冶金炉渣的教案.pptx

第1页/共154页冶金炉渣的教案第2页/共154页 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、物理性质第3页/共154页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：常压下，n＝1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。第4页/共154页4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图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 ①实验测定法：淬冷法，热分析法 ②热力学计算法第5页/共154页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:表示有晶型转变或化学反应发生。自由度数:0，平衡相数:3第6页/共154页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2② 共析反应：固3 固1＋固2③ 偏晶反应：液1 液2＋固12）化合类型① 包晶反应(转熔反应)：液＋固1 固2② 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第7页/共154页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) 3Ca0·2SiO2(C3S2)。CaO-C2S系：具有一个共晶体： 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第8页/共154页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 第9页/共154页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℃）： L1CS + SiO2 偏晶反应（1700℃）： L2L1 + SiO2 水平线：CS、SiO2 及C2S的多晶型转变线。第10页/共154页4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图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第11页/共154页4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图 SiO2 三类晶型转变时，会发生体积变化。第12页/共154页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％。第13页/共154页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： LSiO2 + A3S2 包晶反应： L + A2O3A3S2 第14页/共154页4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图(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