冶金原理4_冶金爐渣（PPT119頁(yè))

1、4 冶金爐渣Hebei Polytechnic UniversitySchool of Metallurgy and Energy冶金爐渣的分類1）還原渣：能夠從與之接觸的金屬液中吸收O，以氧化物的形式進(jìn)入的熔渣；2）氧化渣：能夠向與之接觸的金屬液供應(yīng)O的熔渣 ；3）富集渣：將原料中有用的成分富集在爐渣；4）富集渣：起到保護(hù)金屬、防止污染、減少熱損失的作用。內(nèi)容大綱4.1 二元系相圖4.2 三元系相圖 4.4 熔渣的結(jié)構(gòu)理論 4.6 熔渣的離子溶液結(jié)構(gòu)模型4.7 熔渣的活度曲線4.8 熔渣的化學(xué)性質(zhì)4.9 熔渣的物理性質(zhì)Hebei Polytechnic University內(nèi)容大綱4.1 二

2、元系相圖二元系相圖4.2 三元系相圖 4.4 熔渣的結(jié)構(gòu)理論 4.6 熔渣的離子溶液結(jié)構(gòu)模型4.7 熔渣的活度曲線4.8 熔渣的化學(xué)性質(zhì)4.9 熔渣的物理性質(zhì)Hebei Polytechnic University4.1 內(nèi)容大綱4.1.1 二元系相圖的基本知識(shí)二元系相圖的基本知識(shí)4.1.2 簡(jiǎn)單低共熔型二元系相圖4.1.3 含有中間化合物的二元系相圖4.1.4 含固溶體的二元系相圖4.1.5 冶金過程中主要的二元渣系相圖Hebei Polytechnic University4.1 二元系相圖4.1.1 二元系相圖的基本知識(shí)4.1.1.1相圖 相圖：相圖：表示組分的組成和溫度之間的相平衡關(guān)系

3、。 相圖中的點(diǎn)、線、面、體都代表著不同溫度和壓力下平衡體系中的各個(gè)相、相組成和各相之間相互轉(zhuǎn)變的關(guān)系。4.1 二元系相圖4.1.1 二元系相圖的基本知識(shí)4.1.1.2 吉布斯相律吉布斯相律 相律：相律：研究熱力學(xué)體系中物相隨組元及體系的其他熱力學(xué)參數(shù)變化的規(guī)律。 表達(dá)了平衡體系中可以平衡共存的相數(shù)、獨(dú)立組元數(shù)以及可以人為指定的獨(dú)立變數(shù)的數(shù)目與體系自由度之間的關(guān)系 ：2cf式中，f自由度數(shù)； C獨(dú)立組分?jǐn)?shù)（獨(dú)立組元數(shù)）； 平衡共存相的數(shù)目（相數(shù)）。 4.1.1 二元系相圖的基本知識(shí)4.1.1.2 吉布斯相律吉布斯相律 1 1）C C獨(dú)立組元數(shù)獨(dú)立組元數(shù) ： 決定一個(gè)相平衡體系的成分必須的最少物種

4、數(shù)最少物種數(shù) 。 物種：體系中每一個(gè)能單獨(dú)分離出來并獨(dú)立存在的化學(xué)均勻物質(zhì)。 體系中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：獨(dú)立組元數(shù) = 物種數(shù) 體系存在化學(xué)反應(yīng)： 獨(dú)立組元數(shù)物種數(shù)一獨(dú)立化學(xué)平衡關(guān)系式數(shù) 例如：CaCO3加熱分解存在下列反應(yīng)： CaCO3=CaO+CO2 獨(dú)立組元數(shù)C=3-1=2 一個(gè)體系中在同一相內(nèi)同一相內(nèi)存在一定的濃度關(guān)系 ：獨(dú)立組元數(shù)物種數(shù)一獨(dú)立化學(xué)平衡關(guān)系式數(shù)一獨(dú)立濃度關(guān)系數(shù) 例如： 2HgO(s)=2Hg(g)+O2(g) 獨(dú)立組元數(shù)C=3-1-1=1 4.1.1 二元系相圖的基本知識(shí)4.1.1.2 吉布斯相律吉布斯相律 2 2）相相 一個(gè)相：體系中具有相同物理和化學(xué)性質(zhì)的均勻部分的總和

5、。 一個(gè)相可以由幾種物質(zhì)組成 注意：不相溶物質(zhì)組成的液體則不是一個(gè)相 一種物質(zhì)可以有幾個(gè)相 固體機(jī)械混合物中，有幾種物質(zhì)就有幾個(gè)相 一個(gè)相可以連續(xù)成一個(gè)整體，也可以不連續(xù) 相的特征相的特征4.1.1 二元系相圖的基本知識(shí)4.1.1.2 吉布斯相律吉布斯相律 2 2）f f自由度自由度 在一定條件下，一個(gè)處于平衡的體系所具有的獨(dú)立變量數(shù)目。 對(duì)單元系而言，如果只有一相存在，則自由度為2，故在平面圖上可用一個(gè)區(qū)域表示；如果兩相共存，則自由度為1，在平面圖上便是一根曲線表示；如果三相共存，則自由度為零，即只能在一定的溫度和壓力下才能實(shí)現(xiàn)，在相圖上僅有一個(gè)點(diǎn)。 二元系最多可能有三個(gè)自由度 4.1.1

6、二元系相圖的基本知識(shí)4.1.1.3 連續(xù)原理 當(dāng)決定體系狀態(tài)的那些參數(shù)連續(xù)發(fā)生變化時(shí)，在新相不出現(xiàn)、舊相不消失的情況下，體系中各相的性質(zhì)以及整個(gè)體系的性質(zhì)也連續(xù)變化這時(shí)自由度不會(huì)發(fā)生變化。 連續(xù)原理連續(xù)原理4.1.1 二元系相圖的基本知識(shí)4.1.1.4 相應(yīng)原理 給定的一個(gè)熱力學(xué)體系，任一互成平衡的相或相組（體系點(diǎn)和組分點(diǎn)）在相圖中都有一定的幾何元素（點(diǎn)、線、面、體）與之對(duì)應(yīng)。相應(yīng)原理相應(yīng)原理4.1.1 二元系相圖的基本知識(shí)4.1.1.5 二元相圖的繪制 具體方法：具體方法：用組分A和組分B配制成分不同的樣品（由純A到純B）放在特制的容器中，加熱、熔化，然后冷卻，記錄樣品的冷卻曲線即樣品溫度隨

7、時(shí)間變化的曲線。4.1 內(nèi)容大綱4.1.1 二元系相圖的基本知識(shí)4.1.2 簡(jiǎn)單低共熔型二元系相圖簡(jiǎn)單低共熔型二元系相圖4.1.3 含有中間化合物的二元系相圖4.1.4 含固溶體的二元系相圖4.1.5 冶金過程中主要的二元渣系相圖Hebei Polytechnic University4.1 二元系相圖4.1.2 簡(jiǎn)單低共熔型二元系相圖 體系的兩個(gè)組分在液態(tài)液態(tài)下完全互溶，固態(tài)下完全不下完全互溶，固態(tài)下完全不互溶互溶，即體系中只能出現(xiàn)一種液體（兩個(gè)組分的液態(tài)混合 物 ） 和 兩 種 固 相 。特特 征征 簡(jiǎn)單低共熔二元系由四個(gè)面、三條線和一個(gè)共晶點(diǎn)組成。 4.1 二元系相圖4.1.2 簡(jiǎn)單低共

8、熔型二元系相圖冷卻過程分析冷卻過程分析4.1 二元系相圖4.1.2 簡(jiǎn)單低共熔型二元系相圖杠桿規(guī)則杠桿規(guī)則 體系冷卻到H 點(diǎn)時(shí)體系液相和固相的質(zhì)量關(guān)系： KHHJBl)()( 體系冷卻到二元共晶溫度的瞬間，即剛剛到達(dá)R 點(diǎn)時(shí)： ERRNsl)()(4.1 內(nèi)容大綱4.1.1 二元系相圖的基本知識(shí)4.1.2 簡(jiǎn)單低共熔型二元系相圖4.1.3 含有中間化合物的二元系相圖含有中間化合物的二元系相圖4.1.4 含固溶體的二元系相圖4.1.5 冶金過程中主要的二元渣系相圖Hebei Polytechnic University4.1 二元系相圖4.1.3 含有中間化合物的二元系相圖特特 征征 只有一個(gè)中

9、間化合物，而且沒有固熔體生成沒有固熔體生成（或固態(tài)完全不互溶），液態(tài)完全互溶（或固態(tài)完全不互溶），液態(tài)完全互溶 同成分熔化化合物同成分熔化化合物 ：化合物在熔化時(shí)生成的液相組成與化合物的組成相同 異成分熔化化合物異成分熔化化合物 ：化合物在熔化時(shí)分解為液相和另一組成與原化合物不同的固相 4.1 二元系相圖4.1.3 含有中間化合物的二元系相圖圖-含有中間化合物的二元系相圖(a)有同成分熔化化合物生成的二元系相圖；(b)有異成分熔化化合物生成的二元系相圖 4.1 二元系相圖4.1.3 含有中間化合物的二元系相圖圖-有異成分熔化化合物生成的二元系相圖 冷卻曲線1： LL+B L+BC LA+C 冷

10、卻曲線2： LL+B L+BC C 冷卻曲線3： LL+B L+BC B+C 4.1 內(nèi)容大綱4.1.1 二元系相圖的基本知識(shí)4.1.2 簡(jiǎn)單低共熔型二元系相圖4.1.3 含有中間化合物的二元系相圖4.1.4 含固溶體的二元系相圖含固溶體的二元系相圖4.1.5 冶金過程中主要的二元渣系相圖Hebei Polytechnic University4.1 二元系相圖4.1.4 含固溶體的二元系相圖含固溶體的含固溶體的二元系相圖二元系相圖固態(tài)下完全互溶的固態(tài)下完全互溶的連續(xù)固溶體相圖連續(xù)固溶體相圖 固態(tài)下部分互溶的固態(tài)下部分互溶的有限固溶體相圖有限固溶體相圖 4.1 二元系相圖4.1.4 含固溶體的

11、二元系相圖圖-含固溶體的二元系相圖(a)液固連續(xù)互溶的二元系相圖； (b)含有最高點(diǎn)的連續(xù)互溶二元系相圖4.1 二元系相圖4.1.4 含固溶體的二元系相圖圖-含固溶體的二元系相圖(c)含最低點(diǎn)的連續(xù)互溶二元系相圖； (d)帶有兩個(gè)端際固溶體的二元系相圖4.1 二元系相圖4.1.4 含固溶體的二元系相圖圖-帶有兩個(gè)端際固溶體的二元系相圖 冷卻到液相線EHB時(shí)，開始有固溶體析出 熔體冷卻到M點(diǎn)時(shí)，固液兩相平衡 KHLMKHMWWLS 冷卻到Q點(diǎn)時(shí)發(fā)生簡(jiǎn)單共晶反應(yīng) 21QQEL4.1 內(nèi)容大綱4.1.1 二元系相圖的基本知識(shí)4.1.2 簡(jiǎn)單低共熔型二元系相圖4.1.3 含有中間化合物的二元系相圖4.

12、1.4 含固溶體的二元系相圖4.1.5 冶金過程中主要的二元渣系相圖冶金過程中主要的二元渣系相圖Hebei Polytechnic University4.1 二元系相圖4.1.5 冶金過程中主要的二元渣系相圖圖-CaO-SiO2系相圖 內(nèi)容大綱4.1 二元系相圖4.2 三元系相圖三元系相圖 4.4 熔渣的結(jié)構(gòu)理論 4.6 熔渣的離子溶液結(jié)構(gòu)模型4.7 熔渣的活度曲線4.8 熔渣的化學(xué)性質(zhì)4.9 熔渣的物理性質(zhì)Hebei Polytechnic University4.2 三元系相圖 三元系三元系：當(dāng)多元系的熱力學(xué)性質(zhì)主要由三個(gè)組元決定時(shí)，我們就可以將多元系簡(jiǎn)化為三元系。 三元系組元的濃度常用

13、羅策布三角形表示。 4.2 內(nèi)容大綱4.2.1 三元系相圖的基本知識(shí)三元系相圖的基本知識(shí) 4.2.2 完全互溶型三元系相圖 4.2.3 簡(jiǎn)單低共熔三元系相圖 4.2.4 實(shí)際三元系相圖的分析方法 4.2.5 物系點(diǎn)冷卻過程分析實(shí)例 Hebei Polytechnic University4.2 三元系相圖4.2.1 三元系相圖的基本知識(shí) M的濃度確定：的濃度確定： 過M點(diǎn)分別向三個(gè)邊作平行線； 逆時(shí)針（或順時(shí)針）方向讀取平行線在各邊所截線段（以頂點(diǎn)開始），該三條線段就分別表示A、B和C三組元的濃度 4.2.1.1 羅羅策策布布濃濃度度三三角角形形aCE bAF cBG 1ABBGAFCEcBa

14、4.2.1 三元系相圖的基本知識(shí)1）等含量規(guī)則 4.2.1.2 羅羅策策布布濃濃度度三三角角形形的的性性質(zhì)質(zhì) 平行于濃度三角形的任何一邊的直線，在此線上的所有點(diǎn)代表的體系中，與直線相對(duì)頂角代表的組元濃度均相同。 ab線上的O1、O2、O3點(diǎn)的組分C濃度相等4.2.1 三元系相圖的基本知識(shí)2）等比例規(guī)則 4.2.1.2 羅羅策策布布濃濃度度三三角角形形的的性性質(zhì)質(zhì) 從濃度三角形的一個(gè)頂點(diǎn)到對(duì)邊的任意直線，線上所有點(diǎn)代表的體系點(diǎn)中，線兩側(cè)對(duì)應(yīng)的二個(gè)組元濃度之比是常數(shù)。 （定值）Kbababa332211/4.2.1 三元系相圖的基本知識(shí)3）背向性規(guī)則 4.2.1.2 羅羅策策布布濃濃度度三三角角形

15、形的的性性質(zhì)質(zhì) 等比例線上物系點(diǎn)的組成在背離其所在頂角的方向上移動(dòng)時(shí)，體系將不斷析出組分，而其內(nèi)組分的濃度將不斷減少，但其他組分的濃度比則保持不變。 4.2.1 三元系相圖的基本知識(shí)4）杠桿規(guī)則 4.2.1.2 羅羅策策布布濃濃度度三三角角形形的的性性質(zhì)質(zhì) 若三元系中有兩個(gè)組成點(diǎn)M 和N 組成一個(gè)新的物系O ，那么O 點(diǎn)必定落在MN 連線上，其位置由M 和N 的質(zhì)量mM 和mN 按杠桿規(guī)則確定。 MONOmmNMOMmMNONmONmMNOMm4.2.1 三元系相圖的基本知識(shí)5）重心規(guī)則 4.2.1.2 羅羅策策布布濃濃度度三三角角形形的的性性質(zhì)質(zhì) 原物系點(diǎn)M1、M2、M3 的重量分別為m1、

16、m2、m3 ，混合后形成質(zhì)量為mO 的新物系點(diǎn)O，則O 必位于連線三角形M1M2M3的重心上。重心重心物理重心物理重心 211332321:O:MOMMOMMMmmm4.2.1 三元系相圖的基本知識(shí)6）切線規(guī)則判定相界線是共晶線還是轉(zhuǎn)熔線判定相界線是共晶線還是轉(zhuǎn)熔線 4.2.1.2 羅羅策策布布濃濃度度三三角角形形的的性性質(zhì)質(zhì) 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)的連線之交點(diǎn)來表示；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，則該段分界線是轉(zhuǎn)熔線。 4.2.1 三元系相圖的基本知識(shí)7）溫度最高點(diǎn)規(guī)則判斷單變線上的溫度最高點(diǎn)判

17、斷單變線上的溫度最高點(diǎn) 4.2.1.2 羅羅策策布布濃濃度度三三角角形形的的性性質(zhì)質(zhì) 在三元系中，若連接平衡共存兩個(gè)相的成分點(diǎn)的連線或其延長(zhǎng)線，與劃分這兩個(gè)相的分界線或其延長(zhǎng)線相交，那么該交點(diǎn)就是分界線上的最高溫度點(diǎn)。 4.2.1 三元系相圖的基本知識(shí)8）三元系零變點(diǎn)的判斷規(guī)則 判斷零變點(diǎn)的性質(zhì)，是共晶點(diǎn)還是轉(zhuǎn)熔點(diǎn)判斷零變點(diǎn)的性質(zhì)，是共晶點(diǎn)還是轉(zhuǎn)熔點(diǎn) 4.2.1.2 羅羅策策布布濃濃度度三三角角形形的的性性質(zhì)質(zhì) 零變點(diǎn)：零變點(diǎn)：三條相界線的交點(diǎn) ，自由度為零 若三條相界線溫度降低的方向都指向該點(diǎn)，則此點(diǎn)就是三元共晶點(diǎn) 若三條相界線的溫降方向不全指向三條界線的交點(diǎn)，即有一條或兩條相界線的溫降方向

18、離開該點(diǎn)，則此點(diǎn)稱之為轉(zhuǎn)熔點(diǎn) 4.2.1 三元系相圖的基本知識(shí)8）三元系零變點(diǎn)的判斷規(guī)則4.2.1.2 羅羅策策布布濃濃度度三三角角形形的的性性質(zhì)質(zhì) 單降點(diǎn)單降點(diǎn)轉(zhuǎn)熔點(diǎn)中有一條相界線的降溫矢背離該點(diǎn) 轉(zhuǎn)熔反應(yīng)為L(zhǎng)+S1=S2+S3 雙降點(diǎn)雙降點(diǎn)轉(zhuǎn)熔點(diǎn)中有兩條相界線的降溫矢背離該點(diǎn) 轉(zhuǎn)熔反應(yīng)為L(zhǎng)+S1+S2=S3 4.2 內(nèi)容大綱4.2.1 三元系相圖的基本知識(shí) 4.2.2 完全互溶型三元系相圖完全互溶型三元系相圖 4.2.3 簡(jiǎn)單低共熔三元系相圖 4.2.4 實(shí)際三元系相圖的分析方法 4.2.5 物系點(diǎn)冷卻過程分析實(shí)例 Hebei Polytechnic University4.2.2 完全互

19、溶型三元系相圖 4.2 三元系相圖 固液完全互溶型三元系相圖 有最高點(diǎn)的完全互溶型三元系相圖 有最低點(diǎn)的完全互溶型三元系相圖 既無最高點(diǎn)也無最低點(diǎn)的完全互溶既無最高點(diǎn)也無最低點(diǎn)的完全互溶型三元系相圖型三元系相圖 4.2.2 完全互溶型三元系相圖 4.2.2.1立體圖4.2.2 完全互溶型三元系相圖 4.2.2.2 等溫截面 等溫截面圖：等溫截面圖： 在某個(gè)指定溫度下，用平行底面濃度三角形的平面，截取三元系立體圖，再將其投影到底平面得到的圖形。 結(jié)線：結(jié)線： 在兩相平衡區(qū)域，連接兩個(gè)平衡相成分點(diǎn)的直線 4.2.2 完全互溶型三元系相圖 4.2.2.3 變溫截面圖 變溫截面圖：變溫截面圖： 垂直于

20、底面濃度三角形的平面去截立體相圖，把所得交線正面投影到該截面上，得到的圖形。(a)過EF線的變溫截面； (b)過頂點(diǎn)C的變溫截面4.2 內(nèi)容大綱4.2.1 三元系相圖的基本知識(shí) 4.2.2 完全互溶型三元系相圖 4.2.3 簡(jiǎn)單低共熔三元系相圖簡(jiǎn)單低共熔三元系相圖 4.2.4 實(shí)際三元系相圖的分析方法 4.2.5 物系點(diǎn)冷卻過程分析實(shí)例 Hebei Polytechnic University4.2.3 簡(jiǎn)單低共熔三元系相圖 4.2 三元系相圖當(dāng)A、B、C三個(gè)組元在液態(tài)可以完全互溶液態(tài)可以完全互溶，在固態(tài)完全不互溶固態(tài)完全不互溶 簡(jiǎn)單低共熔三元系相圖 三個(gè)初晶面 三條二次結(jié)晶線（低共熔線） 三

21、個(gè)初晶體一個(gè)三元共晶點(diǎn) 三個(gè)二次結(jié)晶體一個(gè)三元共晶空間4.2.3 簡(jiǎn)單低共熔三元系相圖 4.2.3.1立體圖4.2.3 簡(jiǎn)單低共熔三元系相圖 4.2.3.2 等溫截面圖 過立體圖縱向一等溫點(diǎn)的溫度平面溫度平面與初晶面初晶面的交線組成的相圖 4.2.3 簡(jiǎn)單低共熔三元系相圖 4.2.3.3 變溫截面 用垂直底面且分別過HK線和CN線，截得簡(jiǎn)單三元系立體圖，得到如下兩個(gè)變溫截面圖。 4.2 內(nèi)容大綱4.2.1 三元系相圖的基本知識(shí) 4.2.2 完全互溶型三元系相圖 4.2.3 簡(jiǎn)單低共熔三元系相圖 4.2.4 實(shí)際三元系相圖的分析方法實(shí)際三元系相圖的分析方法 4.2.5 物系點(diǎn)冷卻過程分析實(shí)例 H

22、ebei Polytechnic University4.2.4實(shí)際三元系相圖的分析方法 4.2.4.1 三元系相圖的點(diǎn)、線、面 面：初晶面線：?jiǎn)巫兙€二元共晶線或二元轉(zhuǎn)熔線點(diǎn)：三元無變量點(diǎn)或稱零變點(diǎn)三元共晶點(diǎn)或三元轉(zhuǎn)熔點(diǎn)4.2.4實(shí)際三元系相圖的分析方法 4.2.4.2 判斷化合物的穩(wěn)定性 穩(wěn)定化合物：穩(wěn)定化合物：化合物的組成點(diǎn)（成分點(diǎn)）在自己的結(jié)晶區(qū) 之內(nèi)者；不穩(wěn)定化合物：不穩(wěn)定化合物：化合物的成分點(diǎn)在自己的結(jié)晶區(qū)之外者。4.2.4實(shí)際三元系相圖的分析方法 4.2.4.3 三角形劃分規(guī)則 （1 1）連線規(guī)則）連線規(guī)則：連接相鄰組分點(diǎn)（體系基本組分點(diǎn)和形成的化合物）構(gòu)成三角形，穩(wěn)定化合物及基本

23、組分點(diǎn)之間用實(shí)現(xiàn)連接，但它們與不穩(wěn)定化合物逐漸的連線用虛線連接。 4.2.4實(shí)際三元系相圖的分析方法 4.2.4.3 三角形劃分規(guī)則 （2 2）四邊形對(duì)角線不相容原理）四邊形對(duì)角線不相容原理：三元系中如果存在四個(gè)固相點(diǎn)（或組分點(diǎn)）構(gòu)成的四邊形，只有一條對(duì)角線上的兩個(gè)固相可平衡共存。D1D2M4.2.4實(shí)際三元系相圖的分析方法 4.2.4.3 三角形劃分規(guī)則 （3）體系內(nèi)有幾個(gè)無變量點(diǎn)就有幾個(gè)分三角形。（4）劃分出的三角形不一定為等邊三角形。4.2.4實(shí)際三元系相圖的分析方法 4.2.4.4 三元無變量點(diǎn)的歸屬就近原則就近原則 三元無變量點(diǎn)離那個(gè)小三角形近，該三元無變量點(diǎn)就是哪個(gè)小三角形的無變量

24、點(diǎn)。 一般來說對(duì)應(yīng)的無變量點(diǎn)位于該三角形內(nèi)時(shí)，該無變量點(diǎn)為共晶點(diǎn)；對(duì)應(yīng)的無變量點(diǎn)位于該三角形外時(shí)，該無變量點(diǎn)為轉(zhuǎn)熔點(diǎn)。4.2.4實(shí)際三元系相圖的分析方法 4.2.4.5 體系點(diǎn)（組分點(diǎn)）結(jié)晶終點(diǎn)的判斷 體系點(diǎn)位于哪個(gè)小三角形內(nèi)，結(jié)晶就在哪個(gè)小三角形的三元無變量點(diǎn)結(jié)束。M1M24.2.4實(shí)際三元系相圖的分析方法 4.2.4.6 相界線性質(zhì)的判斷（1 1）利用切線規(guī)則：）利用切線規(guī)則：相界線的切線與組分點(diǎn)的連線相交，該相界線為共晶線；相界線的切線與組分點(diǎn)連線的延長(zhǎng)線相交，該相界線為轉(zhuǎn)熔線。4.2.4實(shí)際三元系相圖的分析方法 4.2.4.6 相界線性質(zhì)的判斷（2）利用溫度最高點(diǎn)規(guī)則判斷相界線上的溫度

25、最高點(diǎn)，從而判斷單變線的溫降方向。4.2.4實(shí)際三元系相圖的分析方法 4.2.4.7 零變點(diǎn)（三元無變量點(diǎn)）性質(zhì)的判斷 三條相界線的交點(diǎn)三條相界線的交點(diǎn)為無變量點(diǎn)（或零變點(diǎn)） 共晶點(diǎn)：用E表示 轉(zhuǎn)熔點(diǎn)：用P表示 4.2.4實(shí)際三元系相圖的分析方法 4.2.4.8 結(jié)晶過程中平衡共存相組成及質(zhì)量的確定 利用三點(diǎn)結(jié)線規(guī)則（也稱杠桿規(guī)則）三點(diǎn)結(jié)線規(guī)則（也稱杠桿規(guī)則）：三點(diǎn)是指液相點(diǎn)、固相點(diǎn)和物系點(diǎn)（體系點(diǎn)），三點(diǎn)在一條直線上，利用杠桿規(guī)則就可以確定固液相的質(zhì)量。 4.2 內(nèi)容大綱4.2.1 三元系相圖的基本知識(shí) 4.2.2 完全互溶型三元系相圖 4.2.3 簡(jiǎn)單低共熔三元系相圖 4.2.4 實(shí)際三元

26、系相圖的分析方法 4.2.5 物系點(diǎn)冷卻過程分析實(shí)例物系點(diǎn)冷卻過程分析實(shí)例 Hebei Polytechnic University4.2.4物系點(diǎn)冷卻過程分析實(shí)例 確定相界線的性質(zhì) 三元無變量點(diǎn)的性質(zhì)（是E還是P） 劃分三角形 確定物系點(diǎn)的結(jié)晶終點(diǎn)在哪個(gè)零變點(diǎn) 確定結(jié)晶終點(diǎn)固相物質(zhì) 4.2 三元系相圖分析的入手點(diǎn)4.2.4物系點(diǎn)冷卻過程分析實(shí)例（1）M1點(diǎn)的冷卻過程分析 M1M2L1 冷卻到液相線時(shí)，開始析出固相A ：LA 冷卻到L1點(diǎn)時(shí)，繼續(xù)析出固相A，液相點(diǎn)為L(zhǎng)1 進(jìn)一步冷卻發(fā)生A、C的共晶反應(yīng)：LA+C 冷卻到P點(diǎn)時(shí)開始發(fā)生轉(zhuǎn)熔反應(yīng)：L+AD+C 剩余的液相將和固相中的A發(fā)生轉(zhuǎn)熔反應(yīng)，

27、生成C+D，直到液相完全消耗，最終固相含有A、D和C 4.2.4物系點(diǎn)冷卻過程分析實(shí)例（2）M2點(diǎn)的冷卻過程分析 M1M2L1 冷卻到液相線時(shí)，開始析出固相A ：LA 冷卻到L1點(diǎn)時(shí)，發(fā)生轉(zhuǎn)熔反應(yīng)：L+AD+C 冷卻到P1時(shí)，A完全消耗，LD 冷卻到L4點(diǎn)時(shí)，開始發(fā)生共晶反應(yīng)：LD+C 冷卻到E點(diǎn)開始發(fā)生三元共晶反應(yīng)：LD+B+CP1 L2 剩余的液相在E點(diǎn)全部轉(zhuǎn)化為固相，最終固相為D、B、C 內(nèi)容大綱4.1 二元系相圖4.2 三元系相圖 4.4 熔渣的結(jié)構(gòu)理論熔渣的結(jié)構(gòu)理論 4.6 熔渣的離子溶液結(jié)構(gòu)模型4.7 熔渣的活度曲線4.8 熔渣的化學(xué)性質(zhì)4.9 熔渣的物理性質(zhì)Hebei Polyt

28、echnic University4.4 內(nèi)容大綱4.4.1 分子結(jié)構(gòu)假說分子結(jié)構(gòu)假說4.4.2 離子結(jié)構(gòu)理論 Hebei Polytechnic University4.4.1 分子結(jié)構(gòu)假說（理論） 熔渣的基本結(jié)構(gòu)單元為電中性的分子 4.4 熔渣的結(jié)構(gòu)理論1.1.要要 點(diǎn)點(diǎn)簡(jiǎn)單分子:CaO、MgO、FeO、Al2O3、FeS等復(fù)雜分子： 、 、 、22SiOCaO23SiOCaO523OPCaO22SiOFeO 結(jié)構(gòu)單元間的作用力為分子間的引力（范德華力） 熔渣可視為理想溶液 簡(jiǎn)單分子與復(fù)雜分子之間存在動(dòng)態(tài)平衡 只有自由氧化物分子具有反應(yīng)能力 )()(2)2(22SiOCaOSiOCaO)2

29、()()(222SiOFeOSiOFeO4.4.1 分子結(jié)構(gòu)假說（理論）1）定量計(jì)算困難，容易產(chǎn)生很大誤差。4.4 熔渣的結(jié)構(gòu)理論2.2.缺缺 點(diǎn)點(diǎn)2）不能解釋FeO也能脫硫的事實(shí)。3）無法解釋熔融爐渣的帶電現(xiàn)象。 )()(FeOFeSFeSFeO4.4.1 分子結(jié)構(gòu)假說（理論）1）定量計(jì)算困難，容易產(chǎn)生很大誤差。4.4 熔渣的結(jié)構(gòu)理論2.2.缺缺 點(diǎn)點(diǎn)2）不能解釋FeO也能脫硫的事實(shí)。3）無法解釋熔融爐渣的帶電現(xiàn)象。 )()(FeOFeSFeSFeO4.4 內(nèi)容大綱4.4.1 分子結(jié)構(gòu)假說4.4.2 離子結(jié)構(gòu)理論離子結(jié)構(gòu)理論 Hebei Polytechnic University4.4.2

30、 離子結(jié)構(gòu)理論 熔渣的基本結(jié)構(gòu)單元為帶電質(zhì)子 4.4 熔渣的結(jié)構(gòu)理論1.1.要要 點(diǎn)點(diǎn)簡(jiǎn)單陰離子: O2-、 S2- 、 F-簡(jiǎn)單陽(yáng)離子：Ca2+、Mg2+、Mn2+、Fe2+ 正負(fù)離子間的作用力是靜電引力（庫(kù)侖力） 渣金反應(yīng)為電化學(xué)反應(yīng)：復(fù)合陰離子: SiO44-、 Si2O76- 、 AlO2-、 AlO33-、 PO43- 正極反應(yīng)： )(22SeS 負(fù)極反應(yīng)： 22OeO電池反應(yīng)： )()(22OSSO4.4.2 離子結(jié)構(gòu)理論4.4.2.2 硅氧復(fù)合陰離子的種類硅氧復(fù)合陰離子的聚合和解體反應(yīng)： 443SiO解體聚合26933OOSi內(nèi)容大綱4.1 二元系相圖4.2 三元系相圖 4.4

31、熔渣的結(jié)構(gòu)理論 4.6 熔渣的離子溶液結(jié)構(gòu)模型熔渣的離子溶液結(jié)構(gòu)模型4.7 熔渣的活度曲線4.8 熔渣的化學(xué)性質(zhì)4.9 熔渣的物理性質(zhì)Hebei Polytechnic University4.6 內(nèi)容大綱4.6.1 完全離子溶液模型完全離子溶液模型4.6.3 離子聚合反應(yīng)模型 Hebei Polytechnic University4.6.1 完全離子溶液模型4.6 熔渣的離子結(jié)構(gòu)模型4.6.1.1焦姆金（吉門肯）完全離子溶液模型的焦姆金（吉門肯）完全離子溶液模型的要點(diǎn)要點(diǎn)1）爐渣完全由離子組成，其內(nèi)不出現(xiàn)電中性質(zhì)點(diǎn)；2）每個(gè)離子周圍只被帶相反電荷的離子所包圍；3）所有離子在熔渣中的分布完全

32、是統(tǒng)計(jì)無序狀態(tài)。 完全離子溶液可視為由正負(fù)離子正負(fù)離子分別組成的兩個(gè)理想溶液的混合溶液。4.6.1 完全離子溶液模型4.6.1.2焦姆金（吉門肯）完全離子溶液模型的焦姆金（吉門肯）完全離子溶液模型的應(yīng)用應(yīng)用例如例如 熔渣由 、 、 、 組成，存在反應(yīng)： molCaOn1molFeOn2molCaSn3molFeSn422OCaCaO22SCaCaS22OFeFeO22SFeFeS正離子總數(shù)為： 4321nnnnn負(fù)離子總數(shù)為： 4321nnnnn：2Ca31nn ：2Fe42nn 2O：21nn 2S43nn 22CaOCaOxxa活度：22FeOFeOxxa22CaSCaSxxa22FeSF

33、eSxxa4321212nnnnnnxO4321312nnnnnnxCa4321432nnnnnnxS4321422nnnnnnxFe例例題題 22OCaCaO22OFeFeO在某一溫度下，已知爐渣成分為 求爐渣中FeO的活度，已知爐渣完全由離子組成，陽(yáng)離子是Ca2+、Mg2+、Fe2+；陰離子是 、 和44SiO452OFe2OCaO MgOFeOSiO2Fe2O3w(B)，%194.5633.6240.9610.24x(B)0.3390.1140.4670.0160.064解：因?yàn)镾iO2的濃度為0.96，因此aFeO不需修正。按完全離子溶液理論： 22OMgMgO所以：339. 02Ca

34、OCann114. 02MgOMgnn467. 02FeOFenn506. 0920. 0467. 022222FeMgCaFeFennnnx所以：又因?yàn)?4222SiOOSiO4522322OFeOOFe016. 0442SiOSiOnn064. 045232OFeOFenn920. 0467. 0114. 0339. 02FeOMgOCaOOnnnn160. 0060. 02016. 0222322OFeSiOnn760. 0064. 02016. 02920. 023222OFeSiOFeOMgOCaOOnnnnnn016. 0244SiOSiOnn064. 052524OFeOFenn

35、總的陰離子摩爾數(shù)： 840. 0064. 0016. 0760. 0445242OFeSiOOnnnn905. 0840. 0760. 0)(45244222OFeSiOOOnnnnOx458. 0905. 0506. 0)()(22FexOxaFeO4.6 內(nèi)容大綱4.6.1 完全離子溶液模型4.6.3 離子聚合反應(yīng)模型離子聚合反應(yīng)模型 Hebei Polytechnic University4.6.3 離子聚合反應(yīng)模型馬森模型 4.6 熔渣的離子結(jié)構(gòu)模型26724444OOSiSiOSiO2810367244OOSiOSiSiO26134810344OOSiOSiSiO對(duì)于MeO-SiO2

36、二元系，MeO活度：KaaKKaaKMeOxSiOxMeOMeOMeOMeO1) 1(131)(1)(2例題：例題： 利用馬森模型計(jì)算CaO-SiO2系在15301680時(shí)CaO的活度。已知 ， 30. 0)(2SiOx003. 0K解：KaaKKaaKSiOxMeOMeOMeOMeO1) 1(131)(2代入數(shù)據(jù)：003. 01) 1003. 0(003. 01003. 0313 . 0MeOMeOMeOMeOaaaa整理得：00012. 01036. 04006. 02CaOCaOaa解方程得：33. 0CaOa內(nèi)容大綱4.1 二元系相圖4.2 三元系相圖 4.4 熔渣的結(jié)構(gòu)理論 4.6

37、熔渣的離子溶液結(jié)構(gòu)模型4.7 熔渣的活度曲線熔渣的活度曲線4.8 熔渣的化學(xué)性質(zhì)4.9 熔渣的物理性質(zhì)Hebei Polytechnic University4.7.2 CaO-SiO2-Al2O3三元系組分的活度 4.7 熔渣的活度曲線圖4.7.3 CaO-SiO2-FeO三元系組分的活度 4.7 熔渣的活度曲線圖)()()(52232MnOMgOCaOOPSiOOFeFeOFeO的偽三元系 內(nèi)容大綱4.1 二元系相圖4.2 三元系相圖 4.4 熔渣的結(jié)構(gòu)理論 4.6 熔渣的離子溶液結(jié)構(gòu)模型4.7 熔渣的活度曲線4.8 熔渣的化學(xué)性質(zhì)熔渣的化學(xué)性質(zhì)4.9 熔渣的物理性質(zhì)Hebei Polyt

38、echnic University4.8 內(nèi)容大綱4.8.1 酸堿性酸堿性4.8.2 氧化性和還原性4.8.3 容量性質(zhì) Hebei Polytechnic University4.8.1 酸堿性 4.8 熔渣的化學(xué)性質(zhì)4.8.1.1 氧化物按酸堿性的分類1）堿性氧化物：在渣中能夠離解出O2-的氧化物，如CaO、MgO、FeO等； 22OMMO2）酸性氧化物：能吸收O2-，轉(zhuǎn)變?yōu)榻j(luò)離子的氧化物，如SiO2、P2O5、V2O5、Fe2O3等； 44222SiOOSiO3）兩性（中性）氧化物：在酸性熔渣中能離解出O2-，顯示堿性，而在堿性熔渣中能吸收O2-，顯示酸性，如Al2O3、TiO2、Cr2

39、O3等。 233232OAlOAl22322AlOOOAl堿性渣中 酸性渣中 4.8.1 酸堿性 4.8 熔渣的化學(xué)性質(zhì)4.8.1.2 氧化物酸堿性規(guī)律1）同一種金屬元素的氧化物在高價(jià)時(shí)顯酸性，在低價(jià)時(shí)顯堿性 ，如Fe、FeO、Fe2O3等； 2）CaO MnO FeO MgO CaF Fe2O3 TiO2 Al2O3 SiO2 P2O5 3）利用氧化物酸堿性的大小，可以判斷簡(jiǎn)單氧化物與復(fù)雜氧化物之間化學(xué)反應(yīng)平衡移動(dòng)的方向。 中性堿性增強(qiáng)酸性增強(qiáng))(2)2()(2)2(22FeOSiOCaOCaOSiOFeO4.8.1 酸堿性 4.8 熔渣的化學(xué)性質(zhì)4.8.1.3 爐渣酸堿性的表示方法 1 1

40、）堿度：）堿度：生產(chǎn)實(shí)踐中采用爐渣中主要的堿性氧化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)酸性氧化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比定義為爐渣的堿度，用R表示。 二元堿度 三元堿度 )()(2SiOCaOR)()(2SiOxCaOxR )()()(2SiOMgOCaOR)()()(2SiOxMgOxCaOxR)()()(322OAlSiOCaOR)()()(322OAlxSiOxCaOxR 四元堿度 )()()()(522OPSiOMgOCaOR)()()()(522OPxSiOxMgOxCaOxR4.8.1 酸堿性 4.8 熔渣的化學(xué)性質(zhì)4.8.1.3 爐渣酸堿性的表示方法 2）過剩堿度和光學(xué)堿度 過剩堿度：爐渣中氧化物的反應(yīng)能力可以

41、用熔渣中自由氧化物的濃度代替 光學(xué)堿度：氧化物或渣中O2-的活度來表示熔渣的酸堿性或堿性。 )(3)()(4)(2)(3232522OAlnOFenOPnSiOnCaOnB)(3)()(4)(2)(3232522OAlxOFexOPxSiOxCaOxB4.8.1 酸堿性 4.8 熔渣的化學(xué)性質(zhì)4.8.1.3 爐渣酸堿性的表示方法 3）劃分渣酸堿性的標(biāo)準(zhǔn) 以R=2為界 R2為堿性渣4.8 內(nèi)容大綱4.8.1 酸堿性4.8.2 氧化性和還原性氧化性和還原性4.8.3 容量性質(zhì) Hebei Polytechnic University4.8.2 氧化性和還原性 4.8 熔渣的化學(xué)性質(zhì)判斷依據(jù)：判斷依

42、據(jù)：利用化學(xué)反應(yīng) 進(jìn)行的方向)(OFeFeO供O，氧化渣溶解氧量減小，還原渣衡量熔渣氧化還原性的依據(jù)：衡量熔渣氧化還原性的依據(jù)：熔渣中的w(FeO)影響熔渣氧化性的因素：影響熔渣氧化性的因素：1) aFeO增加，熔渣的氧化性提高2) Fe2O3含量提高，aFeO增加，熔渣的氧化性提高3) R=2 時(shí)，aFeO最大，熔渣的氧化性增強(qiáng)4.8.2 氧化性和還原性 4.8 熔渣的化學(xué)性質(zhì) Fe2O3的折算方法的折算方法1) 全鐵法OFeOOFe 232)(9 . 0)(160722)(3232OFeOFeFeO折)(9 . 0)()(32OFeFeOFeO渣2) 全氧法FeFeOOFe 332)(35

43、. 1)(160723)(3232OFeOFeFeO折)(35. 1)()(32OFeFeOFeO渣4.8 內(nèi)容大綱4.8.1 酸堿性4.8.2 氧化性和還原性4.8.3 容量性質(zhì)容量性質(zhì) Hebei Polytechnic University4.8.3 容量性質(zhì) 4.8 熔渣的化學(xué)性質(zhì)容量性容量性(capacity)： 熔渣具有容納或溶解S、P、N、H 等有害物質(zhì)的能力稱為爐渣的容量性。爐渣的硫容量、磷容量越高，爐渣的脫硫、脫磷能力越強(qiáng)。內(nèi)容大綱4.1 二元系相圖4.2 三元系相圖 4.4 熔渣的結(jié)構(gòu)理論 4.6 熔渣的離子溶液結(jié)構(gòu)模型4.7 熔渣的活度曲線4.8 熔渣的化學(xué)性質(zhì)4.9 熔

44、渣的物理性質(zhì)熔渣的物理性質(zhì)Hebei Polytechnic University4.9 內(nèi)容大綱4.9.1 熔化溫度熔化溫度4.9.2 密度4.9.3 粘度4.9.4 電導(dǎo)率4.9.5 表面性質(zhì)4.9.6 擴(kuò)散Hebei Polytechnic University4.9.1 熔化溫度 4.9 熔渣的物理性質(zhì) 固相升溫達(dá)到開始熔化溫度后，開始有液相出現(xiàn)，固態(tài)渣完全轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蛞合鄷r(shí)的溫度或冷卻時(shí)液態(tài)渣開始析出固相的溫度為液相線溫度 熔渣不具有熔點(diǎn)4.9 內(nèi)容大綱4.9.1 熔化溫度4.9.2 密度密度4.9.3 粘度4.9.4 電導(dǎo)率4.9.5 表面性質(zhì)4.9.6 擴(kuò)散Hebei Polytechnic University4.9.2 密度 4.9 熔渣的物理性質(zhì)1400堿性和半酸性熔渣的比容 1）熔渣組分對(duì)密度的影響)(35. 0)(204. 0)(285. 0)(45. 0322OFeFeOCaOSiOV)(402. 0)(48. 0)(367. 0)(237. 03252OAlOPMgO