{冶金行业管理}4__冶金炉渣

《{冶金行业管理}4__冶金炉渣》由会员分享，可在线阅读，更多相关《{冶金行业管理}4__冶金炉渣（153页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、4 冶金炉渣,炉渣及其分类 炉渣是火法冶金中形成的以氧化物为主要成分的多组分熔体，根据冶炼过程目的的不同，炉渣可分为下列4类： 1）还原渣：以矿石或精矿为原料进行还原熔炼，未被还原的氧化物和加人的熔剂形成的炉渣，如高炉渣； 2）精炼渣或氧化渣：精炼粗金属，由其中元素氧化形成的氧化物组成的炉渣，如炼钢渣； 3）富集渣：将原料中的某有用成分富集于炉渣中，以利于下道工序将它回收的炉渣，如钛精矿还原熔炼所得的高钛渣，吹炼含钒、铌生铁得到的钒渣、铌渣等。 4）合成渣：按炉渣所起的冶金作用，而采用各种造渣材料预先配制的炉渣，如电渣重熔用渣，浇铸钢锭或钢坯的保护渣及炉外精炼渣。,炉渣在冶炼过程中的作用,1）

2、具有分离或吸收杂质，除去粗金属中有害于金属产品性能的杂质，富集有用金属氧化物及精炼金属，保护金属不受环境的污染及减少金属的热损失的作用。 2）在电炉冶炼中，炉渣起着电阻发热的作用。,本章的主要内容 1）炉渣相图 2）炉渣结构理论 3）金属液与炉渣的电化学反应 4）炉渣的离子溶液结构模型 5）炉渣的活度 6）炉渣的化学、物理性质,4 冶金炉渣,4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图,4.1.1 相律,描述体系的自由度数f与独立组元数C、平衡共存相数及外界影响因素n之间关系的规律，可用下式表示：,体系由化合物和一种以上的元素单质构成时，C等于体系中化学元素数。,常压下，n1,4.1 钢铁冶金的主要二元

3、渣系相图,4.1.2 相图,什么是相图？ 相图是描述凝聚相体系的组成和温度的相平衡关系,相图的作用 确定物质在高温下相互反应，形成不同相组分和其有关参数及各相在不同条件下的相互转变关系，为选择某种性能的相成分提供依据,相图的绘制方法 实验测定法：淬冷法，热分析法 热力学计算法,4.1.3 二元系相图的基本类型,曲线:饱和溶解度线。对 于液相线，它也是熔化终了 温度线，有时也表示液相分 层。自由度数:1，平衡相 数:2 垂直线:两组元生成化合 物。自由度数:1，平衡相 数:1 水平线:表示有晶型转变 或化学反应发生。自由度 数:0，平衡相数:3,4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图,化学反应的类型

4、： 1）分解类型 共晶反应：液 固1固2 共析反应：固3 固1固2 偏晶反应：液1 液2固1 2）化合类型 包晶反应(转熔反应)：液固1 固2 包析反应：固1固2 固3,曲线与水平线的交点：表示三相共存，它可能是共晶点、偏晶点和包晶点，当化学反应在固相之间进行时，可能是共析点和包析点。自由度数:0，平衡相数:3 线与线围成的区域：单相或两相区。单相区自由度数:2，平衡相数:1；两相区自由度数:1，平衡相数:2,4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图,4.1.4 钢铁冶金的主要二元渣系相图,(1)CaOSi02系相图,两个稳定化合物，Ca0Si02(CS)和2CaoSi02(C2S) ；有两个不稳定

5、化合物3CaOSi02(3CS) 3Ca02SiO2(C3S2)。,CaO-C2S系：具有一个共晶体： L C2S + C 在12501900内， C3S稳定存在，超出此范围，发生共析反应： C3S C + C2S,4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图,C2S-CS系：具有一个不稳定化合物（C3S2）的相图，有共晶反应，也有包晶反应： 共晶反应（1455）： L1 C2S + CS， 包晶反应（1475）： L1+ C2S C3S2,4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图,CS-SiO2系：包含一个共晶体和两液相共存的相图，存在共晶反应和偏晶反应： 共晶反应（1436）： L1 CS + SiO2

6、偏晶反应（1700）： L2 L1 + SiO2 水平线：CS、SiO2 及C2S的多晶型转变线。,4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图,SiO2 晶型转变关系： 第一类(横向)： 石英(六方双锥) 鳞石英(六方晶系板状) 方英石(立方八面体) 第二类(纵向)：、三种晶型的亚种。晶型结构相同，只是晶格中原子的位置及四面体间的连接角发生了变化,4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图,迅速加热或冷却,SiO2 三类晶型转变时，会发生体积变化。,4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图,CS有两种晶型：CS(假硅灰石)与CS。后者在1210时转变成同分熔化化合物的CS(熔点为1544)。 C2S的晶型转变如下:

7、,C2S有4种晶型：、。其中C2S有亚种C2S，它们可在675可逆而迅速地转变为C2S。C2S C2S时，体积增大约10。,4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图,(2)Al2O3Si02系相图,一般认为CaO-Si02系存在一个不稳定化合物（A3S2)，分别存 在一个共晶反应和包晶反应： 共晶反应： L SiO2 + A3S2 包晶反应： L + A2O3 A3S2,4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图,(3)CaO-A203系相图,存在三个稳定化合物C12A7、CA、CA2，可分解为四个二元系来分析。,C12A7-CA和CA-CA2为生成共晶的二元系，CaO-C12A7和CA2-A2O3为既有共

8、晶也有包晶反应的二元系。,4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图,(4)FeO-SiO2系相图,存在一个稳定化合物F2S, 可分解为两个二元系来分析： F2S-SiO2为有一个共晶体（1175),并存在有液相分层区及偏晶反应。 F2S-FeO为一简单共晶（1180）二元系。 实际上FeO-SiO2系是一假三元系状态图，图上标出了液相中Fe2O3含量随SiO2变化的曲线。,4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图,(5)CaO-FeO系相图,有一个异分熔化化合物2Ca0Fe203(或C2F)(分解温度为1133)，它在1125可与FexO形成共晶体：C2F-FexO,4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图,(

9、6)CaO-Fe203系相图,存在两个不稳定化合物CF、 CF2(11501240)和一个稳定化合物C2F,4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图,4.2 三元系相图的基本知识及基本类型,4.2.1 三元系相图的基本知识 4.2.1.1 三元系立体相图,C,共晶体的三元相图的空间图形,三元凝聚体系，自由度数最大为3，表明体系有三个独立变量，因此，相图要用三维空间图形表达,(1)三元系组成的表示法浓度三角形,浓度三角形内某点浓度的确定： 垂线长度法：由等边三角形内任意点向三边作垂线，每根垂线之长代表它所指向的该顶角组分的浓度。 平行线法：通过等边三角形内任意点作3根平行于各边的直线，其在边上所截线段

10、之长，分别代表该平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形的边长。,4.2 三元系相图的基本知识及基本类型,(2)浓度三角形的几何性质,等含量规则：在浓度三角形中，平行于任一边的平行线上的诸物系点，所含对应顶角组分的浓度是相同的。,4.2 三元系相图的基本知识及基本类型, 等比例规则：在浓度三角形中，从任一顶角向对边引一射线，则射线上各物系点的组成中，其两旁顶角组分的浓度比均相同。,背向规则：当等比例线上物系点的组成点，在背离其所在顶角的方向上移动(C O1 02)时，体系将不断析出组分C，而其内组分C的浓度不断减少，但其他两组分的浓度比则保持不变。,4.2 三元系相图的

11、基本知识及基本类型,直线规则:当三角形内有两个物系M和N组成一个新的物系O时，那么O点必定落在MN连线上，而其位置可由M及N的质量mM、mN按杠杆原理确定，即,应用：在分析相图时，利用直线规则，可由已知的原物系点(O)和其转变成的一个液相点(M或N)，求得与之平衡共存的另一固相点的位置(N或M)。,4.2 三元系相图的基本知识及基本类型,重心规则。在浓度三角形中，组成为M1、M2、M3的3个物系或相点，其质量分别为m1、m2、m3，混合形成一质量为mo的新物系点O时，此新物系点则位于此3个原物系点连成的M1M2M3内的重心位上。O点的位置可用杠杆原理由作图法确定。,4.2 三元系相图的基本知识

12、及基本类型,应用：可直接通过重心规则来求得一个物系或相点O分解为3个相点的成分。如图414，O点犹如M1M2M3的重心，M1M2M3内称为结线三角形。利用杠杆原理，可得出物系O分解后M1、M2、M3物系的质量或质量分数:,而,4.2 三元系相图的基本知识及基本类型,交叉位规则。在浓度三角形中，组成为M1、M2、M3的3个物系混合，得到一个位于M1M2M3之外及M3M1和M3M2边延长线间范围内的新物系P。 M1、M2、M3及P四者构成的位置关系称为交叉位或相对位的关系。 P点的位置可由联结PM3， 交M1M2线于M，应用杠杆原理求得: 由于m1+m2=m,mp+m3=m，所以： 即为了得到新物

13、系P，必须从两个原 物系Ml及M2从中取去若干量的M3,4.2 三元系相图的基本知识及基本类型,从物系P分解出两个新物系Ml和M2，则应向物系P中加入若干量的M3,其量的关系为： 即物系P可吸收远离它的相对物系M3，转变为另外两个物系M1和M2。如P是液相，而M3、M1、M2是固相，则可表示为 即液相在固相S3周围与之反应，形成另外两个固相。这是三元包晶反应，又称为三元转熔反应。它与二元包晶反应相似，但不同的是却形成了两个固相。,4.2 三元系相图的基本知识及基本类型,4,2.1.2 三元立体相图的平面投影图,简单共晶体的三元立体相图： 初晶面:曲面tAe2Ee1、tBe1Ee3、tCe3Ee

14、2 是固、液两相平衡共存的液相面，自由度数为2(f3+l-22)。 二元共晶线:液相面两两相交的交线，是两组分同时从液相析出的液相线，此曲线上是液相及两固相平衡,自由度数为l。 三元共晶点:二元共晶线最后交于E点，3组分同时从液相析出。此点是四相平衡共存，自由度数为零，是体系的最后凝固点。,4.2 三元系相图的基本知识及基本类型,平面投影相图：,除固相已分解，或仅在熔体中存在的物质外，体系中所有组元及其化合物都有液相面。组元及其化合物数之和等于液相面数，且在浓度三角形中，同分化合物的组成点都落在自己的液相面内，异分化合物的组成点都落在自己的液相面外。,4.2 三元系相图的基本知识及基本类型,等

15、温线与等温截面图,等温线：等温平面与立体相图的液相面相截，所得截线在浓度三角面上的投影。也可定义为熔化温度相等的组成点的连线。 等温截面图：在某一温度下的等温平面与立体相图相截，所得截面在浓度三角面上的投影。 接界规则：液相区与二 相区的接界是曲线，液 相区与三相区的接界是 点，二相区与三相区的 接界是直线。相邻相区 的相数相差为一个，这 是接界规则。 应用：了解指定温度下， 体系所处相态，以及组 成改变时，体系相态的变化。,4.2 三元系相图的基本知识及基本类型,4.2.2 三元系相图的基本类型,4.2.2.1 具有简单三元共晶体的相图,由三组分中两两形成二元共晶体构成的三元共晶系相图。 结

16、晶过程分析,4.2 三元系相图的基本知识及基本类型,结晶过程中各相量及成分的变化：原物系点、液相点及析出的固相点遵循直线规则，液相点及析出的固相量可由杠杆原理计算。 液相成分变化的途径： 固相成分变化的途径：,4.2 三元系相图的基本知识及基本类型,4.2.2.2 具有一个稳定的二元化合物的相图,浓度三角形某边上形成了一个稳定的二元化合物。可分解为两个简单三元共晶体的相图。鞍心点e3,4.2 三元系相图的基本知识及基本类型,4.2.2.3 具有稳定三元化合物的相图,浓度三角形中形成了一个稳定的三元化合物。可分解为三个简单三元共晶体的相图,4.2 三元系相图的基本知识及基本类型,4.2.2.4 具有一个不稳定二元化合物的相图,特征：浓度三角形某边上形成了一个不稳定的二元化合物。,4.2 三元系相图的基本知识及基本类型,三角形内箭头指