第3章冶金熔渣

1、第三章第三章 冶金熔渣冶金熔渣2022-5-323.2 三元相圖基本知識(shí)及類型三元相圖基本知識(shí)及類型3.3 熔渣的結(jié)構(gòu)理論熔渣的結(jié)構(gòu)理論3.4 金屬與熔渣間電化學(xué)反應(yīng)原理金屬與熔渣間電化學(xué)反應(yīng)原理3.5 熔渣的完全離子溶液結(jié)構(gòu)模型熔渣的完全離子溶液結(jié)構(gòu)模型3.6 熔渣的等活度曲線圖熔渣的等活度曲線圖2022-5-33前言前言 有關(guān)熔渣的知識(shí)有關(guān)熔渣的知識(shí)3. 各類爐渣在金屬的冶煉過程中分別起到分離或吸收雜質(zhì)，各類爐渣在金屬的冶煉過程中分別起到分離或吸收雜質(zhì)，除去粗金屬中有害于金屬產(chǎn)品性能的雜質(zhì)，富集有用金屬除去粗金屬中有害于金屬產(chǎn)品性能的雜質(zhì)，富集有用金屬氧化物及精煉金屬的作用，并能保護(hù)金屬不

2、受環(huán)境的沾污氧化物及精煉金屬的作用，并能保護(hù)金屬不受環(huán)境的沾污及減少金屬的熱損失。及減少金屬的熱損失。2. 冶煉過程中的爐渣是由還原熔煉中未能還原的氧化物，冶煉過程中的爐渣是由還原熔煉中未能還原的氧化物，氧化熔煉中氧化形成的氧化物，為適應(yīng)冶煉要求而加入的氧化熔煉中氧化形成的氧化物，為適應(yīng)冶煉要求而加入的熔劑及被侵蝕的耐火爐襯的氧化物，以及少量硫化物及熔劑及被侵蝕的耐火爐襯的氧化物，以及少量硫化物及CaF2等鹵化物組成的，其中也還夾帶著少量金屬粒。等鹵化物組成的，其中也還夾帶著少量金屬粒。1. 爐渣是火法冶金中形成的以氧化物為主要成分的多組分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，

3、它是金屬提煉和精煉過程中，除金屬熔體以外的另熔體，它是金屬提煉和精煉過程中，除金屬熔體以外的另一產(chǎn)物。一產(chǎn)物。2022-5-345. 爐渣的上述的作用都是靠通過控制爐渣的化學(xué)組成、爐渣的上述的作用都是靠通過控制爐渣的化學(xué)組成、溫度及其所具有的物理化學(xué)性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的。熔渣的物理溫度及其所具有的物理化學(xué)性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的。熔渣的物理化學(xué)性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，所以通過熔渣結(jié)構(gòu)的研究，可化學(xué)性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，所以通過熔渣結(jié)構(gòu)的研究，可以查明熔渣物理化學(xué)性質(zhì)變化的規(guī)律，從而達(dá)到控制冶以查明熔渣物理化學(xué)性質(zhì)變化的規(guī)律，從而達(dá)到控制冶金反應(yīng)的目的。金反應(yīng)的目的。4. 在電爐冶煉中，爐渣還起著電阻發(fā)熱的作用。因此，在電爐

4、冶煉中，爐渣還起著電阻發(fā)熱的作用。因此，爐渣在保證冶煉操作的順利進(jìn)行，冶煉金屬熔體的成分爐渣在保證冶煉操作的順利進(jìn)行，冶煉金屬熔體的成分和質(zhì)量，金屬的回收率以及冶煉的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等和質(zhì)量，金屬的回收率以及冶煉的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面都起了決定性的作用。方面都起了決定性的作用。前言前言 有關(guān)熔渣的知識(shí)有關(guān)熔渣的知識(shí)2022-5-352022-5-36主要二元渣系相圖主要二元渣系相圖 相圖都由實(shí)驗(yàn)測定，常用的方法有淬冷法相圖都由實(shí)驗(yàn)測定，常用的方法有淬冷法(靜態(tài)法靜態(tài)法)和熱和熱分析法分析法(動(dòng)態(tài)法動(dòng)態(tài)法)。前者是在各個(gè)溫度下恒溫測定物質(zhì)的組成。前者是在各個(gè)溫度下恒溫測定物質(zhì)的組成對溫度的關(guān)系

5、。后者是按照一定程序連續(xù)改變溫度時(shí)，測量對溫度的關(guān)系。后者是按照一定程序連續(xù)改變溫度時(shí)，測量物質(zhì)的組成對溫度的關(guān)系。由于新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)不斷出現(xiàn)，實(shí)物質(zhì)的組成對溫度的關(guān)系。由于新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)不斷出現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)精度逐漸提高，某些早期發(fā)表的相圖得到修正和補(bǔ)充，以驗(yàn)精度逐漸提高，某些早期發(fā)表的相圖得到修正和補(bǔ)充，以達(dá)到更加完美的地步。達(dá)到更加完美的地步。 另一方面，由于相圖與熱力學(xué)密切相關(guān)，不僅由實(shí)驗(yàn)繪另一方面，由于相圖與熱力學(xué)密切相關(guān)，不僅由實(shí)驗(yàn)繪制的相圖可獲得熔體的熱力學(xué)性質(zhì)制的相圖可獲得熔體的熱力學(xué)性質(zhì)(熔化熱、活度、偏摩爾熱熔化熱、活度、偏摩爾熱力學(xué)函數(shù)力學(xué)函數(shù))，而且由熱力學(xué)資料也可繪出相圖，早在，

6、而且由熱力學(xué)資料也可繪出相圖，早在1908年年J JVan Laar就提出了這種方法。計(jì)算方法構(gòu)成的相圖和實(shí)驗(yàn)就提出了這種方法。計(jì)算方法構(gòu)成的相圖和實(shí)驗(yàn)測定方法一樣，都是在于求出各個(gè)溫度下體系達(dá)到平衡時(shí)共測定方法一樣，都是在于求出各個(gè)溫度下體系達(dá)到平衡時(shí)共存相的成分。存相的成分。2022-5-37 下面列舉幾個(gè)二元系相圖是構(gòu)成冶金基本渣系下面列舉幾個(gè)二元系相圖是構(gòu)成冶金基本渣系(CaO-SiO2-Al2O3系系, CaO-SiO2-FeO系系)三元系相圖的基礎(chǔ)。三元系相圖的基礎(chǔ)。 (1)CaO-SiO2系相圖系相圖 此體系的相圖如圖此體系的相圖如圖l所示，比較復(fù)雜，因?yàn)樾纬闪诵再|(zhì)不所示，比較復(fù)

7、雜，因?yàn)樾纬闪诵再|(zhì)不同同(穩(wěn)定或不穩(wěn)定穩(wěn)定或不穩(wěn)定)的幾種硅酸鈣，而且還出現(xiàn)了多晶型轉(zhuǎn)變。的幾種硅酸鈣，而且還出現(xiàn)了多晶型轉(zhuǎn)變。 這個(gè)體系有兩個(gè)穩(wěn)定化合物，偏硅酸鈣這個(gè)體系有兩個(gè)穩(wěn)定化合物，偏硅酸鈣CaOSiO2(用用CS)和和正硅酸鈣正硅酸鈣2CaOSiO2(用用C2S表示表示)；有兩個(gè)不穩(wěn)定化合物，硅；有兩個(gè)不穩(wěn)定化合物，硅酸三鈣酸三鈣3CaOSiO2 (C3S)和二硅酸三鈣和二硅酸三鈣3CaO2SiO2(C3S2)。 由于穩(wěn)定化合物是體系相組成的組分，可從由于穩(wěn)定化合物是體系相組成的組分，可從CS和和C2S垂直垂直線處，將此相圖劃分為線處，將此相圖劃分為CaO-C2S系、系、C2SCS系

8、和系和CS-SiO2系系3個(gè)分相圖來分析。個(gè)分相圖來分析。2022-5-38圖圖1 CaO-SiO2系相圖系相圖2022-5-39 CaO-C2S系為具有一個(gè)共晶體的相圖，但其內(nèi)有一個(gè)僅在系為具有一個(gè)共晶體的相圖，但其內(nèi)有一個(gè)僅在12501900內(nèi)內(nèi)(固相內(nèi)固相內(nèi))穩(wěn)定存在的穩(wěn)定存在的 C3S)，高于或低于此溫，高于或低于此溫度范圍，度范圍，C3S均不能存在，將分解為均不能存在，將分解為CaO+C2S。 相圖內(nèi)的垂直線代表相圖內(nèi)的垂直線代表C3S。 C2SCS系為具有系為具有“個(gè)不穩(wěn)定化合物個(gè)不穩(wěn)定化合物(C3S2)的相圖。溫度的相圖。溫度下降時(shí)，下降時(shí)，C3S2發(fā)生轉(zhuǎn)熔反應(yīng)形成：發(fā)生轉(zhuǎn)熔反應(yīng)

9、形成：L+C2S=C3S2; 加熱時(shí)，它在加熱時(shí)，它在1475發(fā)生分解：發(fā)生分解：C3S2= L+C2S CSSiO2系由于液相時(shí)組分的溶解度有限，形成兩液相系由于液相時(shí)組分的溶解度有限，形成兩液相共存的相圖。共存的相圖。2022-5-310 此互為飽和的二液相中此互為飽和的二液相中L1是是SiO2在在CS相內(nèi)的飽和熔體，相內(nèi)的飽和熔體，L2是是CS在在SiO2相內(nèi)的飽和熔體，大約在相內(nèi)的飽和熔體，大約在1700以上兩者平衡共以上兩者平衡共存，它們的平衡成分分別由兩條虛線表出，稱為分溶曲線。存，它們的平衡成分分別由兩條虛線表出，稱為分溶曲線。 在在1700時(shí)，相平衡關(guān)系為時(shí)，相平衡關(guān)系為L2L

10、1+ SiO2 (偏晶反應(yīng)偏晶反應(yīng))。 溫度高于溫度高于1700時(shí)，時(shí)，SiO2逐漸消失，僅兩液相共存，它們逐漸消失，僅兩液相共存，它們的飽和溶解度隨溫度的升高，不斷變化，逐漸接近。的飽和溶解度隨溫度的升高，不斷變化，逐漸接近。 最后達(dá)到相同最后達(dá)到相同(曲線上的此點(diǎn)稱為臨界點(diǎn)曲線上的此點(diǎn)稱為臨界點(diǎn))，成為均勻液相。，成為均勻液相。溫度低于溫度低于1700時(shí)，時(shí)，L2消失，但消失，但L1存在，隨著溫度的下降，存在，隨著溫度的下降，將不斷析出將不斷析出SiO2。 當(dāng)當(dāng)L1冷卻到冷卻到1436時(shí)，有時(shí)，有CSSiO2共晶體形成。共晶體形成。2022-5-311 圖圖2為此系相固。為此系相固。Al2

11、O3是兩性氧化物，能在酸性氧化物存是兩性氧化物，能在酸性氧化物存在時(shí)，顯示堿性，故能與強(qiáng)酸性氧化物在時(shí)，顯示堿性，故能與強(qiáng)酸性氧化物SiO2生成化合物生成化合物3 Al2O32 SiO2，稱為莫來石。，稱為莫來石。 Al2O3在耐火材料和熔渣體系中有重要的作用，一般根據(jù)在耐火材料和熔渣體系中有重要的作用，一般根據(jù)用用Al2O3含量的不同可特此系按耐火材料分類為剛玉質(zhì)、含量的不同可特此系按耐火材料分類為剛玉質(zhì)、高鋁質(zhì)、熟土質(zhì)、半硅質(zhì)等，即隨著高鋁質(zhì)、熟土質(zhì)、半硅質(zhì)等，即隨著SiO2含量的增加，高鋁含量的增加，高鋁質(zhì)的熔點(diǎn)降低，是由于質(zhì)的熔點(diǎn)降低，是由于A3S2與與SiO2形成共晶體。形成共晶體。

12、 除了上面兩個(gè)以為還有除了上面兩個(gè)以為還有CaO-Al2O3,FeO-SiO2,CaO-FeO系系等等等等.(2)Al2O3- SiO2系相圖系相圖2022-5-312圖圖2 Al2O3- SiO2系相圖系相圖2022-5-313圖3-3 CaO-Al2O3系相圖 2022-5-314圖圖3-4 FeO-SiO2系相圖系相圖 2022-5-315圖3-5a CaO-FeO系相圖 2022-5-316圖3-5b. CaO-Fe2O3系相圖2022-5-3173.2三元相圖基本知識(shí)及類型三元相圖基本知識(shí)及類型 三元系相圖是由三個(gè)組分構(gòu)成的相平衡圖，是研究多三元系相圖是由三個(gè)組分構(gòu)成的相平衡圖，是研

13、究多元系相平衡的手段之一，它在金屬材料、硅酸鹽工業(yè)、冶元系相平衡的手段之一，它在金屬材料、硅酸鹽工業(yè)、冶金爐渣等方面應(yīng)用得很廣，對科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐具有指金爐渣等方面應(yīng)用得很廣，對科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐具有指導(dǎo)作用。導(dǎo)作用。 根據(jù)組分間形成的化合物的性質(zhì)根據(jù)組分間形成的化合物的性質(zhì)(同分熔化化合物或異同分熔化化合物或異分熔化化合物分熔化化合物)，及組分在液相及特別是固相中溶解情況不，及組分在液相及特別是固相中溶解情況不同同(完全不互溶、部分及完全互溶等完全不互溶、部分及完全互溶等)，可將三元系相圖分為，可將三元系相圖分為多種基本類型。這些基本類型的相圖相互組合，就構(gòu)成了多種基本類型。這些基本類型的

14、相圖相互組合，就構(gòu)成了實(shí)際體系中復(fù)雜的二元系相圖實(shí)際體系中復(fù)雜的二元系相圖。 2022-5-3182022-5-319ABC2022-5-3202022-5-3212022-5-322CABCABcbahpCpBpA0002022-5-3232022-5-3242022-5-3252022-5-3263、背向規(guī)則、背向規(guī)則在濃度三角形ABC中，假定當(dāng)物系點(diǎn)P冷卻至初晶溫度（即物系點(diǎn)到達(dá)液相面）時(shí)首先自液相中析出固相A，則當(dāng)體系繼續(xù)冷卻時(shí)，剩余液相的組成將沿AP的延長線AL、朝著背向A的方向變化。 2022-5-3274、直線規(guī)則、直線規(guī)則兩個(gè)原始體系M，N完全混合為一個(gè)新體系P時(shí)，P的組成點(diǎn)必

15、定在MN連線上，且必介于M、N二點(diǎn)之間。反之，當(dāng)一個(gè)體系P分解成為兩個(gè)不同組成的體系M、N時(shí)，則M、N、P三點(diǎn)也必然處于一條直線上，且M、N兩體系的組成點(diǎn)分居于P組成點(diǎn)的兩側(cè)。2022-5-3285、杠桿規(guī)則、杠桿規(guī)則當(dāng)兩個(gè)體系M、N 混合成為一個(gè)新體系P 時(shí)，組成點(diǎn) P與組成點(diǎn)M、N 的距離與體系 M、N 的數(shù)量成反比。即：杠桿規(guī)則同樣適用于一個(gè)體系P分解為兩個(gè)新體系M、N的情形。MNPNWWMPPNWWPMNM杠桿規(guī)則示意圖2022-5-3296、重心規(guī)則、重心規(guī)則三個(gè)原始體系M、N、Q完全混合為一個(gè)新體系P時(shí)，P點(diǎn)必定在以M、N、Q為頂點(diǎn)的三角形之內(nèi)，且處于M、N、Q 三重物組成的（物理

16、物理）重心。( (通常不是幾何重心?。┩ǔ２皇菐缀沃匦模。┲匦奈恢玫拇_定重心位置的確定：計(jì)算法：質(zhì)量守恒定律作圖法：兩次應(yīng)用杠桿規(guī)則。2022-5-330利用重心原理確定物系利用重心原理確定物系P的化的化學(xué)組成學(xué)組成假定假定M、N和和Q的質(zhì)量分別的質(zhì)量分別為為2kg、3kg和和5kg，則新物，則新物系系P的質(zhì)量的質(zhì)量WP為：為：WP = 2 + 3 + 5 = 10 kgP點(diǎn)在濃度三角形中的位置點(diǎn)在濃度三角形中的位置可以兩次運(yùn)用杠桿規(guī)則來確可以兩次運(yùn)用杠桿規(guī)則來確定。假定先由定。假定先由M與與N構(gòu)成一構(gòu)成一中間物系中間物系S，則，則S的重質(zhì)量的重質(zhì)量WS為：為：WS = 2 + 3 = 5 k

17、g2022-5-331 根據(jù)直線規(guī)則及杠桿規(guī)則，根據(jù)直線規(guī)則及杠桿規(guī)則，S點(diǎn)點(diǎn)必在必在MN線段上，其具體位置線段上，其具體位置則由如下關(guān)系確定：則由如下關(guān)系確定： NS/SM = WM / WN = 2/3 再由再由S與與Q構(gòu)成物系構(gòu)成物系P，其質(zhì)量，其質(zhì)量WP為：為： WP = WS + WQ = 5 + 5 = 10 kg 而且而且P點(diǎn)必在點(diǎn)必在SQ連線上，且滿連線上，且滿足以下數(shù)量關(guān)系：足以下數(shù)量關(guān)系： SP/PQ = WQ / WS = 5/5 2022-5-332333322221111;mMPmWWmMPmWWmMPmWWppp2022-5-3332022-5-3348、共軛位規(guī)則

18、、共軛位規(guī)則 P點(diǎn)在三角形點(diǎn)在三角形MNQ之外，且位于之外，且位于三角形頂點(diǎn)的外側(cè)，即三角形頂點(diǎn)的外側(cè)，即Q點(diǎn)位于三角點(diǎn)位于三角形形MNP之內(nèi)之內(nèi)。為了獲得為了獲得 P組成的混合物，需從組成的混合物，需從 Q組成組成取出取出 M和和 N組成；組成；當(dāng)當(dāng)P分解時(shí)，需要加入分解時(shí)，需要加入M和和N，才能得到，才能得到Q組成。組成。 WP + (WM + WN) = WQ WQ = WM + WN + WP WP = WQ - (WM + WN)2022-5-335表表 示示 法法立體相圖立體相圖平面投影圖平面投影圖等溫截面圖等溫截面圖2022-5-336圖圖11 簡單三元共晶體系簡單三元共晶體系的

19、立體狀態(tài)圖的立體狀態(tài)圖 2022-5-337ae1ee3a、be1ee2b 和和ce2ee3c2022-5-3382022-5-3393、無變點(diǎn)、無變點(diǎn)e點(diǎn)是三條界線（或三個(gè)液相面）的交點(diǎn)是三條界線（或三個(gè)液相面）的交點(diǎn)，稱為三元無變點(diǎn)或三元零變點(diǎn)。點(diǎn)，稱為三元無變點(diǎn)或三元零變點(diǎn)。在在e點(diǎn)，體系處于四相平衡狀態(tài)，即一點(diǎn)，體系處于四相平衡狀態(tài)，即一個(gè)液相與三個(gè)固相平衡共存，體系的個(gè)液相與三個(gè)固相平衡共存，體系的自由度為自由度為 f = 3 4 + 1 = 0e點(diǎn)的液相同時(shí)對點(diǎn)的液相同時(shí)對A、B、C三個(gè)組分飽三個(gè)組分飽和和冷卻時(shí)將同時(shí)析出冷卻時(shí)將同時(shí)析出A、B、C三種晶體三種晶體，LA + B +

20、 Ce點(diǎn)亦被稱作該體系的點(diǎn)亦被稱作該體系的。2022-5-340單液相區(qū)液相面界線無變點(diǎn)平衡相數(shù)自由度數(shù)132231404、空間區(qū)域空間區(qū)域單相區(qū)單相區(qū)：在三個(gè)液相面上部的空間；：在三個(gè)液相面上部的空間；f = 3 1 + 1 = 3。固相區(qū)固相區(qū)：在固相面（通過三元共晶點(diǎn)：在固相面（通過三元共晶點(diǎn)e、平行于濃度三角、平行于濃度三角形底面的平面）以下的空間區(qū)域；形底面的平面）以下的空間區(qū)域； f = 3。結(jié)晶空間（或結(jié)晶區(qū)）結(jié)晶空間（或結(jié)晶區(qū)）：在液相面與固相面之間的區(qū)域在液相面與固相面之間的區(qū)域，為液相與固相平衡共存的空間。，為液相與固相平衡共存的空間。2022-5-341在簡單三元共晶體系

21、內(nèi)在簡單三元共晶體系內(nèi)，液相面和固相面之間所圍，液相面和固相面之間所圍的空間是由的空間是由六個(gè)六個(gè)不同的不同的結(jié)晶結(jié)晶空間空間所構(gòu)成，而不是一個(gè)整所構(gòu)成，而不是一個(gè)整體。體。（1）一次結(jié)晶空間）一次結(jié)晶空間三個(gè)三個(gè)一次結(jié)晶空間是液相一次結(jié)晶空間是液相與一個(gè)晶相兩相共存的空與一個(gè)晶相兩相共存的空間區(qū)域，分別是：間區(qū)域，分別是：L+A，L+B、L+C。2022-5-342每個(gè)一次結(jié)每個(gè)一次結(jié)晶空間由晶空間由五塊五塊曲面圍成。曲面圍成。2022-5-343（2）二次結(jié)晶空間）二次結(jié)晶空間三個(gè)三個(gè)二次結(jié)晶空間是二次結(jié)晶空間是液相與兩個(gè)晶相三相液相與兩個(gè)晶相三相平衡共存的空間區(qū)域平衡共存的空間區(qū)域，分別

22、是：，分別是：L+A+B，L+B+C、L+C+A。每個(gè)二次結(jié)晶空間由每個(gè)二次結(jié)晶空間由四個(gè)四個(gè)面圍成。面圍成。二次結(jié)晶空間實(shí)質(zhì)上二次結(jié)晶空間實(shí)質(zhì)上是一系列不同等溫面是一系列不同等溫面上的上的結(jié)線三角形結(jié)線三角形由上由上而下疊合而成；溫度而下疊合而成；溫度愈低，三角形愈大。愈低，三角形愈大。2022-5-344等溫截面等溫截面立體相圖中平行于濃度三角形底邊、與立體相圖的液相面相截的平面?？臻g等溫線空間等溫線 等溫截面與立體相圖的液相面相截所得的截線；等溫線等溫線空間等溫線在濃度三角形中的投影； 或：熔化溫度相等的組成點(diǎn)的聯(lián)線。2022-5-3452022-5-346體系中所有組元及其化合物都有自

23、己的初晶面；體系中所有組元及其化合物都有自己的初晶面；或：組元及其化合物數(shù)目之和等于初晶面的數(shù)目或：組元及其化合物數(shù)目之和等于初晶面的數(shù)目（固相已分解，或僅在熔體中才存在的物質(zhì)除外（固相已分解，或僅在熔體中才存在的物質(zhì)除外 ）。）。在濃度三角形中一致熔融化合物的組成點(diǎn)都落在自己為在濃度三角形中一致熔融化合物的組成點(diǎn)都落在自己為初晶面之內(nèi)初晶面之內(nèi) ；不一致熔融化合物的組成點(diǎn)都落在自己的初晶面之外。不一致熔融化合物的組成點(diǎn)都落在自己的初晶面之外。在濃度三角形中，等溫線密集部分表示立體相圖中液相在濃度三角形中，等溫線密集部分表示立體相圖中液相面陡度較大，即溫度變化較大；面陡度較大，即溫度變化較大；

24、等溫線稀疏部分表示液相面較平坦，即溫度隨組成的變等溫線稀疏部分表示液相面較平坦，即溫度隨組成的變化較和緩?；^和緩。2022-5-3472022-5-348等溫截面圖aceg(TbTaTe1TcTe2Te3Te)bdfhTb T1 TaTa T2 Te1T3 =Te1Te1 T4 TcT5 =Te2T6 =Te3Te3 T7 TeT8 =Te2022-5-349回立體相圖(a) Tb T1 Ta(b) Ta T2 Te1 2022-5-350回立體相圖(c) T3 = Te1(d) Te1 T4 Te2022-5-351回立體相圖(e) T5 = Te2(f) T6 = Te32022-5-3

25、52(g) Te3 T7 Te(h) T8 = Te2022-5-353步驟：將平面投影圖中給定溫度以外的等溫線、溫將平面投影圖中給定溫度以外的等溫線、溫度高于給定溫度的部分界線（度高于給定溫度的部分界線（fe1）去掉）去掉將界線與給定溫度下的等溫線的交點(diǎn)（將界線與給定溫度下的等溫線的交點(diǎn)（f）與該界線對應(yīng)二組元的組成點(diǎn)相連接，形成與該界線對應(yīng)二組元的組成點(diǎn)相連接，形成結(jié)線三角形（結(jié)線三角形（BfC）去掉余下的界線（去掉余下的界線（Ef，Ee2，Ee3）在液在液固兩相區(qū)畫出一系列結(jié)線固兩相區(qū)畫出一系列結(jié)線標(biāo)出各相區(qū)的平衡物相標(biāo)出各相區(qū)的平衡物相用用 “邊界規(guī)則邊界規(guī)則”檢查所繪制的等溫截面圖檢

26、查所繪制的等溫截面圖2022-5-3542022-5-355 2022-5-356 圖圖15 熔體冷卻過程熔體冷卻過程圖圖16 熔體的冷卻曲線熔體的冷卻曲線2022-5-3571、簡單共晶型三元系的特點(diǎn)簡單共晶型三元系的特點(diǎn)三個(gè)組分各自從液相分別析晶，三個(gè)組分各自從液相分別析晶，不形成固溶體，不形成固溶體，不生成化合物，不生成化合物，無液相無分層現(xiàn)象。無液相無分層現(xiàn)象。 2、熔體、熔體O3的冷卻過程的冷卻過程在在t2溫度以上，體系中只有一個(gè)液相，液相組成點(diǎn)與溫度以上，體系中只有一個(gè)液相，液相組成點(diǎn)與原始體系組成點(diǎn)重合。原始體系組成點(diǎn)重合。當(dāng)溫度降至當(dāng)溫度降至t2時(shí)，體系點(diǎn)到達(dá)組分時(shí)，體系點(diǎn)到達(dá)

27、組分B的液相面，進(jìn)一步的液相面，進(jìn)一步冷卻則會(huì)析出冷卻則會(huì)析出B晶體，晶體，LE B。據(jù)等比例規(guī)則（或背向規(guī)則），液相組成必定沿著據(jù)等比例規(guī)則（或背向規(guī)則），液相組成必定沿著BM連線延長線、向著離開連線延長線、向著離開B點(diǎn)的方向變化。點(diǎn)的方向變化。2022-5-358當(dāng)液相點(diǎn)到達(dá)當(dāng)液相點(diǎn)到達(dá)E2E界線上的界線上的b點(diǎn)時(shí)，體系中將發(fā)生二元共晶點(diǎn)時(shí)，體系中將發(fā)生二元共晶反應(yīng)，反應(yīng)，L B + C。體系進(jìn)一步冷卻時(shí)，液相組成必沿著二元共晶線體系進(jìn)一步冷卻時(shí)，液相組成必沿著二元共晶線E2E向三向三元共晶點(diǎn)元共晶點(diǎn)E的方向變化；固相點(diǎn)將離開的方向變化；固相點(diǎn)將離開B點(diǎn)沿著點(diǎn)沿著BC連線移動(dòng)連線移動(dòng)。當(dāng)體

28、系的溫度繼續(xù)降低時(shí)，液相中繼續(xù)析出當(dāng)體系的溫度繼續(xù)降低時(shí)，液相中繼續(xù)析出B晶體，運(yùn)用晶體，運(yùn)用杠桿規(guī)則可以確定液相點(diǎn)的位置以及析出的杠桿規(guī)則可以確定液相點(diǎn)的位置以及析出的B晶體的相對量。晶體的相對量。例如，當(dāng)體系溫度降低至例如，當(dāng)體系溫度降低至t3時(shí)，液相組成到達(dá)時(shí)，液相組成到達(dá)a點(diǎn)；根據(jù)點(diǎn)；根據(jù)杠桿規(guī)則，析出的杠桿規(guī)則，析出的B晶體的量與原始熔體的質(zhì)量存在如下關(guān)晶體的量與原始熔體的質(zhì)量存在如下關(guān)系：系：3aO aAamm2022-5-359可以利用杠桿規(guī)則確定液相點(diǎn)和固相點(diǎn)的位置以及析出的可以利用杠桿規(guī)則確定液相點(diǎn)和固相點(diǎn)的位置以及析出的B、C混合晶體的相對量?；旌暇w的相對量。例如，液相組

29、成到達(dá)例如，液相組成到達(dá)b點(diǎn)時(shí)，根據(jù)直線規(guī)則，固相組成位于點(diǎn)時(shí)，根據(jù)直線規(guī)則，固相組成位于k點(diǎn)；點(diǎn)；而析出的而析出的B、C混合晶體的量可由杠桿規(guī)則確定：混合晶體的量可由杠桿規(guī)則確定： 當(dāng)體系冷卻到共晶溫度當(dāng)體系冷卻到共晶溫度TE時(shí)，液相點(diǎn)到達(dá)共晶點(diǎn)（時(shí)，液相點(diǎn)到達(dá)共晶點(diǎn)（E點(diǎn)）。體點(diǎn)）。體系中將發(fā)生三元共晶反應(yīng)：系中將發(fā)生三元共晶反應(yīng)：LE B + C + A，體系進(jìn)入四相平衡，體系進(jìn)入四相平衡狀態(tài)，狀態(tài)，f = 0 體系溫度保持不變體系溫度保持不變 液相點(diǎn)則保持在液相點(diǎn)則保持在E點(diǎn)不變。點(diǎn)不變。固相點(diǎn)則到達(dá)固相點(diǎn)則到達(dá)q點(diǎn)。根據(jù)直線規(guī)則，點(diǎn)。根據(jù)直線規(guī)則，E、M、q三點(diǎn)必在同一條三點(diǎn)必在同一

30、條等溫的直線上。等溫的直線上。3bO bbbmm2022-5-360在此等溫析晶過程中，固相點(diǎn)離開在此等溫析晶過程中，固相點(diǎn)離開q點(diǎn)向濃度三角形內(nèi)部移動(dòng)。點(diǎn)向濃度三角形內(nèi)部移動(dòng)。按照直線規(guī)則，固相點(diǎn)必定沿著直線按照直線規(guī)則，固相點(diǎn)必定沿著直線qME向向M點(diǎn)推進(jìn)。點(diǎn)推進(jìn)?？梢愿鶕?jù)杠桿規(guī)則確定此等溫析晶過程中固相點(diǎn)的位置以及析可以根據(jù)杠桿規(guī)則確定此等溫析晶過程中固相點(diǎn)的位置以及析出的出的B、C、A混合晶體的質(zhì)量?；旌暇w的質(zhì)量。隨著隨著E點(diǎn)的等溫析晶過程的進(jìn)行，體系中液相的數(shù)量不斷減少，點(diǎn)的等溫析晶過程的進(jìn)行，體系中液相的數(shù)量不斷減少，直至液相完全消失直至液相完全消失 此時(shí)固相點(diǎn)與原始熔體組成點(diǎn)此

31、時(shí)固相點(diǎn)與原始熔體組成點(diǎn)M重合，重合，結(jié)晶過程結(jié)束，體系重新獲得一個(gè)自由度，系統(tǒng)溫度又可繼續(xù)結(jié)晶過程結(jié)束，體系重新獲得一個(gè)自由度，系統(tǒng)溫度又可繼續(xù)下降。下降。最后得到的結(jié)晶產(chǎn)物為晶相最后得到的結(jié)晶產(chǎn)物為晶相A、B和和C。 2022-5-3612022-5-362體系特點(diǎn)體系特點(diǎn)生成一個(gè)二元穩(wěn)定化合物生成一個(gè)二元穩(wěn)定化合物D4個(gè)初晶區(qū)個(gè)初晶區(qū) 、 、 、5條界線（二元共晶線）：條界線（二元共晶線）： e1E1、e2E2、e3E2、e4E1和和E1E22個(gè)無變點(diǎn)（三元共晶點(diǎn)）：個(gè)無變點(diǎn)（三元共晶點(diǎn)）： E1和和E2D的組成點(diǎn)位于其初晶區(qū)內(nèi)的組成點(diǎn)位于其初晶區(qū)內(nèi)D將將A B C三元系劃分為兩個(gè)子三元

32、系三元系劃分為兩個(gè)子三元系熔體落在某一子三元系內(nèi)，則液相必在相應(yīng)的無變點(diǎn)結(jié)束析晶。熔體落在某一子三元系內(nèi)，則液相必在相應(yīng)的無變點(diǎn)結(jié)束析晶。m點(diǎn)是整條點(diǎn)是整條E1 E2界線上的溫度最高點(diǎn)。界線上的溫度最高點(diǎn)。 ABDC2022-5-363生成一個(gè)二元一致熔融化合物生成一個(gè)二元一致熔融化合物DABCD2022-5-364ABDCEDF2022-5-3652022-5-366 不相鄰初晶區(qū)的組成點(diǎn)不應(yīng)連成直線。不相鄰初晶區(qū)的組成點(diǎn)不應(yīng)連成直線。 連線不能互相相交。連線不能互相相交。2022-5-3672022-5-368連線規(guī)則連線規(guī)則( (AlkemadeAlkemade規(guī)則，規(guī)則，溫度最高點(diǎn)規(guī)則

33、溫度最高點(diǎn)規(guī)則） 將一條相界線將一條相界線(或其延長線或其延長線)與其相應(yīng)的連線與其相應(yīng)的連線(或其延長線或其延長線)相相交，所得交點(diǎn)即是該界線上的溫度最高點(diǎn)，同時(shí)也是該連線上交，所得交點(diǎn)即是該界線上的溫度最高點(diǎn)，同時(shí)也是該連線上的溫度最低點(diǎn)。的溫度最低點(diǎn)。界線上溫度降低的方向用箭頭表示。界線上溫度降低的方向用箭頭表示。在濃度三角形的邊線上，箭頭由三角形頂點(diǎn)在濃度三角形的邊線上，箭頭由三角形頂點(diǎn)(化合物組成點(diǎn)化合物組成點(diǎn))指指向轉(zhuǎn)熔點(diǎn)向轉(zhuǎn)熔點(diǎn)(如果存在轉(zhuǎn)熔點(diǎn)的話如果存在轉(zhuǎn)熔點(diǎn)的話)，再由轉(zhuǎn)熔點(diǎn)指向共晶點(diǎn)。，再由轉(zhuǎn)熔點(diǎn)指向共晶點(diǎn)。在濃度三角形內(nèi)部，界線上的箭頭由二元共晶點(diǎn)指向三元共在濃度三角形內(nèi)

34、部，界線上的箭頭由二元共晶點(diǎn)指向三元共晶點(diǎn)；晶點(diǎn)；或：或：由二元轉(zhuǎn)熔點(diǎn)指向三元轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，再由三元轉(zhuǎn)熔點(diǎn)指向三元由二元轉(zhuǎn)熔點(diǎn)指向三元轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，再由三元轉(zhuǎn)熔點(diǎn)指向三元共晶點(diǎn)。共晶點(diǎn)。三元共晶點(diǎn)是所劃分的獨(dú)立三角形中溫度的最低點(diǎn)三元共晶點(diǎn)是所劃分的獨(dú)立三角形中溫度的最低點(diǎn)。2022-5-3692022-5-370體系特點(diǎn)體系特點(diǎn)生成了一個(gè)三元一致熔融化生成了一個(gè)三元一致熔融化合物合物DD的組成點(diǎn)位于其初晶區(qū)內(nèi)的組成點(diǎn)位于其初晶區(qū)內(nèi)AD、BD和和CD分別代表一分別代表一個(gè)獨(dú)立的二元系。個(gè)獨(dú)立的二元系。m1、m2和和m3分別是這三個(gè)分別是這三個(gè)二元系的共晶點(diǎn)。二元系的共晶點(diǎn)。A B C三元系被劃分成三三元系

35、被劃分成三個(gè)簡單三元系。個(gè)簡單三元系。2022-5-3712022-5-372體系特點(diǎn)體系特點(diǎn)qA、B兩組分間生成一個(gè)不穩(wěn)定化合物兩組分間生成一個(gè)不穩(wěn)定化合物D。qD的組成點(diǎn)不在其初晶區(qū)范圍內(nèi)。的組成點(diǎn)不在其初晶區(qū)范圍內(nèi)。原因：在原因：在 A B 二元相圖中，二元相圖中，D 的組成點(diǎn)不在與的組成點(diǎn)不在與 D 平衡的液平衡的液相線組成范圍內(nèi)。相線組成范圍內(nèi)。 判斷化合物性質(zhì)的規(guī)則判斷化合物性質(zhì)的規(guī)則 化合物的化合物的組成點(diǎn)組成點(diǎn)在其在其初晶區(qū)之內(nèi)初晶區(qū)之內(nèi) 穩(wěn)定化合物穩(wěn)定化合物 化合物的化合物的組成點(diǎn)組成點(diǎn)在其在其初晶區(qū)之外初晶區(qū)之外 不穩(wěn)定化合物不穩(wěn)定化合物q連線連線CD不代表一個(gè)真正的二元系

36、，不能將不代表一個(gè)真正的二元系，不能將A B C三元系劃三元系劃分成兩個(gè)子三元系。分成兩個(gè)子三元系。2022-5-3732022-5-374 過界線上任一點(diǎn)作切線，與其相應(yīng)的連線(或其延長線)相交：如果交點(diǎn)在連線上，則此界線在該處具有共晶性質(zhì)。如果交點(diǎn)在連線的延長線上，則界線在該處具有轉(zhuǎn)熔性質(zhì)。在轉(zhuǎn)熔反應(yīng)中，被回吸（轉(zhuǎn)熔）的是遠(yuǎn)離交點(diǎn)的晶相（晶相（A相）相）。切線規(guī)則切線規(guī)則2022-5-375如果某一條切線與連如果某一條切線與連線的交點(diǎn)恰好與一晶線的交點(diǎn)恰好與一晶相組成點(diǎn)重合，則界相組成點(diǎn)重合，則界線的性質(zhì)在交點(diǎn)處發(fā)線的性質(zhì)在交點(diǎn)處發(fā)生生轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變。用用單箭頭單箭頭表示表示共晶共晶線線上溫度降

37、低的方向，上溫度降低的方向，用用雙箭頭雙箭頭表示表示轉(zhuǎn)熔線轉(zhuǎn)熔線上溫度降低的方向。上溫度降低的方向。2022-5-376液相在結(jié)晶瞬間所析出的固相成分分界線上任意一點(diǎn)所代表的熔體，在結(jié)晶瞬間析出的固相成分，由該點(diǎn)的切線與兩固相成分點(diǎn)的連線的交點(diǎn)來表示。2022-5-3772022-5-378 。2022-5-379無變量點(diǎn)判據(jù) 判斷無變量點(diǎn)的性質(zhì)，除了上述重心規(guī)則外，還可以根判斷無變量點(diǎn)的性質(zhì)，除了上述重心規(guī)則外，還可以根據(jù)界線的溫降方向來判斷。任何一個(gè)無變量點(diǎn)必處于三據(jù)界線的溫降方向來判斷。任何一個(gè)無變量點(diǎn)必處于三個(gè)初晶區(qū)和三條界線的交匯點(diǎn)。個(gè)初晶區(qū)和三條界線的交匯點(diǎn)。 凡屬凡屬低共熔點(diǎn)低共

38、熔點(diǎn)，則三條界線的溫降箭頭一定都指向它。，則三條界線的溫降箭頭一定都指向它。 凡屬凡屬單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，二條界線的溫降箭頭指向它，另一條界，二條界線的溫降箭頭指向它，另一條界線的溫降箭頭則背向它，線的溫降箭頭則背向它，被回吸的晶相是溫降箭頭指向被回吸的晶相是溫降箭頭指向它的兩條界線所包圍的初晶區(qū)的晶相它的兩條界線所包圍的初晶區(qū)的晶相。因?yàn)閺脑摕o變量。因?yàn)閺脑摕o變量點(diǎn)出發(fā)有二個(gè)溫度升高的方向，所以單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)又稱點(diǎn)出發(fā)有二個(gè)溫度升高的方向，所以單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)又稱“雙雙升點(diǎn)升點(diǎn)”或或“單降點(diǎn)單降點(diǎn)”。 凡屬凡屬雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，只有一條界線的溫降箭頭指向它，另二，只有一條界線的溫降箭頭指向它，另二條界線的溫

39、降箭頭則背向它，條界線的溫降箭頭則背向它，所析出的晶體是溫降箭頭所析出的晶體是溫降箭頭背向它的二條界線所包圍的初晶區(qū)的晶相背向它的二條界線所包圍的初晶區(qū)的晶相。因?yàn)閺脑摕o。因?yàn)閺脑摕o變量點(diǎn)出發(fā)，有二個(gè)溫度下降的方向，所以雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)又變量點(diǎn)出發(fā)，有二個(gè)溫度下降的方向，所以雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)又稱稱“雙降點(diǎn)雙降點(diǎn)”。 2022-5-380分析復(fù)雜相圖的主要步驟：為了看相圖和用相圖的方使，經(jīng)常需要對復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行基本的為了看相圖和用相圖的方使，經(jīng)常需要對復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行基本的分析。分析。（1）判斷化合物的性質(zhì)判斷化合物的性質(zhì)。根據(jù)化合物組成點(diǎn)是否落在其初晶。根據(jù)化合物組成點(diǎn)是否落在其初晶區(qū)內(nèi)，判斷化合物性質(zhì)屬穩(wěn)定或不穩(wěn)

40、定；另外，若化合物組成區(qū)內(nèi)，判斷化合物性質(zhì)屬穩(wěn)定或不穩(wěn)定；另外，若化合物組成點(diǎn)落在濃度三角形內(nèi)為三元化合物，若落在濃度三角形的三條點(diǎn)落在濃度三角形內(nèi)為三元化合物，若落在濃度三角形的三條邊上就為二元化合物。邊上就為二元化合物。（2）劃分副劃分副(子子)三角形三角形。通過補(bǔ)畫連線來劃分副。通過補(bǔ)畫連線來劃分副(子子)三角形，三角形，使復(fù)雜相圖簡單化。使復(fù)雜相圖簡單化。（3）標(biāo)出界線上溫度下降方向標(biāo)出界線上溫度下降方向。應(yīng)用。應(yīng)用連線規(guī)則連線規(guī)則判斷，并用箭判斷，并用箭頭標(biāo)出界線上溫度下降的方向。頭標(biāo)出界線上溫度下降的方向。（4）判斷界線的性質(zhì)判斷界線的性質(zhì)。應(yīng)用。應(yīng)用切線規(guī)則切線規(guī)則判斷界線的性質(zhì)

41、，判斷界線的性質(zhì)，共晶共晶性質(zhì)性質(zhì)的界線（標(biāo)單箭頭來表示），的界線（標(biāo)單箭頭來表示），轉(zhuǎn)熔性質(zhì)轉(zhuǎn)熔性質(zhì)的界線（標(biāo)雙箭頭的界線（標(biāo)雙箭頭來表示）。來表示）。（5）確定無變量點(diǎn)的性質(zhì)確定無變量點(diǎn)的性質(zhì)。根據(jù)重心規(guī)則或者根據(jù)交匯于無。根據(jù)重心規(guī)則或者根據(jù)交匯于無變量點(diǎn)的三條界線上的溫度下降方向，來確定無變量點(diǎn)的性質(zhì)。變量點(diǎn)的三條界線上的溫度下降方向，來確定無變量點(diǎn)的性質(zhì)。（6）分析冷卻析晶過程。）分析冷卻析晶過程。2022-5-381交叉位規(guī)則交叉位規(guī)則2022-5-3822022-5-3832022-5-3842022-5-3852022-5-386熔體冷卻過程分析小結(jié)熔體冷卻過程分析小結(jié)根據(jù)給定

42、熔體根據(jù)給定熔體M的百分組成，在濃度三角形中找到的百分組成，在濃度三角形中找到M點(diǎn)的位置點(diǎn)的位置由由M點(diǎn)所在的等溫線，確定熔體開始結(jié)晶的溫度；點(diǎn)所在的等溫線，確定熔體開始結(jié)晶的溫度；由由M點(diǎn)所在的初晶面，確定初晶組成；點(diǎn)所在的初晶面，確定初晶組成；按按M點(diǎn)所在的子三角形確定熔體結(jié)晶終了的固相組成及點(diǎn)所在的子三角形確定熔體結(jié)晶終了的固相組成及冷卻過冷卻過程的終點(diǎn)程的終點(diǎn)。原始體系組成點(diǎn)、液相組成點(diǎn)和固相組成點(diǎn)三者始終在同一條原始體系組成點(diǎn)、液相組成點(diǎn)和固相組成點(diǎn)三者始終在同一條直線上，而且體系組成點(diǎn)必在固、液二組成點(diǎn)之間，它們的質(zhì)直線上，而且體系組成點(diǎn)必在固、液二組成點(diǎn)之間，它們的質(zhì)量關(guān)系遵守杠

43、桿規(guī)則。量關(guān)系遵守杠桿規(guī)則。液相組成和固相組成的變化是沿兩條不同的路徑進(jìn)行的。結(jié)晶液相組成和固相組成的變化是沿兩條不同的路徑進(jìn)行的。結(jié)晶終了時(shí)，這兩條路徑首尾相連，合為一條折線終了時(shí)，這兩條路徑首尾相連，合為一條折線。2022-5-387 例例3-1、根據(jù)A-B-C三元系相圖3-20，回答以下問題： (1). 在圖中標(biāo)出各初晶區(qū)析出的相； (2). 在圖中標(biāo)出f1的線上冷卻方向； (3). 寫出e1K，e3E和KE線上的結(jié)晶反應(yīng)； (4). 寫出點(diǎn)K和E的結(jié)晶反應(yīng)； (5). 說明化合物D在二元系和三元系中的穩(wěn)定性； (6). 寫出點(diǎn)O所代表的體系冷卻到液相消失時(shí)所有的結(jié)晶過程反應(yīng)； (7).

44、 點(diǎn)O代表的體系，其液相點(diǎn)到達(dá)l點(diǎn)時(shí)，固相點(diǎn)在何處(在圖中標(biāo)出)？用線段比表示wl/ws(液固質(zhì)量比)的值，這時(shí)哪幾個(gè)相平衡共存？2022-5-3882022-5-389 解：解：(1). 各相區(qū)析出相如圖各相區(qū)析出相如圖3-20所示。所示。 (2).自由度自由度f=1的冷卻線有的冷卻線有5條，分別為條，分別為e1K、e2E、e3E、e4K、KE，由于，由于E點(diǎn)處于點(diǎn)處于ABD內(nèi)，內(nèi)，E點(diǎn)為點(diǎn)為三元共晶點(diǎn)，而三元共晶點(diǎn)，而K點(diǎn)不在其點(diǎn)不在其ACD區(qū)域內(nèi)，故區(qū)域內(nèi)，故K點(diǎn)為三元轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，所以點(diǎn)為三元轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，所以E點(diǎn)是最低溫度點(diǎn)，各線點(diǎn)是最低溫度點(diǎn)，各線上的冷卻方向分別如圖上的冷卻方向分別如圖3-2

45、0。 (3).上述各線均為液上述各線均為液-固平衡線，因此各線上發(fā)生固平衡線，因此各線上發(fā)生的結(jié)晶反應(yīng)為液相析出平衡線兩側(cè)的固相，分別的結(jié)晶反應(yīng)為液相析出平衡線兩側(cè)的固相，分別為：為：e1K線：線：LD + C，e3E線：線：LA + B，KE線：線：LA + D 2022-5-390 (4). K點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)熔反應(yīng)：點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)熔反應(yīng)：L + CD + A； E點(diǎn)發(fā)生共晶反應(yīng)：點(diǎn)發(fā)生共晶反應(yīng)：LA + B + D ； (5). D在二元系中處于兩個(gè)共晶點(diǎn)在二元系中處于兩個(gè)共晶點(diǎn)e1和和e2之間，之間，故故D在二元系是穩(wěn)定的；在二元系是穩(wěn)定的；D在三元系中發(fā)生轉(zhuǎn)在三元系中發(fā)生轉(zhuǎn)熔反應(yīng)，故熔反應(yīng)，故D在

46、三元系中不穩(wěn)定；在三元系中不穩(wěn)定； (6). O點(diǎn)：點(diǎn)：L D ；LA + D ；L A + D + B； (7). 如圖如圖3-20所示，所示，O代表的體系達(dá)到代表的體系達(dá)到l點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)時(shí)，固相點(diǎn)在固相點(diǎn)在S點(diǎn)；液點(diǎn)；液-固質(zhì)量比為固質(zhì)量比為Wl/Ws=OS/Ol，平衡的各相為平衡的各相為L + A + D。2022-5-3913.2.4. 冶金中基本渣的相圖冶金中基本渣的相圖1. CaO-SiO2-Al2O3 此相圖是此相圖是GBankin及及FKWright早期多年研究測定早期多年研究測定的結(jié)果，于的結(jié)果，于1911年發(fā)表后，年發(fā)表后，Emwn、Greig作了某些修改，作了某些修改，于于1

47、925年再度發(fā)表。年再度發(fā)表。 本書采用的本書采用的(圖圖3-21)是是Muan、OLbom引用引用CaO-Al2O3和和SiO2-Al2O3系相圖修改部分后，又對原相圖進(jìn)行了某些修改系相圖修改部分后，又對原相圖進(jìn)行了某些修改后的相圖。后的相圖。 2022-5-3922022-5-393圖 17 CaO-SiO2-Al2O3系相圖2022-5-3942022-5-395此相圖中有此相圖中有10個(gè)二元化合物個(gè)二元化合物(其中其中5個(gè)是不穩(wěn)定的，個(gè)是不穩(wěn)定的，5個(gè)是穩(wěn)定的個(gè)是穩(wěn)定的)和和2個(gè)個(gè)三元穩(wěn)定化合物三元穩(wěn)定化合物(CAS2-鈣斜長石，鈣斜長石，C2AS-鋁方柱石鋁方柱石)。將圖中。將圖中1

48、5個(gè)組分個(gè)組分點(diǎn)連接起來，可劃分為具有點(diǎn)連接起來，可劃分為具有15個(gè)初晶面的分三角形，對應(yīng)個(gè)初晶面的分三角形，對應(yīng)15個(gè)無變量個(gè)無變量點(diǎn)，其中點(diǎn)，其中8個(gè)三元共晶點(diǎn)，對應(yīng)個(gè)三元共晶點(diǎn)，對應(yīng)8個(gè)獨(dú)立三角形，個(gè)獨(dú)立三角形，7個(gè)二元轉(zhuǎn)熔點(diǎn)。個(gè)二元轉(zhuǎn)熔點(diǎn)。 2022-5-396表表3-2 CaO-SiO2-Al2O3系相圖中的三角形、無變，點(diǎn)及相平衡關(guān)系系相圖中的三角形、無變，點(diǎn)及相平衡關(guān)系 無變點(diǎn) 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

49、 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+C12A7 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

50、 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 2022-5-397表21 CaOAl2O3SiO2系中的化合物 化 合 物 熔點(diǎn)或分解溫度/ C 化 合 物 熔點(diǎn)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

51、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) 2022-5-3982022-5-3992022-5-31002022-5-31012 CaO-SiO2-FeO系系2022-5-3102圖3-22 CaO-SiO2-FeO系相圖2022-5-31032 CaO-SiO2-FeO系系此渣系的相圖是在與金屬鐵液平衡條件下繪制出的。它是堿性煉此渣系的相圖是在與金屬鐵液平衡條件下繪制出

52、的。它是堿性煉鋼爐渣的基本相圖，同時(shí)也是有色冶金，如煉銅、煉錫爐渣的相鋼爐渣的基本相圖，同時(shí)也是有色冶金，如煉銅、煉錫爐渣的相圖，因此，對冶煉有重要的作用。圖，因此，對冶煉有重要的作用。此相圖僅有此相圖僅有1個(gè)穩(wěn)定的三元化合物個(gè)穩(wěn)定的三元化合物：鐵鈣橄欖石：鐵鈣橄欖石Ca0FeO SiO2 (CFS，熔點(diǎn)，熔點(diǎn)1213)5個(gè)二元化合物個(gè)二元化合物，其中有，其中有3個(gè)是穩(wěn)定化合物個(gè)是穩(wěn)定化合物(C2S,F2S,CS)。因此相圖中共有。因此相圖中共有9個(gè)初晶面?zhèn)€初晶面。另外，圖中還有。另外，圖中還有2條條晶型轉(zhuǎn)變線晶型轉(zhuǎn)變線：方石英方石英鱗石英鱗石英, C2S C2S，及及1個(gè)液相分層區(qū)個(gè)液相分層

53、區(qū)，因此共有，因此共有12個(gè)相區(qū)。但由于其中還存在某些個(gè)相區(qū)。但由于其中還存在某些固溶體，且難于避免少量固溶體，且難于避免少量Fe2O3或或Fe3O4的生成。的生成。由此相圖可見，在靠近由此相圖可見，在靠近SiO2頂角處有較大范圍的液相分層區(qū)，它頂角處有較大范圍的液相分層區(qū)，它是是CaO及及FeO分別在內(nèi)，形成的兩個(gè)互為飽和的溶液的分層區(qū)。分別在內(nèi)，形成的兩個(gè)互為飽和的溶液的分層區(qū)。用它們兩者的混溶曲線的邊界線表出。在用它們兩者的混溶曲線的邊界線表出。在CaO頂角處，有頂角處，有FeO在在CaO內(nèi)的高熔點(diǎn)的固溶體，用內(nèi)的高熔點(diǎn)的固溶體，用(Ca、Fe)O表示，其熔點(diǎn)隨表示，其熔點(diǎn)隨FeO量量之

54、增加而降低。之增加而降低。2022-5-3104 圖中圖中C3S組分旁有兩條相界線，從組分旁有兩條相界線，從C3S點(diǎn)分別向它們作切線，得點(diǎn)分別向它們作切線，得切點(diǎn)切點(diǎn)d及及e，由切線規(guī)則知，由切線規(guī)則知，ad及及eb線為共晶線，線為共晶線，db及及ce線為轉(zhuǎn)熔線為轉(zhuǎn)熔線。線。圖中圖中CS及及C2S各有一個(gè)廣闊的液相面。各有一個(gè)廣闊的液相面。CS的液相面是從的液相面是從CS點(diǎn)開點(diǎn)開始，向始，向F2S組分點(diǎn)方向擴(kuò)展，液相面的溫度隨著組分點(diǎn)方向擴(kuò)展，液相面的溫度隨著FeO含量的增加而含量的增加而下降，最低可達(dá)到下降，最低可達(dá)到1093，這是由于，這是由于CS和和F2S形成低熔點(diǎn)的固溶體形成低熔點(diǎn)的固

55、溶體或共晶體。另一個(gè)是從或共晶體。另一個(gè)是從C2S點(diǎn)開始，液相面的溫度亦隨著點(diǎn)開始，液相面的溫度亦隨著FeO含含量的增加而降低，但仍在量的增加而降低，但仍在1300以上，這是由于以上，這是由于CS和和F2S形成了形成了在在1300以下的共晶體。以下的共晶體。相圖中符號相圖中符號“+表示該線的兩端點(diǎn)組分之間的固溶區(qū)。表示該線的兩端點(diǎn)組分之間的固溶區(qū)。“”表示晶型轉(zhuǎn)變等溫線。表示晶型轉(zhuǎn)變等溫線。2022-5-31052022-5-31062022-5-31074、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氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼爐渣可簡化為CaO SiO2 FeO三元系。

56、三元系。吹煉初期，鐵水中的硅、錳、鐵氧化，迅速形成含吹煉初期，鐵水中的硅、錳、鐵氧化，迅速形成含F(xiàn)eO很很高的初渣高的初渣L點(diǎn)。點(diǎn)。隨著溫度上升，渣中隨著溫度上升，渣中FeO含量增加，造渣料中的石灰（脫含量增加，造渣料中的石灰（脫磷和脫硫）逐漸溶于初渣，熔渣成分沿著磷和脫硫）逐漸溶于初渣，熔渣成分沿著LS連線向連線向S點(diǎn)移點(diǎn)移動(dòng)。動(dòng)。u爐渣成分在爐渣成分在LO1線段內(nèi)，石灰完全溶解，形成液態(tài)渣。線段內(nèi)，石灰完全溶解，形成液態(tài)渣。u爐渣成分位于爐渣成分位于C2S初晶區(qū)內(nèi)（如初晶區(qū)內(nèi)（如O2點(diǎn)），石灰塊表面形點(diǎn)），石灰塊表面形成致密的成致密的C2S殼層，阻礙熔渣對石灰塊的溶解。殼層，阻礙熔渣對石灰

57、塊的溶解。u為了加速石灰塊的溶解或造渣，須采取適當(dāng)措施。為了加速石灰塊的溶解或造渣，須采取適當(dāng)措施。2022-5-31082022-5-3109u加速石灰塊的溶解或造渣的主要措施：加速石灰塊的溶解或造渣的主要措施：降低爐渣熔化溫度降低爐渣熔化溫度提高熔池溫度提高熔池溫度加入添加劑或熔劑（如加入添加劑或熔劑（如MgO、MnO、CaF2、Al2O3、Fe2O3）等。）等。增大渣中增大渣中FeO含量含量顯著降低顯著降低C2S初晶面的溫度；初晶面的溫度；破壞破壞C2S殼層，促進(jìn)石灰塊的溶解。殼層，促進(jìn)石灰塊的溶解。 2022-5-3110一般轉(zhuǎn)爐吹煉初期渣的組成位于圖中的一般轉(zhuǎn)爐吹煉初期渣的組成位于圖

58、中的A區(qū)區(qū)；根據(jù)工藝要求（主要是根據(jù)工藝要求（主要是脫磷和脫硫脫磷和脫硫），終渣成分需達(dá)到圖中），終渣成分需達(dá)到圖中的的B區(qū)區(qū)。爐渣成分可沿爐渣成分可沿1和和2兩條不同的途徑從兩條不同的途徑從A區(qū)變化到區(qū)變化到B區(qū)區(qū)。當(dāng)爐渣中當(dāng)爐渣中FeO含量緩慢增加時(shí)，爐渣成分將沿途徑含量緩慢增加時(shí)，爐渣成分將沿途徑1到達(dá)到達(dá)B區(qū)，區(qū)，即通過液固兩相區(qū)（即通過液固兩相區(qū)（L +C2S）。）。 爐渣粘度較大，處于爐渣粘度較大，處于“返干狀態(tài)返干狀態(tài)”，不利于脫磷和脫硫。，不利于脫磷和脫硫。當(dāng)渣中當(dāng)渣中FeO含量增加的速度比較快時(shí)，熔渣成分在液相區(qū)內(nèi)含量增加的速度比較快時(shí)，熔渣成分在液相區(qū)內(nèi)沿途徑沿途徑2到達(dá)到

59、達(dá)B區(qū)。區(qū)。 熔渣的粘度比較小，有利于磷、硫的脫除。熔渣的粘度比較小，有利于磷、硫的脫除。爐渣中爐渣中FeO含量的增加速度直接影響到熔渣的狀態(tài)、性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。質(zhì)以及雜質(zhì)的脫除效果。 2022-5-3111 例3-2. 由CaO-SiO2-FeO三元相圖1600等溫線所描出的等溫截面圖示意圖如圖3-24。讀圖后請回答以下問題。 (1). 寫出區(qū)域1、2、3、4、5、6和7平衡共存的相； (2). 用線段比表示體系O1，O2和O3各相質(zhì)量與體系質(zhì)量之比。2022-5-31122022-5-31133.3.熔渣的結(jié)構(gòu)理論 化學(xué)分析僅能確定爐渣由哪些氧化

60、物或化合物組成，這些化學(xué)分析僅能確定爐渣由哪些氧化物或化合物組成，這些化合物在高溫的液態(tài)渣中以何種形態(tài)存在，將直接影響到化合物在高溫的液態(tài)渣中以何種形態(tài)存在，將直接影響到它們之間的作用能，熔渣的性質(zhì)，以及熔渣和金屬熔體、它們之間的作用能，熔渣的性質(zhì)，以及熔渣和金屬熔體、氣體之間化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。因此，熔渣結(jié)構(gòu)的研究是很重氣體之間化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。因此，熔渣結(jié)構(gòu)的研究是很重要的。要的。 研究熔渣的結(jié)構(gòu)在于了解熔渣質(zhì)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，質(zhì)點(diǎn)間的作用研究熔渣的結(jié)構(gòu)在于了解熔渣質(zhì)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，質(zhì)點(diǎn)間的作用能及質(zhì)點(diǎn)在熔體中的分布狀態(tài)。高溫熔體的結(jié)構(gòu)是十分復(fù)能及質(zhì)點(diǎn)在熔體中的分布狀態(tài)。高溫熔體的結(jié)構(gòu)是十分復(fù)雜，由于現(xiàn)在還受