炉渣的冶金作用 炉渣在冶炼过程中起着下列重要的物理及化学作用:①形成熔融炉渣使脉石组分或杂质氧化产物与熔融金属或熔锍顺利分离;②脱除钢液中的有害杂质硫、磷和氧,吸收钢液中非金属夹杂物,并保护钢液不致直接吸收氢、氮、氧;③富集有用金属氧化物;④在电炉冶炼(电弧炉、矿热电炉、电渣重熔炉等)中炉渣还起着电阻发热体的作用。炉渣在保证冶炼产品质量、金属回收率、冶炼操作顺行以及各项技术经济指标方面都起着决定性的作用。“炼好渣,才有好钢”的说法,生动地反映了炉渣在冶炼过程中的重要作用。
炉渣的物理化学性质 炉渣完成冶金作用的好坏,主要决定于熔融炉渣的熔点、粘度、界(表)面张力、比重、电导率、热焓、 热导率以及某些组分的活度(a)等。这些物理化学性质被炉渣的组成决定。炉渣的组分靠加入适量的熔剂调整,最重要的熔剂是石灰石和石英石。萤石(CaF2)在电炉炼钢渣及合成渣中也是重要的熔剂。
炉渣中CaO及FeO的活度 一定温度下取纯CaO的反应能力为1,溶解于炉渣中的CaO相对于纯CaO的反应能力的分数就是炉渣中CaO的活度;炉渣中FeO的活度意义与此类似。FeO活度高的渣对钢液脱碳有利;CaO活度高,FeO活度低的渣对钢液脱硫有利;CaO及FeO活度高的渣对钢液脱磷有利。炉渣中组分的活度数据可由实验测定(图1,图2)。 炉渣
炉渣的碱度 炉渣中碱性氧化物含量与酸性氧化物含量的比值称为炉渣的碱度,它对炉渣的性质有显著的影响。钢铁冶金生产中常用CaO/SiO2,(CaO+MgO)/SiO2,(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3+TiO2)等表示炉渣的碱度。在有色冶金中则常用渣中酸性氧化物中的氧量与碱性氧化物中的氧量之比来表示渣的酸碱性,此比值称为渣的硅酸度。
渣系的相图 高炉渣、大多数铁合金炉渣及保护渣的主要组成可归结为Cao-Al2O3-SiO2系。大多数的有色重金属冶炼渣可归结为CaO-’FeO'-SiO2系或’FeO'-SiO2系(含有数量不等的三价铁),它们的相图见图3、图4、图5。 炉渣
炉渣中有价金属的损失 有价金属因机械损失、化学损失及物理损失而进入炉渣中。从炉渣中回收这些金属在经济上不合算时,才可将炉渣弃作他用,如铜冶炼弃渣含Cu0.2~0.4%,钒铁冶炼弃渣含V2O50.2~0.3%。根据物理化学性质合理选择炉渣的组成对降低弃渣中有价金属的含量具有重要作用。有色金属精炼渣含有价金属甚高,一般返回流程的前工序处理。
炉渣的利用 冶炼过程产生的弃渣数量很大,如生产1吨生铁产生约0.3~1吨高炉渣;由铜精矿产生1吨阳极铜产生冶炼渣约5~6吨。不返回基本冶炼流程的弃渣应加以综合利用。炉渣可以做铸石制品;水淬渣用于生产水泥,渣砖或可吹制成矿渣棉,作保温、隔热材料。炉渣还可以代替砂石做道碴。高炉渣亦可用作铜冶炼过程的熔剂或作浇铸钢锭时的保护渣原料。含P2O5高的炼钢渣用作农业磷肥。铜冶炼水淬渣可作表面处理用的喷吵材料。
炉渣结构模型 在熔融炉渣结构的研究方面,提出了好几种模型。其中比较有影响的是最早(1934)提出的分子理论(见熔融炉渣的分子假说),1945年提出的完全离子溶液模型(见完全离子溶液──Tёмкин 模型)和1965年提出的马松模型。