中南大学冶金原理第4章
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中南大学冶金原理题库第一篇冶金熔体第一章概述1(什么是冶金熔体,它分为几种类型,2(何为熔渣,简述冶炼渣和精炼渣的主要作用。
3(什么是富集渣,它与冶炼渣的根本区别在哪里,4(试说明熔盐在冶金中的主要应用。
5(熔锍的主要成分是什么,6(为什么熔盐电解是铝、镁、钠、锂等金属的惟一的或占主导地位的生产方法, 第二章冶金熔体的相平衡1(在三元系的浓度三角形中画出下列熔体的组成点，并说明其变化规律。
X:A 10%，B 70%，C 20%;Y:A 10%，B 20%，C 70%;Z:A 70%，B 20%，C 10%;若将3kg X熔体与2kg Y熔体和5kg Z熔体混合，试依据杠杆规则用作图法和计算法求出混合后熔体的组成点。
2(试找出图2-44所示的三元系相图中的错误，说明原因并更正。
3(图2-45是生成了一个二元不一致熔融化合物的三元系相图(1)写出各界线上的平衡反应;(2)写出P、E两个无变点的平衡反应;(3)分析熔体1、2、3、4、5、6的冷却结晶路线。
4(某三元系相图如图2-46中所示，AmBn为二元不一致熔融化合物。
试分析熔体1、2、3的冷却结晶过程。
5(图2-47为生成一个三元化合物的三元相图，(1)判断三元化合物N的性质;(2)标出边界线的温度降低方向;(3)指出无变点K、L、M的性质，写出它们的平衡反应;(4)分析熔体1、2的冷却过程。
6(试分析图2-23熔体3、4、5、6的冷却过程。
7(试根据CaO-SiO2-A12O3系相图说明组成为(wB / %)CaO 40.53，SiO232.94，A12O3 17.23，MgO 2.55的熔渣冷却过程中液相及固相成分的变化。
8(试根据图2-30绘制CaO- A12O3- SiO2三元系1500?C时的等温截面图。
9(给出CaO-SiO2-FeO系相图中1500?C的等温截面图，标出各相区内的相平衡关系。
组成为(wB / %)CaO 45、SiO2 25、FeO 20的熔渣在此温度下析出什么晶相,怎样才能使此熔渣中的固相减少或消除?10(假定炉渣碱度为= 2。
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中南大学冶金原理题库第一篇冶金熔体第一章概述1．什么是冶金熔体？它分为几种类型？2．何为熔渣？简述冶炼渣和精炼渣的主要作用。
3．什么是富集渣？它与冶炼渣的根本区别在哪里？4．试说明熔盐在冶金中的主要应用。
5．熔锍的主要成分是什么？6．为什么熔盐电解是铝、镁、钠、锂等金属的惟一的或占主导地位的生产方法？第二章冶金熔体的相平衡1．在三元系的浓度三角形中画出下列熔体的组成点，并说明其变化规律。
X：A 10%，B 70%，C 20%；Y：A 10%，B 20%，C 70%；Z：A 70%，B 20%，C 10%；若将3kg X熔体与2kg Y熔体和5kg Z熔体混合，试依据杠杆规则用作图法和计算法求出混合后熔体的组成点。
2．试找出图2-44所示的三元系相图中的错误，说明原因并更正。
3．图2-45是生成了一个二元不一致熔融化合物的三元系相图（1）写出各界线上的平衡反应；（2）写出P、E两个无变点的平衡反应；（3）分析熔体1、2、3、4、5、6的冷却结晶路线。
4．某三元系相图如图2-46中所示，AmBn为二元不一致熔融化合物。
试分析熔体1、2、3的冷却结晶过程。
5．图2-47为生成一个三元化合物的三元相图，（1）判断三元化合物N的性质；（2）标出边界线的温度降低方向；（3）指出无变点K、L、M的性质，写出它们的平衡反应；（4）分析熔体1、2的冷却过程。
6．试分析图2-23熔体3、4、5、6的冷却过程。
7．试根据CaO-SiO2-A12O3系相图说明组成为（wB / %）CaO 40.53，SiO2 32.94，A12O3 17.23，MgO 2.55的熔渣冷却过程中液相及固相成分的变化。
8．试根据图2-30绘制CaO- A12O3- SiO2三元系1500°C时的等温截面图。
9．给出CaO-SiO2-FeO系相图中1500°C的等温截面图，标出各相区内的相平衡关系。
组成为（wB / %）CaO 45、SiO2 25、FeO 20的熔渣在此温度下析出什么晶相？怎样才能使此熔渣中的固相减少或消除?10．假定炉渣碱度为= 2。
《冶金原理》课后习题及解答
第一章1 冶金原理研究的主要内容包括________、________和________。
冶金动力学、冶金热力学、冶金溶液。
2 金属熔体指________、________。
液态的金属、合金。
1、冶金原理是提取冶金的主要基础科学，它主要是应用_______的理论和方法研究提取冶金过程，为解决有关_____问题、开拓____的冶金工艺、推进冶金技术的发展指明方向。
物理化学、技术、新2、根据组成熔体的主要成分的不同，一般将冶金熔体分为________、______、_______、_______四种类型。
金属熔体、熔渣、熔盐、熔硫。
3、冶金原理按具体的冶金对象分为______冶金原理及_____冶金原理。
钢铁、有色金属。
4、根据熔渣在冶炼过程中的作用的不同，熔渣主要分为________、_______、________、__________四种。
在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择_____，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。
冶炼渣、精炼渣、富集渣、合成渣。
熔渣。
5、熔渣是_______和_______的重要产物之一。
金属提炼、精炼过程。
6、熔渣是指主要由各种______熔合而成的熔体。
氧化物。
7、________的作用在于使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便在后续工序中将它们回收利用。
富集渣、8、_______的作用是捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。
精炼渣。
9、在造锍熔炼过程中，为了使锍的液滴在熔渣中更好的沉降、降低主金属在渣中的损失，要求熔渣具有较低的______、______和_______。
粘度、密度、渣-锍界面张力。
10、为了提高有价金属的回收率、降低冶炼过程的能耗，必须使锍具有合适的______.物理化学性质。
11、在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择________，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。
熔渣成分12、冶金过程热力学可以解决的问题有：1）计算给定条件下的；根据的正负判断该条件下反应能否自发地向________进行：2）计算给定条件下的平衡常数，确定反应进行的______；3）分析影响反应的和平衡常数，为进一步提高________指明努力方向。
冶金原理课件(中南)-第4章课件PPT学习
4.1 熔化温度
图41 MgOFeOSiO2渣系熔化等温线图
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4.1 熔化温度
当炼镍原料中含有较多的CaO时，可选用高钙渣。 图42中的C点为高钙渣CaO含量的下限，位于鳞石英相区 内1200C等温线下面。 D点代表高钙渣CaO含量的上限，位于硅灰石CaO SiO2相 区，紧靠1100C等温线。 高钙渣的熔化温度处于1100～1200C之间。 由于渣中MgO含量约为4%~9%或更高，高钙渣的熔化温度 可能更高。
+ 0.367(MgO) + 0.48 (P2O5) + 0.402(A12O3)，103m3·kg1
(MxOy) —— 氧化物MxOy的质量分数。
当T >1673K时，可按下式计算任意温度下的熔渣密度：
T
1673
0.071673 T ， 10 3 kg m3 100
第14页/共78页
4.2 密 度
SiO2
CaO / %(质量) CaO / %(mol)
/ %(mol) SiO 2 / %(质量) SiO 2
Al2O3 / %(质量) 图45 A12O3CaOSiO2渣系的密度 （1500C，单位为103kg·m3）
Cu
1083
熔盐
熔渣 熔锍
Pb 铝电解质 镁电解质 锂电解质
327.5 ~960 580~700 350~360 1100~1400 700~1100
第2页/共78页
4.1 熔化温度
冶炼镍铜品位低、钙镁含量高的镍精矿时的渣型选择
根据矿石成分的变化可选择两种酸性渣型：高硅渣和高钙渣 两种渣型都能抑制氧化镁和磁性氧化铁的有害作用。 对于含镁高的矿石，采用高硅渣可以增加炉渣硅酸度，抑制 MgO(熔点约2800C) 的危害，同时使Fe3O4造渣： 2MgO + SiO2 = 2MgO·SiO2 2Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO·SiO2) + SO2 SiO2的加入量随原料成分而变化。 图中A点代表高硅渣中SiO2含量的下限，B点代表其上限。 高硅渣的熔化温度大致在1400~1500C之间。 炼镍鼓风炉的风口区温度可达1500~1800C，足以保证渣 的过热与排放。
《冶金原理》课后习题及解答
第一章1 冶金原理研究的主要内容包括________、________和________。
冶金动力学、冶金热力学、冶金溶液。
2 金属熔体指________、________。
液态的金属、合金。
1、冶金原理是提取冶金的主要基础科学，它主要是应用_______的理论和方法研究提取冶金过程，为解决有关_____问题、开拓____的冶金工艺、推进冶金技术的发展指明方向。
物理化学、技术、新2、根据组成熔体的主要成分的不同，一般将冶金熔体分为________、______、_______、_______四种类型。
金属熔体、熔渣、熔盐、熔硫。
3、冶金原理按具体的冶金对象分为______冶金原理及_____冶金原理。
钢铁、有色金属。
4、根据熔渣在冶炼过程中的作用的不同，熔渣主要分为________、_______、________、__________四种。
在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择_____，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。
冶炼渣、精炼渣、富集渣、合成渣。
熔渣。
5、熔渣是_______和_______的重要产物之一。
金属提炼、精炼过程。
6、熔渣是指主要由各种______熔合而成的熔体。
氧化物。
7、________的作用在于使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便在后续工序中将它们回收利用。
富集渣、8、_______的作用是捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。
精炼渣。
9、在造锍熔炼过程中，为了使锍的液滴在熔渣中更好的沉降、降低主金属在渣中的损失，要求熔渣具有较低的______、______和_______。
粘度、密度、渣-锍界面张力。
10、为了提高有价金属的回收率、降低冶炼过程的能耗，必须使锍具有合适的______.物理化学性质。
11、在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择________，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。
熔渣成分12、冶金过程热力学可以解决的问题有：1）计算给定条件下的；根据的正负判断该条件下反应能否自发地向________进行：2）计算给定条件下的平衡常数，确定反应进行的______；3）分析影响反应的和平衡常数，为进一步提高________指明努力方向。
冶金原理课件(中南大学)
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。
返 回 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥
体系特点（续）
图229 ①
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。
图2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ22 ④
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 1600°C的体系只局限于含 32~59%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35～50%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
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。
库尔纳柯夫规则 (1)
库尔纳柯夫规则 (2)
图222 ③
体系特点（续）
图中水平线可分为五大类 低 共 熔 线 ： 3 条 （ 2065°C ， 1455°C ， 1436°C） 转熔线：1条（1475°C） 偏晶线：l条（1700°C） 固相分解线：2条（1250°C，1900°C） 晶型转变线：6条（1470°C，1420°C， 1210°C，870°C，725°C，575°C）
冶金原理第四章优秀课件
a △S-CAS2-A 共晶点1 L=CAS2+A3S2+S
包晶点7 L+A=CAS2+A3S2
b △S-CAS2-CS 共晶点2 L=CAS2+CS+S
c △CS-C2AS-CAS2 共晶点4 L=CS+C2AS+CAS2
d △CS-C2AS–C2S 包晶点3 L+C2S=C3S2+C2AS
3.3 CaO-SiO2-FeO渣系的相图
3.3.1 确定化合物的稳定性
Ø一个三元稳定化合物 CFS = CaO·FeO·SiO2 Ø三个稳定二元化合物 CS = CaO·SiO2
C2S = 2CaO·SiO2 F2S = 2 FeO·SiO2 Ø 两个不稳定的二元化合物 C3S2 = 3CaO·2SiO2
4.2.2 离子的种类
（1）简单的阳离子：Ca2+、Mg2+、Mn2+、Fe2+ （2）简单的阴离子：O2-、F-、S2（3）复杂的阴离子：、SiO44-、PO44-、AlO2-、
FeO2-、Fe2O54- 、 SixOyz-
硅氧复合阴离子是熔渣中主要的复合阴离子
4.2 离子结构理论
4.2.2 离子的种类
冶金原理第四章
3.2.2 分三角形、无变量点及相平衡关系
Ø 确定化合物的初晶面 Ø 作连接线
a 有相界线的化合物之间才能做连接线； b 稳定化合物之间作实线； c 不稳定化合物之间（或稳定与不稳定化合物
之间）做虚线。 转熔线、共晶线） Ø 确定三元共晶点和包晶点 Ø 由实线组成的三角形或多边形是独立的可以
(2) 分子间的作用力为范德华力。作用力很弱，分子运动容易，高温时 分子呈无序状态分布；可假定熔渣为理想溶液，各组元活度用浓度表 示。
最新《冶金原理》课后习题及解答
第一章1 冶金原理研究的主要内容包括________、________和________。
冶金动力学、冶金热力学、冶金溶液。
2 金属熔体指________、________。
液态的金属、合金。
1、冶金原理是提取冶金的主要基础科学，它主要是应用_______的理论和方法研究提取冶金过程，为解决有关_____问题、开拓____的冶金工艺、推进冶金技术的发展指明方向。
物理化学、技术、新2、根据组成熔体的主要成分的不同，一般将冶金熔体分为________、______、_______、_______四种类型。
金属熔体、熔渣、熔盐、熔硫。
3、冶金原理按具体的冶金对象分为______冶金原理及_____冶金原理。
钢铁、有色金属。
4、根据熔渣在冶炼过程中的作用的不同，熔渣主要分为________、_______、________、__________四种。
在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择_____，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。
冶炼渣、精炼渣、富集渣、合成渣。
熔渣。
5、熔渣是_______和_______的重要产物之一。
金属提炼、精炼过程。
6、熔渣是指主要由各种______熔合而成的熔体。
氧化物。
7、________的作用在于使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便在后续工序中将它们回收利用。
富集渣、8、_______的作用是捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。
精炼渣。
9、在造锍熔炼过程中，为了使锍的液滴在熔渣中更好的沉降、降低主金属在渣中的损失，要求熔渣具有较低的______、______和_______。
粘度、密度、渣-锍界面张力。
10、为了提高有价金属的回收率、降低冶炼过程的能耗，必须使锍具有合适的______.物理化学性质。
11、在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择________，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。
熔渣成分12、冶金过程热力学可以解决的问题有：1）计算给定条件下的；根据的正负判断该条件下反应能否自发地向________进行：2）计算给定条件下的平衡常数，确定反应进行的______；3）分析影响反应的和平衡常数，为进一步提高________指明努力方向。
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估算冶炼温度下熔渣密度的经验公式：
当T =1673K时，
1/1673 = 0.45(SiO2) + 0.286(CaO) + 0.204(FeO) + 0.35(Fe2O3) + 0.237(MnO) + 0.367(MgO) + 0.48 (P2O5) + 0.402(A12O3)，103m3·kg1
常见冶金熔体的熔化温度范围 表4—1 熔化温度与熔体组成有关。
例如，在铁液中
非金属元素C、O、S、P等使能其熔化温度显著降低， 含1%C的铁液的熔化温度比纯铁熔点低~90C； 由Mn、Cr、Ni、Co、Mo等金属元素引起的铁液熔化温 度的降低很小。
表 41 常见冶金熔体的熔化温度
金属
物质 工业纯铁
图41 MgOFeOSiO2渣系熔化等温线图
当炼镍原料中含有较多的CaO时，可选用高钙渣。 图42中的C点为高钙渣CaO含量的下限，位于鳞石英相区内 1200C等温线下面。 D点代表高钙渣CaO含量的上限，位于硅灰石CaO SiO2相区， 紧靠1100C等温线。 高钙渣的熔化温度处于1100～1200C之间。 由于渣中MgO含量约为4%~9%或更高，高钙渣的熔化温度可 能更高。
第四章 冶金熔体的物理性质
4.1 熔化温度 4.2 密度 4.3 粘度 4.4 导电性 4.5 熔体组分的扩散系数 4.6 表面性质与界面性质
4.1 熔化温度
冶金熔体在一定的温度范围内熔化，没有确定的熔点，冷却 曲线上无平台。
熔化温度 —— 冶金熔体由其固态物质完全转变成均匀的液 态时的温度。
凝固温度或凝固点 —— 冶金熔体在冷却时开始析出固相时 的温度。
(MxOy) —— 氧化物MxOy的质量分数。
当T >1673K时，可按下式计算任意温度下的熔渣密度：
T
1673
0.071673 T ， 10 3 kg m3 100
CaO / %(质量) CaO / %(mol)
/ %(mol) SiO 2 / %(质量) SiO 2
密度 / 103kg•m3
温度 / °C
温度 / K
图43 铁液的密度与温度的关系
密度 / 103kg•m3
温度 / °C
图44 A12O3CaOSiO2Na2O渣系的密度
三、密度与熔体成分的关系
1、金属熔体
熔融金属的密度与原子量、原子的半径和配位 数有关。 金属熔体的密度与其中溶解元素的种类有关。
SiO2
Al2O3 / %(质量) 图45 A12O3CaOSiO2渣系的密度
（1500C，单位为103kg·m3）
CaO
FeO / %(mol)
FeO
图46 CaOFeOSiO2渣系的密度 （1500C，单位为103kg·m3）
二、密度与温度的关系
熔体的密度随着温度升高而减小，且通常遵从线性关系： T = m (T Tm)
T —— 熔体在某一温度T时的密度； m —— 熔体在熔化温度Tm时的密度； —— 与熔体性质有关的常数。
或：
T = T
对于纯铁液：T = 8580 0.853T kg·m3
表 42 某些熔体密度公式中的系数
熔体
纯铁 8580 0.853
纯铝 2487 0.272
冰晶石 3288 0.937
NaF 2734 0.610
CaF2 3179 0.391
MgCl2 1976 0.302
BaCl2 4015 0.681
LiCl 1884 0.433
KCl 2136 0.583
两种渣型都能抑制氧化镁和磁性氧化铁的有害作用。 对于含镁高的矿石，采用高硅渣可以增加炉渣硅酸度，抑制 MgO(熔点约2800C) 的危害，同时使Fe3O4造渣：
2MgO + SiO2 = 2MgO·SiO2 2Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO·SiO2) + SO2 SiO2的加入量随原料成分而变化。 图中A点代表高硅渣中SiO2含量的下限，B点代表其上限。 高硅渣的熔化温度大致在1400~1500C之间。 炼镍鼓风炉的风口区温度可达1500~1800C，足以保证渣的 过热与排放。
v
2grM2
9S
(M
S )
V —— 沉降速度，m·s–1
rM —— 金属或锍微粒的半径，m
M,S —— 金属和熔渣的密度，kg·m–3
S —— 熔渣的粘度，Pa·s
g
—— 重力加速度， 9.80m·s–2
一、常见冶金熔体的密度范围
熔融的铁及常见重有色金属：7000~11000 kg·m3 铝电解质：2095~2111 kg·m3 镁电解质：1700~1800 kg·m3 熔渣：3000~4000 kg·m3 熔锍：4000~5000 kg·m3 生产实践中，金属（或熔锍）与熔渣的密度差通常 不应低于1500 kg·m3。
溶于铁液的元素中，
钨、钼等能提高熔铁的密度。 铝、硅、锰、磷、硫等会使熔铁的密度降 低。 镍、钴、铬等过渡金属对铁液密度的影响 则很小。
2、熔 渣
缺乏实验数据时，可用固体炉渣的密度代替熔融炉 渣的密度。 缺乏固态炉渣密度资料的实验数据时，可以近似地 由纯氧化物密度，按加和规则估算熔渣的密度：
1/ (%MO / MO ), m3 kg1
结论 高钙渣的熔化温度比高硅渣低。 对于高镁原料，在强化熔炼和其它因素变化不大的情况下， 选用高硅渣或高钙渣，均能正常冶炼并得到低的渣含镍。
图42 CaOFeOSiO2渣系熔化等温线图
4.2 密 度
密度——单位体积的质量。 密度影响金属与熔渣、熔锍与熔渣、金属与熔盐的分 离，影响金属的回收率。 金属或熔锍微粒在熔渣中的沉降——斯托克斯公式：
熔化温度 / C 1530
Fe
1538
Ni
1453
Cu
1083
熔盐
熔渣 熔锍
Pb 铝电解质 镁电解质 锂电解质
327.5 ~960 580~700 350~360 1100~1400 700~1100
冶炼镍铜品位低、钙镁含量高的镍精矿时的渣型选择
根据矿石成分的变化可选择两种酸性渣型：高硅渣和高钙渣