有色冶金原理中炉渣系三元相图的几点思考

王珊WANG Shan；徐勇顺XU Yong-shun；喇学伟LA Xue-wei；王伟良WANG Wei-liang

（青海大学，西宁 810016）

（Qinghai University，Xining 810016，China）

1 炉渣系三元相图的内容设计

炉渣，是火法冶金的一种必然产物，其组成主要来自矿石、熔剂和燃料灰分中的造渣成分。实际冶金炉渣体系极为复杂，但含量最多的是氧化物，通常只有三种其总含量可达80%以上，因而在冶金上常用三元相图对炉渣的组成和物理化学性质进行分析。

充分理解温度降低过程中，不同组分进行的反应。在掌握二元相图平面的基础上，进行投影，分析二元组成线上的二元共晶点、二元包晶点以及纯组元点的位置。其次是掌握浓度三角形的几何性质，理解并牢记浓度三角形的基本规律，这是进行炉渣系三元相图冷却过程分析的必要条件。再有就是掌握三元相图中的点、线、面的意义，能够利用投影图区分三元共晶点和三元包晶点。

2 三元立体相图的讲解设计

以简单三元共晶相图为例，专门制作了三元立体相图与其投影图，在某浓度下的冷却过程分析的动态演示课件。色彩醒目的动画演示将抽象、枯燥的相图具体化、形象化，使学生一目了然，从而加深对三元相图的空间结构、平衡反应等知识的理解。尤其是一些关键步骤反复示意，使得三元立体相图中的重、难点知识能够得以反复加强，提高了效率。

3 知识点间相互关系的组织设计

3.1 立体相图与投影图的关系 炉渣系立体相图是组成和温度关系的三元相图，是在浓度三角形底面上竖起温度坐标轴构成的三棱柱体图（图1）。虽然这种结构能够直观而完整地反应三元系相平衡关系，但分析、使用均不方便，因此需要对立体相图进行平面化处理。

3.2 浓度三角形规则与相图分析 在用投影图分析组元的凝固过程时，物系点M 在凝固过程中液相线由f 到E的过程中，由于发生二元共晶反应L→A+B，则固相线会从A 点向B 点方向移动。当液相线冷却到k 点时，对应固相线移动到g 点，按照直线规则，液相点k、固相点g 和总体系点M 在任何时刻都必须处于同一直线上。（如图2）

4 典型案例设计

在掌握浓度三角形基本规则及结晶过程分析方法的基础上，可以结合实际三元渣系相图进行相图分析。CaO-Al2O3-SiO2是高炉渣等的基本相图，在其内以ΔCSC2S-C2AS 为例，进行局部难点分析。

4.1 介绍辅助线的由来 以物系点x2点为例（图3），首先确定其所在的初晶区，由图可知x2位于C2S 的初晶区，故第一条辅助线应该连接C2S 点与x2点，并延长交二元包晶线P1P 于c 点。由于与x2点最近邻的三元反应点为P 点，第二条连接P 点与x2点并延长，交（C3S2）-C2AS 线于f 点，交CS-C2S 线于e 点。x2点位于ΔCS-（C3S2）-C2AS 局部小三角形内，因（C3S2）为不稳定化合物，固（C3S2）不能作为独立三角形的顶点。可以确定x2是由CS、（C3S2）、C2AS三种化合物组成，而x2点只有到E 点才会有CS 生成，因此第三条辅助线连接E 点到x2点再延长交（C3S2）-C2AS于g 点。

4.2 从液、固两条线讲解冷却过程 液相线由x2点向c 点移动，由于x2位于C2S 的初晶区随着温度的降低，组分C2S 首先会过饱和析出，根据背向规则液相线向着背离C2S 点的方向移动，说明液相中含有的C2S 不断减少；对应固相位置在C2S 点，根据浓度三角形的直线规则，总体系组成点x2、液相点c、固相点C2S 处于同一直线上。

当液相线到c 点时与二元包晶线P1P 相交（二元共晶线与包晶线可以用单、双箭头区分），液相由c 到P 的过程中发生二元包晶反应，其反应与p1点反应一致，即液相包裹住初晶C2S 颗粒，生成不稳定化合物（C3S2）；此时，固相含有包晶反应未消耗完的C2S 和新生成（C3S2），对应固相线将从C2S 点向（C3S2）点方向移动，当液相线到P 点时二元包晶反应结束，固相线由C2S 点移动到e 点。

液相线在P 点位置可以看出箭头为两进一出，说明进行典型的三元包共晶反应，液相与C2S 反应同时生成（C3S2）与C2AS 两个固相；由于固相中有第三种组分C2AS生成，固相线从e 点向三元系C2S-（C3S2）-C2AS 内部移动，交（C3S2）-C2AS 于f 点位置。

当液相线从P 点出发向温度更低的E 点移动时，由于液相线位于P-E 二元共晶线上，反应生成P-E 两边的物质即（C3S2）、C2AS；自液相离开P 点位置时起，固相中的C2S 经二元包晶、三元包共晶反应已全部被消耗，对应f 点只有（C3S2）、C2AS 两组分，当液相到E 点位置对应固相到g 点，也就是固相线从f 移动到g。

液相到E 点，液相生成（C3S2）、C2AS 以及CS 三种固相，液相完全消失；由于有新相CS 生成，固相线将从g 点向ΔCS-（C3S2）-C2AS 内部移动，最后回到x2点。冷却过程具体如表1 所示。

表1 x2组成的液相的冷却过程

5 结语

本文从二元相图、浓度三角形基本规则及相图平面化过程→冷却过程分析方法→典型炉渣系三元相图分析等几个方面，对相图分析过程中应当注意的问题进行了分析和探讨，进一步促进了运用基本规律，掌握不同物系点在三元投影图中进行冷却分析的方法。

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