熔渣的相平衡图ppt课件.ppt
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1、2.2 熔渣的相平衡图,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图一、CaO-SiO2二元系二、Al2O3-SiO2二元系三、CaO-Al2O3二元系四、FeO-SiO2二元系五、CaO-FeO与CaO-Fe2O3二元系2.2.2 CaO-Al2O3-SiO2三元系相平衡图2.2.3 CaO-FeO-SiO2三元系相平衡图,2.2 熔渣的相平衡图,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,一、CaO-SiO2 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:CaOSi
2、O2(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C2S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
3、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
4、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、Al2O3-SiO2 二元系,历史回
5、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
6、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、CaO-Al2O3 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
7、,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、FeO-SiO2 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 1205C时,反应向左进行。FeOSiO2(FS)仅存在于熔体中,不会在熔度图中出现。,2.2.1
8、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)F2S将FeOSiO2二元系分成SiO2F2S和F2SFeO两个分二元系。F2SFeO分二元系:简单低共熔型,低共熔温度1180C。SiO2F2S分二元系:靠近SiO2一侧,当温度高于1698C时,体系中出现一个很宽的液相分层区;此分二元系包含一个低共熔点(1175C)。体系中还存在一些高价铁的氧化物,如Fe2O3或Fe3O4。,图225,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,附:Fe2O3含量的折算,FeO为非定组成化合物,而是溶解有Fe3O4的固溶体,其中一部分Fe以Fe2O3形态存在;FeO的硅酸盐熔化后
9、易分解:3FeO=Fe2O3+Fe,FeO容易氧化为Fe2O3;在大气压力下,沿液相线温度,相应组成的熔体中含有的Fe2O3由正硅酸铁(F2S)处的2.25%增高至纯FeO处的11.56%;在作该二元系状态图时,须将Fe2O3折算为FeO:(%FeO)=%FeO+y(%Fe2O3)%FeO 体系中FeO(Fe2+)的化学分析数据(重量百分数);%Fe2O3 体系中Fe2O3(Fe3+)的化学分析数据(重量百分数);y 折算系数。,图225,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,全氧折合法3FeO Fe2O3+Fey全氧 215.55/159.7=1.35全铁折合法2FeO(1/2)O2 Fe2
10、O3y全铁 143.7/159.7=0.9通常采用全铁折合法在相平衡实验中或取样分析过程中,试样(特别是表面层)中的低价铁很可能部分地被空气氧化为高价铁。,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,体系特点(续)当SiO2含量为30%左右时,亚铁硅酸盐炉渣的熔化温度约为1200C。理论上,这样的熔化温度符合有色金属矿物的造流熔炼及还原熔炼的要求。实际选用的炉渣中,FeO含量不宜过高。这种熔渣的比重大,不利于渣锍或渣金属的分离。随FeO含量增加,重金属硫化物在渣中的溶解度(损失)增大。用高铁质碱性炉渣进行还原熔炼时,FeO也可能部分地被还原为金属铁,可能造成炉缸积铁。加入CaO,改善炉渣的性能。,图
11、225,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,五、CaO-FeO 二元系,体系特点此体系不是一个真正的二元系,而是与金属铁平衡的CaOFeOFe2O3三元系相图在CaOFeO边的投影。体系中有一个不一致熔融化合物2CaOFe2O3,分解温度1133C。2CaOFe2O3与FexO形成低共熔体,低共熔温度1125C。,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,六、CaO-Fe2O3 二元系,体系特点两性氧化物Fe2O3与CaO形成一个一致熔融化合物:2CaOFe2O3(C2F),熔点1449C。2个不一致熔融化合物:CaOFe2O3(CF)和CaO2Fe2O3(
12、CF2)CaOFe2O3:分解温度1218C;CaO2Fe2O3仅在11501240C范围内稳定存在。CF和CF2的熔化温度均在1440C以下 Fe2O3是石灰(CaO)的有效助熔剂。,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,1、CaO-Al2O3-SiO2三元系的应用冶金炉渣如高炉炼铁炉渣、铸钢保护渣、炉外精炼渣、锡电炉炉渣、氧化铝生产熟料硅酸盐领域如耐火材料、玻璃、水泥、陶瓷,2.2.2 CaO-Al2O3-SiO2三元系相平衡图,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,1 硅酸盐水泥2 高炉渣3 玻璃,4 耐火材料5 陶瓷6 高铝砖、莫来石、刚玉,图22
13、8 CaOAl2O3SiO2体系中各种材料的组成范围,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,该体系有10个二元化合物和2个三元化合物。共有15个组元及与之相应的15个初晶区。可划分为15个子三角形,对应15个无变点。其中 8个低共熔点 8个独立三角形;7个转熔点 无对应的独立三角形。23条二元低共熔线,5条二元转熔线。8个二元低共熔点,5个二元转熔点。,2、CaO-Al2O3-SiO2三元系相图及其特点,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,在靠近纯 SiO2 附近有一个不大的液相分层区。当Al2O3含量达到3时,液相分层区消失。SiO2初晶区内,有
14、一条1470C的方石英与鳞石英之间的晶型转变线。组成位于以三元低共熔点1和2(1170C 和1310C)为中心的周围区域中的炉渣体系具有较低的熔化温度。高炉渣的组成通常位于此区域内。,体系特点(续),图229,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,表21 CaOAl2O3SiO2系中的化合物,图229,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,表22 CaOAl2O3SiO2系中的无变点,图229,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,3、CaO-Al2O3-SiO2三元系的等温截面图,图229,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,图229,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,图229,2.2
15、.1 重要的二元熔渣系相平衡图,1、CaO-FeO-SiO2三元系的应用有色冶金炉渣:炼铜炉渣、炼锡炉渣、炼铅炉渣碱性炼钢炉渣:转炉渣、电炉渣,2.2.3 CaO-FeO-SiO2三元系相平衡图,2.2.3 CaO-FeO-SiO2三元系相平衡图,2.2.3 CaO-FeO-SiO2三元系相平衡图,存在一系列固溶体和不一致熔融化合物,FeO易分解、氧化成Fe2O3或Fe3O4,测试较困难,测得的相图有一定差异。体系内有 5个 二元化合物和 1个 三元化合物;相图中共有9个初晶面;有一个宽广的液相分层区;有一个很大的正硅酸钙(C2S)初晶面;体系内有某些系列的连续固溶体;固相内发生复杂的化学变化
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