重慶大學-冶金原理-第4章ppt(1)

1、1引言引言三元系相圖的基本知識及基本類型三元系相圖的基本知識及基本類型 鋼鐵冶金主要二元渣系相圖鋼鐵冶金主要二元渣系相圖 三元渣系的相圖三元渣系的相圖 熔渣的結(jié)構(gòu)理論熔渣的結(jié)構(gòu)理論012342爐渣是火法冶金中形成的、以氧化物為主要成分的多組分熔體。爐渣是火法冶金中形成的、以氧化物為主要成分的多組分熔體。組成組成0分類分類 冶煉渣（還原渣）：冶煉渣（還原渣）：以礦石為原料進行還原熔煉，得到粗金屬的同時形以礦石為原料進行還原熔煉，得到粗金屬的同時形成的爐渣，稱為冶煉渣。如：冶煉鐵礦石得到的高爐渣。成的爐渣，稱為冶煉渣。如：冶煉鐵礦石得到的高爐渣。 富集渣：富集渣：將原料的某些有用成分富集于爐渣中，

2、以利用下道工序?qū)⑵浠貙⒃系哪承┯杏贸煞指患跔t渣中，以利用下道工序?qū)⑵浠?收的爐渣稱為富集渣。如：鈦精礦還原熔煉所得的高鈦渣，吹煉含收的爐渣稱為富集渣。如：鈦精礦還原熔煉所得的高鈦渣，吹煉含 釩、生鐵得到的釩渣、鈮渣等。釩、生鐵得到的釩渣、鈮渣等。 合成渣：合成渣：按爐渣所起的冶金作用，用各種造渣材料預先配制的爐渣按爐渣所起的冶金作用，用各種造渣材料預先配制的爐渣 稱為合成渣。如：電渣重熔用渣，保護渣，爐外精煉用渣。稱為合成渣。如：電渣重熔用渣，保護渣，爐外精煉用渣。 精煉渣（氧化渣）：精煉渣（氧化渣）：精煉粗金屬如用生鐵冶煉成鋼產(chǎn)生的爐渣，稱為精煉渣。精煉粗金屬如用生鐵冶煉成鋼產(chǎn)生的爐渣，

3、稱為精煉渣。 304爐渣是多種氧化物構(gòu)成的熔體。爐渣是多種氧化物構(gòu)成的熔體。CaO、SiO2 、Al2O3、FeO、MgO、Fe2O3 CaF2.主要的二元渣系相圖：主要的二元渣系相圖： 爐渣化學成分：爐渣化學成分： CaO-SiO2 ；Al2O3-SiO2 ；CaO-Al2O3 ；FeO-SiO2 ；CaO-Fe2O3 復習復習15穩(wěn)定化合物穩(wěn)定化合物(同份熔化化合物同份熔化化合物)：偏硅酸鈣偏硅酸鈣CaOSiO2（CS）正硅酸鈣正硅酸鈣2CaOSiO2（C2S）。）。不穩(wěn)定化合物不穩(wěn)定化合物(異份熔化化合物異份熔化化合物)：硅酸三鈣硅酸三鈣3CaOSiO2（C3S） 二硅酸三鈣二硅酸三鈣3

4、CaO2SiO2（C3S2）。）。 6C-C2S：具有一個共晶體的相圖具有一個共晶體的相圖 1250-19000C存在存在C3S，C3S = C+C2SC2S-CS：具有一個不穩(wěn)定化合物具有一個不穩(wěn)定化合物C3S2的相圖的相圖 14750C發(fā)生轉(zhuǎn)熔反應（包晶反應）：發(fā)生轉(zhuǎn)熔反應（包晶反應）： L+C2S = C3S2CS-S：液相有分層現(xiàn)象液相有分層現(xiàn)象 L1S在在CS相內(nèi)的飽和熔體相內(nèi)的飽和熔體 L2CS在在S內(nèi)的飽和熔體。內(nèi)的飽和熔體。三個分相圖：三個分相圖：C-C2S，C2S-CS，CS-S7一個不穩(wěn)定化合物：莫來石一個不穩(wěn)定化合物：莫來石3Al2O3.2SiO2(A3S2)，可溶解微量

5、的可溶解微量的Al2O3形成的固溶體。形成的固溶體。三個同份熔化化合物：三個同份熔化化合物：C12A7、CA、CA2，兩個異份熔化化合物：兩個異份熔化化合物：C3A、CA6。一個同份熔化化合物：鐵橄欖石一個同份熔化化合物：鐵橄欖石2FeO.SiO2(F2S)，SiO2高濃度端有液相分層高濃度端有液相分層 二個異份熔化化合物：二個異份熔化化合物： CaO.Fe2O3、CaO.2Fe2O3一個同份熔化化合物一個同份熔化化合物:2CaO.Fe2O3、。、。 8體系有三個獨立變量：體系有三個獨立變量： 溫度及任意兩個組分濃度。溫度及任意兩個組分濃度。三元相圖表示方法：三元相圖表示方法： 以等邊三角形表

6、示三個組分濃度的變化，以等邊三角形表示三個組分濃度的變化， 以垂直坐標軸表示溫度。以垂直坐標軸表示溫度。 29含義含義 三頂點三頂點A、B、C：表示體系的純組分。：表示體系的純組分。三條邊：分別為三個二元系。三條邊：分別為三個二元系。三角形內(nèi)的點：三元系的組成點。三角形內(nèi)的點：三元系的組成點。 物系點濃度的讀取方法物系點濃度的讀取方法 ( (1) )過過O作作BC、CA、AB邊的垂線，長度為邊的垂線，長度為a、b、c %100cbaaA%100cbabB%100cbacC10( (2) )過過O作作BC、CA、AB邊的平行線邊的平行線aa、bb、cc A= a ，B= b ，C= c 11等含

7、量規(guī)則：等含量規(guī)則：平行于一邊的直線上，各物系點所含對應頂角平行于一邊的直線上，各物系點所含對應頂角組分的濃度相同。組分的濃度相同。 等比規(guī)則：等比規(guī)則： 任一頂角與對邊點的連線上各點組成中，其兩旁任一頂角與對邊點的連線上各點組成中，其兩旁頂角組分的濃度比相同。頂角組分的濃度比相同。 背向規(guī)則：背向規(guī)則：若物系點降到若物系點降到O點溫度時開始析出點溫度時開始析出C，則液相線向，則液相線向CO延長線向移動，而其他兩組分（延長線向移動，而其他兩組分（A，B）的濃度）的濃度比保持不變。比保持不變。 FE12直線規(guī)則：直線規(guī)則：原物系點重量分別為原物系點重量分別為m，n，混合后形成新，混合后形成新物系

8、點物系點O，則：，則：O必位于必位于M，N連線上連線上 。mnNOMO此規(guī)則亦適用于一個相分解為兩個相。如此規(guī)則亦適用于一個相分解為兩個相。如O點重量為點重量為W，分解為，分解為M，N兩相，則兩相，則M，O，N必位于同一條直線上必位于同一條直線上 。WMNNOmWMNMOnWnm13重心規(guī)則：重心規(guī)則：原物系點原物系點M1，M2，M3的重量分別為的重量分別為m1，m2，m3 ，混合后形成新物系點混合后形成新物系點M，則，則M必位于連線三角形必位于連線三角形M1 M2 M3的重心上。的重心上。重心重心如何求出？如何求出？此規(guī)則亦適用于一個相分解為三個相的計算。如，此規(guī)則亦適用于一個相分解為三個相

9、的計算。如，M分解分解為為M1、M2、M3三個新相時，則有：三個新相時，則有： mammam11mbmmbm22mcmmcm33mmmm32114交叉位規(guī)則：交叉位規(guī)則：15共軛位規(guī)則：共軛位規(guī)則：mp=m3-(m1+m2)L+(S1+S2)=S3M16初晶面：初晶面：組分從液相析出固相的面，固液兩相平衡共存組分從液相析出固相的面，固液兩相平衡共存 L S1，自由度：自由度： f = C-+1= 3-2+1=2二元共晶線：二元共晶線：液相面兩兩相交的交線，兩個固相組分同液相面兩兩相交的交線，兩個固相組分同時從液相結(jié)晶析出，三相共存，時從液相結(jié)晶析出，三相共存， L S1+S2 。自由度：自由度

10、：f = C-+1=3-3+1 = 1 三元共晶點（無變量點）：三元共晶點（無變量點）：三條二元共晶線的交點，三三條二元共晶線的交點，三個組分同時從液相析出，四相共存，個組分同時從液相析出，四相共存， L = S1+S2+S3 。自由度：自由度：f = C-+1= 3-4+1=0。連接線：連接線：兩個純組分組成點的連接線兩個純組分組成點的連接線 。邊界線（相界線）：邊界線（相界線）：兩個結(jié)晶面（液相面）的交線兩個結(jié)晶面（液相面）的交線 17EABCe1e2e3Ee2e1e3tAtBtC18簡單共晶體相圖的等溫截面圖簡單共晶體相圖的等溫截面圖接界規(guī)則接界規(guī)則L19面：面：三個組分三個組分A、B、

11、C的初晶面的初晶面線：線：三條二元共晶線三條二元共晶線 e1E(LA+B) e2E(LA+C) e3E(LB+C)點：點：E為三元共晶點為三元共晶點 (LE=A+B+C)結(jié)晶過程分析結(jié)晶過程分析面、線、點分析面、線、點分析ACBA初初B初初E20面：面：A、B、C、D四個組元的四個組元的初晶面初晶面線：線：六條二元共晶線六條二元共晶線 點：點：兩個三元共晶點兩個三元共晶點E1、E2鞍心點鞍心點 e3此三元系可分為兩個獨立的子三元系：此三元系可分為兩個獨立的子三元系： A-B-D系系 、A-C-D系系 ；子三元系為子三元系為具有簡單三元共晶具有簡單三元共晶點點的相圖的相圖； 位于各分三角形內(nèi)的物

12、系點的結(jié)晶過程在位于各分三角形內(nèi)的物系點的結(jié)晶過程在 各自的三角形內(nèi)完成。各自的三角形內(nèi)完成。 面、線、點分析面、線、點分析結(jié)晶過程分析結(jié)晶過程分析ACDB21面：面：A、B、C、D四個組元的初晶面四個組元的初晶面線：線：九條二元共晶線九條二元共晶線 點：點：三個三元共晶點三個三元共晶點E1、E2、E3 三個鞍心點三個鞍心點e4、e5、e6 此三元系可分為三個獨立的子三元系：此三元系可分為三個獨立的子三元系： A-B-D系，系，A-C-D系，系，B-C-D系；系；子三元系為子三元系為具有簡單三元共晶具有簡單三元共晶點點的相圖的相圖；位于各分三角形內(nèi)的物系點的結(jié)晶過程位于各分三角形內(nèi)的物系點的結(jié)

13、晶過程 在各自的三角形內(nèi)完成。在各自的三角形內(nèi)完成。 面、線、點分析面、線、點分析結(jié)晶過程分析結(jié)晶過程分析22面、線、點分析面、線、點分析23面：面：A、B、C、D四個組元的初晶面四個組元的初晶面線：線：五條相界線五條相界線 e1E：二元共晶線：二元共晶線 LB+Ce2P：二元共晶線：二元共晶線 LA+Ce3E：二元共晶線：二元共晶線 LB+DPP：二元包晶線（轉(zhuǎn)熔線）：二元包晶線（轉(zhuǎn)熔線） L+ADPE：二元共晶線：二元共晶線 LC+D 點：點：三元共晶點三元共晶點E，LE=B+C+D 三元包晶點（轉(zhuǎn)熔點）三元包晶點（轉(zhuǎn)熔點）P：LP+A=C+D 面、線、點分析面、線、點分析ABCD24結(jié)晶

14、過程分析結(jié)晶過程分析a 25a點杠桿規(guī)則的應用舉例：點杠桿規(guī)則的應用舉例： 剛到剛到E點時，固、液相重量各為多少？點時，固、液相重量各為多少？（總重量為（總重量為W） 固相中固相中B、D重量各為多少？重量各為多少？ aEaaWWSL2WWWSL22BaDaWWDBSDBWWW26b12728293031三元相圖分析方法要點：三元相圖分析方法要點：物系點位置不變，改變的是液固相組成物系點位置不變，改變的是液固相組成任意時刻，液、固相總組成點與物系點共線任意時刻，液、固相總組成點與物系點共線 物系點所在的初晶面（結(jié)晶面），是最先析出的組元物系點所在的初晶面（結(jié)晶面），是最先析出的組元 物系點所在的

15、三角形，決定了液相最終消失的四相點，物系點所在的三角形，決定了液相最終消失的四相點，也決定了最終的固相由哪三個組元組成也決定了最終的固相由哪三個組元組成 32具有一個不穩(wěn)定三元化合物的三元系相圖具有一個不穩(wěn)定三元化合物的三元系相圖 AB33L上課練習上課練習P1MNoImageNoImage34 具有一個液相分層區(qū)的相圖具有一個液相分層區(qū)的相圖35 具有一個液相分層區(qū)的相圖具有一個液相分層區(qū)的相圖ABCMabcddcbm1m2aEmABLLa Lb3637有相界線（邊界線）的組分才能做連接線。有相界線（邊界線）的組分才能做連接線。連接線規(guī)則連接線規(guī)則 若連接線與相界線相交，則：若連接線與相界線

16、相交，則： a 交點是相界線上的溫度最高點；交點是相界線上的溫度最高點； b 化合物化合物D D在其初晶面內(nèi)，是一個穩(wěn)定化合物；在其初晶面內(nèi)，是一個穩(wěn)定化合物； c 連接線分三角形為兩個獨立的三元系；連接線分三角形為兩個獨立的三元系； d 兩個四相平衡點分別在它們的三角形內(nèi)。兩個四相平衡點分別在它們的三角形內(nèi)。若連接線與相界線不相交，則：若連接線與相界線不相交，則： a 相界線（相界線（PE）向背離連接線（）向背離連接線（CD）的方向傾斜；）的方向傾斜； b 化合物化合物D D不在其初晶面內(nèi)，是一個不穩(wěn)定化合物；不在其初晶面內(nèi)，是一個不穩(wěn)定化合物； c 連接線把三元系分為兩個部分，但兩部分不獨

17、立；連接線把三元系分為兩個部分，但兩部分不獨立； d BCD內(nèi)無四相平衡點，其四相平衡點內(nèi)無四相平衡點，其四相平衡點P在相鄰在相鄰 的三角形內(nèi)，是包晶點：的三角形內(nèi)，是包晶點：LP+B=C+D 相界線（邊界線），連接線相界線（邊界線），連接線 38液相面的交線稱為相界線，有兩類：液相面的交線稱為相界線，有兩類： 共晶線：共晶線：LS1+S2 包晶線：包晶線：L+ S1S2 性質(zhì)確定：切線規(guī)則性質(zhì)確定：切線規(guī)則 39切線規(guī)則示意圖切線規(guī)則示意圖分界線上任意一點所代表的熔體，在結(jié)晶瞬間析出的固相成分，由該分界線上任意一點所代表的熔體，在結(jié)晶瞬間析出的固相成分，由該點的切線與相成分點的聯(lián)線的交點來表

18、示。當交點位于相成分點之間，點的切線與相成分點的聯(lián)線的交點來表示。當交點位于相成分點之間，則這段分界線是低共熔線；當交點位于相成分點之外則這段分界線是則這段分界線是低共熔線；當交點位于相成分點之外則這段分界線是轉(zhuǎn)熔線；當交點在相成分點上，則該點為轉(zhuǎn)熔轉(zhuǎn)熔線；當交點在相成分點上，則該點為轉(zhuǎn)熔共晶的分界點。共晶的分界點。404142二元化合物二元化合物D在二元系中是穩(wěn)定的，在三元系中是不穩(wěn)在二元系中是穩(wěn)定的，在三元系中是不穩(wěn)定的化合物。定的化合物。 e4N：共晶線，：共晶線，LB+D NP：包晶線，：包晶線，L+BD 43二元化合物二元化合物D在二元相圖中是不穩(wěn)定的，在三元相圖中是穩(wěn)定的化合物在二

19、元相圖中是不穩(wěn)定的，在三元相圖中是穩(wěn)定的化合物。 PN：包晶線：包晶線，L+BD NE2：共晶線，共晶線，LB+D 4445具有一個不穩(wěn)定三元化合物的三元系相圖具有一個不穩(wěn)定三元化合物的三元系相圖 464748典型三元相圖典型三元相圖49簡單三元共晶相圖簡單三元共晶相圖緩冷過程分析緩冷過程分析abcdd50簡單三元共晶相圖簡單三元共晶相圖緩冷過程分析緩冷過程分析P1ALA（S）L、A （S）2ABCe1e2e3Ebab1P液液相相 固固相相 相相變變化化 共共存存相相 f1ALA（S） + B（S）L、A （S） 、 B（S）11EAbLA（S） + B（S）L、A （S） 、 B（S）1Eb

20、PLA（S） + B（S） + C（S）L、A （S） 、 B（S） 、C（S）051525354具有一個穩(wěn)定二元化合物的相圖具有一個穩(wěn)定二元化合物的相圖55具有一個穩(wěn)定三元化合物的相圖具有一個穩(wěn)定三元化合物的相圖5657三元系中的線與點三元系中的線與點D58三元系相界線與連接線三元系相界線與連接線5960利用相圖選擇合適的材料利用相圖選擇合適的材料 1-硅磚硅磚 2-普通酸性耐火材料普通酸性耐火材料 3-普通中性耐火材料普通中性耐火材料 4-剛玉質(zhì)高級耐火材料剛玉質(zhì)高級耐火材料 5-鋁酸鹽水泥鋁酸鹽水泥 6-硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥7-堿性渣成分堿性渣成分 8-高爐渣成分高爐渣成分 9-硅酸鹽玻

21、璃硅酸鹽玻璃 61利用相圖計算某種組成的熔渣凝固后的相成分利用相圖計算某種組成的熔渣凝固后的相成分 6263641400CaO-Al2O3-SiO2系等粘度曲線圖系等粘度曲線圖 (單位：泊單位：泊)651500CaO-Al2O3-SiO2系等粘度曲線圖系等粘度曲線圖 (單位：泊單位：泊)661400CaO-FeO-SiO2系等粘度曲線圖系等粘度曲線圖 (單位：泊單位：泊)676869EABCe1e2e3Ee2e1e3tAtBtC二元初晶線：26條70初晶區(qū)：2三個EABCe1e2e3Ee2e1e3tAtBtC71二元共晶線：33條EABCe1e2e3Ee2e1e3tAtBtC)()( , )(

22、)( , )()( , 121sAsCLEesCsBLEesBsALEe72二元共晶點：33個三元共晶點：41個固相面LE=A（s）+B （s） +C （s）EABCe1e2e3Ee2e1e3tAtBtC737475化合物化合物晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)密度（密度（g/cm3）熔化溫度（熔化溫度（）顯微硬度顯微硬度（kg/mm2）Al2O3三角系三角系3.9620523750CA6立方系立方系3.2818502200CA2單斜晶系單斜晶系2.9117501100CA立方體立方體2.981605930C12 A7立方體立方體2.831455C3A立方體立方體3.041535CaO立方體立方體3.34257

23、0400CaS立方體立方體2.502450不同鈣鋁酸鹽性能不同鈣鋁酸鹽性能ACA6 CA2 CA C12A7 C3ATundish StopperSubmerged Nozzle7677CaO.2Al2O3SiO2CaOAl2O3ZrO2SBa3.4612.6348.460.590.1480.68低碳含鋁鋼低碳含鋁鋼08Al水口結(jié)瘤物及成分水口結(jié)瘤物及成分優(yōu)化前優(yōu)化前優(yōu)化后優(yōu)化后3Ca+(Al2O3)=2Al+3(CaO)787980q二元相圖基本類型二元相圖基本類型8182838485液態(tài)部分互溶系統(tǒng)的液液平衡液態(tài)部分互溶系統(tǒng)的液液平衡86復雜系統(tǒng)復雜系統(tǒng)871）單相區(qū)：）單相區(qū)：A,B兩組

24、分能形成溶液或固溶體的部分。兩組分能形成溶液或固溶體的部分。相區(qū)內(nèi)的一點既代表系統(tǒng)的組成和溫度；相區(qū)內(nèi)的一點既代表系統(tǒng)的組成和溫度； 又代表該相的組成和溫度。又代表該相的組成和溫度。2）兩相區(qū)：）兩相區(qū)：處于兩個單相區(qū)或單相線之間。處于兩個單相區(qū)或單相線之間。相區(qū)內(nèi)的一點只代表系統(tǒng)的組成相區(qū)內(nèi)的一點只代表系統(tǒng)的組成和溫度；結(jié)線兩端點代表各相的和溫度；結(jié)線兩端點代表各相的組成和溫度。組成和溫度。OMNKOMN88兩相區(qū)內(nèi)適用杠桿規(guī)則兩相區(qū)內(nèi)適用杠桿規(guī)則OMNK893)凡是曲線都是兩相平衡線凡是曲線都是兩相平衡線。線上的一點為相點，表。線上的一點為相點，表示一個平衡相的狀態(tài)。示一個平衡相的狀態(tài)。4

25、)凡是垂直線都可看成單組分凡是垂直線都可看成單組分純物質(zhì)。純物質(zhì)。 如果是穩(wěn)定化合物：如果是穩(wěn)定化合物： 垂線頂垂線頂端與曲線相交，為端與曲線相交，為極大點極大點； 若是不穩(wěn)定化合物：若是不穩(wěn)定化合物：垂線頂垂線頂端與水平線相交，為端與水平線相交，為“T”形形905)凡是水平線基本上都凡是水平線基本上都是是“三相線三相線”。三相線三相線上上f = 0 。冷卻時，當物。冷卻時，當物系點通過系點通過(兩相平衡兩相平衡)曲曲線時，步冷曲線上出現(xiàn)線時，步冷曲線上出現(xiàn)一轉(zhuǎn)折：當物系點通過一轉(zhuǎn)折：當物系點通過三相線時，步冷曲線上三相線時，步冷曲線上出現(xiàn)平臺；出現(xiàn)平臺；(三相線的兩三相線的兩端點除外端點除外)。92基本原理：二組分體系 ，指定壓力不變，2C31*Cf12*f雙變量體系21*f單變量體系30*f無變量體系首先將二組分體系加熱熔化，記錄冷卻過程中溫度隨時間的變化曲線，即步冷曲線（cooling curve）。當體系有新相凝聚，放出相變熱，步冷曲線的斜率改變。，出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點； ，出現(xiàn)水平線段。據(jù)此在T-x圖上標出對應的位置，得到低共熔T-x圖。*1f*0f*2f*1f*1f*0fTt939495BCN00.81.0233253273293313333353373T/Kp2H O424(NH ) SO424(NH ) SO 的的 質(zhì)質(zhì) 量量 分分