[工学]冶金原理第二章.ppt

第二章 热力学平衡图 引言 冶金常用氧化物二元相图 冶金常用氧化物三元相图 氧势图及其应用 电位-pH图及其应用 引言 热力学平衡图是将影响发生变化的因素以函数的形式表现在图上，所系变化为平衡的。注意分析点、线、面。 冶金冶金工艺接触的炉渣和耐火材料皆为氧化物，相图是分析其性质的重要工具。 炉渣分类 ： 冶炼渣：以矿石为原料进行熔炼，得到粗金 属或冰铜的同时形成的炉渣。 精炼渣：精炼粗金属产生的炉渣。 富集渣：将原料的有用成分富集于炉渣，以利 用下道工序将其回收的炉渣称为富集 渣。 合成渣：按炉渣所起的冶金作用，用各种造渣 材料预先配制的炉渣称为合成渣。 CaO-SiO2二元渣系相图 (1) 化合物类型 稳定化合物(同份熔化化合物)： 　　偏硅酸钙CaO·SiO2（CS） 　　正硅酸钙2CaO·SiO2（C2S） 不稳定化合物(异份熔化化合物)： 　　硅酸三钙3CaO·SiO2（C3S） 　　二硅酸三钙3CaO·2SiO2（C3S2）。 (2) 分相图 三个分相图：C-C2S，C2S-CS，CS-S Al2O3-SiO2系相图 CaO-Al2O3系相图 三个同份熔化化合物：C12A7、CA、CA2， 两个异份熔化化合物：C3A、CA6。 FeO-SiO2系相图 一个同份熔化化合物： 铁橄榄石2FeO.SiO2(F2S)， SiO2高浓度端有液相分层 CaO-Fe2O3系相图  三个异份熔化化合物： 2CaO.Fe2O3、CaO.Fe2O3、CaO.2Fe2O3。 等温截面图 等温截面图 2.5三元渣系的相图 由上图可见，熔化温度的变化规律-化合物高，无变量点低。 确定相界线温度下降方向及相界线的性质 确定无变量点性质 共晶点周围相组成点连线构成的三角形或多边形是独立的可以单独分析 包晶点周围相组成点连线构成的三角形为非独立的，与包晶点所在的三角形一道构成独立三角形 f △ C2AS-A-CA2 共晶点10 L=C2AS+CA2+CA 10D g 四边形CA-C2AS–C2S-C12A7 包晶点11 L+C2AS=C2S+CA 11F 共晶点12 L=CA+C2S+C12A7 12D h △C2S-C12A7–C 共晶点13 L=C2S+C12A7+C3A 13D 包晶点14 L+C3S=C2S+C3A 14F 包晶点15 L+C=C3A+C3S 15F 利用相图计算某种组成的熔渣凝固后的相成分 3.氧势图及其应用 3.1 氧位（氧势） 3.1.1 定义 体系中氧气的相对化学位，称为氧位（氧势），可以用来比较氧化气氛 的强弱。 计算式： 在温度T，氧分压为的气相中，氧的化学势可表示为： 3.1.3 气体氧化物的氧位（CO、CO2、H2O(g)） ⑴ 对于CO ⑵ 对于CO2 ⑶ 对于H2O(g) 3.2 氧位（势）图 定义：氧化物的氧位随温度变化的关系图 称为氧位(势)图。 3.2.2 氧位线的走向 2x/y M (s) + O2= 2/y MxOy (s) 　 2 H2 + O2 = 2H2O 2CO + O2 = 2CO2 2CO + O2 = 2CO2 3.3 利用氧位图进行近似计算 3.3.2 计算氧化物在一定温度TK的分解压力 3.3.3 计算元素氧化反应在一定温度及氧分压下△G 3.3.4 计算氧化物被固体碳直接还原的开始温度 3.3.5 计算一定温度TK下金属热还原反应的△G0 冶炼中用硅和铝作还原剂去还原氧化物，制取低碳合金和纯金属的方法。 3.3.6 计算在一定温度TK下，用气体还原剂 （CO、H2）还原金属氧化物的平衡气相成分 3.3.7 气相的分压已知，计算一定温度下气体还原剂还原金属氧化物的△G 2.4 电位-pH图及其应用 2.4.1电位-pH图的基本概念 电位-pH图是在给定的温度和组成活度（常简化为浓度），或气体逸