4-冶金炉渣(精品).ppt

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1、4 冶金炉渣Hebei Polytechnic UniversitySchool of Metallurgy and Energy 炉渣是以氧化物为主要成分的多组元熔体，是金属提炼和精炼过程中除金属熔体之外的另一产物。冶金炉渣还原渣氧化渣富集渣合成渣 能够从与之接触的金属液中吸收O，以氧化物的形式进入的熔渣；还原渣 例如：高炉渣，FeO含量20%将原料中的有用成分富集于炉渣中，以利于下道工序回收的炉渣，称为富集渣；富集渣 例如：钒渣、铌渣。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，称为合成渣；合成渣 例如：电渣重熔用渣、LF精炼渣、中间包保护渣、结晶器保护渣等。分离或吸收杂质；富

2、集有用金属氧化物；精炼金属；防止污染 减少热损失等。冶 金 炉 渣 的 作 用 炉渣作用都是靠控制炉渣的化学成分、温度及其所具有的物理化学性质来实现的。炉渣作用都是靠控制炉渣的化学成分、温度及其所具有的物理化学性质来实现的。吹炼前期快速化渣熔渣温度熔渣溶化性温度调整熔渣成分（FeO）含量吹炼中期脱碳(FeO)大量消耗熔渣溶化性温度升高炉渣“返干”由此可见，熔渣的组成（组分的浓度）、温度变化，熔渣的物相就会发生变化（SL、LS的转变），熟练了解和掌握这些过程的变化规律是冶金工作者的基本技能。要掌握这些物相转变的规律需要对相图有深刻的理解。内容大纲4.1 二元系相图4.2 三元系相图 4.4 熔渣

3、的结构理论 4.6 熔渣的离子溶液结构模型4.7 熔渣的活度曲线4.8 熔渣的化学性质4.9 熔渣的物理性质Hebei Polytechnic University内容大纲4.1 二元系相图二元系相图4.2 三元系相图 4.4 熔渣的结构理论 4.6 熔渣的离子溶液结构模型4.7 熔渣的活度曲线4.8 熔渣的化学性质4.9 熔渣的物理性质Hebei Polytechnic University4.1 二元系相图4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.1相图 对于凝聚相体系，相图是表示组分的组成和温度之间的相平衡关系。严格地说，相图是能够反映出一个多相体系中，组分的组成、体系的温度和压力不同

4、的条件下，该体系达到平衡时所处的状态。也就是说相图能够反映出该体系在平衡状态下的相态（即反映出该体系内有哪些相，每个相的组成以及各相之间的相对数量等等），这种几何图形称为相图，也称状态图或平衡图。相图的定义相图的定义4.1 二元系相图4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.1相图 相图中的点、线、面、体都代表着不同温度和压力下平衡体系中的各个相、相组成和各相之间相互转变的关系。相图三大定律吉布斯相律连续原理相应原理4.1 二元系相图4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.2 吉布斯相律吉布斯相律 表达了平衡体系中可以平衡共存的相数、独立组元数以及可以人为指定的独立变数的数目与体系自由度

5、之间的关系：式中，f自由度数；C独立组分数（独立组元数）；平衡共存相的数目（相数）；2表示影响体系平衡状态的外界因素，只考虑温度和压力。4.1 二元系相图4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.2 吉布斯相律吉布斯相律 这里2只考虑了温度和压力，其它因素如电场、磁场、重力场等对体系平衡的影响没有考虑。如果忽略压力对相平衡体系的影响，则可以得到冶金体系常用的减相律形式：1）C独立组元数独立组元数 4.1 二元系相图4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.2 吉布斯相律吉布斯相律 物种：体系中每一个能单独分离出来并独立存在的化学均匀物质。决定一个相平衡体系的成分必须的最少最少物种数称为物种

6、数称为独立组元数独立组元数。独立组元也称为独立组元也称为组元或组分组元或组分（1）体系中不发生化学反应4.1 二元系相图4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.2 吉布斯相律吉布斯相律 独立组元数的确定独立组元数=物种数 例如：盐水中的NaCl和H2O不发生化学反应，所以物种数为2，该体系的独立组元数也是2；白糖和砂子混在一起也不发生化学反应，故该体系的物种数和独立组元数也都是2。（2）体系存在化学反应例如：CaCO3加热分解存在下列反应：CaCO3=CaO+CO2 独立组元数C=3-1=2 4.1 二元系相图4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.2 吉布斯相律吉布斯相律 独立组元数

7、的确定独立组元数物种数-独立化学平衡关系式数（3）同一相内存在一定的浓度关系例如：氧化汞分解反应：2HgO(s)=2Hg(g)+O2(g)达到平衡时Hg和O2存在浓度关系，因此：独立组元数C=3-1-1=1 4.1 二元系相图4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.2 吉布斯相律吉布斯相律 独立组元数的确定独立组元数物种数-独立化学平衡关系式数-独立浓度关系数4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.2 吉布斯相律吉布斯相律 2 2）相相体系中具有相同物理和化学性质的均匀部分的总和。相的概念 相与相之间有界面，并可用机械方法把它们分开，越过界面时性质就发生突变。相与物质的数量多少无关，也

8、与物质是否连续无关。4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.2 吉布斯相律吉布斯相律 2 2）相相（1）一个相可以由几种物质组成 例如，气相一般可由多种物质组成，空气就是由氧、氮、二氧化碳等气体组成的一个相；焦炉煤气为H2、CO、H2O等气体组成的混合物，相的特征注意：不相溶物质组成的液体则不是一个相 例如，油与水互不相溶，混合在一起为两相。4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.2 吉布斯相律吉布斯相律 2 2）相相（2）一种物质可以有几个相 例如，H2O可以有固相冰、液相水和气相水蒸气等不同的相；固态铁在不同温度下也能形成不同的晶型，包括Fe、Fe和Fe，其中Fe为面心立方，Fe和

9、Fe为体心立方。相的特征4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.2 吉布斯相律吉布斯相律 2 2）相相（3）固体机械混合物中，有几种物质就有几个相 例如，粗锑白粉中的Sb2O3、As2O3、PbO虽颗粒很细，混合得也很均匀，但仍然是不同的相；白糖和砂子混合在一起，仍然是两个相。相的特征4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.2 吉布斯相律吉布斯相律 2 2）相相（4）一个相可以连续成一个整体，也可以不连续 例如，水中的许多冰块，所有冰块的总和仍为一个相（固相），而水又为另一个相（液相）。相的特征4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.2 吉布斯相律吉布斯相律 3）f自由度自由度 在

10、一定条件下，一个处于平衡的体系所具有的独立变量数目称为自由度。自由度 这些独立变数在一定范围内可以任意和独立地改变，而不会影响体系中共存相的数目和相的形态，即不会引起原有相的消失或新相的产生。这些变数主要指组成（即浓度）、温度和压力等。4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.2 吉布斯相律吉布斯相律 3）f自由度自由度 自由度 对单元系而言，如果只有一相存在，则自由度为2，故在平面图上可用一个区域表示；如果两相共存，则自由度为1，在平面图上便是一根曲线表示；如果三相共存，则自由度为零，即只能在一定的温度和压力下才能实现，在相图上仅有一个点。4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.2 吉

11、布斯相律吉布斯相律 3）f自由度自由度 水的相图 作为单元系，水最多可能有两个自由度。f=2时处于液相、固相和气相区。f=1时处于s-l、s-g和l-g线上。f=0时为0点。4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.2 吉布斯相律吉布斯相律 3）f自由度自由度 对于二元系，最多可能有三个自由度，除了温度、压力外，还有组元的相对含量（浓度）。要全面表示体系的可能情况，需要用三维的立体相图，对于凝聚体系，压力的若干变化不会对相图的形状发生显著的影响，所以可用恒压截面图表示在一般压力下的相图，如金属和合金相图、硅酸盐相图、熔盐相图等等，都只以组成和温度作为独立变量。4.1.1 二元系相图的基本知识

12、4.1.1.2 吉布斯相律吉布斯相律 3）f自由度自由度 简单的二元相图，横坐标表示组元浓度，纵坐标表示体系的温度。4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.3 连续原理连续原理 当决定体系状态的那些参数连续发生变化时，在新相不出现、旧相不消失的情况下，体系中各相的性质以及整个体系的性质也连续变化这时自由度不会发生变化。连续原理4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.3 连续原理连续原理 在液相区，降低体系的温度，溶液的黏度会发生变化：温度由T1T2，溶液的黏度由12，这里黏度的变化会随着温度的变化而连续变化，这里应是黏度的量变过程。4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.3 连续原

13、理连续原理 如果体系的组元数不变，而相数发生变化，则自由度发生变化，体系各相的性质以及整个体系的性质都要发生跃变，这种跃变实际是一种质变过程。4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.4 相应原理 给定的一个热力学体系，任一互成平衡的相或相组（体系点和组分点）在相图中都有一定的几何元素（点、线、面、体）与之对应。相应原理4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.5 二元相图的绘制二元相图的绘制 具具体体方方法法：用组分A和组分B配制成分不同的样品（由纯A到纯B）放在特制的容器中，加热、熔化，然后冷却，记录样品的冷却曲线。二元系相图是通过冷却曲线（或加热曲线）绘制的冷却曲线即样品温度随时间变

14、化的曲线。4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.5 二元相图的绘制二元相图的绘制 4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.5 二元相图的绘制二元相图的绘制 由于实际的二元系混合体系可能发生化学反应生成多种化合物，随着温度的变化，化合物的晶型结构也会发生变化，因此实际的二元相图读取是非常复杂的过程，只有掌握了简单二元系相图的读取，才能进行复杂二元系的读取。4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.1.5 二元相图的绘制二元相图的绘制 简单二元系相图应掌握的内容（2）分析不同体系点的冷却过程：分析体系点不同温度下存在哪些相（落在哪个相区，就存在哪些相）、每个相的组成如何（确定液相点和固相点

15、）、每个相的相对数量如何（利用杠杆规则确定）。（1）利用相图可以绘制不同体系点的冷却曲线；4.1 内容大纲4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.2 简单低共熔型二元系相图简单低共熔型二元系相图4.1.3 含有中间化合物的二元系相图4.1.4 含固溶体的二元系相图4.1.5 冶金过程中主要的二元渣系相图Hebei Polytechnic University4.1 二元系相图4.1.2 简单低共熔型二元系相图 体系的两个组分在液态下完全互溶，固态下液态下完全互溶，固态下完全不互溶完全不互溶，即体系中只能出现一种液体（两个组分的液态混合物）和两种固相。特特 征征4.1 二元系相图4.1.2 简单

16、低共熔型二元系相图 简单低共熔二元系由四个面、三条线和一个共晶点组成。简单低共熔型二元系相图4.1 二元系相图4.1.2 简单低共熔型二元系相图冷却过程分析冷却过程分析4.1 二元系相图4.1.2 简单低共熔型二元系相图杠杆规则杠杆规则 体系冷却到H 点时体系液相和固相的质量关系：体系冷却到二元共晶温度的瞬间，即刚刚到达R 点时：4.1 二元系相图4.1.2 简单低共熔型二元系相图杠杆规则的作用杠杆规则的作用 知道熔体最初的总质量，我们就可以分别求出冷却过程中不同温度时固相和液相的质量。4.1 内容大纲4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.2 简单低共熔型二元系相图4.1.3 含有中间化合物

17、的二元系相图含有中间化合物的二元系相图4.1.4 含固溶体的二元系相图4.1.5 冶金过程中主要的二元渣系相图Hebei Polytechnic University4.1 二元系相图4.1.3 含有中间化合物的二元系相图特特 征征 只有一个中间化合物，而且没有固熔体生没有固熔体生成（或固态完全不互溶），液态完全互溶成（或固态完全不互溶），液态完全互溶的简单的简单的二元系相图。的二元系相图。4.1 二元系相图4.1.3 含有中间化合物的二元系相图 同成分熔化化合物同成分熔化化合物：化合物在熔化时生成的液相组成与化合物的组成相同。异成分熔化化合物异成分熔化化合物：化合物在熔化时分解为液相和另一组

18、成与原化合物不同的固相。化合物的种类化合物的种类4.1 二元系相图4.1.3 含有中间化合物的二元系相图含有中间化合物的二元系相图含有中间化合物的二元系相图(a)有同成分熔化化合物生成的二元系相图；(b)有异成分熔化化合物生成的二元系相图 4.1 二元系相图4.1.3 含有中间化合物的二元系相图 相图副分为A-C和C-B两个简单低共溶型二元系相图；熔体的结晶过程也与简单低共熔二元系相图的分析方法一致，唯一不同的是两个二级相图组分点的浓度需要换算。4.1 二元系相图4.1.3 含有中间化合物的二元系相图有异成分熔化化合物生成的二元系相图 冷却曲线1：LB L+BC L多，B少 LC LA+C 冷

19、却曲线2：LB L+BC L与B相当 冷却曲线3：LB L+BC L少，B多 4.1 内容大纲4.1.1 二元系相图的基本知识4.1.2 简单低共熔型二元系相图4.1.3 含有中间化合物的二元系相图4.1.4 含固溶体的二元系相图含固溶体的二元系相图4.1.5 冶金过程中主要的二元渣系相图Hebei Polytechnic University4.1 二元系相图4.1.4 含固溶体的二元系相图含固溶体的含固溶体的二元系相图二元系相图固态下完全互溶的固态下完全互溶的连续固溶体相图连续固溶体相图 固态下部分互溶的固态下部分互溶的有限固溶体相图有限固溶体相图 4.1 二元系相图4.1.4 含固溶体的

20、二元系相图图-含固溶体的二元系相图(a)液固连续互溶的二元系相图；(b)含有最高点的连续互溶二元系相图4.1 二元系相图4.1.4 含固溶体的二元系相图图-含固溶体的二元系相图(c)含最低点的连续互溶二元系相图；(d)带有两个端际固溶体的二元系相图4.1 二元系相图4.1.4 含固溶体的二元系相图带有两个端际固溶体的二元系相图为固溶了少量B的A；为固溶了少量A的B；4.1 二元系相图4.1.4 含固溶体的二元系相图带有两个端际固溶体的二元系相图 冷却到液相线EHB时，开始有固溶体析出；熔体冷却到M点时，固液两相平衡：冷却到Q点时发生简单共晶反应：4.1 内容大纲4.1.1 二元系相图的基本知识

21、4.1.2 简单低共熔型二元系相图4.1.3 含有中间化合物的二元系相图4.1.4 含固溶体的二元系相图4.1.5 冶金过程中主要的二元渣系相图冶金过程中主要的二元渣系相图Hebei Polytechnic University4.1 二元系相图4.1.5 冶金过程中主要的二元渣系相图图-CaO-SiO2系相图 稳定的化合物 偏硅酸钙（CS）正硅酸钙（C2S）不稳定的化合物 硅酸三钙（C3S）二硅酸三钙（C3S2）4.1.5 冶金过程中主要的二元渣系相图CaO-C2S C2S-CSCS-SiO2 三个简单二元系 4.1.5 冶金过程中主要的二元渣系相图内容大纲4.1 二元系相图4.2 三元系相

22、图三元系相图 4.4 熔渣的结构理论 4.6 熔渣的离子溶液结构模型4.7 熔渣的活度曲线4.8 熔渣的化学性质4.9 熔渣的物理性质Hebei Polytechnic University4.2 三元系相图 当多元系的热力学性质主要由三个组元决定时，我们就可以将多元系简化为三元系。三元系组元的浓度常用罗策布三角形表示。三元系相图的意义三元系相图的意义4.2 内容大纲4.2.1 三元系相图的基本知识三元系相图的基本知识 4.2.2 完全互溶型三元系相图 4.2.3 简单低共熔三元系相图 4.2.4 实际三元系相图的分析方法 4.2.5 物系点冷却过程分析实例 Hebei Polytechnic

23、 University4.2 三元系相图4.2.1 三元系相图的基本知识顶点：顶点：代表三个纯物质（A、B和C）；边：边：代表两个顶点代表的两个组元构成的二元系的浓度坐标线；三角形内的点：三角形内的点：代表A、B和C组成的体系点。4.2.1.1 罗罗策策布布浓浓度度三三角角形形 等边三角形等边三角形4.2 三元系相图4.2.1 三元系相图的基本知识1）过M点分别向三个边作平行线；2）六个交点；3）逆时针（或顺时针）方向读取平行线在各边所截线段（以顶点开始），该三条线段就分别表示A、B和C三组元的浓度。4.2.1.1 罗罗策策布布浓浓度度三三角角形形 M点浓度的确定点浓度的确定4.2 三元系相图

24、4.2.1 三元系相图的基本知识4.2.1.1 罗罗策策布布浓浓度度三三角角形形4.2 三元系相图4.2.1 三元系相图的基本知识4.2.1.1 罗罗策策布布浓浓度度三三角角形形 已知体系点M的组成（A浓度a%；B浓度b%；C浓度c%），可在浓度三角形内找到对应的体系点4.2.1 三元系相图的基本知识1）等含量规则 4.2.1.2 罗罗策策布布浓浓度度三三角角形形的的性性质质 平行于浓度三角形的任何一边的直线，在此线上的所有点代表的体系中，与直线相对顶角代表的组元浓度均相同。ab线上的O1、O2、O3点的组分C浓度相等4.2.1 三元系相图的基本知识2）等比例规则 4.2.1.2 罗罗策策布布

25、浓浓度度三三角角形形的的性性质质 从浓度三角形的一个顶点到对边的任意直线，线上所有点代表的体系点中，线两侧对应的二个组元浓度之比是常数。4.2.1 三元系相图的基本知识3）背向性规则 4.2.1.2 罗罗策策布布浓浓度度三三角角形形的的性性质质 等比例线上物系点的组成在背离其所在顶角的方向上移动时，体系将不断析出组分，而其内组分的浓度将不断减少，但其他组分的浓度比则保持不变。4.2.1 三元系相图的基本知识4）杠杆规则（直线规则）4.2.1.2 罗罗策策布布浓浓度度三三角角形形的的性性质质 若三元系中有两个组成点M 和N 组成一个新的物系O，那么O 点必定落在MN 连线上，其位置由M 和N 的

26、质量mM 和mN 按杠杆规则确定。两个组成点M 和N 组成一个新体系点O。4.2.1 三元系相图的基本知识4）杠杆规则（直线规则）4.2.1.2 罗罗策策布布浓浓度度三三角角形形的的性性质质 实际意义 液相冷却过程中存在固液两相区，固液相质量的计算：4.2.1 三元系相图的基本知识5）重心规则 4.2.1.2 罗罗策策布布浓浓度度三三角角形形的的性性质质 原物系点M1、M2、M3 的重量分别为m1、m2、m3，混合后形成质量为mO 的新物系点O，则O 必位于连线三角形M1M2M3的重心上。重心重心物理重心物理重心 4.2.1 三元系相图的基本知识6）切线规则判定相界线是共晶线还是转熔线判定相界

27、线是共晶线还是转熔线 4.2.1.2 罗罗策策布布浓浓度度三三角角形形的的性性质质 相界线为初晶面的分界线。CAB e1E为A和B初晶面的分界线；e2E为C和B初晶面的分界线；e3E为C和A初晶面的分界线。4.2.1 三元系相图的基本知识6）切线规则判定相界线是共晶线还是转熔线判定相界线是共晶线还是转熔线 4.2.1.2 罗罗策策布布浓浓度度三三角角形形的的性性质质 相界线可能发生共晶反应，也可能发生转熔反应。如何判断？CAB4.2.1 三元系相图的基本知识6）切线规则判定相界线是共晶线还是转熔线判定相界线是共晶线还是转熔线 4.2.1.2 罗罗策策布布浓浓度度三三角角形形的的性性质质 分界线

28、上任意一点所代表的熔体，在结晶瞬间析出的固相成分，由该点的切线与相成分点的连线之交点来表示；当交点位于相成分点之间，则这段分界线是低共熔线；当交点位于相成分点之外，则该段分界线是转熔线。4.2.1 三元系相图的基本知识6）切线规则判定相界线是共晶线还是转熔线判定相界线是共晶线还是转熔线 4.2.1.2 罗罗策策布布浓浓度度三三角角形形的的性性质质 L1：LA+B；L2：LA+B；L3：LA+B；L4：LB；Lb：L+AB；Lb发生转熔反应4.2.1 三元系相图的基本知识6）切线规则判定相界线是共晶线还是转熔线判定相界线是共晶线还是转熔线 4.2.1.2 罗罗策策布布浓浓度度三三角角形形的的性性

29、质质e1p为转熔线；e2E为共晶线；e3E为共晶线；e4E为共晶线；PE为共晶线。4.2.1 三元系相图的基本知识7）温度最高点规则(阿尔克马德或罗策布规则)判断单变线上的温度最高点判断单变线上的温度最高点 4.2.1.2 罗罗策策布布浓浓度度三三角角形形的的性性质质 在三元系中，若连接平衡共存两个相的成分点的连线或其延长线，与划分这两个相的分界线或其延长线相交，那么该交点就是分界线上的最高温度点。4.2.1 三元系相图的基本知识7）温度最高点规则(阿尔克马德或罗策布规则)判断单变线上的温度最高点判断单变线上的温度最高点 4.2.1.2 罗罗策策布布浓浓度度三三角角形形的的性性质质 E1E2是

30、C+D同时析出的最低共熔线，根据阿尔克马德规则，连结CD直线，与E1E2线的交点M就是这条最低共熔线的最高点，降温矢指向离开该点的方向。4.2.1 三元系相图的基本知识8）三元系零变点的判断规则 判断零变点的性质，是共晶点还是转熔点判断零变点的性质，是共晶点还是转熔点 4.2.1.2 罗罗策策布布浓浓度度三三角角形形的的性性质质 在复杂三元系中，三条相界线的交点三条相界线的交点其自由度为零，称为零变点。零变点4.2.1 三元系相图的基本知识8）三元系零变点的判断规则4.2.1.2 罗罗策策布布浓浓度度三三角角形形的的性性质质1）若三条相界线温度降低的方向都指向该点，则此点就是三元共晶点 2）若

31、三条相界线的温降方向不全指向三条界线的交点，即有一条或两条相界线的温降方向离开该点，则此点称之为转熔点 4.2.1 三元系相图的基本知识8）三元系零变点的判断规则4.2.1.2 罗罗策策布布浓浓度度三三角角形形的的性性质质1 1）单降点）单降点转熔点中有一条相界线的降温矢背离该点；转熔反应为L+S1=S2+S3 2 2）双降点）双降点转熔点中有两条相界线的降温矢背离该点；转熔反应为L+S1+S2=S3 4.2 内容大纲4.2.1 三元系相图的基本知识 4.2.2 完全互溶型三元系相图完全互溶型三元系相图 4.2.3 简单低共熔三元系相图 4.2.4 实际三元系相图的分析方法 4.2.5 物系点

32、冷却过程分析实例 Hebei Polytechnic University4.2.2 完全互溶型三元系相图 4.2 三元系相图 固液完全互溶型三元系相图 有最高点的完全互溶型三元系相图 有最低点的完全互溶型三元系相图 既无最高点也无最低点的完全互溶既无最高点也无最低点的完全互溶型三元系相图型三元系相图 4.2.2 完全互溶型三元系相图 4.2.2.1立体图4.2.2 完全互溶型三元系相图 4.2.2.2 等温截面 在某个指定温度下，用平行底面浓度三角形的平面，截取三元系立体图，再将其投影到底平面得到的图形。等温截面图等温截面图4.2.2 完全互溶型三元系相图 4.2.2.2 等温截面 在两相平

33、衡区域，连接两个平衡相成分点的直线。结线L2S2L2：液相点S2：固相点P2：体系点 三点结线规则4.2.2 完全互溶型三元系相图 4.2.2.2 等温截面 平行于底面且过T2温度的平面。4.2.2 完全互溶型三元系相图 4.2.2.3 变温截面图 垂直于底面浓度三角形的平面去截立体相图，把所得交线正面投影到该截面上，得到的图形即为变温截面图。变温截面图变温截面图 变温截面是实验测定多元相图的方法之一，即通过实验测定若干个变温截面，再由这些变温截面图上相应的点、线和面确定整个体系的完整相图。4.2.2 完全互溶型三元系相图 4.2.2.3 变温截面图 过过CN的变温截面图的变温截面图4.2.2

34、 完全互溶型三元系相图 4.2.2.3 变温截面图 过过EF的变温截面图的变温截面图4.2 内容大纲4.2.1 三元系相图的基本知识 4.2.2 完全互溶型三元系相图 4.2.3 简单低共熔三元系相图简单低共熔三元系相图 4.2.4 实际三元系相图的分析方法 4.2.5 物系点冷却过程分析实例 Hebei Polytechnic University4.2.3 简单低共熔三元系相图 4.2 三元系相图 A、B、C三个组元在液态可以液态可以完全互溶完全互溶，在固固态完全不互溶。态完全不互溶。4.2.3 简单低共熔三元系相图 4.2 三元系相图三个初晶面 三条二次结晶线（低共熔线）三个初晶体一个三

35、元共晶点 三个二次结晶体一个三元共晶空间4.2.3 简单低共熔三元系相图 4.2.3.1立体图1）三个初晶面 A（Ae3Ee1A）B（Be1Ee2B）C（Ce2Ee3C）4.2.3 简单低共熔三元系相图 4.2.3.1立体图2）三条二次结晶线e1E e2Ee3E4.2.3 简单低共熔三元系相图 4.2.3.1立体图3）一个三元共晶点 三条二次结晶线的交点，三元熔体与三个纯组元的固相平衡共存的点。E4.2.3 简单低共熔三元系相图 4.2.3.1立体图4）三个初晶体上面：C的初晶面Ce3Ee2CC的初晶体(五个曲面)两个侧面：Ce2Te2CCe3Te3CTe2Te2Te3Te3Te1Te1两个下

36、曲面：Te2e2EC Te2A”B”C”Te3e3EC Te34.2.3 简单低共熔三元系相图 4.2.3.1立体图5）三个二次结晶体后面：Te3Te3A”C”A+C的二次结晶体(四个曲面)下面：A”EC”左侧上面：Te3A”Ee3Te3Te2Te2Te3Te3Te1Te1右侧上面：Te3e3EC Te3A”B”C”4.2.3 简单低共熔三元系相图 4.2.3.1立体图6）一个三元共晶空间 平面A”B”C”将三个纯组元的晶体与上端的三元熔体隔开，因此又称为固相面。Te2Te2Te3Te3Te1Te1A”B”C”4.2.3 简单低共熔三元系相图 4.2.3.2 等温截面图 过立体图纵向一等温点的

37、温度平面温度平面与初晶面初晶面的交线组成的相图。4.2.3 简单低共熔三元系相图 4.2.3.3 变温截面图过HK线的变温截面图 4.2.3 简单低共熔三元系相图 4.2.3.3 变温截面图过CN线的变温截面图 4.2 内容大纲4.2.1 三元系相图的基本知识 4.2.2 完全互溶型三元系相图 4.2.3 简单低共熔三元系相图 4.2.4 实际三元系相图的分析方法实际三元系相图的分析方法 4.2.5 物系点冷却过程分析实例 Hebei Polytechnic University4.2.4实际三元系相图的分析方法 平面图三元系立体图垂直投影到底平面的浓度三角形上，就可以得到平面图。1）体系点的

38、冷却过程2）固液相成分3）固液相含量4.2.4实际三元系相图的分析方法 4.2.4.1 三元系相图的点、线、面 面：初晶面线：单变线二元共晶线或二元转熔线点：三元无变量点或称零变点三元共晶点或三元转熔点4.2.4实际三元系相图的分析方法 4.2.4.1 三元系相图的点、线、面 面A、B、C、D单变线e1P、e2E、e3E、e4P和PEP转熔点E共晶点4.2.4实际三元系相图的分析方法 4.2.4.2 判断化合物的稳定性 稳定化合物稳定化合物：化合物的组成点（成分点）在自己的结晶区之内者；不稳定化合物不稳定化合物：化合物的成分点在自己的结晶区之外者。加热熔化后化合物的组成不变，即在液相中能够找到

39、该化合物的分子，那么该化合物即为稳定化合物；加热后易分解的为不稳定化合物，在液相中也找不到该化合物分子4.2.4实际三元系相图的分析方法 4.2.4.2 判断化合物的稳定性 稳定化合物不稳定化合物4.2.4实际三元系相图的分析方法 4.2.4.3 三角形划分规则 如果在三元系中存在多个化合物，那么在浓度三角形内就存在多个纯组分点，这时要分析该相图，就需要将原浓度三角形副分为多个小三角形，这就需要利用三角形划分规则，或称三角形副分规则。三角形副分的原因4.2.4实际三元系相图的分析方法 4.2.4.3 三角形划分规则（1 1）连线规则）连线规则 连接相邻组分点（体系基本组分点和形成的化合物）构成

40、三角形，稳定化合物及基本组分点之间用实线连接，但它们与不稳定化合物之间的连线用虚线连接。4.2.4实际三元系相图的分析方法 4.2.4.3 三角形划分规则（1 1）连线规则）连线规则稳定化合物不稳定化合物4.2.4实际三元系相图的分析方法 4.2.4.3 三角形划分规则（2 2）四边形对角线不相容原理）四边形对角线不相容原理 三元系中如果存在四个固相点（或组分点）构成的四边形，只有一条对角线上的两个固相可平衡共存。4.2.4实际三元系相图的分析方法 4.2.4.3 三角形划分规则（2 2）四边形对角线不相容原理）四边形对角线不相容原理D1D2M 取M点熔体冷却后做物相分析，若出现B和D2两相，

41、则连接BD2；若出现C和D1两相，则连接CD1。4.2.4实际三元系相图的分析方法 4.2.4.3 三角形划分规则（3）体系内有几个无变量点就有几个分三角形。（4）划分出的三角形不一定为等边三角形。4.2.4实际三元系相图的分析方法 4.2.4.4 三元无变量点的归属就近原则就近原则 三元无变量点离那个小三角形近，该三元无变量点就是哪个小三角形的无变量点。一般来说对应的无变量点位于该三角形内时，该无变量点为共晶点；对应的无变量点位于该三角形外时，该无变量点为转熔点。根据三角形划分规则，体系内有几个无变量点就有几个小三角形，也就是说无变量点与小三角形是一一对应的关系，那么它们是如何对应的呢？4.

42、2.4实际三元系相图的分析方法 4.2.4.4 三元无变量点的归属就近原则就近原则 P点离ADC近，即P点为ADC的无变量点；E点离DBC近，即E点为DBC的无变量点。4.2.4实际三元系相图的分析方法 4.2.4.5 体系点（组分点）结晶终点的判断 体系点位于哪个小三角形内，结晶就在哪个小三角形的三元无变量点结束。判定原则4.2.4实际三元系相图的分析方法 4.2.4.5 体系点（组分点）结晶终点的判断 M1的结晶终点是ADC的三元无变量点P，固相组成：A+D+C；M2的结晶终点是DBC的三元无变量点E，固相组成：D+B+C。M1M24.2.4实际三元系相图的分析方法 4.2.4.6 相界线

43、性质的判断（1 1）利用切线规则）利用切线规则 相界线的切线与组分点的连线相交，该相界线为共晶线；相界线的切线与组分点连线的延长线相交，该相界线为转熔线。4.2.4实际三元系相图的分析方法 4.2.4.6 相界线性质的判断（2）温降方向判断 利用温度最高点规则判断相界线上的温度最高点，从而判断单变线的温降方向。4.2.4实际三元系相图的分析方法 4.2.4.7 零变点（三元无变量点）性质的判断 三条相界线的交点三条相界线的交点为无变量点（或零变点）共晶点：用E表示 转熔点：用P表示 4.2.4实际三元系相图的分析方法 4.2.4.8 结晶过程中平衡共存相组成及质量的确定 平衡相质量：三点是指液

44、相点、固相点和物系点（体系点），三点在一条直线上，利用杠杆规则就可以确定固、液相的质量。三点结线规则（也称杠杆规则）三点结线规则（也称杠杆规则）平衡共存相组成：液相点和固相点的组成4.2 内容大纲4.2.1 三元系相图的基本知识 4.2.2 完全互溶型三元系相图 4.2.3 简单低共熔三元系相图 4.2.4 实际三元系相图的分析方法 4.2.5 物系点冷却过程分析实例物系点冷却过程分析实例 Hebei Polytechnic University4.2.4物系点冷却过程分析实例确定相界线的性质；三元无变量点的性质（是E还是P）；划分三角形；确定物系点的结晶终点在哪个零变点；确定结晶终点固相物质

45、。4.2 三元系相图分析过程4.2.4物系点冷却过程分析实例（1）M1点的冷却过程分析 M1M2L1 冷却到液相面时，开始析出固相A：LA 冷却到L1点时，继续析出固相A，液相点为L1 进一步冷却发生A、C的共晶反应：LA+C 冷却到P点时开始发生转熔反应：L+AD+C 转熔过程中液相少，最终固相含有A、D和C 4.2.4物系点冷却过程分析实例（1）M1点的冷却过程分析 M1M2L1 液相点和固相点的变化规律4.2.4物系点冷却过程分析实例（2）M2点的冷却过程分析 M1M2L1 冷却到液相线时，开始析出固相A：LA 继续冷却，发生转熔反应：L+AD 冷却到P1时，A完全消耗，LD 冷却到L2

46、点时，开始发生共晶反应：LD+C冷却到E点开始发生三元共晶反应：LD+B+CP1 L2 剩余的液相在E点全部转化为固相，最终固相为D、B、C 4.2.4物系点冷却过程分析实例（2）M2点的冷却过程分析 M1M2 液相点和固相点的变化规律BAC(BC)(AB)X中南大学硕士研究生入学试题！分析组分点x熔体的冷却过程。（30分）BAC(BC)(AB)X(AB)初晶区A初晶区C初晶区B初晶区(BC)初晶区D1D2不相邻初晶区的组分点不能相连！确定初晶区，三角形划分！BAC(BC)(AB)XD1ACBD2D1D2温降方向、三元无变量点性质！P1P2EX结晶终点E终点组成：D2+C+ABAC(BC)(A

47、B)XD1ACBD2D1D2冷却过程：P1P2EL BL+BD2L+BD2LD2LA+D2LA+D2+C内容大纲4.1 二元系相图4.2 三元系相图 4.4 熔渣的结构理论熔渣的结构理论 4.6 熔渣的离子溶液结构模型4.7 熔渣的活度曲线4.8 熔渣的化学性质4.9 熔渣的物理性质Hebei Polytechnic University分子结构理论离子结构理论4.4 熔渣的结构理论两种结构理论4.4.1 分子结构假说（理论）1）熔渣的基本结构单元为电中性的分子 4.4 熔渣的结构理论1.1.要要 点点例如：CaO、MgO、FeO、Al2O3、FeS简单分子:以简单氧化物存在的为自由氧化物，又

48、称自由分子复杂分子：以复杂氧化物存在的为复合氧化物，又称结合分子例如：、4.4.1 分子结构假说（理论）4.4 熔渣的结构理论1.1.要要 点点2）结构单元间的作用力为分子间的引力（范德华力）3）熔渣可视为理想溶液 4）简单分子与复杂分子之间存在动态平衡 5）只有自由氧化物分子具有反应能力 4.4.1 分子结构假说（理论）1）定量计算困难，容易产生很大误差。原因是熔渣中复合化合物种类多、数量大，分子式很难确定。4.4 熔渣的结构理论2.2.缺缺 点点2）不能解释FeO也能脱硫的事实。硫在FeO渣和铁水中的分配比可达3.6。3）无法解释熔融炉渣的带电现象。4.4.1 分子结构假说（理论）4.4

49、熔渣的结构理论3.3.熔渣组分活度的计算熔渣组分活度的计算式中，组分B的自由氧化物物质的量 熔渣中自由氧化物和复杂氧化物物质的量的总和4.4.1 分子结构假说（理论）4.4 熔渣的结构理论例题（P164）熔渣成分w(CaO)=27.6%、w(SiO2)=17.5%、w(FeO)=29.3%、w(Fe2O3)=5.2%、w(MgO)=9.8%、w(P2O5)=2.7%、w(MnO)=7.9%，假设渣中有下列复合化合物：4CaOP2P5、4CaO2SiO2、CaOFe2O3有这些复合化合物不发生离解，MgO、MnO与CaO视为同等性质的碱性氧化物，试求CaO及FeO的活度。4.4.1 分子结构假说

50、（理论）4.4 熔渣的结构理论解：计算熔渣组分活度的公式：x(CaO)为自由CaO的摩尔分数；x(FeO)为自由FeO的摩尔分数。4.4.1 分子结构假说（理论）4.4 熔渣的结构理论解：首先计算100g熔渣中各种氧化物的物质的量：4.4.1 分子结构假说（理论）4.4 熔渣的结构理论解：假定熔渣中酸性氧化物都以复杂氧化物形式存在，则：这些复杂氧化物形成是消耗了CaO4.4.1 分子结构假说（理论）4.4 熔渣的结构理论解：因此熔渣中碱性氧化物（CaO、MgO、MnO）的物质的量：MgOMgOMnOMnOSiO2SiO2Fe2O3P2O5MgOCaO4.4.1 分子结构假说（理论）4.4 熔渣