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1、冶金原理课件中南大学ppt课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图一、一、CaO-SiO2 二元系二元系体系特点体系中有四个化合物硅酸三钙：3CaOSiO2（C3S）一致熔融正硅酸钙：2CaOSiO2（C2S）不一致熔融二硅酸三钙：3CaO2SiO2（C3S2）不一致熔融偏硅酸钙：CaOSiO2（CS）一致熔融2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图返回2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图体系特点（续）一致熔融化合物C2
2、S及CS将整个相图分为三个独立部分CaOC2S系低共熔型含有一个在低温及高温下均会分解的化合物C3S。T 1900C时，C3S -C2S+CaO。C2SCS系转熔型含有一个不一致熔融化合物C3S2（1475 C）CSSiO2系包含一液相分层的低共熔型液相分层区：SiO2 7499.4%，T 1700C。图222 2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图图222 体系特点（续）一致熔融化合物C2S及CS的稳定程度是不同的。C2S比较稳定，熔化时只部分分解；CS在熔化时则几乎完全分解。一般而言，可根据化合物组成点处液相线的形状（平滑程度），近似推断熔融态内化合物的分解程度。若化合物组成点处的液相线出现
3、尖峭高峰形，则该化合物非常稳定，甚至在熔融时也不分解；若化合物组成点处的液相线比较平滑，则该化合物熔融时会部分分解；化合物组成点处的液相线越平滑，该化合物熔融时的分解程度也越大。2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图库尔纳柯夫规则(1)2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图库尔纳柯夫规则(2)2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图体系特点（续）图中水平线可分为五大类低 共 熔 线：3条（2065C，1455C，1436C）转熔线：1条（1475C）偏晶线：l条（1700C）固相分解线：2条（1250C，1900C）晶型转变线：6条（1470C，1420C，1210C，870C，725C，575C）图
4、222 2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图体系特点（续）各种钙硅酸盐的熔化温度都很高熔化温度不超过 1600C的体系只局限于含 3259%CaO范围内。超过 50%CaO的体系，熔化温度急剧上升。高炉渣中CaO含量控制在3550%之间；有色冶金炉渣CaO含量一般在15%以下。CaO的作用降低炉渣密度、减少重金属硫化物在炉渣中的溶解度 降低金属在炉渣中的损失。图222 2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图二、二、Al2O3-SiO2 二元系二元系历史回顾莫来石 3Al2O32SiO2（A3S2）是否一致熔融化合物?当试样中含有少量碱金属杂质，或相平衡实验是在非密闭条件下进行时，A3S2为不一致
5、熔融化合物；当使用高纯试样并在密闭条件下进行实验时，A3S2为一致熔融化合物。莫来石是否形成固溶体?莫来石（A3S2）和刚玉（Al2O3）之间能够形成固溶体，固溶体的组成范围为 71.87 7.5%Al2O3；常以化合物 A3S2的组成点表示固溶体的组成。2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图体系特点体系中生成一个一致熔融化合物A3S2，具有确定的熔点（1850C）。A3S2将SiO2Al2O3二元系 划 分 成 两 个 子 二 元 系 SiO2A3S2和A3S2Al2O3。SiO2A3S2子二元系：简单低共熔型，低共熔温度1595C。A3S2Al2O3子二元
6、系：简单低共熔型，低共熔温度1840C。莫来石质（A3S2）及刚玉质（A12O3）耐火砖可作为性能优良的耐火材料。2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图三、三、CaO-Al2O3 二元系二元系体系特点3个一致熔融化合物将体系分解为4个独立的二元系12CaO7Al2O3（Cl2A7）或 5CaO3 Al2O3（C5A3）CaOAl2O3（CA）CaO2Al2O3（CA2）2个不一致熔融化合物3CaOAl2O3（C3A）CaO6Al2O3（CA6）所有化合物的熔化温度普遍较高，体系的最低熔化温度为1395 C。在 CaO含 量 为 4552%范 围 内，本 体 系 能 在 1450 1550C温度范
7、围内出现液相区 配制的炉外合成渣常选择这一成分范围。2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图四、四、FeO-SiO2 二元系二元系体系特点体系中有一个一致熔融化合物 2FeOSiO2（F2S，正硅酸铁或铁橄榄石），熔点1205C。该化合物熔化时不稳定，分解为偏硅酸亚铁：2FeOSiO2+SiO2=2(FeOSiO2)Hm0T 1105 1105 C C时，体系中时，体系中有一个范围很大的分层区。有一个范围很大的分层区。n n一层以一层以CuCu2 2S S为主，含有饱和的金属铜；为主，含有饱和的金属铜；n n另一层为被硫饱和的
8、铜溶液。另一层为被硫饱和的铜溶液。靠近靠近CuCu一侧有一个低共熔点（一侧有一个低共熔点（10671067 C C）。）。2.4 熔锍的相平衡图2.4 熔锍的相平衡图二二、Fe S 二元系相图二元系相图体系特点体系特点：生成一致熔融化合物：生成一致熔融化合物：FeSFeS1.081.08n n纯纯FeSFeS1.08 1.08 含含S 38.5%S 38.5%（质量），熔点（质量），熔点11301130 C C；n nFeSFeS1.08 1.08 易溶解硫或铁形成固溶体。易溶解硫或铁形成固溶体。在在纯纯FeFe一一侧侧，纯纯铁铁可可溶溶解解少少量量硫硫分分别别形形成成、三种固溶体。三种固溶体
9、。FeFe FeSFeS1.081.08二二元元系系属属于于生生成成有有限限固固溶溶体体的的低低共共熔熔体体系，低共熔温度系，低共熔温度 988 988 C C。液相线（液相线（a a）可视为纯铁中硫的溶解度曲线）可视为纯铁中硫的溶解度曲线。n n含硫量增大将导致铁的熔点降低。含硫量增大将导致铁的熔点降低。2.4 熔锍的相平衡图2.4 熔锍的相平衡图三三三三、CuCu Fe Fe 二元系相图二元系相图二元系相图二元系相图体系特点体系特点：在纯铁一侧：在纯铁一侧：n nT T 1400 1400 C C时时，铁能溶解少量铜形成固溶体，铁能溶解少量铜形成固溶体 相；相；n n 相与相与 相、相、相
10、与相与 相可分别形成低共熔。相可分别形成低共熔。在纯铜一侧：在纯铜一侧：n nT T 1094 1094 C C时时，固溶体转变为固溶体转变为 固溶体：固溶体：=+L L2.4 熔锍的相平衡图2.4 熔锍的相平衡图体系特点体系特点：（续）：（续）在铜熔炼温度范围内（在铜熔炼温度范围内（1100140011001400 C C）：）：n n在在一一定定的的温温度度下下，随随着着含含铁铁量量的的增增加加，将将不断有铜铁合金相（不断有铜铁合金相（固溶体）析出；固溶体）析出；n n当当含含铁铁量量一一定定时时，随随着着温温度度的的降降低低，固固溶溶体体 相也会从熔体中析出。相也会从熔体中析出。在在造造
11、锍锍熔熔炼炼中中，可可能能析析出出铜铜铁铁合合金金（熔熔点点高高），易沉积于炉底且难于清除。易沉积于炉底且难于清除。2.4 熔锍的相平衡图四四四四、CuCu2 2S S FeS FeS 二元系相图二元系相图二元系相图二元系相图体系特点体系特点：CuCu2 2S S FeSFeS1.081.08二二元元系系中中可可能能生生成成了了一一个个一一致致熔熔融融化化 合合 物物 CuCu4 4FeSFeS3.083.08（即即 2 2CuCu2 2SFeSSFeS1.081.08），熔熔 点点10901090 C C。n nCuCu2 2S S CuCu4 4FeSFeS3.083.08子子二二元元系系
12、：在在液液态态和和固固态态均均完全互溶的二元系；完全互溶的二元系；n nCuCu4 4FeSFeS3.083.08 FeSFeS1.081.08子子二二元元系系：形形成成固固溶溶体体的的低共熔型，低共熔温度为低共熔型，低共熔温度为940940 C C。CuCu2 2S S FeSFeS1.081.08二二元元系系的的熔熔化化温温度度都都不不太太高高，在在940940 C 1191C 1191 C C之间。之间。在熔炼在熔炼温度下（温度下（12001200 C C），铜锍呈液态。，铜锍呈液态。2.4 熔锍的相平衡图2.4 熔锍的相平衡图qq当当CuCu、FeFe、S S三三种种组组分分混混熔熔时
13、时，如如果果硫硫量量超超过过CuCu2 2S S FeSFeS熔熔体体中中硫硫的的化化学学计计量量，多余的硫在熔化过程中会挥发逸去。多余的硫在熔化过程中会挥发逸去。CuCu2 2S S FeSFeS S S部部分分对对在在高高温温和和大大气气压压力力下下进进行行的的造造锍锍熔熔炼炼过过程程的的研研究究没没有有实际意义。实际意义。qq硫化铁采用化学计量形式的硫化铁采用化学计量形式的FeSFeS。qq未考虑未考虑CuCu2 2S S FeSFeS间可能形成的化合物。间可能形成的化合物。五五五五、CuCu FeFe S S 三三三三元元元元系系系系相相相相图图图图1 1、平面投影图、平面投影图、平面
14、投影图、平面投影图2.4 熔锍的相平衡图2.4 熔锍的相平衡图体系特点体系特点：4 4个液相面：个液相面：I Cu I CuE E1 1PPPPl lCuCu面为面为Cu(CuCu(Cu固溶体固溶体)的液相面的液相面L L=Cu(=Cu(固溶体固溶体)两相平衡；两相平衡；Fe FeP P1 1PDKFEPDKFE2 2FeFe面为面为Fe(FeFe(Fe固溶体固溶体)的液相面的液相面L L=Fe(=Fe(固溶体固溶体)两相平衡；两相平衡；FeS-FeS-E E2 2EEEE3 3-FeS-FeS面为面为FeS(FeSFeS(FeS固溶体固溶体)的液相面的液相面L L=FeS(=FeS(固溶体固
15、溶体)两相平衡；两相平衡；CuCu2 2S-S-E E3 3EFfEFf-Cu-Cu2 2S S面面和和E E1 1PDdEPDdE1 1面面为为CuCu2 2S S(Cu(Cu2 2S S固固溶溶体体)的液相面；的液相面；L L=Cu=Cu2 2S(S(固溶体固溶体)两相平衡。两相平衡。该液相面被液相分层区所截，分成两个部分。该液相面被液相分层区所截，分成两个部分。2 2、平面投影图（简示图）、平面投影图（简示图）、平面投影图（简示图）、平面投影图（简示图）2.4 熔锍的相平衡图返回2.4 熔锍的相平衡图体系特点（续）体系特点（续）：2 2个液相分层面个液相分层面V Vl l(dDFfddD
16、Ffd面面)析出析出CuCu2 2S S固溶体的初晶区，固溶体的初晶区，L L1 1 L L2 2+Cu+Cu2 2S(S(固溶体固溶体)两液相的组成由两液相的组成由 fFfF 和和 dDdD 线上两对应点表示；线上两对应点表示；V V2 2(DKFDDKFD面面)析出析出FeFe固溶体的初晶区，固溶体的初晶区，L L1 1 L L2 2+Fe(+Fe(固溶体固溶体)两液相的组成由两液相的组成由KFKF及及KDKD线上两对应点表示。线上两对应点表示。图242 2.4 熔锍的相平衡图体系特点（续）体系特点（续）：5 5条界线条界线 E E1 1P P CuCu固固溶溶体体与与CuCu2 2S S
17、固固溶溶体体共共同同析析出出的的低低共共熔线；熔线；E E2 2E E FeFe固固溶溶体体与与FeSFeS固固溶溶体体共共同同析析出出的的低低共共熔熔线；线；E E3 3E E CuCu2 2S S固固溶溶体体与与FeSFeS固固溶溶体体共共同同析析出出的的低低共共熔线；熔线；FEFE和和DP DP CuCu2 2S S固固溶溶体体与与FeFe固固溶溶体体共共同同析析出出的的低共熔线，被液相分层区截断而分成两部分。低共熔线，被液相分层区截断而分成两部分。P P1 1P P 二元转熔线：二元转熔线：L L+Fe(+Fe(固溶体固溶体)=Cu()=Cu(固溶体固溶体)图242 2.4 熔锍的相平
18、衡图体系特点（续）体系特点（续）：2 2个三元无变点个三元无变点E E 三三元元低低共共熔熔点点（靠靠近近FeSFeS CuCu2 2S S连连线线上上的的E E3 3附附近近，但但并并不不落落在在FeSFeS CuCu2 2S S直直线线上上）。低低共共熔熔反反应：应：L L=Cu=Cu2 2S(S(固溶体固溶体)+FeS()+FeS(固溶体固溶体)+Fe()+Fe(固溶体固溶体)P P 三三元元转转熔熔点点（靠靠近近CuCu组组元元顶顶角角，转转熔熔温温度度为为10851085 C C）。平衡反应：）。平衡反应：L L+Fe(+Fe(固溶体固溶体)=Cu()=Cu(固溶体固溶体)+Cu)+
19、Cu2 2S(S(固溶体固溶体)图2422.4 熔锍的相平衡图qqL L1 1含有少量硫的液态含有少量硫的液态CuCu FeFe合金，合金，L L2 2CuCu2 2S S FeSFeS假二元系完全熔融体，即熔融铜锍。假二元系完全熔融体，即熔融铜锍。qq当当富富铜铜的的熔熔融融铜铜锍锍含含硫硫量量降降低低时时，熔熔体体中中将将出出现现富富铜铜的的合合金液相金液相分层现象；分层现象；qq当贫铜的熔融铜锍含硫量减少时，熔体中会析出固体铁。当贫铜的熔融铜锍含硫量减少时，熔体中会析出固体铁。qq铜铜锍锍的的含含硫硫量量不不能能超超过过FeSFeS CuCu2 2S S假假二二元元系系的的对对应应值值硫
20、会挥发。硫会挥发。qq只只只只有有有有当当当当铜铜铜铜锍锍锍锍的的的的组组组组成成成成位位位位于于于于图图图图中中中中CuCu2 2S S a a b b c c FeSFeS CuCu2 2S S区域内时，铜锍才会以单一均匀的液相存在。区域内时，铜锍才会以单一均匀的液相存在。区域内时，铜锍才会以单一均匀的液相存在。区域内时，铜锍才会以单一均匀的液相存在。qq工业铜锍中硫的含量一般为工业铜锍中硫的含量一般为0.220.260.220.26（质量分数）。（质量分数）。冶金计算时可设铜锍的硫含量为冶金计算时可设铜锍的硫含量为0.250.25。3 3、等温截面图（、等温截面图（、等温截面图（、等温截面图（1250 1250 C C）2.4 熔锍的相平衡图2.4 熔锍的相平衡图