冶金原理4_冶金炉渣（PPT119页)

4冶金炉渣HebeiPolytechnicUniversitySchoolofMetallurgyandEnergy冶金炉渣的分类1）还原渣：能够从与之接触的金属液中吸收[O]，以氧化物的形式进入的熔渣；2）氧化渣：能够向与之接触的金属液供应[O]的熔渣；3）富集渣：将原料中有用的成分富集在炉渣；4）富集渣：起到保护金属、防止污染、减少热损失的作用。内容大纲4.1二元系相图4.2三元系相图4.4熔渣的结构理论4.6熔渣的离子溶液结构模型4.7熔渣的活度曲线4.8熔渣的化学性质4.9熔渣的物理性质HebeiPolytechnicUniversity内容大纲4.1二元系相图4.2三元系相图4.4熔渣的结构理论4.6熔渣的离子溶液结构模型4.7熔渣的活度曲线4.8熔渣的化学性质4.9熔渣的物理性质HebeiPolytechnicUniversity4.1内容大纲4.1.1二元系相图的基本知识4.1.2简单低共熔型二元系相图4.1.3含有中间化合物的二元系相图4.1.4含固溶体的二元系相图4.1.5冶金过程中主要的二元渣系相图HebeiPolytechnicUniversity4.1二元系相图4.1.1二元系相图的基本知识4.1.1.1相图相图：表示组分的组成和温度之间的相平衡关系。相图中的点、线、面、体都代表着不同温度和压力下平衡体系中的各个相、相组成和各相之间相互转变的关系。4.1二元系相图4.1.1二元系相图的基本知识4.1.1.2吉布斯相律相律：研究热力学体系中物相随组元及体系的其他热力学参数变化的规律。表达了平衡体系中可以平衡共存的相数、独立组元数以及可以人为指定的独立变数的数目与体系自由度之间的关系：2cf式中，f——自由度数；C——独立组分数（独立组元数）；Φ——平衡共存相的数目（相数）。4.1.1二元系相图的基本知识4.1.1.2吉布斯相律1）C—独立组元数：决定一个相平衡体系的成分必须的最少物种数。物种：体系中每一个能单独分离出来并独立存在的化学均匀物质。•体系中不发生化学反应：独立组元数=物种数•体系存在化学反应：独立组元数＝物种数一独立化学平衡关系式数例如：CaCO3加热分解存在下列反应：CaCO3=CaO+CO2独立组元数C=3-1=2•一个体系中在同一相内存在一定的浓度关系：独立组元数＝物种数一独立化学平衡关系式数一独立浓度关系数例如：2HgO(s)=2Hg(g)+O2(g)独立组元数C=3-1-1=14.1.1二元系相图的基本知识4.1.1.2吉布斯相律2）φ—相一个相：体系中具有相同物理和化学性质的均匀部分的总和。•一个相可以由几种物质组成注意：不相溶物质组成的液体则不是一个相•一种物质可以有几个相•固体机械混合物中，有几种物质就有几个相•一个相可以连续成一个整体，也可以不连续相的特征4.1.1二元系相图的基本知识4.1.1.2吉布斯相律2）f—自由度在一定条件下，一个处于平衡的体系所具有的独立变量数目。对单元系而言，如果只有一相存在，则自由度为2，故在平面图上可用一个区域表示；如果两相共存，则自由度为1，在平面图上便是一根曲线表示；如果三相共存，则自由度为零，即只能在一定的温度和压力下才能实现，在相图上仅有一个点。二元系最多可能有三个自由度4.1.1二元系相图的基本知识4.1.1.3连续原理当决定体系状态的那些参数连续发生变化时，在新相不出现、旧相不消失的情况下，体系中各相的性质以及整个体系的性质也连续变化——这时自由度不会发生变化。连续原理4.1.1二元系相图的基本知识4.1.1.4相应原理给定的一个热力学体系，任一互成平衡的相或相组（体系点和组分点）在相图中都有一定的几何元素（点、线、面、体）与之对应。相应原理4.1.1二元系相图的基本知识4.1.1.5二元相图的绘制具体方法：用组分A和组分B配制成分不同的样品（由纯A到纯B）放在特制的容器中，加热、熔化，然后冷却，记录样品的冷却曲线——即样品温度随时间变化的曲线。4.1内容大纲4.1.1二元系相图的基本知识4.1.2简单低共熔型二元系相图4.1.3含有中间化合物的二元系相图4.1.4含固溶体的二元系相图4.1.5冶金过程中主要的二元渣系相图HebeiPolytechnicUniversity4.1二元系相图4.1.2简单低共熔型二元系相图体系的两个组分在液态下完全互溶，固态下完全不互溶，即体系中只能出现一种液体（两个组分的液态混合物）和两种固相。特征简单低共熔二元系由四个面、三条线和一个共晶点组成。4.1二元系相图4.1.2简单低共熔型二元系相图冷却过程分析4.1二元系相图4.1.2简单低共熔型二元系相图杠杆规则体系冷却到H点时体系液相和固相的质量关系：KHHJBl)()(体系冷却到二元共晶温度的瞬间，即刚刚到达R点时：ERRNsl)()(4.1内容大纲4.1.1二元系相图的基本知识4.1.2简单低共熔型二元系相图4.1.3含有中间化合物的二元系相图4.1.4含固溶体的二元系相图4.1.5冶金过程中主要的二元渣系相图HebeiPolytechnicUniversity4.1二元系相图4.1.3含有中间化合物的二元系相图特征只有一个中间化合物，而且没有固熔体生成（或固态完全不互溶），液态完全互溶同成分熔化化合物：化合物在熔化时生成的液相组成与化合物的组成相同异成分熔化化合物：化合物在熔化时分解为液相和另一组成与原化合物不同的固相4.1二元系相图4.1.3含有中间化合物的二元系相图图-含有中间化合物的二元系相图(a)有同成分熔化化合物生成的二元系相图；(b)有异成分熔化化合物生成的二元系相图4.1二元系相图4.1.3含有中间化合物的二元系相图图-有异成分熔化化合物生成的二元系相图冷却曲线1：L→L+BL+B→CL→A+C冷却曲线2：L→L+BL+B→CC冷却曲线3：L→L+BL+B→CB+C4.1内容大纲4.1.1二元系相图的基本知识4.1.2简单低共熔型二元系相图4.1.3含有中间化合物的二元系相图4.1.4含固溶体的二元系相图4.1.5冶金过程中主要的二元渣系相图HebeiPolytechnicUniversity4.1二元系相图4.1.4含固溶体的二元系相图含固溶体的二元系相图固态下完全互溶的连续固溶体相图固态下部分互溶的有限固溶体相图4.1二元系相图4.1.4含固溶体的二元系相图图-含固溶体的二元系相图(a)液固连续互溶的二元系相图；(b)含有最高点的连续互溶二元系相图4.1二元系相图4.1.4含固溶体的二元系相图图-含固溶体的二元系相图(c)含最低点的连续互溶二元系相图；(d)带有两个端际固溶体的二元系相图4.1二元系相图4.1.4含固溶体的二元系相图图-带有两个端际固溶体的二元系相图•冷却到液相线EHB’时，开始有固溶体β析出•熔体冷却到M点时，固液两相平衡KHLMKHMWWLS•冷却到Q点时发生简单共晶反应21QQEL4.1内容大纲4.1.1二元系相图的基本知识4.1.2简单低共熔型二元系相图4.1.3含有中间化合物的二元系相图4.1.4含固溶体的二元系相图4.1.5冶金过程中主要的二元渣系相图HebeiPolytechnicUniversity4.1二元系相图4.1.5冶金过程中主要的二元渣系相图图-CaO-SiO2系相图内容大纲4.1二元系相图4.2三元系相图4.4熔渣的结构理论4.6熔渣的离子溶液结构模型4.7熔渣的活度曲线4.8熔渣的化学性质4.9熔渣的物理性质HebeiPolytechnicUniversity4.2三元系相图三元系：当多元系的热力学性质主要由三个组元决定时，我们就可以将多元系简化为三元系。三元系组元的浓度常用罗策布三角形表示。4.2内容大纲4.2.1三元系相图的基本知识4.2.2完全互溶型三元系相图4.2.3简单低共熔三元系相图4.2.4实际三元系相图的分析方法4.2.5物系点冷却过程分析实例HebeiPolytechnicUniversity4.2三元系相图4.2.1三元系相图的基本知识M的浓度确定：•过M点分别向三个边作平行线；•逆时针（或顺时针）方向读取平行线在各边所截线段（以顶点开始），该三条线段就分别表示A、B和C三组元的浓度4.2.1.1罗策布浓度三角形aCEbAFcBG1ABBGAFCEcBa4.2.1三元系相图的基本知识1）等含量规则4.2.1.2罗策布浓度三角形的性质平行于浓度三角形的任何一边的直线，在此线上的所有点代表的体系中，与直线相对顶角代表的组元浓度均相同。ab线上的O1、O2、O3点的组分C浓度相等4.2.1三元系相图的基本知识2）等比例规则4.2.1.2罗策布浓度三角形的性质从浓度三角形的一个顶点到对边的任意直线，线上所有点代表的体系点中，线两侧对应的二个组元浓度之比是常数。（定值）Kbababa332211///4.2.1三元系相图的基本知识3）背向性规则4.2.1.2罗策布浓度三角形的性质等比例线上物系点的组成在背离其所在顶角的方向上移动时，体系将不断析出组分，而其内组分的浓度将不断减少，但其他组分的浓度比则保持不变。4.2.1三元系相图的基本知识4）杠杆规则4.2.1.2罗策布浓度三角形的性质若三元系中有两个组成点M和N组成一个新的物系O，那么O点必定落在MN连线上，其位置由M和N的质量mM和mN按杠杆规则确定。MONOmmNMOMmMNONmONmMNOMm4.2.1三元系相图的基本知识5）重心规则4.2.1.2罗策布浓度三角形的性质原物系点M1、M2、M3的重量分别为m1、m2、m3，混合后形成质量为mO的新物系点O，则O必位于连线三角形△M1M2M3的重心上。重心——物理重心211332321::O::MOMMOMMMmmm4.2.1三元系相图的基本知识6）切线规则——判定相界线是共晶线还是转熔线4.2.1.2罗策布浓度三角形的性质分界线上任意一点所代表的熔体，在结晶瞬间析出的固相成分，由该点的切线与相成分点的连线之交点来表示；当交点位于相成分点之间，则这段分界线是低共熔线；当交点位于相成分点之外，则该段分界线是转熔线。4.2.1三元系相图的基本知识7）温度最高点规则——判断单变线上的温度最高点4.2.1.2罗策布浓度三角形的性质在三元系中，若连接平衡共存两个相的成分点的连线或其延长线，与划分这两个相的分界线或其延长线相交，那么该交点就是分界线上的最高温度点。4.2.1三元系相图的基本知识8）三元系零变点的判断规则——判断零变点的性质，是共晶点还是转熔点4.2.1.2罗策布浓度三角形的性质零变点：三条相界线的交点，自由度为零•若三条相界线温度降低的方向都指向该点，则此点就是三元共晶点•若三条相界线的温降方向不全指向三条界线的交点，即有一条或两条相界线的温降方向离开该点，则此点称之为转熔点4.2.1三元系相图的基本知识8）三元系零变点的判断规则4.2.1.2罗策布浓度三角形的性质•单降点——转熔点中有一条相界线的降温矢背离该点转熔反应为L+S1=S2+S3•双降点——转熔点中有两条相界线的降温矢背离该点转熔反应为L+S1+S2=S34.2内容大纲4.2.1三元系相图的基本知识4.2.2完全互溶型三元系相图4.2.3简单低共熔三元系相图4.2.4实际三元系相图的分析方法4.2.5物系点冷却过程分析实例HebeiPolytechnicUniversity4.2.2完全互溶型三元系相图4.2三元系相图固液完全互溶型三元系相图有最高点的完全互溶型三元系相图有最低点的完全互溶型三元系相图既无最高点也无最低点的完全互溶型三元系相图4.2.2完全互溶型三元系相图4.2.2.1立体图4.2.2完全互溶型三元系相图4.2.2.2等温截面等温截面图：在某个指定温度下，用平行底面浓度三角形的平面，截取三元系立体图，再将其投影到底平面得到的图形。结线：在两相平衡区域，连接两个平衡相成分点的直线4.2.2完全互溶型三元系相图4.2.2.3变温截面图变温截面图：垂直于底面浓度三角形的平面去截立体相图，把所