冶金原理课件(中南大学)

三、熔渣组分的来源
矿石或精矿中的脉石 如高炉冶炼：Al2O3、CaO、SiO2等
为满足冶炼过程需要而加入的熔剂 如CaO、SiO2、CaF2等——改善熔渣的物理化学性能
冶炼过程中金属或化合物（如硫化物）的氧化产物 如炼钢：FeO、Fe2O3、MnO、TiO2、P2O5等 造锍熔炼：FeO、Fe3O4等。
Sn 7～9
高 钛 渣 2.8～5.6 2～6 0.3～1.2 2.7～6.5 2～5.6 1～1.5 TiO2 82～87
结 论：
冶金炉渣通常由五、六种或更多的氧化物组成。 炉渣常含有其他化合物，如氟化物、硫化物等。 炉渣中含量最多的氧化物通常只有三种，其总含量 可达80%以上。 大多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物是： FeO、CaO、SiO2 高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物为： CaO、Al2O3、SiO2
➢ 冶金熔体——在高温冶金过程中处于熔融状态 的反应介质或反应产物
➢ 冶金熔体的分类——根据组成熔体的主要成分的不同 • 金属熔体 • 熔渣 • 熔盐 非金属熔体 • 熔锍
1.1 金属熔体
➢ 金属熔体 —— 液态的金属和合金
如铁水、钢水、粗铜、铝液等
➢ 金属熔体不仅是火法冶金过程的主要产品， 而且也是冶炼过程中多相反应的直接参加者。
五、熔渣的其它作用
作为金属液滴或锍的液滴汇集、长大和沉降的介质
冶炼中生成的金属液滴或锍的液滴最初是分散在熔渣中的，这些分 散的微小液滴的汇集、长大和沉降都是在熔渣中进行的。
在竖炉（如鼓风炉）冶炼过程中，炉渣的化学组成直接决定了炉缸 的最高温度。
对于低熔点渣型，燃料消耗量的增加，只能加大炉料的熔化量而不 能进一步提高炉子的最高温度。
✓ 例如，高炉炼铁中，铁矿石中的大量脉石成分与燃料（焦炭）中的灰 份以及添加的熔剂（石灰石、白云石、硅石等）反应，形成炉渣，从 而与金属铁分离。 造锍熔炼中，铜、镍的硫化物与炉料中铁的的硫化物熔融在一起，形 成熔锍；铁的氧化物则与造渣熔剂SiO2及其他脉石成分形成熔渣。
2、精炼渣（氧化渣）
✓ 是粗金属精炼过程的产物。
在许多金属硫化矿物的烧结焙烧过程中，熔渣是一种粘合剂。
烧结时，熔化温度较低的炉渣将细粒炉料粘结起来，冷却后形成了 具有一定强度的烧结块或烧结球团。
在金属和合金的精炼时，熔渣覆盖在金属熔体表面，可以防止金属 熔体被氧化性气体氧化，减小有害气体（如H2、N2）在金属熔体中 的溶解。
六、熔渣的副作用
✓ 熔渣对炉衬的化学侵蚀和机械冲刷 大大缩短了炉子的使用寿命
✓ 例如，钛铁矿常先在电炉中经还原熔炼得到所 谓的高钛渣，再从高钛渣进一步提取金属钛。
对于铜、铅、砷等杂质含量很高的锡矿，一般 先进行造渣熔炼，使绝大部分锡（90%）进入 渣中，而只产出少量集中了大部分杂质的金属 锡，然后再冶炼含锡渣提取金属锡。
4、合成渣
✓ 是指由为达到一定的冶炼目的、按一定成分预先配制 的渣料熔合而成的炉渣。
1.2 熔 渣
➢ 熔渣主要由冶金原料中的氧化物或冶金过
程中生成的氧化物组成的熔体。
如CaO、FeO、MnO、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、Fe2O3
➢ 除氧化物外，炉渣还可能含有少量其它类型的化合
物甚至金属
如氟化物、氯化物、硫化物、硫酸盐等
二、常见冶金炉渣的组成
表 11 常见冶金炉渣的主要化学成分
✓ 主要作用——捕集粗金属中杂质元素的氧 化产物，使之与主金属分离。
✓ 例如，在冶炼生铁或废钢时，原料中杂质 元素的氧化产物与加入的造渣熔剂融合成 CaO和FeO含量较高的炉渣，从而除去钢 液中的硫、磷等有害杂质，同时吸收钢液 中的非金属夹杂物。
3、富集渣
✓ 是某些熔炼过程的产物。
✓ 作用——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。
炉渣
高炉炼铁渣
组 成 / %(质量)
SiO2 A12O3 CaO
FeO
30～40 10～20 35～50 < 1
MgO 5～10
Baidu Nhomakorabea
MnO 0.5～1
其它 S 1～2
转炉炼钢渣 电炉炼钢渣
9～20 0.1～2.5 37～59 5～20 0.6～8 1.3～10 P2O5 1～6 10～25 0.7～8.3 20～65 0.5～35 0.6～2.5 0.3～11
✓ 炉渣带走了大量热量 大大地增加了燃料消耗
✓ 渣中含有各种有价金属 降低了金属的直收率
1.3 熔 盐
➢ 熔盐——盐的熔融态液体 通常指无机盐的熔融体
被熔融金属或熔渣侵蚀和冲刷下来的炉衬材料 如碱性炉渣炼钢时，MgO主要来自镁砂炉衬
四、熔渣的主要作用与分类
—— 不同的熔渣所起的作用是不一样的 —— 根据熔渣在冶炼过程中的作用，可将其分成四类： 1、冶炼渣（熔炼渣）
✓ 是在以矿石或精矿为原料、以粗金属或熔锍为冶炼产物的熔炼过程中 生成的
✓ 主要作用——汇集炉料（矿石或精矿、燃料、熔剂等）中的全部脉石 成分、灰分以及大部分杂质，从而使其与熔融的主要冶炼产物（金属 、熔锍等）分离。
电渣重熔渣 铜闪速炉熔炼渣
0～10 28～38
0～30 2～12
0～20 5～15
38～54
0～15 1～3
铅鼓风炉熔炼渣 19～35 3～5 0～20 28～40 3～5
CaF2 45～80
Fe3O4 12～15,
S 0.2～0.4, Cu 0.5～0.8 Pb 1～3.5
锡反射炉熔炼渣 19～24 8～10 1.5～6 45～50
第一篇 冶金熔体
第一章 冶金熔体概述 第二章 冶金熔体的相平衡图 第三章 冶金熔体的结构 第四章 冶金熔体的物理性质 第五章 冶金熔体的化学性质
第一章 冶金熔体概述
1.0 概 念 1.1 金属熔体 1.2 熔 渣 1.3 熔 盐 1.4 熔 锍
1.0 概 念
➢ 许多高温冶金过程，都是在熔融介质中进行的； 很多冶炼过程，产物或中间产品为熔融状态物质。
✓ 如电渣重熔用渣、铸钢用保护渣、钢液炉外精炼用渣 等。
✓ 这些炉渣所起的冶金作用差别很大。
▪ 例如，电渣重熔渣一方面作为发热体，为精炼提供 所需要的热量；另一方面还能脱出金属液中的杂质 、吸收非金属夹杂物。
▪ 保护渣的主要作用是减少熔融金属液面与大气的接 触、防止其二次氧化，减少金属液面的热损失。