第一章冶金炉渣
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有色冶金原理课堂笔记
有色冶金课堂笔记第一章冶金炉渣第一节概述1、火法冶金产物：炉渣、金属、烟气2、炉渣的来源：来自脉石(SiO2)、溶剂、燃料灰分3、炉渣的成分：各种氧化物组成的共同体4、冶金炉渣的作用:a容纳废物，使金属或锍与脉分离b沉降分离c保护剂的作用d中间产物e炉渣的温度决定冶炼的最高温度5、对炉渣的要求：a有较低的熔化温度b有较小的密度。
与熔体金属互不相容，易分层c适当组成最大容纳杂质d对炉衬的腐蚀性要小e要求具有一定的导电导热能力第二节炉渣的组成1、炉渣的各种氧化物：a碱性氧化物可以供给氧离子O2-b酸性氧化物吸收氧离子SiO2P2O5c两性氧化物Al2O3、ZnO2、硅酸度的计算方法：硅酸度(K)=酸性氧化物中氧的质量之和/碱性氧化物中氧的质量之和当SiO2>20%时，两性氧化物看作碱性氧化物当SiO2<20%时，两性氧化物看作酸性氧化物当K>1时为酸性渣当K<1时为碱性渣第三节炉渣的二、三元状态图！炉渣的温度：由组成决定（硅酸度）温度升高变软一4糊状一^流动2、二元状态图厂液相线曲线v「液相组成线物相组成线（垂线与曲线相交则为稳定化合物） 纯组元「稳定化合物 化合物" I 不稳定化合物 水平线j （分解型化学转变线J 共析 、化学转变线偏晶 <「包晶 化合型化学转变线V 1包析 I晶型转变线 「共晶 L —>S1+S2 S —^S1+S2L —^L1+L2L+S1—►S2S1+S2―►S32、三元系状态图a自由度：在一定范围内，可以任意改变不致发生相变化的变数的个数f=4—^b基元三角形的划分划分规则：将三元不变点三个初晶面的固相组成相连，组成的三角形c 三元不变点性质的划分(1)位于基元三角形的外面为包晶点；位于内部则为共晶点(2)根据箭头方向判断：都指向三元不变点为共晶点d化合物性质的区分主要特征：化合物组成点是否落在该初晶区内，若是则为稳定的化合物，不是则为不稳定化合物。
第一章冶金炉渣
冶金原理精品课程
四）熔渣的电导
1、熔渣的电导是通过测量面积为1cm2， 长度为1cm的熔渣的电导度得出的：
导点度L与面积S成正比，与距离成反比， 比例系数κ为比电导，亦称电导，其单位为 Ω-
1·㎝-1。
有色冶金炉渣在1573K的κ约为0.1～ 0.2Ω-1·㎝-1。而一般冶金熔渣的κ值一般在 0.1～16Ω-1·㎝-1范围内变化。
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二）熔渣的粘度
SiO2
%
37.3
37.3 4.7
46.0
100%
42.4%
CaO%
4.7
100% 5.3%
37.3 4.7 46.0
FeO%
46.0
100% 52.3%
37.3 4.7 46.0
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二）熔渣的粘度
从图1-14中查得这种炉渣在1623K下的粘度 约为1.5Pa·s。但是，因为这种炉渣并不是纯 粹的三元系，因此查出的数据只能作参考。 由图可见该炉渣系粘度最低的组成为： CaO10~30%、SiO215~30%，FeO40~60%.
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二）熔渣的粘度
由于粘度仅能在均一液相内测定，所以等 粘度曲线图仅占有浓度三角形的局部（给 定的等熔化温度曲线以内的液相区）
冶金原理精品课程
二）熔渣的粘度
在应用该图时，首先应将炉渣中的三种主 要氧化物换算为总和100%，然后再查图 可得各种炉渣在给定温度下的粘度值。例 如，要查某个铜造锍熔炼炉渣的粘度，该 炉渣中主要成分的质量百分比数为 SiO237.3%、CaO4.7%、FeO46.0%。先 将三成分总和换算成百分之百，即：
固体渣的密度可近似地按单独氧化物的密度用
四）熔渣的电导
1、熔渣的电导是通过测量面积为1cm2， 长度为1cm的熔渣的电导度得出的：
导点度L与面积S成正比，与距离成反比， 比例系数κ为比电导，亦称电导，其单位为 Ω-
1·㎝-1。
有色冶金炉渣在1573K的κ约为0.1～ 0.2Ω-1·㎝-1。而一般冶金熔渣的κ值一般在 0.1～16Ω-1·㎝-1范围内变化。
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二）熔渣的粘度
SiO2
%
37.3
37.3 4.7
46.0
100%
42.4%
CaO%
4.7
100% 5.3%
37.3 4.7 46.0
FeO%
46.0
100% 52.3%
37.3 4.7 46.0
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二）熔渣的粘度
从图1-14中查得这种炉渣在1623K下的粘度 约为1.5Pa·s。但是，因为这种炉渣并不是纯 粹的三元系，因此查出的数据只能作参考。 由图可见该炉渣系粘度最低的组成为： CaO10~30%、SiO215~30%，FeO40~60%.
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二）熔渣的粘度
由于粘度仅能在均一液相内测定，所以等 粘度曲线图仅占有浓度三角形的局部（给 定的等熔化温度曲线以内的液相区）
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二）熔渣的粘度
在应用该图时，首先应将炉渣中的三种主 要氧化物换算为总和100%，然后再查图 可得各种炉渣在给定温度下的粘度值。例 如，要查某个铜造锍熔炼炉渣的粘度，该 炉渣中主要成分的质量百分比数为 SiO237.3%、CaO4.7%、FeO46.0%。先 将三成分总和换算成百分之百，即：
固体渣的密度可近似地按单独氧化物的密度用
4-冶金炉渣
要掌握这些物相转变(zhuǎnbiàn)的规律需求 对相图有深入的了解。
第七页，共234页。
Hebei Polytechnic University
内容(nèiróng)纲要
4.1 二元系相图 4.2 三元系相图 4.4 熔渣的结构实际 4.6 熔渣的离子(lízǐ)溶液结构模型 4.7 熔渣的活度曲线 4.8 熔渣的化学性质 4.9 熔渣的物理性质
第二十页，共234页。
4.1.1 二元系相图(xiānɡ tú)的基本知识
4.1.1.2 吉布斯相律
2〕φ—相
相的特征
〔3〕固体机械混合物中，有几种物质(wùzhì)就有几 个相 例如，粗锑白粉中的Sb2O3、As2O3、PbO虽颗粒很
细，混合得也很平均(píngjūn)，但依然是不同的相；
白糖和砂子混合在一同，依然是两个相。
4.1.1 二元系相图(xiānɡ tú)的基本知识
4.1.1.2 吉布斯相律
3〕f—自在度 关于二元系，最多能够有三个自在度，除了温度、
压力外，还有组元的相对(xiāngduì)含量〔浓度〕。要 片面表示体系的能够状况，需求用三维的平面相图，
关于凝聚体系，压力的假定干变化不会(bùhuì) 对相图的外形发作清楚的影响，所以可用恒压截面 图表示在普通压力下的相图，如金属和合金相图、 硅酸盐相图、熔盐相图等等，都只以组成和温度作 为独立变量。
第二十六页，共234页。
4.1.1 二元系相图(xiānɡ tú)的基本知识
4.1.1.2 吉布斯相律
3〕f—自在度
复杂的二 元相图，横坐 标表示 (biǎoshì)组元 浓度，纵坐标 表示(biǎoshì) 体系的温度。
第二十七页，共234页。
4.1.1 二元系相图(xiānɡ tú)的基本知识
第七页，共234页。
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内容(nèiróng)纲要
4.1 二元系相图 4.2 三元系相图 4.4 熔渣的结构实际 4.6 熔渣的离子(lízǐ)溶液结构模型 4.7 熔渣的活度曲线 4.8 熔渣的化学性质 4.9 熔渣的物理性质
第二十页，共234页。
4.1.1 二元系相图(xiānɡ tú)的基本知识
4.1.1.2 吉布斯相律
2〕φ—相
相的特征
〔3〕固体机械混合物中，有几种物质(wùzhì)就有几 个相 例如，粗锑白粉中的Sb2O3、As2O3、PbO虽颗粒很
细，混合得也很平均(píngjūn)，但依然是不同的相；
白糖和砂子混合在一同，依然是两个相。
4.1.1 二元系相图(xiānɡ tú)的基本知识
4.1.1.2 吉布斯相律
3〕f—自在度 关于二元系，最多能够有三个自在度，除了温度、
压力外，还有组元的相对(xiāngduì)含量〔浓度〕。要 片面表示体系的能够状况，需求用三维的平面相图，
关于凝聚体系，压力的假定干变化不会(bùhuì) 对相图的外形发作清楚的影响，所以可用恒压截面 图表示在普通压力下的相图，如金属和合金相图、 硅酸盐相图、熔盐相图等等，都只以组成和温度作 为独立变量。
第二十六页，共234页。
4.1.1 二元系相图(xiānɡ tú)的基本知识
4.1.1.2 吉布斯相律
3〕f—自在度
复杂的二 元相图，横坐 标表示 (biǎoshì)组元 浓度，纵坐标 表示(biǎoshì) 体系的温度。
第二十七页，共234页。
4.1.1 二元系相图(xiānɡ tú)的基本知识
有色金属冶金原理 火法冶金部分
炉渣酸碱度的表示：常用硅酸度和碱度来表示。 硅酸度=酸性氧化物中氧的质量之和/碱性氧化物中氧的 质量之和。 碱度=氧化钙（%质量）/氧化硅（%质量） 例题：
某铅鼓风炉还原炉渣成分为SiO2 36%、 CaO 10%、FeO 40%、 ZnO 8%。 酸性氧化物： SiO2 36 碱性氧化物： CaO 、FeO 、 ZnO 炉渣的硅酸度=
用等熔化温度曲线，可以查已知成分炉 渣的熔化温度。 熔化温度的变化是有规律的。即化合物 熔点最高，并向二元包晶点、共晶点方 向不断降低，再由二元包晶点、共晶点 向三元包晶点、三元共晶点方向降低， 三元共晶点的熔化温度最低。
第四节 熔融炉渣的结构
炉渣的结构与物理化学性能密切相关 目前难于直接测定炉渣的结构，可间接 推测。 存在两种理论：分子理论和离子理论。
第一节 概述
炉渣：熔化后称熔渣，是火法冶金的一 种产物。其组成主要来自矿石、溶剂和 燃料灰分中的造渣成分。主要是氧化物。 炉渣的作用： 主要作用是使矿石和溶剂中的脉石和 燃料中的灰分集中，并在高温下与主要 的冶炼产物金属、锍等分离。
炉渣的作用：
1.
2.
3.
4.
5.
6.
在炉渣中发生金属液滴或锍液滴的沉降分离，沉降 分离的完全程度对金属在炉渣中的机械夹杂损失起 着决定性作用。 对鼓风炉这一类竖炉来说，炉内可能达到的最高温 度决定于炉渣的熔化温度。 在金属和合金的熔炼和精炼时，炉渣与金属熔体的 组分相互进行反应，从而可以通过炉渣对杂质的脱 除和浓度加以控制。 在某些情况下，炉渣不是冶炼厂的废弃物，而是中 间产物。 熔渣是一种介质，在其中进行着许多极为重要的冶 金反应。金属在炉渣中的损失主要决定于这些反应 的完全程度。 在用矿热式电炉冶炼时，炉渣以及电极周围的气膜 起着电阻作用，并可用调节电极插入深度的方法来 调节电炉的功率。
冶金原理精品课程-冶金炉渣
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下一节
解决思路
一）了解炉渣中氧化物的分类 二）通过硅酸度、碱度控制渣型
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上一节
教学内容
一）氧化物的分类 二）来自渣酸、碱度的计算冶金原理精品课程
一）氧化物的分类
1、冶金炉渣是极为复杂的体系，常由五、六 种或更多的氧化物组成，并含有如氟化物、 硫化物等化合物。 2、炉渣中含量最多的氧化物通常只有三个， 其总含量可达80%以上。对有色冶金中的大 多数炉渣来说，这三种氧化物是 SiO2 、 FeO 、 CaO,而另一些有色冶金炉渣则为 SiO2 、CaO、Al2O3
1、SiO2-CaO二元系
从图1-1可见，各种硅酸钙盐的熔化 温度都很高，熔点低于1873Κ的硅酸钙位 于含CaO32~59%的狭窄组成范围内，而 且如在含CaO59%时再增加CaO,则熔点将 急剧升高。所以纯石灰质的硅酸盐在熔化 温度上就不适于用作有色金属冶炼渣。但 CaO能使炉渣的密度降低，且石灰质硅酸 盐溶解重金属硫化物的能力比较小，所以 作为一个造渣成分，还是有其有利的一面
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2、FeO-SiO2二元系
由图1-2可见，当SiO2含量在30％左 右时，系统的熔化温度最低（1460Κ左 右），与有色冶炼炉渣的熔化温度相近。 因此，单就熔点来说，理论上用熔化温度 为1473Κ，而成为接近纯2FeO· 2的炉 SiO 渣进行造硫或还原熔炼是可行的。
冶金原理精品课程
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2、FeO-SiO2二元系
在图上部算出了液相中Fe2O3含量随着SiO2含量 而改变的曲线。当液相成分接近于铁橄榄石（２ FeO· 2）时，Fe2O3含量为2.25％。 SiO 如图1-2所示，这个二元系只有一个稳定的 化合物，叫做铁橄榄石，其熔点为1478Κ，它的 液相线是平滑的，说明它熔化后易分解。此外， 这个二元系有两个共晶，其共晶温度几乎相等 （1450Κ和1451Κ）。
冶金炉渣
冶 金 炉 渣
中南大学 戴曦
2008-10
炉渣在冶炼过程中的作用
炉渣定义 炉渣是火法冶金过程的一种产物，是各 种氧化物的熔合体。 冶金炉渣的由来 火法冶金过程中由脉石成分构成的、各种 氧化物的熔体。
炉渣在冶炼过程中的作用
冶炼炉渣的作用 冶金炉渣的主要作用是使矿石和熔剂中 的脉石、燃料中的灰分集中，并在高温下 与主要的冶炼产物金属、锍等分离。 （1）熔3）冶炼温度取决于炉渣熔化温度；
生成一个三元一致熔融化合物的三元系相图
P25图2-19 分解为三个相图分析 综上说述，如果某三元系中只生成二元 或三元一致熔融化合物，那么就可以将该 三元系划分为若干个独立的简单三元系。
炉渣三元状态图
生成不一致熔融化合物的三元系相图
生成一个二元不一致熔融化合物的三元系相图
如果一个化合物被加热至某一温度时发 生分解，形成一个液相和另一个固相，且 二者的组成皆不同于化合物固相的组成， 则称该化合物为不一致熔融化合物。不一 致熔融化合物是一种不稳定的化合物。
炉渣二元状态图
Al2O3-SiO2系 P3图1－1
垂直线：一条，不稳定化合物，A3S2 （莫来石） 横 线：三条（相变过程、共晶、包晶） 液相线：体系最低熔化温度，1545℃ 结论：该二元系适合耐火材料，不适于冶 金炉渣
炉渣二元状态图
CaO-Al2O3二元系 P4 图1－2
垂直线：5条 （两个不稳定化合物，三个稳定化合物） 横 线：6条（共晶、包晶） 液相线：体系最低熔化温度 1395℃ 结论：该二元系不适于作冶金炉渣
线。将所得的空间等温线投影到底面上， 并标出相应的温度值，即得到平面投影图 上的等温线（图2-12）。 图2-13（b）是t1温度下的等温截面图。 图中扇形区域Aa1a1’A和Bb1b1’B分别是A、 B的一次结晶空间与等温截面的截线在底面 的投影，所以这两个区域分别是A、B两固 相与液相平衡共存的两相区（L+A）和 （L+B）；两相区中绘有从顶角发出的放射
中南大学 戴曦
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炉渣在冶炼过程中的作用
炉渣定义 炉渣是火法冶金过程的一种产物，是各 种氧化物的熔合体。 冶金炉渣的由来 火法冶金过程中由脉石成分构成的、各种 氧化物的熔体。
炉渣在冶炼过程中的作用
冶炼炉渣的作用 冶金炉渣的主要作用是使矿石和熔剂中 的脉石、燃料中的灰分集中，并在高温下 与主要的冶炼产物金属、锍等分离。 （1）熔3）冶炼温度取决于炉渣熔化温度；
生成一个三元一致熔融化合物的三元系相图
P25图2-19 分解为三个相图分析 综上说述，如果某三元系中只生成二元 或三元一致熔融化合物，那么就可以将该 三元系划分为若干个独立的简单三元系。
炉渣三元状态图
生成不一致熔融化合物的三元系相图
生成一个二元不一致熔融化合物的三元系相图
如果一个化合物被加热至某一温度时发 生分解，形成一个液相和另一个固相，且 二者的组成皆不同于化合物固相的组成， 则称该化合物为不一致熔融化合物。不一 致熔融化合物是一种不稳定的化合物。
炉渣二元状态图
Al2O3-SiO2系 P3图1－1
垂直线：一条，不稳定化合物，A3S2 （莫来石） 横 线：三条（相变过程、共晶、包晶） 液相线：体系最低熔化温度，1545℃ 结论：该二元系适合耐火材料，不适于冶 金炉渣
炉渣二元状态图
CaO-Al2O3二元系 P4 图1－2
垂直线：5条 （两个不稳定化合物，三个稳定化合物） 横 线：6条（共晶、包晶） 液相线：体系最低熔化温度 1395℃ 结论：该二元系不适于作冶金炉渣
线。将所得的空间等温线投影到底面上， 并标出相应的温度值，即得到平面投影图 上的等温线（图2-12）。 图2-13（b）是t1温度下的等温截面图。 图中扇形区域Aa1a1’A和Bb1b1’B分别是A、 B的一次结晶空间与等温截面的截线在底面 的投影，所以这两个区域分别是A、B两固 相与液相平衡共存的两相区（L+A）和 （L+B）；两相区中绘有从顶角发出的放射
冶金炉渣
炉渣三元状态图
等比例规则 PP12图2-4 在三角形某一顶点到其对边的任一直线 上，各物系点中所含另两个顶点所表示的 组分的含量之比为一定值。 b1/c1=b2/c2=b3/c3=常数
炉渣三元状态图
背向规则 PP13图2-5 浓度三角形ABC中任一物系点P在冷却 至其初晶温度（即物系点到达液相面）时 首先自液相中析出固相A，则当体系继续冷 却时，由于只析出了固相A，而剩余液相中 B、C两组分含量的比值不变，故根据等比 例规则可知，剩余液相的组成点L必定在AP 连线的延长线AS上变化。随着冷却结晶
线。将所得的空间等温线投影到底面上， 并标出相应的温度值，即得到平面投影图 上的等温线（图2-12）。 图2-13（b）是t1温度下的等温截面图。 图中扇形区域Aa1a1’A和Bb1b1’B分别是A、 B的一次结晶空间与等温截面的截线在底面 的投影，所以这两个区域分别是A、B两固 相与液相平衡共存的两相区（L+A）和 （L+B）；两相区中绘有从顶角发出的放射
炉渣三元状态图
P23图2-17 分解为两个相图进行分析 初晶液相面：4个 一致熔融化合物特点（二元或三元）： 组成点位于其初晶区内
炉渣三元状态图
二元共晶点： e1：L=SA+SD e2： L=SB+SD e3： L=SB+SC e4：L=SA+SC 三元共晶点： E1： L=SA+SC+SD E2： L=SB+SC+SD
炉渣三元状态图
三元系相图的表示方法 PP16-20 立体相图 PP16图2-10
P16-17
特点：三个组分A、B、C
在液态时完全互溶，而 在固态时则完全不互 溶；体系中不生成化合 物，只形成一个三元低 共熔混合物 液相面： 界线：e1e、e2e、e3e 无变点：e 空间区域：
有色冶金原理第一章冶金炉渣
•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。
•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
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有色冶金原理第一章冶金炉渣
4、炉渣氧化物
组成炉渣的氧化物可分为三类: ➢ 碱性氧化物：能提供氧离子O2-，如CaO、MnO、FeO、
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CaO—S有iO色冶2金系原理状第一态章冶金图炉渣
体系特点(续)
一致熔融化合物C2S及CS将整个相图分为三个独立部
✓ CaO—C2S 系——低共熔型 含有一个在低温及高温下均会分解的化合物C3S T < 1250 ℃时，C3S → α‘ - C2S + CaO ； T > 1900 ℃时，C3S → α - C2S + CaO 。
的最高温度。对于低熔点渣型，燃料消耗量的增加，只能加
炉料的熔化量而不能进一步提高炉子的最高温度。
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 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
属熔体被氧化性气体氧化，减小有害气体(如H2、N2)在金属熔 中的溶解。
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有色冶金原理第一章冶金炉渣
二、CaO—Al2O3二元系
体系特点
3个一致熔融化合物将体系分解为4个独立的二元系 12CaO·7Al2O3(C12A7)或5CaO·3Al2O3(C5A3) CaO·Al2O3(CA) CaO·2Al2O3(CA2)
•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
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4、炉渣氧化物
组成炉渣的氧化物可分为三类: ➢ 碱性氧化物：能提供氧离子O2-，如CaO、MnO、FeO、
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CaO—S有iO色冶2金系原理状第一态章冶金图炉渣
体系特点(续)
一致熔融化合物C2S及CS将整个相图分为三个独立部
✓ CaO—C2S 系——低共熔型 含有一个在低温及高温下均会分解的化合物C3S T < 1250 ℃时，C3S → α‘ - C2S + CaO ； T > 1900 ℃时，C3S → α - C2S + CaO 。
的最高温度。对于低熔点渣型，燃料消耗量的增加，只能加
炉料的熔化量而不能进一步提高炉子的最高温度。
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 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
属熔体被氧化性气体氧化，减小有害气体(如H2、N2)在金属熔 中的溶解。
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二、CaO—Al2O3二元系
体系特点
3个一致熔融化合物将体系分解为4个独立的二元系 12CaO·7Al2O3(C12A7)或5CaO·3Al2O3(C5A3) CaO·Al2O3(CA) CaO·2Al2O3(CA2)
炼钢炉渣
学习炼钢炉渣的来源、组成和作用，钢中元素氧化的规律及铁、硅、锰的氧化情况，硫对钢性能的影响，炉渣脱硫的基本反应和条件，氧在钢中的危害及脱氧的任务，元素的脱氧能力及各种脱氧方法的的特点，钢中气体、夹杂物对钢性能的影响，减少钢中气体和减少钢中夹杂物的途径。
第一节炼钢炉渣一、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：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、P25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。
2．炉渣的组成化学分析表明，炼钢炉渣的主要成分是：Ca0、Si02、Fe23、Fe0、Mg0、P25、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·P25等。
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。
冶金炉渣
1
3.7 冶金熔渣
冶金过程中形成的以氧化物为主要成分的熔体， 冶金过程中形成的以氧化物为主要成分的熔体，称为冶 金炉渣，主要有以下四类： 金炉渣，主要有以下四类：
1.还原渣 还原渣
以矿石或精矿为原料，焦碳为燃料和还原剂， 以矿石或精矿为原料，焦碳为燃料和还原剂，配加溶剂 （CaO）进行还原，得到粗金属的同时，形成的渣，叫 ）进行还原，得到粗金属的同时，形成的渣， 高炉渣或称还原渣。 高炉渣或称还原渣。
8
对冶金炉渣的要求
炉渣的性质对保证冶炼过程的顺利进行及保证金 属产品的质量起十分重要的作用。 属产品的质量起十分重要的作用。
如，“炼钢先炼渣；炼钢在于炼渣，好渣之下出好钢” 炼钢先炼渣；炼钢在于炼渣，好渣之下出好钢” 在冶炼过程中，应根据不同的冶炼目的选用不同成分的 在冶炼过程中， 炉渣。比如,炼钢氧化渣和 炉还原渣,炼钢中 炼钢氧化渣和LF炉还原渣 炼钢中,普碳钢和 炉渣。比如,炼钢氧化渣和LF炉还原渣,炼钢中,普碳钢和 品种钢的碱度控制。 品种钢的碱度控制。 为了在冶炼过程中， 为了在冶炼过程中，充分利用炉渣的有利作用而尽量抑 制其不利作用， 制其不利作用，应保证炉渣具有所需要的一些物理性质 如热容、粘度、密度、表面张力、 如热容、粘度、密度、表面张力、电导率以及化学性质 如酸碱性、氧化还原性、吸收有害元素能力（ 如酸碱性、氧化还原性、吸收有害元素能力（即容量性 质）等。
13
（2）碱度 ） 用过剩碱表示炉渣的酸碱性虽然很科学， 用过剩碱表示炉渣的酸碱性虽然很科学，但在工 程中有时很不方便。工程人员通常用以下比值， 程中有时很不方便。工程人员通常用以下比值， 即碱性氧化物含量与酸性氧化物含量的比值定义 的碱度来表示炉渣的酸碱性。常用以下表示法： 的碱度来表示炉渣的酸碱性。常用以下表示法：
3.7 冶金熔渣
冶金过程中形成的以氧化物为主要成分的熔体， 冶金过程中形成的以氧化物为主要成分的熔体，称为冶 金炉渣，主要有以下四类： 金炉渣，主要有以下四类：
1.还原渣 还原渣
以矿石或精矿为原料，焦碳为燃料和还原剂， 以矿石或精矿为原料，焦碳为燃料和还原剂，配加溶剂 （CaO）进行还原，得到粗金属的同时，形成的渣，叫 ）进行还原，得到粗金属的同时，形成的渣， 高炉渣或称还原渣。 高炉渣或称还原渣。
8
对冶金炉渣的要求
炉渣的性质对保证冶炼过程的顺利进行及保证金 属产品的质量起十分重要的作用。 属产品的质量起十分重要的作用。
如，“炼钢先炼渣；炼钢在于炼渣，好渣之下出好钢” 炼钢先炼渣；炼钢在于炼渣，好渣之下出好钢” 在冶炼过程中，应根据不同的冶炼目的选用不同成分的 在冶炼过程中， 炉渣。比如,炼钢氧化渣和 炉还原渣,炼钢中 炼钢氧化渣和LF炉还原渣 炼钢中,普碳钢和 炉渣。比如,炼钢氧化渣和LF炉还原渣,炼钢中,普碳钢和 品种钢的碱度控制。 品种钢的碱度控制。 为了在冶炼过程中， 为了在冶炼过程中，充分利用炉渣的有利作用而尽量抑 制其不利作用， 制其不利作用，应保证炉渣具有所需要的一些物理性质 如热容、粘度、密度、表面张力、 如热容、粘度、密度、表面张力、电导率以及化学性质 如酸碱性、氧化还原性、吸收有害元素能力（ 如酸碱性、氧化还原性、吸收有害元素能力（即容量性 质）等。
13
（2）碱度 ） 用过剩碱表示炉渣的酸碱性虽然很科学， 用过剩碱表示炉渣的酸碱性虽然很科学，但在工 程中有时很不方便。工程人员通常用以下比值， 程中有时很不方便。工程人员通常用以下比值， 即碱性氧化物含量与酸性氧化物含量的比值定义 的碱度来表示炉渣的酸碱性。常用以下表示法： 的碱度来表示炉渣的酸碱性。常用以下表示法：
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n 炉渣主要是由各种氧化物组成的共熔体。
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第一章冶金炉渣
二）炉渣的作用
1、冶金炉渣的主要作用是使矿石和熔剂中的 脉石、燃料中的灰分集中，并在高温下与主 要的冶炼产物金属、硫等分离。
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第一章冶金炉渣
二）炉渣的作用
2、炉渣是一种介质，进行着许多冶金反应。 例如，在铅还原熔炼时，溶解在炉渣中的硅酸 铅便可直接从炉渣中被还原剂（CO或C） 还 原。金属在炉渣中的损失主要决定于这些反应 的完全程度。
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•上一节
第一章冶金炉渣
教学内容
n 一）炉渣系状态图（相图）基本知识
n 1、SiO2-CaO二元系 n 2、FeO-SiO2二元系 n 3、CaO-FeO-SiO２三元系 n 4、Al2O3-SiO2二元系 n 5、CaO-AL2O3二元系 n 6、CaO-Al2O3-SiO2三元系
碱度＝44/40＝1.1
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第一章冶金炉渣
小结
硅酸度这个概念并不十分科学，它不能全 面地表示出炉渣的本质，但它在很大成度上确 实表明了炉渣的酸碱性，对有色冶金炉选择耐 火材料来说，炉渣的硅酸度是必须考虑的重要 因素之一。
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•下一节
第一章冶金炉渣
任务实践
一）炉渣系状态图（相图）基本知识 二）炉渣系二、三元状态图
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第一章冶金炉渣
1、SiO2-CaO二元系
n 图化合1-1物是生C成aO：-SiO2系的状态图，这个体系内有下列 n （和ß１两）中C晶aO体·S，iO182即17CKa熔O化Si。O3,称偏硅酸钙。它有α n （分解２。）３CaO·2SiO2即Ca3SiO7,称焦硅酸钙1737Κ n （β和３α）三种2C晶a型O，·S2iO420即3ΚC熔a2化Si。O4,称正硅酸钙，有γ、 n （217４3Κ）分3解C。aO·SiO2 即 Ca3SiO5, 在 1523Κ 形 成 ，
n
如图1-2所示，这个二元系只有一个稳定的
化合物，叫做铁橄榄石，其熔点为1478Κ，它的
液相线是平滑的，说明它熔化后易分解。此外，
这个二元系有两个共晶，其共晶温度几乎相等
（1450Κ和1451Κ）。
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第一章冶金炉渣
2、FeO-SiO2二元系
n
由图1-2可见，当SiO2含量在30％左
右时，系统的熔化温度最低（1460Κ左
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第一章冶金炉渣
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第一章冶金炉渣
3、CaO-FeO-SiO２三元系
n
以上分析说明纯氧化亚铁硅酸盐或纯氧
化钙硅酸盐都不适宜于单独有色冶炼炉渣。
在实践中，能符合有色冶金过程要求的炉渣
是铁钙硅酸盐的熔合体，其中基本组成部分
为 FeO 、 CaO 和 SiO2 。 因 此 ， CaO-FeOSiO2三元系是有色冶金炉渣的主要造渣系。
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第一章冶金炉渣
二）炉渣的作用
5、在金属和合金的熔炼和精炼时，炉渣与金 属熔体的组分相互进行反应，从而可以通过 炉渣对杂质的脱除和浓度加以控制。在某些 情况下，炉渣可用来覆盖在金属或合金之上， 作为一种保护层，以防止金属熔体受炉气的 饱和和氧化。
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第一章冶金炉渣
二）炉渣的作用
SiO2＋2O2-=SiO44-
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第一章冶金炉渣
一）氧化物的分类
3、两性氧化物：在酸性氧化物过剩时可供给 氧离子而呈碱性，而在碱性氧化物过剩时则又 会吸收氧离子形成配合阴离子而呈酸性的氧化 物，如 Al2O3、ZnO、Fe2O3、PbO等
Al2O3＝2Al3+＋3O2Al2O3＋O2-=2AlO2-
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第一章冶金炉渣
炉渣系状态图（相图）基本知识
1、冶金炉渣的组成和物理化学性质杂很 大程度上与CaO-FeO-SiO2 三元系状态图和 CaO-Alห้องสมุดไป่ตู้O3三元系状态图有关。
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第一章冶金炉渣
炉渣系状态图（相图）基本知识
2、通过对炉渣系二、三元状态图的研究， 可以了解炉渣的熔化温度与组成之间的关系以 及一定温度与组成下的相结构。
6、在某些情况下，炉渣不是冶炼厂的废弃物， 而是一种中间产物。
例如，钛铁矿常用电炉冶炼成高钛渣，再进 而提取钛。又如对铜、铅、砷和其它杂质很 多的锡矿，常先进行造渣熔炼使90％的锡成 渣，然后再冶炼含锡渣提取金属锡。
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第一章冶金炉渣
二）炉渣的作用
7、用矿热式电炉冶炼时，炉渣是电阻发热体， 可用调节电极插入渣中深度的方法来调节电 炉的功率。用反射炉熔炼时，炉渣是传热介 质，通过它把热量传递给金属熔体。
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第一章冶金炉渣
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第一章冶金炉渣
2、FeO-SiO2二元系
n
图1-2是FeO-SiO2二元系壮态图。严格说来，
这不是一个真正的二元系。因为FeO并不是一个固
定组成的化合物，而是溶解有Fe3O4的固熔体，将 Fe3O4看成FeO·Fe2O3,因而有一部分Fe系以Fe2O3 形态存在。此外，FeO的硅酸盐在熔化后易分解，
第一章冶金炉渣
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2020/11/27
第一章冶金炉渣
任务内容
n 一、任务目标 n 二、解决思路 n 三、任务实践
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第一章冶金炉渣
任务目标
n 一）炉渣的概念 n 二）炉渣的作用 n 三）配制炉渣应该达到的要求
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第一章冶金炉渣
一）炉渣的概念
n 炉渣是火法冶金的必然产物，其组成主要 来自矿石、熔剂中的脉石和燃料中的灰分。
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第一章冶金炉渣
1、SiO2-CaO二元系
n 纯CaO的熔点为2843Κ，纯SiO2的熔点为 2001Κ。SiO2在下列温度下发生晶型转变：
n α－石英=α－磷石英= α－石英 n 此外，体系乃还存在液相分层区，大约在
1973K以上二液相平衡共存，它们的组成 由二边界线（虚线）表示。
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第一章冶金炉渣
二）炉渣的作用
3、在炉渣中发生金属液滴或锍液滴的沉降分 离，沉降分离的完全程度对金属在炉渣中的机 械夹杂损失起着决定性的作用。
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第一章冶金炉渣
二）炉渣的作用
4、对鼓风炉这一类竖炉来说，炉内可能达到 的最高冶炼温度取决于炉渣的熔化化温度。 最高冶炼温度大致为炉渣熔化温度加上一定 的过热度（423～523Ｋ）。在炉渣组成的一 定的情况下，企图用向炉子增加热量的办法 来提高炉温是不可能的，因为多供应的热量 只能促使更多的炉料熔化。
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第一章冶金炉渣
3、CaO-FeO-SiO２三元系
右），与有色冶炼炉渣的熔化温度相近。
因此，单就熔点来说，理论上用熔化温度
为1473Κ，而成为接近纯2FeO·SiO2的炉 渣进行造硫或还原熔炼是可行的。
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第一章冶金炉渣
2、FeO-SiO2二元系
n 但是，这种熔渣的缺点是密度较大（含 FeO高达70％），因而与锍或金属的分离 效果不好。又因硅酸盐中的FeO含量愈高， 其对硫化物的溶解能力愈大，导致金属损 失增大。因此，在实践中不能单独用氧化 亚铁硅酸盐作炉渣，而必须加入CaO以改 善炉渣的性能。
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第一章冶金炉渣
1、SiO2-CaO二元系
n 从图1-1可见，各种硅酸钙盐的熔化 温度都很高，熔点低于1873Κ的硅酸钙位 于含CaO32~59%的狭窄组成范围内，而 且如在含CaO59%时再增加CaO,则熔点将 急剧升高。所以纯石灰质的硅酸盐在熔化 温度上就不适于用作有色金属冶炼渣。但 CaO能使炉渣的密度降低，且石灰质硅酸 盐溶解重金属硫化物的能力比较小，所以 作为一个造渣成分，还是有其有利的一面
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第一章冶金炉渣
三）配制炉渣应该达到的要求
要使炉渣在冶炼过程中发挥其有利的作用， 就必须根据各种有色金属冶炼过程的特点，合 理地选择炉渣成分，使之具有合适要求的物理 化学性质，如适当的熔化温度和酸碱性、较低 的粘度和密度等。
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•下一节
第一章冶金炉渣
解决思路
一）了解炉渣中氧化物的分类 二）通过硅酸度、碱度控制渣型
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第一章冶金炉渣
表１-１某些有色冶金炉渣的成分（％质量）
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第一章冶金炉渣
一）氧化物的分类
1、碱性氧化物：能供给氧离子的氧化物O2- ， 如CaO、MnO、FeO、MgO等
CaO=Ca2+ ＋O２-
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第一章冶金炉渣
一）氧化物的分类
2、酸性氧化物：能吸收氧离子而形成配合阴 离子的氧化物，如SiO2、P2O5等
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第一章冶金炉渣
3、CaO-FeO-SiO２三元系
n 化三元铁系分与平解Fe衡、O状-氧S态i化O图2等二的原元研因系究，相带给同来C，一aO由定-F于困eO存难-在S，iO氧研2 究结果亦互有差异。
n 三元系内有三个组分，如再考虑温度的 影响，则用等边三角形平面表示组分浓度的 变化，再在此三角形平面上竖立垂直纵轴以 表示温度，这样就构成了三棱柱体的空间相 图。
FeO也容易被氧化成高价氧化物。在作该二元系状
态图时已将各种含铁氧化物皆折算为FeO,因而此图
实际上是一个假二元系状态图。
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第一章冶金炉渣
2、FeO-SiO2二元系
n 在图上部算出了液相中Fe2O3含量随着SiO2含量 而改变的曲线。当液相成分接近于铁橄榄石（２
FeO·SiO2）时，Fe2O3含量为2.25％。
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二）炉渣的作用
1、冶金炉渣的主要作用是使矿石和熔剂中的 脉石、燃料中的灰分集中，并在高温下与主 要的冶炼产物金属、硫等分离。
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二）炉渣的作用
2、炉渣是一种介质，进行着许多冶金反应。 例如，在铅还原熔炼时，溶解在炉渣中的硅酸 铅便可直接从炉渣中被还原剂（CO或C） 还 原。金属在炉渣中的损失主要决定于这些反应 的完全程度。
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教学内容
n 一）炉渣系状态图（相图）基本知识
n 1、SiO2-CaO二元系 n 2、FeO-SiO2二元系 n 3、CaO-FeO-SiO２三元系 n 4、Al2O3-SiO2二元系 n 5、CaO-AL2O3二元系 n 6、CaO-Al2O3-SiO2三元系
碱度＝44/40＝1.1
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第一章冶金炉渣
小结
硅酸度这个概念并不十分科学，它不能全 面地表示出炉渣的本质，但它在很大成度上确 实表明了炉渣的酸碱性，对有色冶金炉选择耐 火材料来说，炉渣的硅酸度是必须考虑的重要 因素之一。
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任务实践
一）炉渣系状态图（相图）基本知识 二）炉渣系二、三元状态图
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第一章冶金炉渣
1、SiO2-CaO二元系
n 图化合1-1物是生C成aO：-SiO2系的状态图，这个体系内有下列 n （和ß１两）中C晶aO体·S，iO182即17CKa熔O化Si。O3,称偏硅酸钙。它有α n （分解２。）３CaO·2SiO2即Ca3SiO7,称焦硅酸钙1737Κ n （β和３α）三种2C晶a型O，·S2iO420即3ΚC熔a2化Si。O4,称正硅酸钙，有γ、 n （217４3Κ）分3解C。aO·SiO2 即 Ca3SiO5, 在 1523Κ 形 成 ，
n
如图1-2所示，这个二元系只有一个稳定的
化合物，叫做铁橄榄石，其熔点为1478Κ，它的
液相线是平滑的，说明它熔化后易分解。此外，
这个二元系有两个共晶，其共晶温度几乎相等
（1450Κ和1451Κ）。
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2、FeO-SiO2二元系
n
由图1-2可见，当SiO2含量在30％左
右时，系统的熔化温度最低（1460Κ左
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第一章冶金炉渣
3、CaO-FeO-SiO２三元系
n
以上分析说明纯氧化亚铁硅酸盐或纯氧
化钙硅酸盐都不适宜于单独有色冶炼炉渣。
在实践中，能符合有色冶金过程要求的炉渣
是铁钙硅酸盐的熔合体，其中基本组成部分
为 FeO 、 CaO 和 SiO2 。 因 此 ， CaO-FeOSiO2三元系是有色冶金炉渣的主要造渣系。
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第一章冶金炉渣
二）炉渣的作用
5、在金属和合金的熔炼和精炼时，炉渣与金 属熔体的组分相互进行反应，从而可以通过 炉渣对杂质的脱除和浓度加以控制。在某些 情况下，炉渣可用来覆盖在金属或合金之上， 作为一种保护层，以防止金属熔体受炉气的 饱和和氧化。
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二）炉渣的作用
SiO2＋2O2-=SiO44-
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一）氧化物的分类
3、两性氧化物：在酸性氧化物过剩时可供给 氧离子而呈碱性，而在碱性氧化物过剩时则又 会吸收氧离子形成配合阴离子而呈酸性的氧化 物，如 Al2O3、ZnO、Fe2O3、PbO等
Al2O3＝2Al3+＋3O2Al2O3＋O2-=2AlO2-
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第一章冶金炉渣
炉渣系状态图（相图）基本知识
1、冶金炉渣的组成和物理化学性质杂很 大程度上与CaO-FeO-SiO2 三元系状态图和 CaO-Alห้องสมุดไป่ตู้O3三元系状态图有关。
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第一章冶金炉渣
炉渣系状态图（相图）基本知识
2、通过对炉渣系二、三元状态图的研究， 可以了解炉渣的熔化温度与组成之间的关系以 及一定温度与组成下的相结构。
6、在某些情况下，炉渣不是冶炼厂的废弃物， 而是一种中间产物。
例如，钛铁矿常用电炉冶炼成高钛渣，再进 而提取钛。又如对铜、铅、砷和其它杂质很 多的锡矿，常先进行造渣熔炼使90％的锡成 渣，然后再冶炼含锡渣提取金属锡。
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二）炉渣的作用
7、用矿热式电炉冶炼时，炉渣是电阻发热体， 可用调节电极插入渣中深度的方法来调节电 炉的功率。用反射炉熔炼时，炉渣是传热介 质，通过它把热量传递给金属熔体。
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2、FeO-SiO2二元系
n
图1-2是FeO-SiO2二元系壮态图。严格说来，
这不是一个真正的二元系。因为FeO并不是一个固
定组成的化合物，而是溶解有Fe3O4的固熔体，将 Fe3O4看成FeO·Fe2O3,因而有一部分Fe系以Fe2O3 形态存在。此外，FeO的硅酸盐在熔化后易分解，
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任务内容
n 一、任务目标 n 二、解决思路 n 三、任务实践
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任务目标
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一）炉渣的概念
n 炉渣是火法冶金的必然产物，其组成主要 来自矿石、熔剂中的脉石和燃料中的灰分。
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1、SiO2-CaO二元系
n 纯CaO的熔点为2843Κ，纯SiO2的熔点为 2001Κ。SiO2在下列温度下发生晶型转变：
n α－石英=α－磷石英= α－石英 n 此外，体系乃还存在液相分层区，大约在
1973K以上二液相平衡共存，它们的组成 由二边界线（虚线）表示。
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二）炉渣的作用
3、在炉渣中发生金属液滴或锍液滴的沉降分 离，沉降分离的完全程度对金属在炉渣中的机 械夹杂损失起着决定性的作用。
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二）炉渣的作用
4、对鼓风炉这一类竖炉来说，炉内可能达到 的最高冶炼温度取决于炉渣的熔化化温度。 最高冶炼温度大致为炉渣熔化温度加上一定 的过热度（423～523Ｋ）。在炉渣组成的一 定的情况下，企图用向炉子增加热量的办法 来提高炉温是不可能的，因为多供应的热量 只能促使更多的炉料熔化。
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第一章冶金炉渣
3、CaO-FeO-SiO２三元系
右），与有色冶炼炉渣的熔化温度相近。
因此，单就熔点来说，理论上用熔化温度
为1473Κ，而成为接近纯2FeO·SiO2的炉 渣进行造硫或还原熔炼是可行的。
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2、FeO-SiO2二元系
n 但是，这种熔渣的缺点是密度较大（含 FeO高达70％），因而与锍或金属的分离 效果不好。又因硅酸盐中的FeO含量愈高， 其对硫化物的溶解能力愈大，导致金属损 失增大。因此，在实践中不能单独用氧化 亚铁硅酸盐作炉渣，而必须加入CaO以改 善炉渣的性能。
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1、SiO2-CaO二元系
n 从图1-1可见，各种硅酸钙盐的熔化 温度都很高，熔点低于1873Κ的硅酸钙位 于含CaO32~59%的狭窄组成范围内，而 且如在含CaO59%时再增加CaO,则熔点将 急剧升高。所以纯石灰质的硅酸盐在熔化 温度上就不适于用作有色金属冶炼渣。但 CaO能使炉渣的密度降低，且石灰质硅酸 盐溶解重金属硫化物的能力比较小，所以 作为一个造渣成分，还是有其有利的一面
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三）配制炉渣应该达到的要求
要使炉渣在冶炼过程中发挥其有利的作用， 就必须根据各种有色金属冶炼过程的特点，合 理地选择炉渣成分，使之具有合适要求的物理 化学性质，如适当的熔化温度和酸碱性、较低 的粘度和密度等。
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解决思路
一）了解炉渣中氧化物的分类 二）通过硅酸度、碱度控制渣型
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表１-１某些有色冶金炉渣的成分（％质量）
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一）氧化物的分类
1、碱性氧化物：能供给氧离子的氧化物O2- ， 如CaO、MnO、FeO、MgO等
CaO=Ca2+ ＋O２-
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一）氧化物的分类
2、酸性氧化物：能吸收氧离子而形成配合阴 离子的氧化物，如SiO2、P2O5等
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3、CaO-FeO-SiO２三元系
n 化三元铁系分与平解Fe衡、O状-氧S态i化O图2等二的原元研因系究，相带给同来C，一aO由定-F于困eO存难-在S，iO氧研2 究结果亦互有差异。
n 三元系内有三个组分，如再考虑温度的 影响，则用等边三角形平面表示组分浓度的 变化，再在此三角形平面上竖立垂直纵轴以 表示温度，这样就构成了三棱柱体的空间相 图。
FeO也容易被氧化成高价氧化物。在作该二元系状
态图时已将各种含铁氧化物皆折算为FeO,因而此图
实际上是一个假二元系状态图。
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2、FeO-SiO2二元系
n 在图上部算出了液相中Fe2O3含量随着SiO2含量 而改变的曲线。当液相成分接近于铁橄榄石（２
FeO·SiO2）时，Fe2O3含量为2.25％。