在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。2. 热力学参数状态图热力学参数状态图2.1 埃林汉姆（埃林汉姆（Ellingham）图及其应用）图及其应用2.2 相图分析方法及基本规则相图分析方法及基本规则1在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。何为热力学参数状态图？何为热力学参数状态图？相图：将一定压力下，温度与组成的关系图，称为相图。相图：将一定压力下，温度与组成的关系图，称为相图。参数状态图：从广义上说，任何物质体系中两物理或化参数状态图：从广义上说，任何物质体系中两物理或化学量之间的关系图，统称为参数状态图。学量之间的关系图，统称为参数状态图。热力学参数状态图：凡能明确指出处于热力学平衡的单热力学参数状态图：凡能明确指出处于热力学平衡的单元及多元体系中各不同相稳定存在区域的几何图形，都元及多元体系中各不同相稳定存在区域的几何图形，都称为热力学参数状态图。称为热力学参数状态图。2在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。2.1 埃林汉姆（埃林汉姆（Ellingham）图及其应用）图及其应用2.1.1 氧势图的形成原理；氧势图的形成原理；2.1.2 氧势图的热力学特征；（特殊的线；直氧势图的热力学特征；（特殊的线；直线斜率；直线位置）线斜率；直线位置） 2.1.3 氧势图的应用（氧气标尺；氧势图的应用（氧气标尺；Jeffes图学图学生自学）生自学）3在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。把上式的把上式的 rG与温度与温度T T的二项式关系绘制成图。该图又称为的二项式关系绘制成图。该图又称为氧氧势图势图，或称为，或称为埃林汉姆图埃林汉姆图，或称为，或称为氧化物标准生成自由能与氧化物标准生成自由能与温度的关系图温度的关系图。为了直观地分析和考虑各种元素与氧的亲和能力，了解不同为了直观地分析和考虑各种元素与氧的亲和能力，了解不同元素之间的氧化和还原关系，比较各种氧化物的稳定顺序，元素之间的氧化和还原关系，比较各种氧化物的稳定顺序，埃林汉曾将埃林汉曾将氧化物的标准生成吉布斯自由能数值折合成元素氧化物的标准生成吉布斯自由能数值折合成元素与与1mol1mol氧气反应的标准吉布斯自由能变化氧气反应的标准吉布斯自由能变化即，将反应：即，将反应：2.1.1 氧势图的形成原理氧势图的形成原理2.1 埃林汉姆（埃林汉姆（Ellingham）图及其应用）图及其应用4在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。5在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。因此化学反应自由能变化最常见的形式如下：因此化学反应自由能变化最常见的形式如下：化学反应自由能变化最常见的获得方法是由化化学反应自由能变化最常见的获得方法是由化合物的生成自由能计算的。合物的生成自由能计算的。热力学数据中化合物的生成自由能基本上都以热力学数据中化合物的生成自由能基本上都以如下形式列出：如下形式列出：2.1.2 氧势图的热力学特征氧势图的热力学特征6在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。直线的斜率？直线的斜率？（1 1）斜率是反应的熵变的负值）斜率是反应的熵变的负值（3）CO的特殊斜率具有重要的意义的特殊斜率具有重要的意义（2 2）转折点一定是在该温度有反应物或产物的相变）转折点一定是在该温度有反应物或产物的相变7在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。CO直线的斜率直线的斜率1 1）斜率是反应的熵变的负值。）斜率是反应的熵变的负值。2 2）从统计意义上，物质的熵是物质体系的混乱度）从统计意义上，物质的熵是物质体系的混乱度 决定的。决定的。3 3）通常情况下，气态物质的混乱度比凝聚态物质）通常情况下，气态物质的混乱度比凝聚态物质的混乱度大得多，因此，气态物质的熵值比凝聚的混乱度大得多，因此，气态物质的熵值比凝聚态物质的熵值也大得多。态物质的熵值也大得多。4 4）当反应前后的气态物质摩尔数不同时，通常，）当反应前后的气态物质摩尔数不同时，通常，摩尔数多的熵值大，即：当产物气态摩尔数多，熵摩尔数多的熵值大，即：当产物气态摩尔数多，熵值为正，斜率为负，反之，斜率为正。值为正，斜率为负，反之，斜率为正。8在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。直线的位置直线的位置（1 1）位置越低，表明负值越大，在标准状态下所生成的）位置越低，表明负值越大，在标准状态下所生成的氧化物越稳定，越难被其他元素还原。氧化物越稳定，越难被其他元素还原。 （1 1）位置高）位置高（2 2）位置低）位置低（3 3）9在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。（2 2）在同一温度下，若几种元素同时与氧相遇，则位置低）在同一温度下，若几种元素同时与氧相遇，则位置低的元素最先氧化。如的元素最先氧化。如1673K1673K时，元素时，元素SiSi、MnMn、CaCa、AlAl、MgMg同同时与氧相遇时，最先氧化的是金属时与氧相遇时，最先氧化的是金属Ca, Ca, 然后依次为然后依次为MgMg、AlAl、SiSi、MnMn。（3 3）位置低的元素在标准状态下可以将位置高的氧化物还）位置低的元素在标准状态下可以将位置高的氧化物还原。如原。如16001600时，时，MgMg可以还原可以还原SiOSiO2 2得到液态硅。得到液态硅。直线的位置直线的位置此原理是金属热还原的理论基础此原理是金属热还原的理论基础注意：先氧化是指同样条件，氧化所需的最低氧分压低注意：先氧化是指同样条件，氧化所需的最低氧分压低10在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。（4 4）由于生成）由于生成COCO的的直线斜率与其他直直线斜率与其他直线斜率不同，所以线斜率不同，所以COCO线将图分成三个线将图分成三个区域。区域。在在COCO线以上的区域线以上的区域，如元素如元素FeFe、W W、P P、MoMo、SnSn、NiNi、CoCo、AsAs及及CuCu等的氧化物等的氧化物均可以被均可以被C C还原，所还原，所以在高炉冶炼中，以在高炉冶炼中，矿石中若含矿石中若含CuCu、AsAs等有害元素将进入等有害元素将进入生铁，给炼钢带来生铁，给炼钢带来困难。困难。11在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。在在COCO线以下区域线以下区域，如元素如元素AlAl、BaBa、MgMg、CaCa以及稀土元素等以及稀土元素等氧化物不能被氧化物不能被C C还还原，在冶炼中它们原，在冶炼中它们以氧化物形式进入以氧化物形式进入炉渣。在中间区域。炉渣。在中间区域。12在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。COCO线与其他线相交。线与其他线相交。当温度高于交点温度当温度高于交点温度时，元素时，元素C C氧化，低于氧化，低于交点温度时，其他元交点温度时，其他元素氧化。这一点在冶素氧化。这一点在冶金过程中起着十分重金过程中起着十分重要的作用。从氧化角要的作用。从氧化角度讲，交点温度称为度讲，交点温度称为碳和相交元素的氧化碳和相交元素的氧化转化温度；从还原角转化温度；从还原角度讲，称为碳还原该度讲，称为碳还原该元素氧化物的最低还元素氧化物的最低还原温度。原温度。 （5 5）必须注意：埃林）必须注意：埃林汉图原则上只适用于汉图原则上只适用于标准状态标准状态13在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。2.1.3 氧势氧势图的应用图的应用氧气标尺氧气标尺14在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。设设1mol O2从从1标准大压等温膨胀到压力为标准大压等温膨胀到压力为Po21、Po2标尺的画法标尺的画法15在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。2、Po2标尺与氧化物的分解压的关系标尺与氧化物的分解压的关系16在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。17在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。（2）在指定氧分压下，可以直接得到金属氧化物的）在指定氧分压下，可以直接得到金属氧化物的分解平衡温度分解平衡温度（1）利用）利用Po2标尺可以直接得到标尺可以直接得到某一温度下某一温度下金属氧金属氧化物的分解压力化物的分解压力3、Po2标尺的作用标尺的作用18在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。（3）在指定温度与氧分压下，可以直接判）在指定温度与氧分压下，可以直接判定气氛对金属性质的影响定气氛对金属性质的影响a.指定温度下，按照指定温度下，按照(1)将与将与T平衡的氧分压平衡的氧分压PO2平平求出求出b.若若PO2平平 PO2，则氧化物分解。，则氧化物分解。 若若PO2平平 PO2时，时， G0，则反应向生成金属的方向进则反应向生成金属的方向进行，即氧化物易于分解。行，即氧化物易于分解。若若PO2平平 PO2时，时， G2.5,有时要求有时要求 大大于于 2.8，甚至在，甚至在3.0以上。以上。106在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。（3）CaOCaF2相图相图CaF2的熔点仅为的熔点仅为1390,与与CaO形形成的共晶熔点为成的共晶熔点为1360，对，对CaO来说，随来说，随CaF2成成分增加，熔点迅分增加，熔点迅速降低，可见速降低，可见CaF2有利于渣化。有利于渣化。107在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。（4）CaOAl2O3相图相图CaOAl2O3相图中有相图中有12CaO7Al2O3 、 CaOAl2O3 、 CaO2Al2O3 、 CaO6Al2O3等多个稳定等多个稳定化合物，这些化合物的化合物，这些化合物的熔点随熔点随Al2O3含量增多而含量增多而升高，以升高，以12CaO7Al2O3的熔点最低的熔点最低(1455)。为了防止连铸钢水中为了防止连铸钢水中Al2O3夹杂堵塞水口，可夹杂堵塞水口，可以通过喷粉、喂线等措以通过喷粉、喂线等措施生成施生成12CaO7Al2O3加加以解决。以解决。108在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。主要三元相图主要三元相图（1）CaOFeOSiO2相图相图（2）CaOSiO2Al2O3相图相图109在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。CaOSiO2Al2O3相图相图为获得良好的连铸结晶器保护渣的性能、保证炉外精炼渣为获得良好的连铸结晶器保护渣的性能、保证炉外精炼渣的熔化以及保证脱氧产物的上浮排出，需要应用的熔化以及保证脱氧产物的上浮排出，需要应用CaOSiO2Al2O3相图。相图。具体选择在具体选择在(CaO)/ (SiO2)=0.651.10，(Al2O3)10%，熔化温度在，熔化温度在1000的范围较为合适。的范围较为合适。110在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。CaOSiO2Al2O3相图相图 图图 CaOSiO2Al2O3系相图系相图 该体系生成三个三元化该体系生成三个三元化合物。其中，钙斜长石合物。其中，钙斜长石CaOAl2O3 2SiO2（CAS2）和铝方柱石）和铝方柱石C2AS都是稳定化合物。都是稳定化合物。不稳定化合物不稳定化合物C3AS在图在图中没有标明。中没有标明。还有十种二元化合物，还有十种二元化合物，它们在相图中都位于三它们在相图中都位于三角形的边上。角形的边上。 111在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。化合物化合物熔点（熔点（）化合物化合物熔点（熔点（）C2A1535分解分解CS1544C12A71455C3S21464分解分解CA1605C2S2130CA21750C3S在在12502150存在存在CA61850分解分解CAS21553A3S21850C2AS1593CaOSiO2Al2O3系的化合物与熔点系的化合物与熔点 112在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。在所示相图中，标有数字的虚在所示相图中，标有数字的虚线是等温线，粗实线表示二元线是等温线，粗实线表示二元共晶线或二元包晶线，线上的共晶线或二元包晶线，线上的箭头表示温度下降方向。箭头表示温度下降方向。整个相图被二元共晶线以及二整个相图被二元共晶线以及二元包晶线分割成许多小块，每元包晶线分割成许多小块，每小块属于各化合物的初晶区，小块属于各化合物的初晶区，图内已标明了各初晶物质的名图内已标明了各初晶物质的名称。称。此体系共有十五个初晶区，即此体系共有十五个初晶区，即CaO、SiO2、Al2O3三个纯组三个纯组元以及十个二元化合物和两个元以及十个二元化合物和两个三元化合物的初晶区。三元化合物的初晶区。除此之外，在除此之外，在CaO-SiO2边附边附近还出现一个狭长的液相分层近还出现一个狭长的液相分层区。区。 113在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。用细实线把用细实线把SiO2、CS和和CAS2三个顶点联结起来，得三个顶点联结起来，得到一个小三角形，把三顶点到一个小三角形，把三顶点的组元的组元SiO2，CS和和CAS2看看作是这个三元系的三个组元。作是这个三元系的三个组元。位于上面的属于位于上面的属于SiO2初晶区，初晶区，左下方为左下方为CS的初晶区，而右的初晶区，而右下方则是下方则是CAS2的初晶区。的初晶区。E1是三元共晶点，在此点上，是三元共晶点，在此点上，SiO2、CS和和CAS2三个固相三个固相与组成为与组成为E1的液相平衡共存，的液相平衡共存，f3-4+10。 CaOSiO2Al2O3相图分析相图分析 a. SiO2-CS-CAS2系系 CaOSiO2Al2O3系初晶区分布图系初晶区分布图 114在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。b. CSCAS2C2AS系系 联结图中联结图中 CS、CAS2、C2AS三点，得到另一三点，得到另一小三角形。它属于小三角形。它属于CaOSiO2Al2O3系中的系中的一个生成简单共晶的三一个生成简单共晶的三元子体系。元子体系。E2是三元共晶点。可用是三元共晶点。可用前述办法可以确定前述办法可以确定CSCAS2C2AS体系各初体系各初晶区，在图中已标明了晶区，在图中已标明了这些初晶区。这些初晶区。 115在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。c. CSC2ASC2S系系 在这个小三元系相图的在这个小三元系相图的CSC2S边边上存在一个不稳定的二元化合物上存在一个不稳定的二元化合物C3S2。在图中以。在图中以A代替代替C2S，B代代替替CS，C代替代替C2AS，M代替代替C3S2。该图与具有一个二元不稳定化合物该图与具有一个二元不稳定化合物的三元相图基本一致。的三元相图基本一致。该三元系相图的该三元系相图的AB边为生成不稳定边为生成不稳定化合物的二元相图（化合物的二元相图（C2SCS）的）的投影。投影。N点是点是AB二元系的包晶点。二元系的包晶点。 n是是N在在AB边的投影。边的投影。nP为三元系相图为三元系相图内的二元包晶线。内的二元包晶线。e3E3 是二元共晶是二元共晶线，线，E3是三元共晶点。各物的初晶是三元共晶点。各物的初晶区已在图中标出。区已在图中标出。图图 C2SCSC2AS部分的放大图部分的放大图 116在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。冷却过程分析冷却过程分析 （1）设在图物系点为）设在图物系点为M1。开始温度很高时，体系全部为液开始温度很高时，体系全部为液相，物系点与液相组成是一致的。相，物系点与液相组成是一致的。温度下降到液相面时，因温度下降到液相面时，因M1点点位于位于CS的初晶区内，开始析出的初晶区内，开始析出固相固相CS。体系变为固相。体系变为固相CS和组和组成为成为M1的熔体两项平衡共存。的熔体两项平衡共存。当温度继续下降时，液相组成沿当温度继续下降时，液相组成沿M1Q变化，达变化，达Q点时点时SiO2开始析开始析出。然后，液相组成沿出。然后，液相组成沿QE1变化。变化。凝固过程最终结束在凝固过程最终结束在E1点。在点。在E1点的温度以下，液相消失，体点的温度以下，液相消失，体系变为系变为CS、SiO2、CAS2三固相三固相平衡共存。平衡共存。 117在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。（2）设物系点为）设物系点为M2，位于图中，位于图中CSC2ASC2S三角形内。当温度三角形内。当温度下降到液相面时，开始析出下降到液相面时，开始析出C2S。此后随着温度的下降，液相组成此后随着温度的下降，液相组成沿沿M2K变化。达变化。达K点，点，C2S与液相与液相反应生成反应生成C3S2，即进行，即进行C2S+液相液相C3S2的包晶反应，体系为三相的包晶反应，体系为三相平衡，平衡，f1。从从K点开始，随着温度的下降，液点开始，随着温度的下降，液相组成沿相组成沿KP线移动，达三元包晶线移动，达三元包晶点点P时，出现时，出现C2AS，发生下列反，发生下列反应应C2S+液相液相C3S2+C2AS，直到，直到液相消失为止。液相消失为止。因物系点因物系点M2位于以位于以C2S、C2AS、C3S2为顶点的三角形内，所以凝为顶点的三角形内，所以凝固过程将终止于固过程将终止于P点，而不会再达点，而不会再达到到E3点。最终所得固相应是这三点。最终所得固相应是这三个顶点的组元。个顶点的组元。118在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。如果物系点位于如果物系点位于C2AS-C3S2-CS的三角形内的三角形内（M3点），可以预计，点），可以预计，冷却到最后得到的固相冷却到最后得到的固相是是C2AS、C3S2、CS，而得不到，而得不到C2S，并且，并且凝固过程结束于凝固过程结束于E3点。点。 119在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。CaOFeOSiO2相图相图炼钢化渣应考虑应用炼钢化渣应考虑应用CaO-FeO- SiO2相图。相图。偏偏CaO顶角处熔点最高；顶角处熔点最高；SiO2角温度线较密，说明有大范围角温度线较密，说明有大范围的硅酸盐分熔区；的硅酸盐分熔区；在两者之间是炼钢温度在两者之间是炼钢温度1600以下的两个液相区，一个是从以下的两个液相区，一个是从CaO.SiO2组成点开始伸向组成点开始伸向FeO角方向，熔点随角方向，熔点随FeO含量的升高含量的升高而降低；而降低；另一个是从另一个是从2CaO.SiO2组成点开组成点开始，熔点也随始，熔点也随FeO含量的升高而含量的升高而降低，但最低温度仍在降低，但最低温度仍在1300以上，以上，转炉炼钢熔渣成分就在转炉炼钢熔渣成分就在此区域内变化。此区域内变化。这个相图中共晶点是一个三元这个相图中共晶点是一个三元化合物化合物CaO-FeO- SiO2 ，熔点，熔点约约1200。FeO含量较高是炉含量较高是炉渣容易熔化的主要原因。渣容易熔化的主要原因。120在波浪理论中，最困难的地方是：波浪等级的划分。如果要在特定的周期中正确地指认某一段波浪的特定属性，不仅需要形态上的支持，而且需要对波浪运行的时间作出正确的判断。作业作业练习练习 3-4121