炉渣的来源组成和作用

1、在文学家的语言里，钢和渣是完全对立的， 钢表示人的坚强，渣代表坏人坏事、无可救药。但在冶金家的眼里，钢和渣是统一的：没有好渣，就没有好钢； 把渣炼好， 好钢自然就产生了。所以，炼钢就是炼渣。渣由熔化的氧化物形成。炼钢反应产生的二氧化硅、氧化锰、五氧化二磷和氧化铁都进入到渣中。为了造渣儿加入熔剂，其中含有氧化钙、氧化锰、氧化镁、三氧化二铝、氧化钙等。钢中的硫也会成为硫化物转入渣中。特殊情况下还会有其他氧化物，例如炼不锈钢时有氧化铬，炼高速工具钢时有氧化钨等。所以，熔渣是以多种氧化物为主的复杂溶液。酸性渣的主体是CaO SiO2 MnO FeO 三种氧化物。碱性氧化渣则以CaO SiO2 FeO

2、三组原为代表，其他物质按其性质归入某一类， 如P2O5 呈酸性归入SiO2类，MnO带氧化性归入FeO 类。碱性还原渣以CaO SiO2 Al2O3 三组元为代表。炼钢实际上就是对生铁的一种精炼过程。转炉炼钢：转炉的炉体可以转动，用钢板做外壳，里面用耐火材料做内衬。转炉炼钢时不需要再额外加热，因为铁水本来就是高温的，它内部还在继续着发热的氧化反应。这种反应来自铁水中硅、碳以及吹入氧气。因为不需要再用燃料加热，故而降低了能源消耗，所以被普遍应用于炼钢。吹入炉内的氧气与铁水中的碳发生反应后，铁水中的碳含量就会减少而变成钢了。这种反应本身就会发出热量来，因而铁水不但会继续保持着熔化状态，而且可能会越

3、来越热。因此，为调整铁水的适合温度，人们还会再加入一些废钢及少量的冷生铁块和矿石等。同时也要加入一些石灰、石英、萤石等，这些物质可以与铁水在变成钢水时产生的废物形成渣子。因此，它们被称为造渣料。 转炉炼钢工艺流程：高炉铁水 铁水预处理 复吹转炉炼钢 炉外精炼 连铸 热轧       电炉炼钢：电弧炉炼钢的热源是电能记电弧炉内有石墨做成的电极，电极的端头与炉料之间可以发出强烈的电弧，类似我们看到的闪电，具有极高的热能。我们知道，在炼钢时主要是对铁水中的碳进行氧化以减少碳的含量，

4、但有些钢的品种中需要含有一些容易氧化的其他元素时，如果吹入过多的氧，就会把那些元素也二起氧化了。在这时，用电弧炉炼钢就显得优越多啦。因此，电弧炉往往用来冶炼合金钢和碳素钢。电弧炉主要以废钢材为原料。装好炉料后，炉盖会盖上，随后电极就下降接近炉料表面。这时接通电源，电极就会发出电弧将电极附近的炉料熔化。然后加大电压，加快熔化速度。随着炉料的熔化程度，炉料（钢水）的位置会有变化，这时电极也会自动调整高度而不会淹没在钢水中。用电弧炉炼钢时也要吹进一些氧，以加快熔化速度。这个吹氧的时间必须掌握准确，否则会发生爆炸。在炉料将全部熔化时，钢水表面会漂浮着一层炉渣，这时工人们会取出一些钢水和炉渣来分析它们的

5、成分，看看这炉钢炼得怎么样。如果里面有对钢质量有害的元素，还要继续精炼加以除掉2、炼钢的任务：炼钢的任务是：脱硫、托磷、脱碳、脱氧，去除有害气体和非金属及杂物，提高温度和调整成分。P对大多数钢来说是有害元素，它在钢中的含量高会引起：“冷脆”，从高温降到0摄氏度以下，钢的塑性和冲击韧性降低，并使钢的焊接性和冷弯性能变差。S 对大多数钢来说是有害元素，它在钢中的含量高会引起：“热脆”会使钢的热加工性能变坏，引起高温龟裂，并在金属焊缝中产生气孔和疏松，从而降低焊接强度。O 在吹炼过程中，由于吹入了大量的氧气，当吹炼结束，钢水中有大量氧，在钢的凝固过程中，氧以氧化物形式存在，会降低

6、钢的韧性、塑性等加工性能。C 炼钢的主要任务之一就是把溶池里的C 氧化脱除到所炼钢种的要求。去夹杂物，非金属夹杂物对钢的性能会产生严重影响，应该最大限度驱除。3 、炉内反应：炼钢是氧化反应，利用O 和铁水中的C 起化学反应。C 一O反应，放出热量，铁水中主要成分：C 、SI 、Mn 、P 、S 。炉内反应：脱【 P 】: 2 P  + 5( FeO )+4( CaO ）(

7、60;4CaOP2O5) + 5FeP + O2P2 05、 P205+ CaO Ca ( P2O4 )2 （磷酸钙Q ）。脱【 S 】: S + 02 + CaO CaS2O3 , s MNOMnS + 02脱【 O 】: Si + O2 SiO2 、SiO2

8、0;+CaO CasiO3 （炉渣Q ）。脱【 C 】: C + O2CO + CO2 + QC + O2 CO，从吹炼开始就进行。S+ O2 十CaO 一CaS2O3 ，在高温进行，所以有低温去【 P 】 ，高温去【 S 】 ，去【 P 】 【 S 】 主要是依靠CaO 的碱度

9、来控制的，使之生成磷化物、硫化物的复合物进入炉渣。P 、S 和CaO 的反应是一个可连反应，温度、碱度是二个控制要素。宝钢目前采用顶底复合吹炼工艺，顶部吹O ，底部吹Ar 或N , 加强钢水搅拌，增加接触面，反应加快、缩短生产周期，目前宝钢生产一炉钢在34 分钟。吹炼过程中，要用副枪测温，对成分快速分析。达到出钢要求，就可以将钢水倒入钢包，进行后处理。一、炉渣的来源、组成和作用    1炉渣的来源    炉渣又叫熔渣，是炼钢过程中产生的。炉渣的主要来源有：

10、    1) 由造渣材料或炉料带入的物质。如加入石灰、白云石、萤石等，金属材料中的泥沙或铁锈，也将使炉渣中含有（FeO）、（SiO2）等。这是炉渣的主要来源。    2) 元素的氧化产物。含铁原料中的部分元素如Si、Mn、P、Fe等氧化后生成的氧化物，如Si02、Mn0、Fe0、P205等。3) 炉衬的侵蚀和剥落材料。由于高温、化学侵蚀、机械冲刷等方面原因使炉衬剥落，则耐火材料进入渣中。4）合金元素脱氧产物及炉渣脱硫产物。 如用Al脱氧化生成的（Al2O3），用Si脱氧生成的（SiO2），以及脱硫产物（CaS）等。 

11、0;  2炉渣的组成                      化学分析表明，炼钢炉渣的主要成分是：Ca0、Si02、Fe203、Fe0、Mg0、P205、Mn0、CaS等，这些物质在炉渣中能以多种形式存在，除了上面所说的简单分子化合物以外，还能形成复杂的复合化合物，如2Fe0·Si02、2Ca0·Si02、4Ca0·P205等。  &#

12、160; 3炉渣的作用    炼钢过程中熔渣的主要作用可归纳成如下几点：    1)通过调整炉渣的成分、性质和数量，来控制钢液中各元素的氧化还原反应过程，如脱碳、脱磷、脱氧、脱硫等；    2)吸收金属液中的非金属夹杂物；    3)覆盖在钢液上面，可减少热损失，防止钢液吸收气体；    4)能吸收铁的蒸发物，能吸收转炉氧流下的反射铁粒，可稳定电弧炉的电弧；    5)冲刷和侵蚀炉衬，好的炉渣能减轻这种不良影响，延长

13、炉衬寿命。    由此可以看出：造好渣是实现炼钢生产优质、高产、低消耗的重要保证。因此实际生产中常讲：炼钢就是炼渣。    二、炉渣的化学性质和物理性质    熔渣的化学性质主要是指熔渣的碱度、氧化性和还原性。    熔渣的物理性质主要是指炉渣的熔点和黏度。    为了准确描述反应物和产物所处的环境，规定用“  ”表示其中的物质在金属液中，“(  )”表示在渣液中，“  ”表示在气相中。  

14、60; 1炉渣的化学性质    (1)熔渣的碱度  炉渣中常见的氧化物有酸、碱性之分，其分类如下：      碱度是指炉渣中碱性氧化物与酸性氧化物浓度的比值，用“R”来表示。    碱度是判断熔渣碱性强弱的指标。去磷、去硫以及防止金属液吸收气体等都和熔渣的碱度有关，因此碱度是影响渣、钢反应的重要因素。    由于熔渣中Ca0和Si02的数量最多，约为渣量的60以上，所以在熔渣含磷不高时，常以Ca0与Si02浓度之比表示熔渣的碱度，即：R 

15、;   若炉渣中含磷量较高，也可以表示为：R    根据碱度高低，熔渣可分为三类：1) R<1酸性渣     2) R=1  中性渣                    R<15低碱度渣    3) R>1碱性渣    R=182

16、2  中碱度渣                    R>25高碱度渣    (2)熔渣的氧化性  炉渣的氧化性是指熔渣所具备的氧化能力的大小。它对炼钢过程中的成渣速度、去磷、去硫、喷溅、金属收得率和终点钢水含氧量等均有重大影响。    根据炉渣的分子理论，Fe0能同时存在于渣钢之中，并在渣钢之间建立一种平衡(FeO)/

17、FeO，所以一般认为渣中的氧是通过Fe0传递到钢液中的。因而熔渣中的FeO含量便可代表熔渣所具备的氧化能力的大小，即熔渣的氧化性通常用渣中氧化亚铁总量乏(Fe0)表示。    渣中氧化铁含量即渣的氧化性，它对熔渣的反应能力及物理性能有重要的影响。转炉熔渣Fe0过低，造渣困难，炉渣的反应能力低。熔渣Fe0过高，又会造成喷溅，增加金属损失及炉衬侵蚀。因此，渣中氧化铁的含量应适当，在转炉冶炼过程中，一般控制在1020为好。    (3)熔渣的还原性  熔渣的还原性和氧化性是炉渣的同一种化学性质的两种不同说法。  

18、;  在碱性电弧炉还原期操作中，要求炉渣具有高碱度、低氧化性、流动性好的特点，以达到钢液脱氧、去硫和减少合金元素烧损的目的。所以应降低渣中的Fe0，提高渣的还原性。    电弧炉还原期出钢时，一般要求渣中的Fe0质量分数应小于05，以满足出钢时对渣还原性的要求。2熔渣的物理性质(1)熔渣的黏度  黏度是表示熔渣内部各部分质点间移动时的内摩擦力的大小。黏度的单位是泊(P)，1P=01Pa·S(帕·秒)。    黏度与流动性正好相反，黏度低则流动性好。    冶炼时，若

19、熔渣的黏度过大，则物质在钢液及熔渣之间的传递缓慢，不利于炼钢反应的迅速进行；但若黏度过小，又会加剧炉衬的侵蚀。所以在炼钢时，希望获得适当黏度的炉渣。影响熔渣黏度的主要因素是熔渣成分和温度。凡是能降低炉渣熔点的成分均可以改善熔渣的流动性，降低渣的黏度；熔池温度越高，渣的黏度越小，流动性越好。实际操作中，黏度的调节主要是靠控制渣中的Fe0、碱度和加入萤石等来实现的。(2)熔渣的熔点   熔渣是多元组成物，成分复杂，当它由固相转变成液相时，是逐渐进行的，不存在明显的熔点，其熔化过程有一个温度范围。通常熔渣的熔点是指炉渣完全转变成均匀液体状态时的温度。  不同的氧化物和复

20、合氧化物的熔点是不同的，炉渣中各种氧化物的熔点见表81。  表81  炉渣中各种氧化物的熔点 炉渣中最常见的氧化物大部分都有很高的熔点。炼钢温度下，这些氧化物很难熔化。但实际上，它们相互作用生成了各种复杂化合物，这些化合物的熔点低于原氧化物的熔点，从而降低了熔渣的熔点。降低炉渣熔点的主要措施是：加入一定的助熔剂，如矿石(Fe203)、萤石(CaF2)等，以便形成低熔点的多元系化合物。第二节  铁、硅、锰的氧化  在炼钢过程中，氧供入金属熔池后，元素随即开始氧化。无论是氧气顶吹转炉或是其它炼钢方法，元素的氧化速度可以不同，但都是按一定的

21、次序进行的。一般地讲，硅、锰最先被大量氧化，而碳随后被迅速氧化，磷的氧化基本上可与碳同时进行。元素氧化具有不同次序的原因，是由于各元素与氧的亲和力不同，与氧亲和力强的元素可以夺取更多的氧，首先开始大量氧化；反之，与氧亲和力弱的元素则夺得较小的氧，它的氧化就慢些。1、当温度T1400时，元素的氧化顺序是：  Si  Mn  C  P  Fe    2、当1400T1530时元素的氧化顺序是：       Si  C  Mn  P

22、  Fe    3、当T1530时，元素的氧化顺序是：       C  Si  Mn  P  Fe铁和氧的亲和力小于Si、Mn、P与氧的亲和力，但由于金属液中铁的浓度最大，质量分数为90以上，所以铁最先被氧化，生成大量的Fe0，并通过Fe0使其与氧亲和力大的Si、Mn、P等被迅速氧化。第二节           碳的氧化碳的氧化反应是贯穿整个炼钢过程的一个最重要的反应，它是完成诸多炼钢任务的一个重要手段。第四节 脱  磷1脱磷的基本反应：2P+5（FeO）+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5Fe     放热从反应式中可以看出：较低的温度、高(FeO)、高(CaO)有利于脱磷反应的进行。第五节  脱  硫 炉渣脱硫    1炉渣脱硫的基本反应式