重慶大學(xué)冶金原理1資料

重慶大學(xué)冶金原理1資料第1頁(yè)/共101頁(yè)2引言爐渣是火法冶金中形成的、以氧化物為主要成分的多組分熔體?！窠M成0●分類冶煉渣（還原渣）：以礦石為原料進(jìn)行還原熔煉，得到粗金屬的同時(shí)形成的爐渣，稱為冶煉渣。如：冶煉鐵礦石得到的高爐渣。

富集渣：將原料的某些有用成分富集于爐渣中，以利用下道工序?qū)⑵浠厥盏臓t渣稱為富集渣。如：鈦精礦還原熔煉所得的高鈦渣，吹煉含釩、生鐵得到的釩渣、鈮渣等。合成渣：按爐渣所起的冶金作用，用各種造渣材料預(yù)先配制的爐渣稱為合成渣。如：電渣重熔用渣，保護(hù)渣，爐外精煉用渣。

精煉渣（氧化渣）：精煉粗金屬如用生鐵冶煉成鋼產(chǎn)生的爐渣，稱為精煉渣。

第2頁(yè)/共101頁(yè)3引言0第3頁(yè)/共101頁(yè)4鋼鐵冶金主要二元渣系相圖爐渣是多種氧化物構(gòu)成的熔體。CaO、SiO2

、Al2O3、FeO、MgO、Fe2O3

CaF2….主要的二元渣系相圖：爐渣化學(xué)成分：

CaO-SiO2

；Al2O3-SiO2

；CaO-Al2O3

；FeO-SiO2

；CaO-Fe2O3

復(fù)習(xí)1第4頁(yè)/共101頁(yè)51.1CaO-SiO2系相圖穩(wěn)定化合物(同份熔化化合物)：偏硅酸鈣CaO·SiO2（CS）正硅酸鈣2CaO·SiO2（C2S）。不穩(wěn)定化合物(異份熔化化合物)：硅酸三鈣3CaO·SiO2（C3S）二硅酸三鈣3CaO·2SiO2（C3S2）。1.1.1化合物類型第5頁(yè)/共101頁(yè)6C-C2S：具有一個(gè)共晶體的相圖

1250-19000C存在C3S，C3S=C+C2SC2S-CS：具有一個(gè)不穩(wěn)定化合物C3S2的相圖

14750C發(fā)生轉(zhuǎn)熔反應(yīng)（包晶反應(yīng)）：

L+C2S=C3S2CS-S：液相有分層現(xiàn)象

L1—S在CS相內(nèi)的飽和熔體

L2—CS在S內(nèi)的飽和熔體。1.1.2分相圖三個(gè)分相圖：C-C2S，C2S-CS，CS-S第6頁(yè)/共101頁(yè)71.2Al2O3-SiO2系相圖一個(gè)不穩(wěn)定化合物：莫來(lái)石3Al2O3.2SiO2(A3S2)，可溶解微量的Al2O3形成的固溶體。1.3CaO-Al2O3系相圖三個(gè)同份熔化化合物：C12A7、CA、CA2，兩個(gè)異份熔化化合物：C3A、CA6。1.4FeO-SiO2系相圖一個(gè)同份熔化化合物：鐵橄欖石2FeO.SiO2(F2S)，SiO2高濃度端有液相分層

1.5CaO-Fe2O3系相圖二個(gè)異份熔化化合物：CaO.Fe2O3、CaO.2Fe2O3一個(gè)同份熔化化合物:2CaO.Fe2O3、。

第7頁(yè)/共101頁(yè)8三元系相圖的基本知識(shí)及基本類型2.1三元相圖的基本知識(shí)體系有三個(gè)獨(dú)立變量：溫度及任意兩個(gè)組分濃度。三元相圖表示方法：以等邊三角形表示三個(gè)組分濃度的變化，以垂直坐標(biāo)軸表示溫度。

★2第8頁(yè)/共101頁(yè)92.1.1濃度三角形含義

三頂點(diǎn)A、B、C：表示體系的純組分。三條邊：分別為三個(gè)二元系。三角形內(nèi)的點(diǎn)：三元系的組成點(diǎn)。

物系點(diǎn)濃度的讀取方法

(1)過(guò)O作BC、CA、AB邊的垂線，長(zhǎng)度為a、b、c第9頁(yè)/共101頁(yè)10(2)過(guò)O作BC、CA、AB邊的平行線a’a’’、b’b’’、c’c’’A=a，B=b，C=c2.1.1濃度三角形第10頁(yè)/共101頁(yè)11等含量規(guī)則：平行于一邊的直線上，各物系點(diǎn)所含對(duì)應(yīng)頂角組分的濃度相同。

等比規(guī)則：

任一頂角與對(duì)邊點(diǎn)的連線上各點(diǎn)組成中，其兩旁頂角組分的濃度比相同。

背向規(guī)則：若物系點(diǎn)降到O點(diǎn)溫度時(shí)開(kāi)始析出C，則液相線向CO延長(zhǎng)線向移動(dòng)，而其他兩組分（A，B）的濃度比保持不變。

2.1.2濃度三角形的基本規(guī)則FE第11頁(yè)/共101頁(yè)12直線規(guī)則：原物系點(diǎn)重量分別為m，n，混合后形成新物系點(diǎn)O，則：O必位于M，N連線上。此規(guī)則亦適用于一個(gè)相分解為兩個(gè)相。如O點(diǎn)重量為W，分解為M，N兩相，則M，O，N必位于同一條直線上。2.1.2濃度三角形的基本規(guī)則第12頁(yè)/共101頁(yè)13重心規(guī)則：原物系點(diǎn)M1，M2，M3的重量分別為m1，m2，m3

，混合后形成新物系點(diǎn)M，則M必位于連線三角形△M1M2M3的重心上。重心如何求出？此規(guī)則亦適用于一個(gè)相分解為三個(gè)相的計(jì)算。如，M分解為M1、M2、M3三個(gè)新相時(shí)，則有：

2.1.2濃度三角形的基本規(guī)則第13頁(yè)/共101頁(yè)14交叉位規(guī)則：2.1.2濃度三角形的基本規(guī)則第14頁(yè)/共101頁(yè)15共軛位規(guī)則：2.1.2濃度三角形的基本規(guī)則mp=m3-(m1+m2)L+(S1+S2)=S3M’第15頁(yè)/共101頁(yè)162.2三元相圖的基本類型初晶面：組分從液相析出固相的面，固液兩相平衡共存

L→S1，自由度：f=C-φ+1=3-2+1=2二元共晶線：液相面兩兩相交的交線，兩個(gè)固相組分同時(shí)從液相結(jié)晶析出，三相共存，L→S1+S2

。自由度：f=C-φ+1=3-3+1=1三元共晶點(diǎn)（無(wú)變量點(diǎn)）：三條二元共晶線的交點(diǎn)，三個(gè)組分同時(shí)從液相析出，四相共存，

L=S1+S2+S3

。自由度：f=C-φ+1=3-4+1=0。連接線：兩個(gè)純組分組成點(diǎn)的連接線。邊界線（相界線）：兩個(gè)結(jié)晶面（液相面）的交線

第16頁(yè)/共101頁(yè)17E’ABCe1e2e3Ee2’e1’e3’tAtBtC2.2三元相圖的基本類型第17頁(yè)/共101頁(yè)182.2三元相圖的基本類型簡(jiǎn)單共晶體相圖的等溫截面圖接界規(guī)則L第18頁(yè)/共101頁(yè)192.2.1具有簡(jiǎn)單三元共晶體的相圖面：三個(gè)組分A、B、C的初晶面線：三條二元共晶線

e1E(L→A+B)e2E(L→A+C)e3E(L→B+C)點(diǎn)：E為三元共晶點(diǎn)(LE=A+B+C)結(jié)晶過(guò)程分析面、線、點(diǎn)分析ACBA初B初E第19頁(yè)/共101頁(yè)202.2.2具有一個(gè)穩(wěn)定二元化合物的相圖面：A、B、C、D四個(gè)組元的初晶面線：六條二元共晶線

點(diǎn)：兩個(gè)三元共晶點(diǎn)E1、E2鞍心點(diǎn)

e3●此三元系可分為兩個(gè)獨(dú)立的子三元系：

A-B-D系、A-C-D系；●子三元系為具有簡(jiǎn)單三元共晶點(diǎn)的相圖；●位于各分三角形內(nèi)的物系點(diǎn)的結(jié)晶過(guò)程在各自的三角形內(nèi)完成。

面、線、點(diǎn)分析結(jié)晶過(guò)程分析ACDB第20頁(yè)/共101頁(yè)212.2.3具有一個(gè)穩(wěn)定三元化合物的相圖面：A、B、C、D四個(gè)組元的初晶面線：九條二元共晶線點(diǎn)：三個(gè)三元共晶點(diǎn)E1、E2、E3

三個(gè)鞍心點(diǎn)e4、e5、e6

●此三元系可分為三個(gè)獨(dú)立的子三元系：

A-B-D系，A-C-D系，B-C-D系；●子三元系為具有簡(jiǎn)單三元共晶點(diǎn)的相圖；●位于各分三角形內(nèi)的物系點(diǎn)的結(jié)晶過(guò)程在各自的三角形內(nèi)完成。

面、線、點(diǎn)分析結(jié)晶過(guò)程分析第21頁(yè)/共101頁(yè)222.2.4具有一個(gè)不穩(wěn)定二元化合物的相圖面、線、點(diǎn)分析不穩(wěn)定二元化合物三元相圖第22頁(yè)/共101頁(yè)232.2.4具有一個(gè)不穩(wěn)定二元化合物的相圖面：A、B、C、D四個(gè)組元的初晶面線：五條相界線e1E：二元共晶線L→B+Ce2P：二元共晶線L→A+Ce3E：二元共晶線L→B+DP’P：二元包晶線（轉(zhuǎn)熔線）L+A→DPE：二元共晶線L→C+D

點(diǎn)：三元共晶點(diǎn)E，LE=B+C+D

三元包晶點(diǎn)（轉(zhuǎn)熔點(diǎn)）P：LP+A=C+D面、線、點(diǎn)分析ABCD第23頁(yè)/共101頁(yè)24結(jié)晶過(guò)程分析a第24頁(yè)/共101頁(yè)25a點(diǎn)杠桿規(guī)則的應(yīng)用舉例：剛到E點(diǎn)時(shí)，固、液相重量各為多少？（總重量為W）固相中B、D重量各為多少？

第25頁(yè)/共101頁(yè)26b1第26頁(yè)/共101頁(yè)27第27頁(yè)/共101頁(yè)28第28頁(yè)/共101頁(yè)29第29頁(yè)/共101頁(yè)30第30頁(yè)/共101頁(yè)31三元相圖分析方法要點(diǎn)：物系點(diǎn)位置不變，改變的是液固相組成任意時(shí)刻，液、固相總組成點(diǎn)與物系點(diǎn)共線物系點(diǎn)所在的初晶面（結(jié)晶面），是最先析出的組元物系點(diǎn)所在的三角形，決定了液相最終消失的四相點(diǎn)，也決定了最終的固相由哪三個(gè)組元組成★第31頁(yè)/共101頁(yè)32具有一個(gè)不穩(wěn)定三元化合物的三元系相圖AB第32頁(yè)/共101頁(yè)33L上課練習(xí)P1M第33頁(yè)/共101頁(yè)34★具有一個(gè)液相分層區(qū)的相圖第34頁(yè)/共101頁(yè)35★具有一個(gè)液相分層區(qū)的相圖ABCMabcdd’c’b’m1m2a’Em’ABCLLaLb第35頁(yè)/共101頁(yè)362.3三元相圖中線和無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)及確定法第36頁(yè)/共101頁(yè)372.3.2連接線有相界線（邊界線）的組分才能做連接線。連接線規(guī)則

若連接線與相界線相交，則：

a

交點(diǎn)是相界線上的溫度最高點(diǎn)；

b

化合物D在其初晶面內(nèi)，是一個(gè)穩(wěn)定化合物；

c

連接線分三角形為兩個(gè)獨(dú)立的三元系；

d

兩個(gè)四相平衡點(diǎn)分別在它們的三角形內(nèi)。若連接線與相界線不相交，則：

a

相界線（PE）向背離連接線（CD）的方向傾斜；

b

化合物D不在其初晶面內(nèi)，是一個(gè)不穩(wěn)定化合物；

c

連接線把三元系分為兩個(gè)部分，但兩部分不獨(dú)立；

d

△BCD內(nèi)無(wú)四相平衡點(diǎn)，其四相平衡點(diǎn)P在相鄰的三角形內(nèi)，是包晶點(diǎn)：LP+B=C+D

2.3.1線的種類相界線（邊界線），連接線

2.3三元相圖中線和無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)及確定法第37頁(yè)/共101頁(yè)382.3三元相圖中線和無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)及確定法2.3.3相界線（邊界線）液相面的交線稱為相界線，有兩類：共晶線：L→S1+S2

包晶線：L+S1→S2

性質(zhì)確定：切線規(guī)則

第38頁(yè)/共101頁(yè)39切線規(guī)則示意圖分界線上任意一點(diǎn)所代表的熔體，在結(jié)晶瞬間析出的固相成分，由該點(diǎn)的切線與相成分點(diǎn)的聯(lián)線的交點(diǎn)來(lái)表示。當(dāng)交點(diǎn)位于相成分點(diǎn)之間，則這段分界線是低共熔線；當(dāng)交點(diǎn)位于相成分點(diǎn)之外則這段分界線是轉(zhuǎn)熔線；當(dāng)交點(diǎn)在相成分點(diǎn)上，則該點(diǎn)為轉(zhuǎn)熔?共晶的分界點(diǎn)。2.3三元相圖中線和無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)及確定法第39頁(yè)/共101頁(yè)40第40頁(yè)/共101頁(yè)41第41頁(yè)/共101頁(yè)42二元化合物D在二元系中是穩(wěn)定的，在三元系中是不穩(wěn)定的化合物。

e4N：共晶線，L→B+D

NP：包晶線，L+B→D2.3三元相圖中線和無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)及確定法★第42頁(yè)/共101頁(yè)43二元化合物D在二元相圖中是不穩(wěn)定的，在三元相圖中是穩(wěn)定的化合物。

PN：包晶線，L+B→D

NE2：共晶線，L→B+D

2.3三元相圖中線和無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)及確定法★第43頁(yè)/共101頁(yè)442.3三元相圖中線和無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)及確定法2.3.4無(wú)變量點(diǎn)的確定方法P:雙升點(diǎn)第44頁(yè)/共101頁(yè)452.3三元相圖中線和無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)及確定法2.3.4無(wú)變量點(diǎn)的確定方法作業(yè)：新版2,3.4，要求：具有一個(gè)不穩(wěn)定三元化合物的三元系相圖第45頁(yè)/共101頁(yè)469.4導(dǎo)電性9.5密度9.6組分的擴(kuò)散9.7導(dǎo)熱性第46頁(yè)/共101頁(yè)47第47頁(yè)/共101頁(yè)48典型三元相圖第48頁(yè)/共101頁(yè)49簡(jiǎn)單三元共晶相圖緩冷過(guò)程分析a’b’c’dd’第49頁(yè)/共101頁(yè)50簡(jiǎn)單三元共晶相圖緩冷過(guò)程分析P→1AL→A（S）L、A（S）2ABCe1e2e3Eb’a’b1P液相

固相相變化共存相

f1AL→A（S）+

B（S）L、A（S）、B（S）11→EA→bL→A（S）+

B（S）L、A（S）、B（S）1Eb→PL→A（S）+

B（S）+

C（S）L、A（S）、B（S）、C（S）0第50頁(yè)/共101頁(yè)51第51頁(yè)/共101頁(yè)52第52頁(yè)/共101頁(yè)53第53頁(yè)/共101頁(yè)54具有一個(gè)穩(wěn)定二元化合物的相圖第54頁(yè)/共101頁(yè)55具有一個(gè)穩(wěn)定三元化合物的相圖第55頁(yè)/共101頁(yè)56第56頁(yè)/共101頁(yè)57三元系中的線與點(diǎn)D第57頁(yè)/共101頁(yè)58三元系相界線與連接線第58頁(yè)/共101頁(yè)59第59頁(yè)/共101頁(yè)60利用相圖選擇合適的材料1-硅磚2-普通酸性耐火材料3-普通中性耐火材料4-剛玉質(zhì)高級(jí)耐火材料5-鋁酸鹽水泥

6-硅酸鹽水泥7-堿性渣成分

8-高爐渣成分

9-硅酸鹽玻璃

第60頁(yè)/共101頁(yè)61利用相圖計(jì)算某種組成的熔渣凝固后的相成分

第61頁(yè)/共101頁(yè)62第62頁(yè)/共101頁(yè)63第63頁(yè)/共101頁(yè)641400℃CaO-Al2O3-SiO2系等粘度曲線圖(單位：泊)第64頁(yè)/共101頁(yè)651500℃CaO-Al2O3-SiO2系等粘度曲線圖(單位：泊)第65頁(yè)/共101頁(yè)661400℃CaO-FeO-SiO2系等粘度曲線圖

(單位：泊)第66頁(yè)/共101頁(yè)67第67頁(yè)/共101頁(yè)68第68頁(yè)/共101頁(yè)69E’ABCe1e2e3Ee2’e1’e3’tAtBtC二元初晶線：6條第69頁(yè)/共101頁(yè)70初晶區(qū)：三個(gè)E’ABCe1e2e3Ee2’e1’e3’tAtBtC第70頁(yè)/共101頁(yè)71二元共晶線：3條E’ABCe1e2e3Ee2’e1’e3’tAtBtC第71頁(yè)/共101頁(yè)72二元共晶點(diǎn)：3個(gè)三元共晶點(diǎn)：1個(gè)固相面LE=A（s）+B（s）

+C（s）E’ABCe1e2e3Ee2’e1’e3’tAtBtC第72頁(yè)/共101頁(yè)73第73頁(yè)/共101頁(yè)74第74頁(yè)/共101頁(yè)75化合物晶體結(jié)構(gòu)密度（g/cm3）熔化溫度（℃）顯微硬度（kg/mm2）Al2O3三角系3.9620523750CA6立方系3.2818502200CA2單斜晶系2.9117501100CA立方體2.981605930C12A7立方體2.831455C3A立方體3.041535CaO立方體3.342570400CaS立方體2.502450不同鈣鋁酸鹽性能A→CA6→CA2→CA→C12A7→C3ATundishStopperSubmerged

Nozzle第75頁(yè)/共101頁(yè)76第76頁(yè)/共101頁(yè)77CaO.2Al2O3SiO2CaOAl2O3ZrO2SBa3.4612.6348.460.590.1480.68低碳含鋁鋼08Al水口結(jié)瘤物及成分優(yōu)化前優(yōu)化后3[Ca]+(Al2O3)=2[Al]+3(CaO)第77頁(yè)/共101頁(yè)78第78頁(yè)/共101頁(yè)79第79頁(yè)/共101頁(yè)80二元相圖基本類型第80頁(yè)/共101頁(yè)81第81頁(yè)/共101頁(yè)82第82頁(yè)/共101頁(yè)83第83頁(yè)/共101頁(yè)84第84頁(yè)/共101頁(yè)85液態(tài)部分互溶系統(tǒng)的液－液平衡第85頁(yè)/共101頁(yè)86復(fù)雜系統(tǒng)第86頁(yè)/共101頁(yè)87二組分系統(tǒng)相圖基本特征：1）單相區(qū)：A,B兩組分能形成溶液或固溶體的部分。相區(qū)內(nèi)的一點(diǎn)既代表系統(tǒng)的組成和溫度；又代表該相的組成和溫度。2）兩相區(qū)：處于兩個(gè)單相區(qū)或單相線之間。相區(qū)內(nèi)的一點(diǎn)只代表系統(tǒng)的組成和溫度；結(jié)線兩端點(diǎn)代表各相的組成和溫度。OMNKOMN第87頁(yè)/共101頁(yè)88二組分系統(tǒng)相圖基本特征：兩相區(qū)內(nèi)適用杠桿規(guī)則OMNK第88頁(yè)/共101頁(yè)89二組分系統(tǒng)相圖基本特征：3)凡是曲線都是兩相平衡線。線上的一點(diǎn)為相點(diǎn)，表示一個(gè)平衡相的狀態(tài)。4)凡是垂直線都可看成單組分純物質(zhì)。

如果是穩(wěn)定化合物：垂線頂端與曲線相交，為極大點(diǎn)；

若是不穩(wěn)定化合物：垂線頂端與水平線相交，為“T”形第89頁(yè)/共101頁(yè)90二組分系統(tǒng)相圖基本特征：5)凡是水平線基本上都是“三相線”。三相線上f=0

。冷卻時(shí)，當(dāng)物系點(diǎn)通過(guò)(兩相平衡)曲線時(shí)，步冷曲線上出現(xiàn)一轉(zhuǎn)折：當(dāng)物系點(diǎn)通過(guò)三相線時(shí)，步冷曲線上出現(xiàn)平臺(tái)；(三相線的兩端點(diǎn)除外)?！瘛竦?0頁(yè)/共101頁(yè)第91頁(yè)/共101頁(yè)92基本原理：二組分體系，指定壓力不變，雙變量體系單變量體系無(wú)變量體系首先將二組分體系加熱熔化，記錄冷卻過(guò)程中溫度隨時(shí)間的變化曲線，即步冷曲線（coolingcurve）。當(dāng)體系有新相凝聚，放出相變熱，步冷曲線的斜率改變。 ，出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)； ，出現(xiàn)水平線段。據(jù)此在T-x圖上標(biāo)出對(duì)應(yīng)的位置，得到低共熔T-x圖。第92頁(yè)/共101頁(yè)93第93頁(yè)