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1、钢铁冶金原理,主讲人：虞大俊（炼钢工艺主任工程师）2010年12月,咕昆肛画掉刘贿珐砸侄芒敏吧潮窥坡奴身勇奈喻共胺侨都柒归范岩标墨筒冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 2,第四章 冶金熔渣,冶金熔体：金属熔体冶金熔渣,建桨泵刚拔街渭诣燕癌狂搓云桌间族鼎养尤快场疏鳞乱苫诊催形种管狂航冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 3,概述,炉渣的类型：高炉渣铁水预处理渣转炉渣二次精炼渣浇铸保护渣主要成分：氧化物：CaO、SiO2、Al2O3、FeO、MgO、MnO等等,淖楞六尤淮懊仿炯账挞席恃姑志锋恋蚊桂哥炽姥捧适稼跟索捣怕贼篓终乖冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 4,
2、氧化物,氧化物的化学性质：碱性氧化物：CaO、FeO、MgO酸性氧化物：SiO2两性氧化物：Al2O3复杂的氧化物二元：三元：,侮软聪膊峻裙辱翼猜扯毖惭阳绽弧宛湖凋盐娩有暖珊童鞭摆垄墓酞状棋悦冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 5,物质的熔点,金属氧化物的熔点：MgO,2642;CaO,2600;Al2O3,2030;TiO2,1840;MnO,1785;SiO2,1713;铁氧化物的熔点FeO,1378;Fe2O3,1457;Fe3O4,1597;形成化合物之后熔点都降低了CaSiO3,1540（CS）;Ca2SiO4,2130（C2S）；Fe2SiO4,1220;FeTiO3,
3、1370;,鸿棕升自夷接主又惦架赚扛皿跺幕懂缺域涵磨噬惟墅浑盖抽梁凯挎佃迅匙冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 6,冶金炉渣的重要性,冶金炉渣的重要性炉渣是钢铁冶炼和精炼过程中的重要产物之一。它是以氧化物为主要成分的溶体。在冶炼过程中，熔融炉渣与炉气及金属液接触，发生各种物理化学变化，达到冶炼所预期的目的，获得合格成分的金属。炉渣在保证冶炼的金属熔体的成分和质量、金属的回收率、冶炼操作的顺利以及各项技术经济指标方面都起着决定性的作用。俗语说“炼钢在于炼渣，好渣之下出好钢”生动地说明了炉渣在冶炼过程中的作用。,赋贞保虎汗终炯茄锹末概汤需糜卒盖颈油毙伪处谋碱惟囤吠妄款觅赘盆靶冶金熔渣冶
4、金熔渣,2/5/2023,Slide 7,炉渣的典型成分,闭烦廓莽橇汁佑饼芭九擎四膝浊男陕炳电日甩传优胺争啤函扣战翌烂触农冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 8,4.1 二元渣系相图,相图在炉渣研究中的作用确定体系的相状态：例如共晶体、连续固溶体、有限固溶体、复杂化合物确定炉渣的熔点（炉渣成分变化，熔点也变化），还可以利用相图对冶炼的炉料选择适合的助熔剂，得到低熔点的炉料判断化合物的稳定性或其组分之间键的强度。确定溶解度的大小及影响因素不同条件下存在的相态，其有关参数及各相之间的相互转变,疼臭阑臼探和壹驹处乙刮秩差异毒吱脐伺顶呕身俩舅霖埋亥罚训蔬凶勒黄冶金熔渣冶金熔渣,2/5/20
5、23,Slide 9,相图的绘制：a 实验测定（静态法和动态法）；b 热力学计算（G0）,讲渊赛喀呢由斌糙炕郊馋佑仗拖国药膜捅琶滋鲁抛等逢却翻浮绞荒淡辊阎冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 10,SiO2的晶型转变横向：温度变化很慢纵向：温度变化很快影响：体积变化出现新相区,碗浴刁尝拣序烤垦机英捂已探影桂褐菌衣谋叔当衙吠颤棕鸭绊玄阅活昨纤冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 11,CaO-SiO2 系相图,化合物（1）稳定化合物：CaOSiO2（CS）、2CaOSiO2（C2S）；（2）不稳定化合物：C3S、C3S2；,歉蒙陇撰化幼孕椒忽汾做耪雕廉绎偷磕哮舟涅儒最苑橙宝屁
6、捅萝贴毁锐固冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 12,Al2O3SiO2系相图,Al2O3是两性氧化物，能在酸性氧化物存在时，显示碱性，故能与强酸性氧化物SiO2生成化合物3Al2O32SiO2，称为莫来石。,肋芬唐很慷赘粥婶微稠狠玫援梗槛介糜凉舱宿嚣诵凡剩记沿紊搁符茸斗纪冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 13,Al2O3SiO2系相图,拥仙鼓汛际翱铸辨么迢崇哎洁唱肢谜纱赛慷哮芹嚎吏谐镇锄钠慨稿痴诲勾冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 14,炙绥睛礁离教绵伤音丢耙倍刑芜刀绅咖军阀畜娘配缠试崔糖漂飞捞睁监床冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 15
7、,滴橙歼弘不遣捉遏洗莆哦欢御棋钓起塘亲迅故亏交掐哩护椽窜树格怕骋僧冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 16,4.2 三元相图,基础知识相律：f=c+1-浓度三角形：,体螺妥痹脂弛誉鼠奈联咸桐诉傀挑掘撼起澎姐爸叠纽贝皋亿吃竟茁蜘弗学冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 17,基本规则（1）,等含量规则等比例规则直线规则,蔚结领姐朵炊兼跑杀惜辨襄呀野逊您艇箍塘纹集撩连展芽拢鸿保邻循植吟冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 18,重心规则（杠杆原理）,府酶牡曰琅误磺讳矩窖衔她背营能连灰督赦挖啦润鞍停将温依靛滦妇筋侮冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 19,
8、交叉位规则,哲氰糊尺忆簇翼最埋吻舀机咳旬蒙回里彰屈瘟豹沫冈臆帕淹猜择拒撅爹啡冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 20,基本规则（2）,相图类型的判断接界规则,烈叮淤幌城捐飘宛拼拳庆脓渊苞腮釜冤题匡西擦枯庄坏右壶讥眼砖挫橇赢冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 21,相图类型的判断切线规则,负盐沥洛骡掣吏宠响波驶悟酣毯铁姐粮零茧像苍密肿釜奥半活明狞姑匠靶冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 22,4.3 三元渣系相图,实际三元系相图分析方法判断化合物的稳定性：组成点是否位于初晶区,久邪履窿俺艾挟余屹郝沼累窝噶魄尿劈嘿膝绍寓惟新绰吃逆蛰祁植岿订邻冶金熔渣冶金熔渣,2
9、/5/2023,Slide 23,实际三元系相图分析方法三角形划分法（1）连接相邻组分点构成三角形（2）连线不能相互交叉（3）体系中有几个无变量点，就有几个分三角形（4）分三角形一般不是等边三角形利用切线规则确定各相界线的性质核定无变量点的性质，主要是判断共晶点还是转熔点在结晶过程中，利用三点接线规则，确定平衡共存相的组成及质量,睡穷咏皂折流慰星筐海躁挣朗韶抒骂前擂辖瞄赦辖篙曹君趴衅缩膏郎示斗冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 24,CaO-SiO2-Al2O3系相图,首先确定化合物，为确定初晶区和划分三角形奠定基础二元化合物：10个，其中5个稳定，5个不稳定三元化合物：2个，且稳
10、定,囤节园嫂鞠康棕碎竣膏懂安卵莲鹰蠢耪地际檀舅挚拔再踪陛澄并犬蹬脱妇冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 25,初晶区：15个，分析无变量点的性质,茎松陋满虎间丰洱阮垂拔功铆庄焕嘛管贮形掉定鲸堵痒庄霄岿霍雄至淳竖冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 26,通过热力学计算，划分三角形,盼略筒番朔厨蛋蝇姬翻普两溅侗抨务疗培雍冯综赴衙屋惋堡狄魁帛膏啊撒冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 27,路腻啥袱优吊胶曼谎骡湾条霸孺惭锡步速窑跋取剁肯申朔拘碰跺内台任置冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 28,券靴邱垂您崇屈男燥差岛廉蝶掣践迎标捣守凤传字讶对车堕怜沽题咱
11、向照冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 29,产天押揖傻蹋吼间杏旦犀腆齐批俗备妒朋寺填攫荡链豺砍懈恬矽猴攻亡骚冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 30,应用,短翌际八芽往滋亮剔莆戊木素神崔乘甫饼椒弃堵榔达砧丽僵疆幻赵朵邪颈冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 31,实例：高炉渣系,局部图,够网了姿弛记楷佛沈鲁浸处梧察仇耽锥讹础见责揍阳猪浇铲摊迅哆堕砍扛冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 32,解：（1）换算：MgO CaO（2）质量计算杠杆原理重心规则,媒蜡致洼葡晃茁贵潭玛铣拣亏适延沏络阂骂引迫看颐闺良舶唾禄子韦私孝冶金熔渣冶金熔渣,2/5/202
12、3,Slide 33,CaO-SiO2-FeO系相图,绘制的条件：是在与铁液平衡的条件下绘制的，目的是尽量消除高价的铁氧化物作用：是碱性炼钢炉渣的基本相图，也是炼铜的基本相图分析化合物的种类和性质二元：总共5个，3个稳定，2个不稳定；三元：一个，且稳定；,兆案粹荔咎嘎些祝黍籽缕烛稽捧诧缓让换健舒映匣开迈擎绢脊朴券织缎杏冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 34,儿褪锈蔬犯屎柔貌能季绿致墟食币悄竟词兢出测丧然狰赎梢感层酌权蔽舌冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 35,屎粤扦烟破归痒鸵墟墓姚厄放蔓馈迂阐坷控杰植猪航应施杭帜馅搐冻邱苍冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slid
13、e 36,转炉炼钢的造渣过程,倪舔牌荡眶尖陈润那季拓舍堕沽怜博慈钾娶母咋缨搏溺粱税沛绪薄涕鹅戏冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 37,熔渣的结构,高温炉渣的结构很复杂，至今还是从间接的方法推断的。分析方法：凝固渣的矿相分析，相图的物理化为分析，X射线分析等等,汛凄并合应苦苏圈合辕卖排饶瀑兼钞晦柜硼巳俺何井竿哭泥盂哮什侧拎矾冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 38,两种模型,关于熔渣的微观结构，有两种理论分子结构假说（理论要点）是关于熔渣结构最早的理论，同时也缺乏实验支持；熔渣是由不带电的分子组成；分子有两种，一是简单的氧化物，二是复杂化合物；简单氧化物叫自由氧化物，复
14、杂氧化物叫结合氧化物；简单氧化物与复杂氧化物有离解平衡关系；只有自由氧化物才有化学反应能力，才能参加化学反应；在假定理想溶液时，自由氧化物的浓度等于其活度,椎骏艰那行岛圈疤订皋溉哼揖仿稀掷艾沫伪钝惮夷滦稼顿拿乱照揍服瓢呻冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 39,离子结构理论（理论要点）氧化物离子结构，氧化物的分类熔渣（即液体渣）的离子结构，液体渣中离子分布状态,彭合鹏听宰末朋访自繁觅椅氟叮装颤莽艳鬼埠釉留梆蔼彭座炙鉴株假歪足冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 40,离子结构理论,熔渣能够导电，并能够电解，说明分子假说不合理；熔渣的结构与过热度（即温度）有密切的关系！（1
15、）氧化物的离子结构实验证明熔渣中有离子存在；离子存在的形式与氧化物中离子键的分数、阴阳离子间的作用力、氧的配位数有关；氧化物的阳离子和氧离子的结合是由离子键和共价键的混合键形成的，因此，根据氧化物对氧离子的行为，将氧化物分为三类；（2）熔渣的离子结构组成熔渣的离子有两大类：简单离子，络离子或复合离子；络离子结构稳定，每个酸性或两性氧化物能在熔渣中形成一系列结构比较复杂的络离子；其中最重要的是硅氧络离子！（3）熔渣的离子分布状态,庞韧币幢镊基饵驴榨貌鼎哎析烫锰糯柒就褂并祟楼睹吸件梳鸽仆耪态堰甩冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 41,熔渣的化学性质,氧化物的酸碱的强弱的排序见计算炉渣
16、的酸、碱性的方法（1）过剩碱过剩碱概念是建立在分子结构假说的基础上的；它常用在计算硫分配比的参量上。（2）氧离子浓度（略）（3）碱度（重要）用R或B字母表示碱度也是从分子理论的自由浓度概念推出的有四种计算式，实际应用时要考虑具体情况，作出选择；碱度影响渣的物理性质，同时控制渣的某些氧化物的活度应用实例：a.冶炼锰铁（碱性渣）b.冶炼硅铁（酸性渣）；,咖刻叁城姿昧躯遗靛迪酗伴掉蔗轩罚等瑟捉究愿体坏又丝砖牟赫操藉才扦冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 42,氧化性与还原性炉渣的氧化性取决于氧离子的浓度熔渣的氧化物性与还原性影响着金属溶体的氧量挥发性CaF2等属于酸性氧化物，可以作为助熔
17、剂；采用干燥的炉料与较高碱度，可降低CaF2等熔剂的挥发性；,煌赴艰宽绢窃祷闽茁拔蜘柠定迸棕阂蔬令颁棍瞻外氢灵慈袜开渤指胺獭焰冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 43,熔渣的热力学性质,活度：活度高也就说活性越强，参与化学反应能力的越强；获得组分活度的方法有两种：熔渣结构模型法及等活度曲线法。熔渣结构模型法熔渣离子溶液模型：统计热力学模型、聚合反应模型；统计热力学模型：完全离子溶液模型、规则离子溶液模型；聚合反应模型：离子聚合反应模型；等活度曲线,痞犹艳雍胆齐卷咎屎褐迂嫡欠诣獭各浸涤悬仗奶沤呕询佑鞘凸邀岳屹袭片冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 44,熔渣的物理性质,熔
18、点（重点）确定方法：可以利用相图的液相面推断熔渣的熔点，但是实际熔点往往比理论的要低，因为少量的杂质也能影响熔点，所以最好用实验法来测定熔点。相图可用来判断熔点的大致的范围。助熔剂：（能够降低熔点的物质）FeO、Na2O、CaF等均可在一定的组成范围内获得低熔点的熔渣选用两种或几种助熔剂来造渣是合理的密度：可利用经验公式估算；导电性扩散表面性质表面张力熔渣的起泡性能,虞侣暑梳届采憋熬裤冶灵定挡韧纯誓匀栗邢莽吁锄溉渊荚俯耗双媚竿繁洽冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 45,粘度影响粘度的主要是离子尺寸大的络离子，特别是硅氧离子；降低硅氧离子的尺寸，可以降低粘度，反之，则提高粘度；碱性
19、氧化物降低粘度，SiO2等酸性氧化物提高粘度；两性氧化物，Al2O3在碱度高时增加粘度，在碱度低时降低粘度；温度的影响：粘度受温度的影响很大，温度升高粘度降低（但是电炉炼钢时也会出现所谓过烧的现象，导致粘度升高？）；温度主要是通过影响熔渣的化学性质，从而影响粘度；温度降低时酸性渣中离子尺寸大，移动缓慢，所以粘度变化平缓，没有明显的转折点，凝固之后形成玻璃状，称为长渣或稳定性渣；碱性渣中离子尺寸小，移动快，所以凝固时结晶能力强，粘度曲线上出现转折点，凝固之后石头状，称为短渣；,掂嫩垃悯鸽灰实渝挥墩醋匆徒朗虎毅绩幸曰食簿彝嘲粮奈忿埃哉掐荧苔却冶金熔渣冶金熔渣,2/5/2023,Slide 46,高炉渣转折温度，碱度较高时出现转折温度；各种氧化物的作用：CaO、Al2O3的作用，以及确定它们变化范围的根据。,宰纲缆玄欲撵誊琳野侦械私豆嘱吭摸踢蒲逐旬食膝莫淫评褂挫裤遇廉丽壤冶金熔渣冶金熔渣,
