熔渣的相平衡圖PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1 熔渣的相平衡圖熔渣的相平衡圖 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：3CaOSiO2（C3S） 一致熔融 正硅酸鈣：2CaOSiO2（C2S） 不一致熔融 二硅酸三鈣：3CaO2SiO2（C3S2）不一致熔融 偏硅酸鈣：CaOSiO2（CS） 一致熔融 第1頁/共75頁 返 回 第2頁/共75頁 體系特點（續(xù)） 一致熔融化合物C2S及CS將整個相圖分為三個獨立部分 CaOC2S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 1900C時，C3S -C2S + CaO。 C2SCS系轉(zhuǎn)熔型 含有一個不

2、一致熔融化合物C3S2（1475 C） CSSiO2系包含一液相分層的低共熔型 液相分層區(qū)：SiO2 7499.4%，T 1700C。 圖222 第3頁/共75頁 圖222 體系特點（續(xù)） 一致熔融化合物C2S及CS的穩(wěn)定程度是不同的。 C2S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。 一般而言，可根據(jù)化合物組成點處液相線的形狀（平滑程度），近似推斷熔融態(tài)內(nèi)化合物的分解程度。 若化合物組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

3、越大。 第4頁/共75頁 庫爾納柯夫規(guī)則 (1) 第5頁/共75頁 庫爾納柯夫規(guī)則 (2) 第6頁/共75頁 體系特點（續(xù)） 圖中水平線可分為五大類 低共熔線：3條（2065C，1455C， 1436C） 轉(zhuǎn)熔線：1條（1475C） 偏晶線：l條（1700C） 固相分解線：2條（1250C，1900C ） 晶型轉(zhuǎn)變線：6條（1470C，1420C ，1210C，870C，725C，575C ） 圖222 第7頁/共75頁 體系特點（續(xù)） 各種鈣硅酸鹽的熔化溫度都很高 熔化溫度不超過 1600C的體系只局限于含 3259%CaO范圍內(nèi)。 超過 50% CaO的體系，熔化溫度急劇上升。 高爐渣中C

4、aO含量控制在3550%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。 圖222 第8頁/共75頁 二、Al2O3-SiO2 二元系 歷史回顧 莫來石 3Al2O32SiO2（ A3S2 ）是否一致熔融化合物? 當試樣中含有少量堿金屬雜質(zhì)，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； 當使用高純試樣并在密閉條件下進行實驗時， A3S2為一致熔融化合物。 莫來石是否形成固溶體? 莫來石（A3S2）和剛玉（Al2O3）之間能夠形成固 溶體，固溶體的組成范圍為 71.87 7.5%Al

5、2O3； 常以化合物 A3S2的組成點表示固溶體的組成。 第9頁/共75頁 第10頁/共75頁 體系特點 體系中生成一個一致熔融化合物A3S2，具有 確定的熔點（1850C）。A3S2將SiO2Al2O3二元 系劃分成兩個子二元系SiO 2A3S2和 A3S2Al2O3。 SiO2A3S2子二元系：簡單低共熔型，低共熔溫 度1595C。 A3S2Al2O3子二元系：簡單低共熔型，低共熔溫 度1840C。 莫來石質(zhì)（A3S2）及剛玉質(zhì)（A12O3）耐火磚 可作為性能優(yōu)良的耐火材料。 第11頁/共75頁 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 12

6、CaO7Al2O3（Cl2A7）或 5CaO3 Al2O3（C5A3） CaOAl2O3（CA） CaO2Al2O3（CA2） 2個不一致熔融化合物 3CaOAl2O3（C3A） CaO6Al2O3（CA6） 所有化合物的熔化溫度普遍較高，體系的最低熔化 溫度為1395 C。 在CaO含量為4552%范圍內(nèi)，本體系能在1450 1550C溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)液相區(qū) 配制的爐外合成渣常選擇這一成分范圍。 第12頁/共75頁 第13頁/共75頁 第14頁/共75頁 四、FeO-SiO2 二元系 體系特點 體系中有一個一致熔融化合物 2FeOSiO2（F2S， 正硅酸鐵或鐵橄欖石），熔點1205C。 該化

7、合物熔化時不穩(wěn)定，分解為偏硅酸亞 鐵： 2FeOSiO2 + SiO2 = 2(FeOSiO2) Hm 0 T 1205C時，反應(yīng)向左進行。 FeOSiO2（FS）僅存在于熔體中，不會在 熔度圖中出現(xiàn)。 第15頁/共75頁 返 回 第16頁/共75頁 體系特點（續(xù)） F2S將FeOSiO2二元系分成SiO2F2S和F2SFeO兩個分二元系。 F2SFeO分二元系：簡單低共熔型，低共熔溫度1180C。 SiO2F2S分二元系：靠近SiO2一側(cè)，當溫度高于1698C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（1175C）。 體系中還存在一些高價鐵的氧化物，如Fe2O3或Fe3

8、O4。 圖225 第17頁/共75頁 附：Fe2O3含量的折算 FeO為非定組成化合物，而是溶解有Fe3O4的固溶體，其中一 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 ； 在大氣壓力下，沿液相線溫度，相應(yīng)組成的熔體中含有的 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+）的化學(xué)分析數(shù)據(jù) （重量百分數(shù)）； %Fe2O3 體系中Fe2O3（Fe3

9、+）的化學(xué)分析數(shù) 據(jù)（重量百分數(shù)）； y 折算系數(shù)。 圖225 第18頁/共75頁 全氧折合法 3FeO Fe2O3 + Fe y全氧 215.55/159.7 = 1.35 全鐵折合法 2FeO (1/2) O2 Fe2O3 y全鐵 143.7/159.7 = 0.9 通常采用全鐵折合法 在相平衡實驗中或取樣分析過程中，試 樣（特別是表面層）中的低價鐵很可能部分地 被空氣氧化為高價鐵。 第19頁/共75頁 體系特點（續(xù)） 當SiO2含量為30%左右時，亞鐵硅酸鹽爐渣的熔化溫度約為1200C。 理論上，這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

10、過高。 這種熔渣的比重大，不利于渣锍或渣金屬的分離。 隨FeO含量增加，重金屬硫化物在渣中的溶解度（損失）增大。 用高鐵質(zhì)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。 圖225 第20頁/共75頁 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CaOFeOFe2O3三元系相圖在 CaOFeO邊的投影。 體系中有一個不一致熔融化合物 2CaOFe2O3，分解溫度1133C。 2CaOFe2O3與FexO形成低共熔體，低共熔 溫度1125C。 第21頁/共75頁 第22頁/共75頁 六、CaO-F

11、e2O3 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 ：2CaOFe2O3（C2F），熔點1449C。 2個不一致熔融化合物：CaOFe2O3（CF）和 CaO2Fe2O3（CF2） CaOFe2O3：分解溫度1218C； CaO2Fe2O3僅在11501240C范圍內(nèi)穩(wěn)定存在 。 CF和CF2的熔化溫度均在1440C以下 Fe2O3是石灰（CaO）的有效助熔劑。 第23頁/共75頁 第24頁/共75頁 1、CaO-Al2O3-SiO2三元系的應(yīng)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(chǎn)熟 料 硅酸鹽領(lǐng)域 如耐火材料、玻璃、水泥、陶

12、瓷 第25頁/共75頁 第26頁/共75頁 第27頁/共75頁 返 回 第28頁/共75頁 第29頁/共75頁 化 合 物 熔點或分解溫度/C 化 合 物 熔點或分解溫度/C 鈣長石 CAS2 1553 莫來石 A3S2 1850 鋁方柱石 C2AS 1593 鋁酸三鈣 C3A 1535 (分解) 硅灰石 CS 1544 C12A7 1455 硅鈣石 C3S2 1475 (分解) 鋁酸鈣 CA 1605 硅酸二鈣 C2S 2130 二鋁酸鈣 CA2 1750 硅酸三鈣 C3S 1900 (分解) 六鋁酸鈣 CA6 1830 (分解) 表21 CaOAl2O3SiO2系中的化合 物 圖229 第

13、30頁/共75頁 無變點 對應(yīng)子三角形 性 質(zhì) 相 平 衡 關(guān) 系 溫度/C 1 S-CS CAS2 低共熔 L= CAS2+S+-CS 1170 2 CAS2C2AS-CS 低共熔 L= CAS2+C2AS+-CS 1310 3 C2ASC3S2-CS 低共熔 L= C2AS+C3S2+-CS 1380 4 C3S2C2ASC2S 轉(zhuǎn)熔 L+ C2S = C3S2+C2AS 1315 5 C2SC2ASCA 轉(zhuǎn)熔 L+C2AS= C2S+ CA 1380 6 C2SCAC12A7 低共熔 L= C2S+CA+C12A7 1335 7 C2SC3AC12A7 低共熔 L= C2S+C3A+C1

14、2A7 1335 8 C3SC2S C3A 轉(zhuǎn)熔 L+C3S=C2S+C3A 1455 9 CC3S C3A 轉(zhuǎn)熔 L+C= C3S C3A 1470 10 C2ASCACA2 低共熔 L= C2AS+CS+CA2 1505 11 C2ASCA2CA6 轉(zhuǎn)熔 L+CA2= C2AS+CA6 1475 12 CAS2C2ASCA6 低共熔 L= CAS2+C2AS+CA6 1380 13 ACAS2CA6 轉(zhuǎn)熔 L+A= CAS2+CA6 1495 14 ACAS2A3S2 轉(zhuǎn)熔 L+A= CAS2+A3S2 1512 15 SCAS2 A3S2 低共熔 L= CAS2+A3S2+S 1345

15、表22 CaOAl2O3SiO2系中的無變點 圖229 第31頁/共75頁 第32頁/共75頁 圖229 第33頁/共75頁 圖229 第34頁/共75頁 第35頁/共75頁 第36頁/共75頁 第37頁/共75頁 第38頁/共75頁 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CaOSiO2 (CS)，熔點1544C； (2) 正硅酸鈣2CaOSiO2 (C2S)，熔點2130C； (3) 鐵橄欖石2FeOSiO2 (F2S)，熔點1208C； (4) 鈣鐵橄欖石CaOFeOSiO2 (CFS)，熔點1230C。 (5) 硅鈣石3CaO2SiO2 (C3S2)，14

16、64C分解； (6) 硅酸三鈣3CaOSiO2 (C3S)，12501900C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。 CaOSiO22FeOSiO2聯(lián)結(jié)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。 相圖特點（續(xù)） 第39頁/共75頁 第40頁/共75頁 第41頁/共75頁 4、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中初渣和終渣成分范圍的選擇 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼爐渣可簡化為CaOSiO2FeO三元系。 吹煉初期，鐵水中的硅，錳、鐵氧化，迅速形成含F(xiàn)eO很高的初渣L點。 隨著溫度上升，渣中FeO含量增加，造渣料中的石灰（脫磷和脫硫）逐漸溶于初渣，熔渣成分沿著LS連線向

17、S點移動。 u爐渣成分在LO1線段內(nèi)，石灰完全溶解，形成液態(tài)渣。 u爐渣成分位于C2S初晶區(qū)內(nèi)（如O2點），石灰塊表面形成致密的C2S殼層，阻礙熔渣對石灰塊的溶解。 u為了加速石灰塊的溶解或造渣，須采取適當措施。 第42頁/共75頁 第43頁/共75頁 u加速石灰塊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 加入添加劑或熔劑（如MgO、MnO、CaF2、Al2O3、Fe2O3）等。 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。 第44頁/共75頁 一般轉(zhuǎn)爐吹煉初期渣的組成位于圖中的A區(qū)； 根據(jù)工藝要求（主要是脫除磷和硫），終渣成分需達到圖中的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含量增加的速度比較快時，熔渣成分在液相區(qū)內(nèi)沿途徑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含量的增加速度直接影響到熔渣的狀態(tài)、性質(zhì)以及雜質(zhì)的脫除效果。 第45頁/共75頁 第46頁/共75頁 第47頁/共75頁 第48頁/共75頁 第49頁/共75頁 第50頁/共75頁 第51頁/共75頁 第52頁