钢铁冶金原理- 辽宁科技大学ppt课件

1、第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣制制 作作 人：陈永范人：陈永范单单 位：资料学院位：资料学院 冶金系冶金系第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣l 本章主要内容本章主要内容 教学重点难点教学重点难点l 第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图 掌握掌握l 第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识 掌握、难点掌握、难点l 第三节第三节 三元渣系的相图三元渣系的相图 重点掌握、难点重点掌握、难点l 第四节第四节 熔渣的构造实际熔渣的构造实际 重点掌握重点掌握l 第五节第五节 熔渣的离子溶液模型熔渣的离子溶液模型 了解、难点了解、难点l 第六节第六节 熔渣的化学性质熔渣的化学性质 重点掌握、难点重点

2、掌握、难点l 第七节第七节 熔渣的物理性质熔渣的物理性质 掌握掌握第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣l4)按炉渣所起的冶金作用，而采用各种造渣资料预先配按炉渣所起的冶金作用，而采用各种造渣资料预先配制的炉渣，称为合成渣。如电渣重熔用渣，浇铸钢锭或制的炉渣，称为合成渣。如电渣重熔用渣，浇铸钢锭或钢坯的维护渣及炉外精炼渣。钢坯的维护渣及炉外精炼渣。第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣高温冶金过程多数在熔融的反响介质中进展高温冶金过程多数在熔融的反响介质中进展,如炼钢、铝电解、粗铜的火法精炼等如炼钢、铝电解、粗铜的火法精炼等 在很多冶炼过程中，产物或中间产品为熔融形状物质在很多冶

3、炼过程中，产物或中间产品为熔融形状物质,如高炉炼铁、硫化铜精矿的造锍熔炼、铅烧结块的如高炉炼铁、硫化铜精矿的造锍熔炼、铅烧结块的鼓风炉熔炼等。鼓风炉熔炼等。一、一、 根本概念根本概念 冶金熔体：在高温冶金过程中处于熔融形状的反响介质或冶金熔体：在高温冶金过程中处于熔融形状的反响介质或反响产物。反响产物。 冶金熔体分类冶金熔体分类根据组成熔体的主要成分的不同根据组成熔体的主要成分的不同 ：金属熔体金属熔体: 非金属熔体非金属熔体: 熔渣、熔盐、熔锍。熔渣、熔盐、熔锍。第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣一、一、 根本概念根本概念主要由冶金原料中的氧化物或冶金过程中生主要由冶金原料中的氧化物或冶金过程中

4、生成的氧化物组成的熔体。成的氧化物组成的熔体。 熔渣是一种非常复杂的多组分体系：熔渣是一种非常复杂的多组分体系： 如如CaO、FeO、MnO、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、Fe2O3除氧化物外，炉渣还能够含有少量其它类型的化合除氧化物外，炉渣还能够含有少量其它类型的化合物甚至金属。物甚至金属。如氟化物如氟化物CaF2、氯化物、氯化物NaCl、硫化物、硫化物CaS、MnS 、硫酸盐等。、硫酸盐等。l 熔渣是火法冶金过程产物第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣一、一、 根本概念根本概念第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣一、一、 根本概念根本概念第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣一、一、 根本概念根本概

5、念第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣一、一、 根本概念根本概念 高炉炼铁：脉石成分与燃料的灰份以及熔剂石灰石、白高炉炼铁：脉石成分与燃料的灰份以及熔剂石灰石、白云石、硅石等反响，构成炉渣，从而与金属铁分别。云石、硅石等反响，构成炉渣，从而与金属铁分别。 造锍熔炼：铜、镍的硫化物与炉料中铁的的硫化物熔融在造锍熔炼：铜、镍的硫化物与炉料中铁的的硫化物熔融在一同，构成熔锍；铁的氧化物那么与造渣熔剂一同，构成熔锍；铁的氧化物那么与造渣熔剂SiO2及其他及其他脉石成分构成熔渣。脉石成分构成熔渣。第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣一、一、 根本概念根本概念 例如，炼钢时，参与的造渣熔剂，与原料中杂质元素的氧化例如

6、，炼钢时，参与的造渣熔剂，与原料中杂质元素的氧化产物交融成炉渣，除硫、磷，吸收非金属夹杂。产物交融成炉渣，除硫、磷，吸收非金属夹杂。第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣一、一、 根本概念根本概念第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣一、一、 根本概念根本概念熔渣主要作用：熔渣主要作用： 积极作用：积极作用： 减少金属的热损失减少金属的热损失;防止金属氧化减少金属从炉气中吸收有害气体；防止金属氧化减少金属从炉气中吸收有害气体；聚集金属中杂质元素的氧化生成物。聚集金属中杂质元素的氧化生成物。 消极作用：消极作用： 侵蚀和冲刷炉衬，减少炉衬的运用寿命；侵蚀和冲刷炉衬，减少炉衬的运用寿命；金属损失，降低回收率；金属

7、损失，降低回收率；带走热量，添加冶炼能耗。带走热量，添加冶炼能耗。第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图 第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图l不稳定化合物又称异份熔化化合物：即在高于其熔点温不稳定化合物又称异份熔化化合物：即在高于其熔点温度时就发生分解，所以在液态时不存在。度时就发生分解，所以在液态时不存在。第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图

8、一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图CaOC2SC2SCSCSSiO2第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图l4、相图中固相区内的程度线是、相图中固相区内的程度线是SiO2、CS及及C2S的多晶型转变线。的多晶型转变线。l1SiO2的晶型转变关系：的晶型转变关系：第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相

9、图第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图lSiO2的三类晶型转变时，会发生体积的变化。硅砖的的三类晶型转变时，会发生体积的变化。硅砖的SiO2含量很高，含量很高，所以在运用前要在所以在运用前要在800以下进展缓慢加热、烘烤，以消除体积的以下进展缓慢加热、烘烤，以消除体积的突变，从而防止了在运用中出现破裂。突变，从而防止了在运用中出现破裂。l2) CS有两种晶型：有两种晶型：CS(假硅灰石假硅灰石)与与CS。后者在。后者在1210时转变成时转变成同分熔化化合物的同分熔化化合物的aCS(熔点为熔点为1544)。l3) C2S的晶型转变：的晶型转变

10、：第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图一、一、CaO-SiO2CaO-SiO2系相图系相图lC2S有有4种晶型：种晶型：、 、。lC2S有有水硬性。有有水硬性。 C2S有亚种有亚种C2S，它们可在，它们可在675可逆而迅可逆而迅速地转变为速地转变为C2S。C2SC2S时，密度由时，密度由3.28降低到降低到2.97，因，因此体积增大约此体积增大约10。此种转变使得煅烧不好的水泥熔块，碱性硅酸。此种转变使得煅烧不好的水泥熔块，碱性硅酸盐渣及制备不善的白云石耐火资料、高碱度烧结矿等产生粉化景象。盐渣及制备不善的白云石耐火资料、高碱度烧结矿等产生粉化景象。lC2S具有良好的水硬性，成为水泥的有益组

11、成物。具有良好的水硬性，成为水泥的有益组成物。lC2S那么几乎无水硬性，所以是水泥的有害成分。那么几乎无水硬性，所以是水泥的有害成分。l因此，当水泥熟料烧成后要采用急冷措施，使之保住因此，当水泥熟料烧成后要采用急冷措施，使之保住晶型或转变晶型或转变成成型。此外，参与约型。此外，参与约w(P2O5)=l的的P2O5(磷酸钙磷酸钙)或或B2O3、Cr2O3等，与等，与SiO2构成固溶体，可起到稳定构成固溶体，可起到稳定aC2S晶格的作用，那晶格的作用，那么可将么可将型转变温度降低几十度，而且阻止型转变温度降低几十度，而且阻止型的转变。型的转变。第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图二、二、Al2O

12、3-SiO2Al2O3-SiO2系相图系相图 lAl2O3是两性氧化物，能在酸性氧化物存在时，显示碱性，是两性氧化物，能在酸性氧化物存在时，显示碱性，故能与强酸性氧化物故能与强酸性氧化物SiO2生成化合物生成化合物3Al2O32SiO2(A3S2)，称为莫来石。称为莫来石。l有两种不同构造的莫来石相图。有两种不同构造的莫来石相图。l一种以为莫来石是异分熔化化合物，这是在非密闭条件下测一种以为莫来石是异分熔化化合物，这是在非密闭条件下测定出的。定出的。l另一种以为莫来石是同分熔化化合物，其内溶解了微量另一种以为莫来石是同分熔化化合物，其内溶解了微量 Al2O3(其其w(Al2O3)从从A3S2的

13、的71.8扩展到扩展到78)的固溶体，的固溶体，具有一定的熔点具有一定的熔点(1850)，这是在用高纯度试样，并在密闭，这是在用高纯度试样，并在密闭条件下测定的。但在工业消费和普通实验条件下，似把条件下测定的。但在工业消费和普通实验条件下，似把A3S2视为异分熔化化合物处置更为适宜。视为异分熔化化合物处置更为适宜。lA12O3一一SiO2系在耐火资料和熔渣体系中有重要的作用，普系在耐火资料和熔渣体系中有重要的作用，普通根据通根据Al2O3含量的不同，可将此系按耐火资料分类为：刚含量的不同，可将此系按耐火资料分类为：刚玉质、高铝质、黏土质、半硅质等，即随着玉质、高铝质、黏土质、半硅质等，即随着S

14、iO2含量的添加，含量的添加，高铝质的熔点降低，是由于高铝质的熔点降低，是由于A3S2与与SiO2构成共晶体。构成共晶体。 第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图二、二、Al2O3-SiO2Al2O3-SiO2系相图系相图l在此体系的相图中，碱性很强的在此体系的相图中，碱性很强的CaO能与两性氧化物能与两性氧化物A12O3构成一构成一系列复杂化合物。系列复杂化合物。l图中有图中有5个这种化合物，个这种化合物，CA6和和C3A是异分熔化化合物；是异分熔化化合物；l而而C12A7、CA、CA2那么是同分熔化化合物。那么是同分熔化化合物。lC12A7的熔点为的熔点为1455，在，在C12A7附近，出

15、现底温液相区。即体附近，出现底温液相区。即体系的成分在系的成分在W(CaO)4552范围内，温度在范围内，温度在14501550。因此以此渣系配制炉外合成渣时，常选择这个成分范围。因此以此渣系配制炉外合成渣时，常选择这个成分范围。第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图四、四、FeO-SiO2FeO-SiO2系相图系相图l四、FeO-SiO2系相图 l在此体系的相图中仅有一个熔点不高(1208)的同分熔化化合物2FeOSiO2(F2S)。它的液相线最高点是平滑的，所以熔化后，特别温度高时，有一定程度的分解：l (2FeOSiO2FeOSiO2+FeO)l在接近SiO2浓度很高的一端，出现了很宽的

16、液相分层区。l另外此二元系中还存在一些高价铁的氧化物，如Fe2O3或Fe3O4。例如，在F2S组成处，叫(Fe2O3)2.25，而在纯FeO组成处其量达11.56，这是由于在实验过程中，试样中的低价铁能够被空气氧化成高价铁，而绘制相图时，把这种高价氧化铁折算成低价铁的氧化物(FeO)了。 第一节第一节 主要二元渣系相图主要二元渣系相图 第一节第一节 二元渣系相图二元渣系相图 第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识一、三元系立体相图一、三元系立体相图l三元凝聚体系，体系的自三元凝聚体系，体系的自在度数在度数f最大为最大为3，体系有，体系有3个独立变量：温度和恣意个独立变量：温度和恣意

17、两个组分的浓度。因此，两个组分的浓度。因此，三元系相图要用三维空间三元系相图要用三维空间图形才干表示。图形才干表示。l (相率：独立组分数相率：独立组分数c3，相数相数最少为最少为1，故自在度，故自在度数数f c+13)l普通以等边三角形表示三普通以等边三角形表示三个组分浓度的变化，再在个组分浓度的变化，再在此浓度三角形上竖立垂直此浓度三角形上竖立垂直坐标轴表示温度，构成三坐标轴表示温度，构成三棱柱体空间图。棱柱体空间图。第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识一、三元系立体相图一、三元系立体相图第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识一、三元系立体相图一、三元系立体相图第

18、二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识l1、浓度三角形、浓度三角形l表示三元系组成的浓度三表示三元系组成的浓度三角形是一个等边三角形。角形是一个等边三角形。l三角形的顶点代表纯组分；三角形的顶点代表纯组分；l每一边是由两顶角代表的每一边是由两顶角代表的组分所构成的二元系的浓组分所构成的二元系的浓度坐标线；度坐标线；l三角形内的点那么表示由三角形内的点那么表示由3顶角代表的组分所构成的顶角代表的组分所构成的三元系的浓度值，如右图三元系的浓度值，如右图所示。所示。每边分成每边分成100份份ACBCABcbaCcBbAa %第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识l浓度三角形的组

19、成浓度三角形的组成(浓度浓度)可用质量分可用质量分数、摩尔分数或摩尔百分数来表示数、摩尔分数或摩尔百分数来表示出。出。l读取相内某点组成浓度的方法：读取相内某点组成浓度的方法：l垂线长度法：由等边三角形内恣垂线长度法：由等边三角形内恣意点向三边作垂线，每根垂线之长意点向三边作垂线，每根垂线之长代表它所指向的该顶角组分的浓度。代表它所指向的该顶角组分的浓度。而三根垂线总和之长等于三角形的而三根垂线总和之长等于三角形的高。高。l平行线法：经过等边三角形内恣平行线法：经过等边三角形内恣意点作意点作3根平行于各边的直线，其在根平行于各边的直线，其在边上所截线段之长，分别代表该平边上所截线段之长，分别代

20、表该平行线所对应顶角组分的浓度，而在行线所对应顶角组分的浓度，而在三边上所截线段长度之和等于三角三边上所截线段长度之和等于三角形的边长形的边长(100)。 第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识l2、浓度三角形的几何性质、浓度三角形的几何性质l等含量规那么：在浓度等含量规那么：在浓度三角形中，平行于任一边三角形中，平行于任一边的平行线上的诸物系点，的平行线上的诸物系点，所含对应顶角组分的浓度所含对应顶角组分的浓度是一样的。是一样的。l如右图中，如右图中，ab/AB，那么，那么直线直线ab上含上含C%均相等。均相等。如点如点O1、O2、O3等等 第二节第二节 三元系相图根本知识三元系

21、相图根本知识l等比例规那么：在浓度三等比例规那么：在浓度三角形中，从任一顶角向对边角形中，从任一顶角向对边引一射线，那么射线上各物引一射线，那么射线上各物系点的组成中，其两旁顶角系点的组成中，其两旁顶角组分的浓度比均一样。组分的浓度比均一样。l例如右图中，例如右图中，CO射线上的射线上的O1、O2、O3诸物系点的诸物系点的A、B组组分浓度之比：分浓度之比：a1/b1a2/b2a3/b3K(定值定值)。这种等比。这种等比例关系可由类似三角形原理例关系可由类似三角形原理证明。证明。第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识l直线规那么：当三角形内有两个物系直线规那么：当三角形内有两个物系M

22、和和N组成一个新的物系组成一个新的物系O时，那么时，那么O点必定落在点必定落在MN连线上，而其位置可由连线上，而其位置可由M及及N的质量的质量mM、mN按按“杠杆原理确定，即：杠杆原理确定，即：l 式中：式中： NO、MO相应线段的长度相应线段的长度l相反，当知的物系相反，当知的物系O分别成两个相互平衡的分别成两个相互平衡的相或物系相或物系M及及N时，时，M和和N的相点必在经过的相点必在经过O点的直线上，点的直线上，M和和N物系的质量由物系的质量由“杠杆原理杠杆原理确定，即：确定，即：l 式中式中 mO物系物系O的质量，的质量，mOmMmNl衔接两个平衡共存物系点的直线衔接两个平衡共存物系点的

23、直线MN称为这两称为这两平衡物系点的平衡物系点的“结线。结线。第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识l 直线规那么：新体系点必落在原体系点连线上，该点直线规那么：新体系点必落在原体系点连线上，该点至原至原 体系点的间隔和原体系点的量成反比。体系点的间隔和原体系点的量成反比。l 要点：要点：l 两平衡相纯物质、二元或三元混合物两平衡相纯物质、二元或三元混合物l 成分点共线，长度与质量成反比。成分点共线，长度与质量成反比。EDWWDOOEBACODE第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识BACLAWWADDE第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识l重心规那么：在

24、浓度三角形中，重心规那么：在浓度三角形中，组成为组成为 M1、M2、M3的的3个物系个物系或相点，其质量分别为优或相点，其质量分别为优m1、m2 m3，混合构成一质量为，混合构成一质量为mO的新物系点的新物系点O时，此新物系点那时，此新物系点那么必位于此么必位于此3个原物系点连成的个原物系点连成的M1M2M3内的重心位上内的重心位上(物理物理中心中心)。lO点的位置可用点的位置可用“杠杆原理由杠杆原理由作图法确定，即由杠杆原理先求作图法确定，即由杠杆原理先求出出M1M2线上的线上的N点，再利用杠点，再利用杠杆原理求出杆原理求出NM3线上的线上的O点，即点，即两次利用杠杆原理可求得两次利用杠杆原

25、理可求得O点。点。 注：当相图浓度坐标用质量分数时，线段NO和MO之比等于物系M和N的质量比；当浓度坐标用摩尔(百)分数表示时，线段NO和MO之比应等于物系M和N的摩尔比第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识二、平面投影图二、平面投影图l1、三元系平面投影图：即将立体、三元系平面投影图：即将立体相图中的液相面、二元共晶线、三相图中的液相面、二元共晶线、三元共晶点等相图的构造组成单元垂元共晶点等相图的构造组成单元垂直投影到浓度三角形面上，使空间直投影到浓度三角形面上，使空间的相平衡关系转移到平面上来。的相平衡关系转移到平面上来。l初晶

26、面：即液相面的投影。初晶面：即液相面的投影。Ae2Ee1为组分为组分A的初晶面；的初晶面；Be3Ee1为组分为组分B的初晶面；的初晶面；Ce3Ee2是是 C组分的初晶面，组分的初晶面，le1、e2、e3为为e1，e2、e3二元二元共晶点的投影；共晶点的投影；le1E、e2E、 e3E分别为分别为e1E、e2E、e3E二元共晶线的投影；二元共晶线的投影；lE为为E的三元共晶点的投影。的三元共晶点的投影。l投影线上的箭头指示温度下降方向。投影线上的箭头指示温度下降方向。 第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识二、平面投影图二、平面投影图l 2、立体相图与平面投影图关系：、立体相图与平面

27、投影图关系：立体图立体图 三元相图三元相图在平面上投影立体图三元相图液相面（初晶面） f=2初晶区通常：组元数+化合物数=初晶区个数二次结晶线（二元包晶线、共晶线）f=1二次结晶线e-Ee1E，e2E，e3E四相点: f=0四相点第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识二、平面投影图二、平面投影图l 3、三元相图中，点、线、面的自在度与相数关系：、三元相图中，点、线、面的自在度与相数关系： 单相区初晶区二次结晶线四相点1234f3210第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识二、平面投影图二、平面投影图ABtAtAtBtBtctcCe1e2e3e1e2e3EABCEABCe

28、1e2e3Ee2e1e3tAtBtC二元初晶线：26条初晶区：2三个EABCe1e2e3Ee2e1e3tAtBtC二元共晶线：33条EABCe1e2e3Ee2e1e3tAtBtC)()( , )()( , )()( , 121sAsCLEesCsBLEesBsALEe二元共晶点：33个三元共晶点：41个固相面：LE=A(s)+B (s) +C(s)EABCe1e2e3Ee2e1e3tAtBtC第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识三、等温截面图三、等温截面图第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识 三、等温截面图三、等温截面图三相区三相区(LAC，LAB，LBC)，用三角

29、形表示；等温线，用三角形表示；等温线围成区那么是剩余的液相区；其内有部分二元共晶线及三元共晶点围成区那么是剩余的液相区；其内有部分二元共晶线及三元共晶点的投影，它们出如今的投影，它们出如今t3温度以下。温度以下。第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识三、等温截面图三、等温截面图等温线：封锁曲线线上各点温度相等。L+ACL+CL+AL+B等温平面t1、t2、t3分别截立体相图得3个等温截面图 t1t2t3第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识三、等温截面图三、等温截面图第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识四、三元系相图的根本类型四、三元系相图的根本类型l根据

30、组分间构成的化合物的性质根据组分间构成的化合物的性质(同分熔化化合物或异分熔化化合同分熔化化合物或异分熔化化合物物)，及组分在液相及特别是固相中溶解情况的不同，及组分在液相及特别是固相中溶解情况的不同(完全不互溶、完全不互溶、部分及完全互溶等部分及完全互溶等)，可将三元系相图分为多种根本类型。这些根本，可将三元系相图分为多种根本类型。这些根本类型的相图相互组合，就构成了实践体系中复杂的三元系相图。以类型的相图相互组合，就构成了实践体系中复杂的三元系相图。以下引见冶金中常见的几种根本类型的三元系相图下引见冶金中常见的几种根本类型的三元系相图:l1、具有简单三元共晶体的相图、具有简单三元共晶体的相

31、图l2、有一个稳定的二元化合物的相图、有一个稳定的二元化合物的相图l3、具有稳定三元化合物的相图、具有稳定三元化合物的相图l4、有不稳定二元化合物的三元系相图、有不稳定二元化合物的三元系相图l5、具有一个液相分层区的相图、具有一个液相分层区的相图第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识1、具有简单三元共晶体的相图、具有简单三元共晶体的相图l1相图组成相图组成l它是三组分中两两构它是三组分中两两构成二元共晶体构成的成二元共晶体构成的三元共晶系相图，是三元共晶系相图，是由于三组分在液相时由于三组分在液相时完全互溶，而在固态完全互溶，而在固态时完全不互溶，构成时完全不互溶，构成了具有一定熔

32、点及组了具有一定熔点及组成的三元共晶体。它成的三元共晶体。它的构成单元的构成单元(面、线、面、线、点点)的意义已在前面引的意义已在前面引见过了。见过了。l2缓冷过程分析缓冷过程分析P1ALASL、A S2ABCe1e2e3Ebab1P液相液相 固相固相相变化相变化共存相共存相f1ALAS + BSL、A S 、 BS11EAbLAS + BSL、A S 、 BS1EbPLAS + BS + CSL、A S 、 BS 、CS0第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识1、具有简单三元共晶体的相图、具有简单三元共晶体的相图第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识2、有一个稳定的二

33、元化合物的相图、有一个稳定的二元化合物的相图第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识2、有一个稳定的二元化合物的相图、有一个稳定的二元化合物的相图A+AmBnLA+LB+L二元相图具有稳定化合物二元相图具有稳定化合物AmBn+BBAmBnAmBn+L第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识2、有一个稳定的二元化合物的相图、有一个稳定的二元化合物的相图ABCe1e2e3e4e5E1E2AmBn(D)e4ABCe1e2e3e5E1E2AmBn(D)第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识2、有一个稳定的二元化合物的相图、有一个稳定的二元化合物的相图第二节第二节 三元系

34、相图根本知识三元系相图根本知识第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识l5生成多个稳定化合物类生成多个稳定化合物类型相图的三角形划分规那么：型相图的三角形划分规那么：l两固相组成点连线只能与内两固相组成点连线只能与内界限相交，假设与侧界限相界限相交，假设与侧界限相交那么为虚线。交那么为虚线。l衔接固相成分点的直线彼此衔接固相成分点的直线彼此不能相交。不能相交。l四固相点构成的四边形对角四固相点构成的四边形对角线不相容。线不相容。l浓度三角形原那么适用于分浓度三角形原那么适用于分三角形三角形 。第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识3、具有稳定三元化合物的相图、具有稳定三元

35、化合物的相图第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识4、有不稳定二元化合物的三元系相图、有不稳定二元化合物的三元系相图l1相图组成相图组成 l三角形三角形AB边的边的A-B系内构成了一个不稳定化合物系内构成了一个不稳定化合物AmBn，其组成点用，其组成点用D表表示。示。l在三元系立体图中在三元系立体图中A-B二元系内，当组成点位于二元系内，当组成点位于Ap2段内时，液相冷却到段内时，液相冷却到液相线液相线Ap1时，开场析出时，开场析出A；温度继续下降，液相成分沿；温度继续下降，液相成分沿Ap1线到达线到达p1时，先析出的时，先析出的A在此温度与组成为在此温度与组成为p1的剩余液相进展

36、二元转熔反响：的剩余液相进展二元转熔反响：Lp1AAmBn，构成了，构成了AmBn。p1点为二元转熔点。点为二元转熔点。l当有第三组分如当有第三组分如C参与，并且其量不断添加时，此二元转熔点将不断下降，参与，并且其量不断添加时，此二元转熔点将不断下降，变为二元转熔线变为二元转熔线p1P。在此线上是两固相与液相平衡共存，自在度数为。在此线上是两固相与液相平衡共存，自在度数为1。当到达当到达p1P线与二元共晶线线与二元共晶线e2E的交点的交点P时，出现三元转熔反响：时，出现三元转熔反响：Lp1AAmBn+C，即组成为，即组成为P的液相与先析出的组分的液相与先析出的组分A反响，构成固相化合物反响，构

37、成固相化合物AmBn及组分及组分C。l由于由于P点位于点位于ADC外的交叉位上，它们的相平衡关系服从交叉位规那么。外的交叉位上，它们的相平衡关系服从交叉位规那么。P称为三元转熔点，是称为三元转熔点，是4相共存，自在度数为零，故是无变量点。相共存，自在度数为零，故是无变量点。P1P线线的投影线是的投影线是p1P，亦称二元转熔线，亦称二元转熔线，P的投影那么是的投影那么是P点，乃平面三元系相点，乃平面三元系相图中的三元转熔点。图中的三元转熔点。第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识4、有不稳定二元化合物的三元系相图、有不稳定二元化合物的三元系相图l在在A-B二元相图中，当体系的组成点位

38、于二元相图中，当体系的组成点位于p2B段内的液相冷却时：段内的液相冷却时：l液相线液相线p1e3上将直接析出上将直接析出D(AmBn)，这是由于在此温度下此化合，这是由于在此温度下此化合物能稳定存在，故冷却后能直接从液相中生成并析出。物能稳定存在，故冷却后能直接从液相中生成并析出。l液相线液相线Be3上析出上析出B，剩余液相在共晶温度构成二元共晶体，剩余液相在共晶温度构成二元共晶体D-B。l当有第当有第3组分参与时，组分参与时，p1e3及及Be3液相线分别扩展为液相线分别扩展为D及及B组分的组分的液相面液相面p2PEe3及及e3Ee1B(投影面投影面)，而，而e3E线为二元共晶点线为二元共晶点

39、e3扩展扩展的的e3E二元共晶线的投影线；二元共晶线的投影线；lE为三元共晶点为三元共晶点E的投影点，其的三元共晶反响为的投影点，其的三元共晶反响为LEBDC。l由于此化合物是异分熔化化合物，当加热未到达其熔点之前就分解由于此化合物是异分熔化化合物，当加热未到达其熔点之前就分解了，所以在液相中不能存在。因此，不能作为体系相组成的组分，了，所以在液相中不能存在。因此，不能作为体系相组成的组分，而规定而规定D点与其对应顶角组分不用实线，而用虚线衔接，以示原三角点与其对应顶角组分不用实线，而用虚线衔接，以示原三角形不能划分为两个独立的三角形或分相图。形不能划分为两个独立的三角形或分相图。 第二节第二

40、节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识4、有不稳定二元化合物的三元系相图、有不稳定二元化合物的三元系相图l由于由于D的液相面的液相面(直接析出直接析出D的的)低于低于D存在的最高温度，存在的最高温度，所以不稳定化合物所以不稳定化合物D组成点就位于其初晶区之外。这是组成点就位于其初晶区之外。这是不稳定二元化合物存在的三元系相图特点。不稳定二元化合物存在的三元系相图特点。l图中点的位置高于点，所以三角形中三元转熔点图中点的位置高于点，所以三角形中三元转熔点P就高就高于三元共晶点于三元共晶点E，而，而PE线上的指示温度下降的箭头应指线上的指示温度下降的箭头应指向向E点。点。l位于位于ADC内的物系

41、点应在内的物系点应在P点最后凝固，结晶产物是点最后凝固，结晶产物是A+D+C，由于经过转熔反响后，液相无剩余。，由于经过转熔反响后，液相无剩余。l位于位于ABDC内的物系点，经过转熔反响后，液相有剩余，内的物系点，经过转熔反响后，液相有剩余，将经过将经过D的初晶区，继续析出的初晶区，继续析出D，最后在，最后在E点凝固。点凝固。 2相图分析相图分析:读图点、线、面的物理意义读图点、线、面的物理意义AA+AmBnLA+LB+L具有不稳定化合物具有不稳定化合物AmBn+BBAmBnAmBn+L第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识4、有不稳定二元化合物的三元系相图、有不稳定二元化合物的三

42、元系相图面：面：=2，f=2。4个初晶区个初晶区线：线：=3，f=15条二次结晶线：条二次结晶线：二元共晶线，二元共晶线，包晶线包晶线L+BsDs点：点：=4，f=0共晶点，包晶点共晶点，包晶点第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识 4、有不稳定二元化合物的三元系相图、有不稳定二元化合物的三元系相图3切线规那么分界限上任一点代表的熔体，在结晶瞬间析出的固相可由该点的切线与相成分点的连线的交点表示。第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识4、有不稳定二元化合物的三元系相图、有不稳定二元化合物的三元系相图分界限上任一点切线与该边境限两边初晶组成点的连线的交点：在组成点连线内，

43、共晶；在组成点连线外，包晶；恰与组成点重合：性质转变点。第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识4、有不稳定二元化合物的三元系相图、有不稳定二元化合物的三元系相图结晶产物：原始熔体组成点所在三角形的顶点。结晶终点：上述三种物质初晶区包围的三元四相点。ABCpPA2BEABCA2Be1e2e3第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识4、有不稳定二元化合物的三元系相图、有不稳定二元化合物的三元系相图6缓冷分析缓冷分析ABCpPA2BEABCA2Be1e2e3LCLACLACA2B最终产物：最终产物：第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识4、有不稳定二元化合物的三元系

44、相图、有不稳定二元化合物的三元系相图6缓冷分析缓冷分析ABCpPA2BEABCA2Be1e2e3最终产物：最终产物：LCLACLACA2BL B CA2BL CA2B第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识4、有不稳定二元化合物的三元系相图、有不稳定二元化合物的三元系相图6缓冷分析缓冷分析ABCpPA2BEABCA2Be1e2e3LAL A A2BLA A2B CLCA2B最终产物：最终产物：LBCA2B第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识4、有不稳定二元化合物的三元系相图、有不稳定二元化合物的三元系相图ABCpPA2B321QEABCA2Be1e2e3a16缓冷分析缓

45、冷分析第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识4、有不稳定二元化合物的三元系相图、有不稳定二元化合物的三元系相图O1点点O3点点O5点点第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识4、有不稳定二元化合物的三元系相图、有不稳定二元化合物的三元系相图AB浓度比，所以只能在段内进展转熔终了，先析出浓度比，所以只能在段内进展转熔终了，先析出的的A被耗费完，而液相却有剩余。被耗费完，而液相却有剩余。l此剩余的液相在温度下降时，应析出此剩余的液相在温度下降时，应析出D，因此液相将沿，因此液相将沿DO3连线在连线在D的初晶区内的延伸线的初晶区内的延伸线(由由D点作的点作的BC的的等比例线等比

46、例线)挪动，析出挪动，析出D。然后再沿。然后再沿PE段析出二元共晶段析出二元共晶体体D-C，最后在，最后在E点析出三元共晶体点析出三元共晶体D-B-C。l因此，因此，O31O32段是此物系的转熔段，是其始点，它是段是此物系的转熔段，是其始点，它是物系点物系点03与顶角与顶角A的连线在线上的端点。而是其终点，的连线在线上的端点。而是其终点，它是物系点它是物系点03与与D点的连线在线上的交点。最终组成的点的连线在线上的交点。最终组成的相是相是D+C+B。第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识5、具有一个液相分层区的相图、具有一个液相分层区的相图l液相的分层景象在三元系中也常出现。在液相

47、的分层景象在三元系中也常出现。在A-B二元二元系中出现了分溶曲线系中出现了分溶曲线akb，当第，当第3组分参与时，就组分参与时，就在三角形面上构成了一个向内扩展的曲面半圆锥形在三角形面上构成了一个向内扩展的曲面半圆锥形体。这是体。这是 A-B-C三元系在液相时构成的两个有限互三元系在液相时构成的两个有限互溶的液相溶的液相L1、L2的共存区，其外那么是的共存区，其外那么是L1或或L2的单的单相区。相区。l平行于底面的等温面平行于底面的等温面k与锥形曲面的交线在底面的投与锥形曲面的交线在底面的投影线为影线为akb(弧形区弧形区)。温度升高时，两共存液相。温度升高时，两共存液相L1、L2的饱和溶解度

48、增大，而逐渐接近，出现上临界点的饱和溶解度增大，而逐渐接近，出现上临界点k，而各等温面的弧形区也逐渐减少。，而各等温面的弧形区也逐渐减少。 第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识五、物系缓冷过程中相态变化分析要点五、物系缓冷过程中相态变化分析要点l液相成分点、物系点及固相成分点一直遵守液相成分点、物系点及固相成分点一直遵守“杠杆规那么；杠杆规那么；l液相成分点变化途径是从物系点开场，终于三元无变量点；液相成液相成分点变化途径是从物系点开场，终于三元无变量点；液相成分点的运动好似分点的运动好似“雨天山坡滚泥球。雨天山坡滚泥球。l固相成分点变化途径是从初晶区的初晶相开场，终于物系点。固

49、相成分点变化途径是从初晶区的初晶相开场，终于物系点。l物系冷却凝固后相组成是由所在的分三角形的三个顶点相组成；其物系冷却凝固后相组成是由所在的分三角形的三个顶点相组成；其质量关系遵守质量关系遵守“杠杆规那么和杠杆规那么和“重心规那么。重心规那么。l“穿相区景象穿相区景象当当LAD转熔反响结束后，如液相有剩余时，转熔反响结束后，如液相有剩余时，即即 初晶初晶A先于液相先于液相L耗尽，结晶过程就会延续在耗尽，结晶过程就会延续在D的初晶区内进展的初晶区内进展LD，而结晶终点在，而结晶终点在E，这一景象称为穿相区景象。，这一景象称为穿相区景象。l穿过穿过D初晶区的液相组成变化的途径，是物系点与初晶区的

50、液相组成变化的途径，是物系点与D点连线在其内点连线在其内的延伸线。的延伸线。l凡位于凡位于A初晶区内初晶区内DP连线右上侧的物系点，在结晶过程中都会出连线右上侧的物系点，在结晶过程中都会出现这种穿相区景象。现这种穿相区景象。3.留意：体系点一直不动； 任何情况下均三点共线；液相组成和固相组成点途径异，首尾相接；最终存在相与原体系点符合重心规那么。 第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识五、物系缓冷过程中相态变化分析要点五、物系缓冷过程中相态变化分析要点第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识四、三元系相图中相界限和无变量点确实定四、三元系相图中相界限和无变量点确实定法法l

51、三元系相图的构成单元：面三元系相图的构成单元：面(初晶面初晶面)、线、线(二元共晶线及二元转熔线二元共晶线及二元转熔线)、点点(三元共晶点及三元转熔点三元共晶点及三元转熔点)。l1初晶面是体系的组分及其化合物初次析出的相区，相图组分及初晶面是体系的组分及其化合物初次析出的相区，相图组分及同份熔化化合物的组成点位于其初晶区内，而异份熔化化合物的组同份熔化化合物的组成点位于其初晶区内，而异份熔化化合物的组成点那么落在其初晶区之外。成点那么落在其初晶区之外。l2相界限是初晶面的分界限，在此线上是液相和两固相平衡共存，相界限是初晶面的分界限，在此线上是液相和两固相平衡共存，但有两种不同的反响或析晶性质

52、：共晶线但有两种不同的反响或析晶性质：共晶线 or 转熔线。转熔线。l相界限的析晶性质与其组分的相点的相对位置和相界限的外形有关，相界限的析晶性质与其组分的相点的相对位置和相界限的外形有关，因此会使二元化合物的稳定性发生了变化。因此会使二元化合物的稳定性发生了变化。l例如，稳定的二元化合物越过相界限时，可变为不稳定化合物例如，稳定的二元化合物越过相界限时，可变为不稳定化合物(图图4-27(a)；相反，不稳定化合物也可变为稳定化合物；相反，不稳定化合物也可变为稳定化合物(图图427(b)，因，因此相关的相界限的析晶过程也就发生了改动。此相关的相界限的析晶过程也就发生了改动。 第二节第二节 三元系

53、相图根本知识三元系相图根本知识四、三元系相图中相界限和无变量点确实定四、三元系相图中相界限和无变量点确实定法法第二节第二节 三元系相图根本知识三元系相图根本知识第三节第三节 三元渣系相图三元渣系相图一、三元渣系的相图分析一、三元渣系的相图分析l实践的相图多是由两种以上的上述根本类型相图构成，其内经常实践的相图多是由两种以上的上述根本类型相图构成，其内经常包含有多个性质不同包含有多个性质不同(同分或异分的同分或异分的)的二元或三元化合物，所以比的二元或三元化合物，所以比较复杂。但我们可以根据前述的相图的根本规律及分析方法，总较复杂。但我们可以根据前述的相图的根本规律及分析方法，总结出分析实践相图

54、的方法，协助我们看图及用图。结出分析实践相图的方法，协助我们看图及用图。l分析平面三元系相图的内容：分析平面三元系相图的内容：l各物相的初晶区各物相的初晶区(包括化合物稳定性的判别包括化合物稳定性的判别)；l相界限的性质判别相界限的性质判别(运用切线规那么运用切线规那么)；l三元无变量点的性质判别三元无变量点的性质判别(运用切线规那么运用切线规那么) ；l分割浓度三角形构成分割浓度三角形构成n个个“分三角形分三角形(假设有假设有n个无变量点个无变量点)；l物系缓冷过程中物质相态变化分析物系缓冷过程中物质相态变化分析(运用运用“雨天山坡滚泥球雨天山坡滚泥球)。第三节第三节 三元渣系相图三元渣系相

55、图二、三元系相图的分析方法二、三元系相图的分析方法l1、判别化合物的稳定性根据化合物的组成点能否位于其初晶、判别化合物的稳定性根据化合物的组成点能否位于其初晶区内，确定该化合物是稳定的或不稳定的，稳定化合物是体区内，确定该化合物是稳定的或不稳定的，稳定化合物是体系相组成的组分。系相组成的组分。l2、三角形划分法、三角形划分法按照三角形划分的原那么和方法，将原按照三角形划分的原那么和方法，将原三角形划分为多个分三角形。三角形划分的原那么和方法如三角形划分为多个分三角形。三角形划分的原那么和方法如下：下：l1)衔接相邻组分衔接相邻组分(相图体系的根本组分及构成的化合物相图体系的根本组分及构成的化合

56、物)点构成点构成三角形。稳定化合物及根本组分之间用实线衔接；与不稳定三角形。稳定化合物及根本组分之间用实线衔接；与不稳定化合物之间那么用虚线衔接。但不相邻初晶区的这些组成点化合物之间那么用虚线衔接。但不相邻初晶区的这些组成点那么不能相连。那么不能相连。l2)连线不能相互交叉，否那么违背了相律原理。相邻连线不能相互交叉，否那么违背了相律原理。相邻4相组相组成点构成的四边形成点构成的四边形(即两个相邻三角形即两个相邻三角形)中仅有一条对角线上的中仅有一条对角线上的两个固相两个固相 才是平衡共存的，这可由实验方法或热力学原理确才是平衡共存的，这可由实验方法或热力学原理确定。定。第三节第三节 三元渣系

57、相图三元渣系相图二、三元系相图的分析方法二、三元系相图的分析方法l3)体系中有体系中有n个无变量点，就有个无变量点，就有n个分三角形。此无变量点位于该三个分三角形。此无变量点位于该三角形之内是共晶点；位于其外的是转熔点。但多晶型转变的无变量角形之内是共晶点；位于其外的是转熔点。但多晶型转变的无变量点不包括在内。点不包括在内。l4)划分出的分三角形不一定是等边三角形，但有关浓度三角形的性划分出的分三角形不一定是等边三角形，但有关浓度三角形的性质依然适用，只是不同边上的浓度分度线段不再相等了。质依然适用，只是不同边上的浓度分度线段不再相等了。l3、利用切线规那么确定各相界限的性质、利用切线规那么确

58、定各相界限的性质 是共晶线或转熔线，分别是共晶线或转熔线，分别标上温度下降的箭头及双箭头。标上温度下降的箭头及双箭头。l4、核定无变量点的性质：是三元共晶点、核定无变量点的性质：是三元共晶点(E)或三元转熔点或三元转熔点(P)。l三元共晶点三元共晶点(E)位于其相平衡关系的分三角形内，与顶角构成重心位位于其相平衡关系的分三角形内，与顶角构成重心位关系：关系：LE=S1+S2+S3，它是结晶的终点。，它是结晶的终点。l三元转熔点三元转熔点(P)位于对应的分三角形之外，与三顶角点构成交叉位的位于对应的分三角形之外，与三顶角点构成交叉位的关系：关系：L+S1=S2+S3。它不一定是结晶的终点，视物系

59、点在此对应。它不一定是结晶的终点，视物系点在此对应分三角形之内或外的位置而定。分三角形之内或外的位置而定。l(5)在结晶过程中，利用三点在结晶过程中，利用三点“结线规那么即用液相点一物系点一结线规那么即用液相点一物系点一固相点的结线，确定平衡共存相的组成及质量。固相点的结线，确定平衡共存相的组成及质量。第三节第三节 三元渣系相图三元渣系相图三、三、CaO-SiO2-Al2O3渣系相图渣系相图l此相图是此相图是GARankin及及FEWright早期多年研讨测定的结早期多年研讨测定的结果，后经果，后经 Brown、Greig和和Muan、Osborn等人对原相图进展了某等人对原相图进展了某些修正

60、后的相图。些修正后的相图。l此相图中有此相图中有10个二元化合物个二元化合物(其中其中5个是不稳定的，个是不稳定的，5个是稳定的个是稳定的(请请见前面相应的二元相图见前面相应的二元相图)和和2个三元稳定化合物个三元稳定化合物(CAS2钙斜长石，钙斜长石，C2AS铝方柱石铝方柱石)。l图中有图中有15个组分点衔接起来，可划分为具有个组分点衔接起来，可划分为具有15个初晶面的分三角个初晶面的分三角形，对应形，对应15个无变量点，其中个无变量点，其中8个三元共晶点，对应个三元共晶点，对应8个独立三角个独立三角形，形，7个三元转熔点。详见表个三元转熔点。详见表4-2。l相图中接近相图中接近SiO2组成