圖有一定差異。?堿性煉鋼爐渣：轉爐渣、電爐渣?體系內有5個二元化合物和1個三元化合物；?相圖中共有9個初晶面；?有一個寬廣的液相分層區(qū)；?有一個很大的正硅酸鈣（C2S）初晶面；?體系內有某些系列的連續(xù)固溶體；?固相內發(fā)生復雜的化學變化（如化合物的分解或生成）；?有兩條晶型轉變線：α-方石英←→α-鱗石英α-C2S←→β-C2S相圖特點?體系中共有4個一致熔融化合物和2個不一致熔融化合物：(1)硅灰石CaO·SiO2(CS)，熔點1544℃；(2)正硅酸鈣2CaO·SiO2(C2S)，熔點2130℃；(3)鐵橄欖石2FeO·SiO2(F2S)，熔點1208℃；(4)鈣鐵橄欖石CaO·FeO·SiO2(CFS)，熔點1230℃。(5)硅鈣石3CaO·2SiO2(C3S2)，1464℃分解；(6)硅酸三鈣3CaO·SiO2(C3S)，1250～1900℃間穩(wěn)定。?靠近CaO頂角和SiO2頂角的區(qū)域，其熔化溫度都很高。?CaO·SiO2?2FeO·SiO2聯(lián)結線上靠近鐵橄欖石的一個斜長帶狀區(qū)域是該三元系熔化溫度比較低的區(qū)域。3、CaO-FeO-SiO2三元系的等溫截面圖(1400°C)4、氧氣頂吹轉爐煉鋼過程中初渣和終渣成分范圍的選擇?氧氣頂吹轉爐煉鋼爐渣可簡化為CaO-SiO2-FeO三元系。?很高的初渣——L點。?硫）逐漸溶于初渣，熔渣成分沿著LS連線向S點移動。→爐渣成分在LO1線段內，石灰完全溶解，形成液態(tài)渣?！鸂t渣成分位于C2SO2的C2S殼層，阻礙熔渣對石灰塊的溶解。→為了加速石灰塊的溶解或造渣，須采取適當措施?！铀偈覊K的溶解或造渣的主要措施：降低爐渣熔化溫度提高熔池溫度MgOMnOCaF2Al2O3Fe2O3增大渣中∑FeO含量顯著降低C2S初晶面的溫度；破壞C2S殼層，促進石灰塊的溶解。?一般轉爐吹煉初期渣的組成位于圖中的A區(qū)；?B區(qū)。?爐渣成分可沿1和2兩條不同的途徑從A區(qū)變化到B區(qū)。?當爐渣中∑FeO含量緩慢增加時，爐渣成分將沿途徑1到達B區(qū)，即通過液固兩相區(qū)（L+C2S）。?爐渣粘度較大，處于“返干狀態(tài)”，不利于脫磷和脫硫。?當渣中∑FeO徑2到達B區(qū)。?熔渣的粘度比較小，有利于磷、硫的脫除。?爐渣中∑FeO質的脫除效果。2.3熔鹽的相平衡圖工業(yè)鋁電解質?主要成分：→冰晶石（Na3AlF6）——熔劑→氟化鋁（AlF3）——熔劑→氧化鋁（Al2O3）——煉鋁原料→其它氟化物（CaF2、MgF2、LiF、NaF等）——添加劑?鋁電解質的基本體系：→NaF-AlF3二元系→Na3AlF6-Al2O3二元系→Na3AlF6-AlF3-Al2O3三元系一、NaF-AlF3二元系體系特點?生成了一致熔融化合物——冰晶石?！埸c1010℃。→在固態(tài)下，冰晶石有三種變體：單斜晶系，立方晶系和六方晶系，相變溫度分別為565℃和880℃?！M成點處液相線較平滑冰晶石在熔化時發(fā)生一定程度的分解，分解率約為30%。?NaF-Na3AlF6分二元系→簡單低共熔型，低共熔溫度888℃。?Na3AlF6-AlF3分二元系→生成不一致熔融化合物——亞冰晶石（Na5Al3F14）→Na5Al3F14在734℃以上發(fā)生分解：3Na5Al3F14=5Na3AlF6+3AlF3→低共熔點溫度：695℃二、Na3AlF6-Al2O3二元系體系特點?簡單低共熔型→不存在固溶體→低共熔點：10.0%～11.5%Al2O3（質量），溫度960～962℃。在鋁電解溫度下，Al2O3在電解質中的溶解度不大。三、Na3AlF6-AlF3-Al2O3三元系體系特點?尚無完整的Na3AlF6-AlF3-Al2O3三元系相圖→AlF3的揮發(fā)性很大。?生成一個二元不一致熔融化合物——亞冰晶石（Na5Al3F14）。?四個初晶區(qū)：I——Na3AlF6初晶區(qū)；Ⅱ——AlF3初晶區(qū)；Ⅲ——Na5Al3F14初晶區(qū)；Ⅳ——Al2O3初晶區(qū)。?4個二元無變點：→e1——Na3AlF6-Al2O3二元系的二元低共熔點(961℃)→e2——Na3AlF6-AlF3二元系的二元低共熔點(694℃)→e4——AlF3-Al2O3二元系的二元低共熔點(684℃)→e5——Na3AlF6-AlF3二元系的二元轉熔點(740℃)轉熔反應：L+Na3AlF6=Na5Al3F14?5條界線：→界線elP、PE、e2E、e4E：二元低共熔線→界線e5P：二元轉熔線平衡反應：L+Na3AlF6=Na5Al3F14?2個三元無變點：→P點——三元轉熔點：LE+Na3AlF6=Na5Al3F14+Al2O3P點組成（質量分數(shù)）：Na3AlF60.673、AlF30.283、Al2O30.044?！鶨點——三元低共熔點(684℃)：LE=Na5Al3F14+AlF3+Al2O3E點組成（質量分數(shù)）：Na5Al3F140.595、AlF30.373、Al2O30.032。?在Na3AlF6-Al2O3二元系中添加AlF3后，初晶溫度顯著降低?！?，添加10%（質量）A1F3使Na3AlF6-Al2O3熔體的初晶溫度約降低20℃。2.4熔锍的相平衡圖銅锍?主要成分：Cu2S，F(xiàn)eS→Cu、Fe、S三者之和約80～90%（質量）?銅锍的基本體系：→Cu-S二元系→Fe-S二元系→Cu-Fe二元系→Cu2S-FeS二元系→Na3AlF6-AlF3-Al2O3三元系一、Cu-S二元系相圖體系特點?生成一致熔融化合物：Cu2S→含S20.14%（質量），熔點1130℃；→Cu2S易溶解硫形成固溶體。?T>1105℃時，體系中有一個范圍很大的分層區(qū)?！粚右訡u2S為主，含有飽和的金屬銅；→另一層為被硫飽和的銅溶液。?靠近Cu一側有一個低共熔點（1067℃）。二、Fe-S二元系相圖體系特點?生成一致熔融化合物：FeS1.08→純FeS1.08含S38.5%（質量），熔點1130℃；→FeS1.08易溶解硫或鐵形成固溶體。?在純Fe三種固溶體。?Fe-FeS1.08二元系屬于生成有限固溶體的低共熔體系，低共熔溫度988℃。?液相線（a）可視為純鐵中硫的溶解度曲線。→含硫量增大將導致鐵的熔點降低。三、Cu-Fe二元系相圖體系特點?在純鐵一側：→T<900℃時，鐵溶解少量銅形成固溶體α相；→在850～1484℃范圍內，鐵與銅形成固溶體γ相；其中溶解的銅量隨著溫度升高略有增加，可達～10%（質量）；→T>1400℃時，鐵能溶解少量銅形成固溶體δ相；→α相與γ相、γ相與δ相可分別形成低共熔。?在純銅一側：→T<1083℃時，銅溶解少量鐵形成固溶體ε量隨著溫度升高而增大，在1094℃時達～4%（質量）。→T>1094℃時，ε固溶體轉變?yōu)棣霉倘荏w