炼钢炉渣炼钢炉渣的特性

（1）炉渣的物理化学性质

炉渣的重要物理化学性质有：碱度、黏度、熔化温度、氧化性和还原性等，这些性质对冶炼过程顺利进行和保证钢液质量都有决定性的作用。

（2）炉渣的碱度

评价熔渣碱性强弱的指标。脱磷、脱硫、脱除夹杂物和防止钢液吸收气体都与熔渣碱度密切相关。碱度是影响渣钢反应的重要因素。通常以熔渣中的CaO和SiO₂含量之比表示，氧化物含量以质量百分数%或摩尔分数N表示，也可用100g熔渣中的摩尔数n表示，971年德菲(J．A．Dufly)等人引入了纯氧化物和熔渣的光学碱度A概念，它能较好地解决冶金熔渣的理论计算问题。纯氧化物的光学碱度以A表示，指某氧化物的氧离子O^2-得失电子的能力与自由CaO中氧离子O^2-得失电子能力之比。多组元熔渣的光学碱度与各组元的光学碱度之总和成正比，Ai为i组元的理论光学碱度；vi为i组元的阴离子电荷数；ni为i组元的阴离子摩尔数；Ni为i组元的阴离子摩尔分数。熔渣的所有性质都与其碱度有密切关系。

（3）炉渣的黏度

黏度是熔渣的重要性质之一，它与渣钢间的传热和传质速率关系密切，冶炼过程熔渣需有适当的黏度方能保证正常操作，获得优质的钢液和较好的技术经济指标。过黏炉渣的熔池不活跃，冶炼不能顺利进行，过稀炉渣易于造成喷溅，而且严重侵蚀炉衬。影响黏度的因素很多：渣的熔点高、含未溶解的CaO、MgO等固态质点多、含复杂的大离子集团多会导致黏度急剧升高。正常的渣黏度是0.02～0.10Pa·s，稀渣黏度是0.002Pa·s，稠渣黏度大于0.20Pa·s；钢液的黏度在0.0025Pa·s左右，可见炉渣的黏度比钢液的黏度约大1。倍以上。炉渣的温度和碱度(�O/%SiO2)对其黏度的影响极大(见图1)。由图可知：炼钢过程中炉渣的实际温度为1600～1650℃，当碱度为1.8～4.2时，其黏度在0.03～0.07Pa·s之间，当高碱度时，随着温度的降低，其黏度急剧上升，这是由于从渣中析出高熔点的2CaO、SiO₂和CaO之故，这种渣称为短渣。碱度低于0.9的酸性渣的黏度比碱性渣的高，这是由于它含有大量的大离子团(SiO₄)^4-、(si₂O₇)^6-、(Si₆O₁₈)^12-，但温度降低时黏度增大平稳，这种渣称为长渣。

（4）炉渣的熔点

严格讲任何炉渣的熔点不是一个单一的温度值，而是一个温度区间，所以称作渣的熔化温度更为恰当；炉渣的熔化温度由其成分决定。已知成分的炉渣的熔点可从相应的相图中求得近似值，其精确值需用专门的实验方法求得。通常炉渣的熔点比钢的熔点低，故能保证炉渣在炼钢温度下呈液态，而且具有良好的流动性和反应能力。冶炼时炉内炉渣的实际温度比钢液的高40～80℃。

各种炼钢方法的造渣制度通常都包括调整渣的碱度、氧化性(或还原性)和渣量。保持适当的渣碱度才具有较强的脱磷、脱硫能力，减轻炉衬的侵蚀，采用合适的渣量可以保证达到所需的磷、硫和夹杂物的去除量，以获得所需的钢成分。但渣量过大时，热量和金属的损失也增大。冶炼过程中所形成的初期渣、中期渣和终渣的成分和渣量是各不相同的，渣碱度随石灰的不断溶解而不断提高，终渣的碱度为最高。根据炉料状况和炼钢方法（转炉法、平炉法和电炉法等）的不同，采用的造渣制度和成渣过程也不相同。在炉料中[S]、[P]含量不高时一般采用单渣法，而当[S]、[P]含量高时，可采用双渣法。当炉料中[S]、[P]极低，炼钢不需脱除[S]、[P]时，可采用酸性渣冶炼。事实上由于低[S]、[P]原料的奇缺，已极少采用酸性（渣）炼钢法，主要采用的是碱性（渣）炼钢法。

（1）泡沫渣的产生

随着炉温不断升高，钢液的脱碳反应加剧，形成大量CO气体，这时极易诱发泡沫渣，对冶炼过程有很大影响，需要注意控制。氧气转炉内的泡沫渣可造成猛烈喷溅，引起氧枪粘钢粘渣，平炉冶炼时的泡沫渣会阻碍钢液的加热和升温，而使炉内的热反射到炉顶和炉壁，造成炉衬过热而加速损坏。但是在电弧炉中的泡沫渣会包围住电弧，减少电弧向炉衬辐射的热量，有利于炉渣吸热和钢液升温，因此提高了用电效率。初期渣大都属于高(FeO)、含大量表面活性物质(PO3-4、F-、SimO-yn)的不均质炉渣(含有未熔化的石灰颗粒)，此种渣液同高碳钢液发生碳的氧化反应生成大量CO小气泡，于是就产生泡沫渣。

（2）减轻泡沫渣生成的措施

减轻泡沫渣生成的措施有：

(1)控制脱碳速率；

(2)向渣中加入助熔剂(火砖块等)；

(3)限制渣中活性物质浓度的急剧增加。

向炼钢炉内加入金属料的同时加入造渣剂(石灰、石灰石、铁矾土、萤石、铁矿石和砂子等)，当炉料经一段时间加热、逐渐熔化，金属料中的杂质元素(Si、S、P等)和铁元素氧化后生成氧化物，石灰等造渣剂便开始溶解于这些氧化物而生成初期渣，随着金属料中大量杂质元素的氧化，石灰等溶解于氧化物的量也激增，这时熔渣的成分也随之不断改变。炉内成渣过程的快慢取决于炉料的块度，向炉内供氧、供热的强度和熔池搅拌强度等因素。为了缩短冶炼时间以提高产量，采取提高温度，改变炉渣成分等措施加速成渣过程，尽早发挥炉渣的冶炼作用。

炼钢过程中炉渣具有下列功能：

(1)去除有害杂质元素和非金属夹杂物，达到精炼目的；

(2)在氧化期能保证从炉气到钢液有一定的传氧速度；

(3)能阻止炉气和大气中的N2、O2和H2向钢液传递；

(4)在浇铸时，炉渣对钢包中钢液起隔热保温作用，阻止钢液急剧降温。

炼钢炉渣 （steelmaking slag）是指炼钢过程金属料（铁水和废钢等）中的杂质被氧化剂氧化而生成的氧化物再与造渣剂和炉衬发生物理化学反应而形成的产物的总称。

炉渣密度低于钢液，通常覆盖在钢液表面。在冶炼过程中，由于大量气体的产生，熔池发生强烈搅拌，熔渣和钢液往往又处于相互混合状态，这种混合程度越发展，熔渣对钢液的精炼作用就越快。由于渣-钢间的连续不断反应，熔渣的组分和性质在熔炼过程中也不断变化，而熔渣的性质直接关系到钢液的最终质量，炼钢行业有句名言：炼钢即炼渣。可见炉渣对炼钢的重要性。炼钢的主要任务是最大限度地去除钢水中的有害杂质(硫、磷、气体和夹杂物等)，这主要是依靠炉渣的精炼作用，故在熔炼过程中要不断地控制和调整炉渣的成分和温度 。

炉渣是精炼铁的普通副产品， 而废渣进入钢中。它是由酸与钢和助熔添加剂中的碱性氧化物杂质发生反应而形成的。最常使用的熔剂为方解石石灰（石灰） 和白云石石灰（白云石）。炉渣的化学和物理性能不仅影响精炼， 也导致炉衬耐火材料的损耗。两种石灰都提供了碱性， 而白云石还提供了可供消耗的MgO 以防止耐火材料被侵蚀。因此持续监控并优化熔剂处理工艺以维持炉渣的环境很是必要 。

优化的炉渣被认为是：

1.符合钢厂的要求， 在EAF 或BOS 炼钢脱磷期间在熔融和精炼过程中中和生成的所有酸成分；

2.产生附加效益， 如扩展耐火材料的内衬、减少冷热修复、改进起泡能力， 轮流地降低能量输入等。

优化炉渣具有合适的化学成分、合理的相以及合适的黏性， 通过分析和描述炉渣（通过XRF、XRD、显微镜、液相线计算、游离氧化钙测定）以及物料平衡计算来获得。熔剂的需要量可以进行计算。

优化炉渣的基本特点如下：

（1）提高了炉渣的黏度， 有助于起泡；

（2）不含固态不能熔的助剂， 因而降低了形成浪费相或有害相的可能性；

（3）降低炉渣量。

产品优势在降低成本上已得到了有效的实践，效果如下：

（1）更好的精炼；

（2）降低燃烧点；

（3）降低电极损耗；

（4）减少噪音；

（5）降低耐火材料损耗；

（6）保护仪表、电极和炉顶；

（7）降低能耗；

（8）降低助剂用量；

（9）降低炉渣排放成本。

钢渣是炼钢过程中由铁水中的F e 、Si、Mn、P、S 等元素氧化以后与熔剂中石灰、白云石和炉衬耐火材料发生化学反应而形成的硅酸盐, 其中还混有10 肠左右的钢珠和出钢、浇铸过程剩余的残钢 。

实践证明，钢渣的应用价值很大，主要有：

（1）回收其中的废钢

钢渣中含有的10%左右的废钢铁和小钢珠， 通过将钢渣破碎、磁选以后可回收8%~9% 这其中70%可返回炼钢生产中，30%为精矿粉状态，用于烧结生产中代替精矿粉。

（2）钢铁生产中的应用

钢渣加入高炉和化铁炉中，主要是利用其中的CaO代替石灰石，同时还回收了渣中的钢粒和FeO、MgO、MnO等有用成份， 减少熔剂消耗，改善高炉的炉况， 增加了生铁产量，节省能耗。

（3）钢渣水泥生产

用40%左右的钢渣、40%左右的高炉水渣、10%左右的石膏以及10%左右的水泥熟料生产的钢渣水泥质已达375号。由于这种水泥成本低，后期强度高， 耐腐蚀，所以用于修路和设备基础较佳。

（4）用于道路工程和建筑填方

用钢渣代替碎石修路， 既可用于路面，又可用于路基。在沿海滩涂修筑的油田、道路、挡水堤等用钢渣代替碎石填方不易“ 返浆” ，轧实后能承受较重的运输车辆。经陈化以后的钢渣和高炉水渣生产的人行道方砖、围墙格砖是利用钢渣的又一有效途径。

（5）钢渣磷肥

利用钢渣生产的磷肥施于我国南方的酸性土壤中，可以中和土壤的酸度，改善土壤的物理性能，改良其他易于结块的肥料的性质， 使其易于被植物吸收。

制作铁合金压块，是合理使用铁合金在破碎、分级过程中所产生的碎屑和粉末，以及粉末冶金制粉、难熔金属材料加工产生的废料的有效利用方法。对易粉化的铁合金与添加剂，也可以制成压块使用。炼钢时使用铁合金压块，可以加速铁合金在钢液中的溶解速度，减少铁合金碎屑在炼钢炉渣中的损失，消除大块铁合金对钢液的局部冷冻现象。

制造铁合金压块的工艺过程，包括原料准备、压制成型、干燥和包装 。

矿棉生产的主要原料是多种多样的。

（1）工业废渣。属碱性工业废渣的有高炉渣、炼钢炉渣、铁合金炉渣、有色冶炼炉渣等；属酸性工业废渣的有红砖渣、化铁炉渣、粉煤灰、旋风炉渣等等。

（2）某些火成岩。如辉绿岩、玄武岩、辉长岩、花岗岩、闪长岩、石英岩、安山岩等等，这些岩石均属酸性

（3）熔剂。如石灰石、白云石等，它们均为碱性熔剂。

上述原料需按照矿棉酸度系数的要求，进行酸碱搭配的配料计算后，按一定比例加入炉内熔炼。