第四章 冶金炉渣
1 相图是热力学平衡条件下体系热力学函数的集合描述。怎样理解相图中的点、线、面的意义？
解 （1）二元相图是温度和体系组分构成的坐标图。它有若干边界线划分坐标面为单相区及二相区组成。边界线是垂直线、水平线和曲线。 1）曲线。单相区与二相区的边界线。有两种： 液相线（熔点线）： L?S 固溶体析出线： L→S·S·(固溶体)
2)垂直线。二组分形成化合物的组成线，有两种化合物：
稳定化合物：垂直线顶点有曲线，顶点即化合物的熔点。可利用此垂直线将相图划分为几个子相图。
不稳定化合物：垂直线顶端有横线，顶点是此化合物的分解或转熔反应的温度。
3）水平线。一定温度的相变过程或相变反应线。
①相变过程：是同质异形物的晶型转变，横线上下两相区的界线是连线的。 ②相变反应：是相之间的反应，横线上下二相区的界线不连线，有旧相分解或化合反应发生，产生新相。
4）相点。相点出现在水平线的端点和交点上，从冷却过程看，有下列相变反应点：
①共晶点：液相分解为两固相，固相是纯组分、化合物或固溶体：L→S1+S2 ②共析点：固体化合物或鼓溶体分解为两固相：S(或S·S·)= S1+S2 ③包晶点：液相与固相化合成另一固相，L+ S1 = S2 ④偏晶点：液相分解为一固相和另一液相，L1=S+L2 ⑤包析点：两固相化合成另一固相：S1+S2=S
5）面。单相区：L；二相区：S+L，S1+S2，L1+L2（共溶区）
（2）三元相图，由面、线、点构成。
1）面。单相区（初晶区）：L→S（纯组元，化合物）：稳定化合物在其初晶区之内，不稳定化合物在其初晶区之外。
2）线。相邻两相区的边界线，稳定化合物的连线可划分相图为独立的子相图，不稳定化合物的连线，则无此作用。 共晶线：L=S1+S2；转熔线: L+ S1 = S2
3)点。4相共存：共晶点：L=S1+S2+S3；转熔点：L+S1=S2+S3。
2 什么叫做炉渣的熔化温度和熔化性温度？它对高炉冶炼有什么影响？ 解 炉渣的熔化温度（熔点）是指在温度升高时，固相完全转变为液相的温度，也即相图上熔渣组成所在液相线的温度。但此时一般来说，黏度是比较高的，甚至在相当广阔的温度范围内，还处于半流动状态。碱度不高的炉渣常具有这种特性。为了使高炉冶炼顺行，应使炉渣在熔化后的温度能保证熔渣达到自由流动。能保证熔渣达到自由流动的温度，则称为熔化性温度。它与熔渣的黏度有关。黏度较低的熔渣，熔化性温度就比较低。熔化性温度高，则表征熔渣难熔，反之，则易熔。一般可以从??t曲线图内作45°的斜线，与曲线相切的切点的温度规定为炉渣的熔化性温度。
熔化性温度说明了该温度下，炉渣能否自由流动，因此，熔化性温度的高低会影响高炉冶炼的顺行和熔渣的顺利排放。仅当熔化性温度低于高炉生产能达到的炉缸温度时，才能保证高炉顺行和炉渣正常排放。
3 试述泡沫渣形成的条件。
解 当气体进入熔渣内，分散成许多小气泡，渣-气间有很大的接触面积存在时，如渣内又有能降低熔渣的表面张力，而使整个气-渣系有较低能量的表面活性物质存在，则泡沫渣将形成。但这种分散于渣中的无数细小气泡终有合并成大气泡而排出的趋势。要使这些气泡能稳定或延长其寿命，就必须增大熔渣的黏度，来阻止熔渣在气泡之间的流动及阻碍气泡之间的合并和溢出。因此，熔渣的???小意味着气泡生成的能耗小，比低是是形成泡沫渣的必要条件。气泡易于形成；而?大，则气泡的稳定性或寿命高。因此，使熔渣的表面张力及提高黏度的组分的存在，均有利于渣的泡沫化。所以熔渣的碱度低、黏度大，表面活性组分的存
在，常是泡沫渣形成的一般条件。
4 怎样对计算熔渣组分的活度建立离子结构溶液模型，它的具体内容是什么？试以常用的完全离子溶液模型来说明。
解 利用溶液的热力学式（偏摩尔吉布斯自由能），可导出计算熔渣组分活度的公式。为此，需要对选择的溶液类别建立相应的离子溶液模型，才能计算出组成?GB?RTlnaB的?HB和?SB 。为此，需对采用的溶液类别按离子结构理论建立溶液模型。其中包括：（1）组分离子的单元结构；（2）离子间作用能的确定；（3）离子浓度的计算方法；（4）离子的分布状态（?SB）。
完全离子溶液模型是在 理想溶液的热力学基础上建立的。它视熔渣完全由相间排列的正负离子组成。但它们本身却形成了两个独立的理想溶液，其内同号离子和周围异号离子的作用力是等价的。同号离子的分布是 统计性的，即完全无序状态。因此，混合焓等于零：?Hm=0，混合熵则由正、负离子分配概率计算。而?GB??RTlnaB??T?SB。
利用统计方法进一步处理，可得出FeO、CaO、MnO、FeS等的活度的计算式：
aFeO?x(Fe2?)?x(O2?)aCaO?x(Fe2?)?x(O2?) aFeS?x(Fe2?)?x(S2?)即氧化物的活度等于其组成离子摩尔分数的乘积。离子摩尔分数则是分别按同号离子的物质的量计算的：
xB??nB??n?， xB??nB??n?
完全离子溶液模型仅能适用于复合阴离子结构比较简单得到的碱性渣（x(SiO2)?13）,能较满意地用于处理熔渣-钢液间氧及硫的分配。因为它忽略了同号离子之间差别出现的有序态，所以其应用受了限制。但是，由它导出的完全离子溶液的概念、氧化物活度的计算方法和例子摩尔分数的计算式，却成为后来发展的群殴他离子溶液模型的基本公式，起到了开拓离子溶液结构模型的作用。
5.三元系中物系冷却时，结晶过程的析晶应用了浓度三角形的哪些基本规则？ 解 当一物系从液相冷却到达液相面上时，将按等比例规则从其所在相区的顶角组分与物系点连线的延长线上背离其所在顶角方向移动，不断析出该顶角所示的物相或组分；并且从到达连线与二元共晶线的焦点时起，不断析出此二元共晶体；最后，向三元包晶点或三元共晶点方向移动。如此连线与二元包晶线相交，则不断析出二元包晶体，最后到达三元共晶点。
在析晶过程中，可利用直线规则确定由液相点的连线与第3边的交点，得出平衡共存的固相点。并由此3点的连线，按杠杆规则计算析出的固相和与之平衡共存的液相的质量分数。最后，用重心规则计算物系中完全凝固后的平衡相成分。
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