冶金炉渣结构理论.pptx

4 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，炉渣可分为以下4类： 1〕复原渣：以矿石或精矿为原料进行复原熔炼，未被复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，如钛精矿复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〕具有别离或吸收杂质，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响 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 描述体系的自由度数f与独立组元数C、平衡共存相数φ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，n＝1 4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图 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响，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 ①实验测定法：淬冷法，热分析法 ②热力学计算法 4.1.3 二元系相图的根本类型 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 或化学反响发生。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 化学反响的类型： 1〕分解类型 ① 共晶反响：液 固1＋固2 ② 共析反响：固3 固1＋固2 ③ 偏晶反响：液1 液2＋固1 2〕化合类型 ① 包晶反响(转熔反响)：液＋固1 固2 ② 包析反响：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，当化学反响在固相之间进行时，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)CaO—Si02系相图 两个稳定化合物，Ca0·Si02(CS)和2Cao·Si02(C2S) ；有两个不稳定化合物3CaO·Si02(3CS) 3Ca0·2SiO2(C3S2)。 CaO-C2S系：具有一个共晶体： L C2S + C 在1250－1900℃内， C3S稳定存在，超出此范围，发生共析反响： 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，有共晶反响，也有包晶反响： 共晶反响〔1455℃〕： L1 C2S + CS， 包晶反响〔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，存在共晶反响和偏晶反响： 共晶反响〔1436℃〕： L1 CS + SiO2 偏晶反响〔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)： α石英(六方双锥) α鳞石英(六方晶系板状) α方英石(立方八面体) 第二类(纵向)：α、β、γ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：αCS(假硅灰石)与βCS。后者在1210℃时转变成同分熔化化合物的αCS(熔点为1544℃)。 C2S的晶型转变如下: