三、造渣制度
1.合理的造渣制度
1.1选择合理的造渣制度的目的及要求
造渣制度应适合高炉冶炼要求，有利于稳定顺行，有利于冶炼优质生铁。各厂资源和生产条件不同，应根据原燃料条件选择合理的造渣制度。
（1）选择合理造渣制度的目的是：
①保证生铁成分合格，有利于促进有益元素的还原，抑制有害元素进入生铁中；
②保证渣铁分离良好，液态渣铁顺畅地从渣铁口流出；
③有利于炉况顺行和热制度稳定；
④在高炉下部形成保护渣皮，有利于延长炉体寿命。
（2）合理的造渣制度应满足什么要求
合理的造渣制度应满足如下要求：
①足够的脱S能力，保证生铁在低[Si]情况下低[S]。一般条件下，硫在渣和
≥40。在炉温和碱度适宜的条件下，硫负荷＜5kg/t时，硫的铁中的分配系数L
S
分配系数可控制在25-30。
②良好的流动性和较好的稳定性。炉渣熔化温度在1300-1400℃，在1400℃时，黏度＜10泊，可操作的温度范围大于150℃。
③对高炉衬砖侵蚀能力较弱。
④选择炉料结构时，应考虑让初渣生成较晚，软熔带温度区间较窄，这对炉料透气性有利，初渣中FeO含量也少。
1.2造渣制度选择规律
（1）炉渣特性
在高温下有良好的流动性和稳定性及较强的脱硫能力，且侵蚀性较弱的炉渣，称为一般炉渣或普通炉渣。
我国宝钢、鞍钢、武钢、首钢、济钢等大中型钢铁厂的炉渣都属于一般炉渣。这种炉渣在碱度小于1.2，大部分的熔化性温度较低，具有良好的流动性和稳定性，脱硫效果好。
据统计，冶炼制钢铁时，二元碱度CaO/SiO2在1.05-1.15范围，三元碱度CaO+Mgo/SiO2在1.2-1.32范围。
国外日本、德国渣量小，硫负荷5-6kg/t，二元碱度大于1.2，三元碱度1.45。
特殊炉渣一般都是由于特殊铁原料决定的。如酒泉钢铁厂的含钡炉渣，矿石含BaSO4、BaSO3，以BaO形态进入炉渣。包头钢铁厂的含氟渣，熔化温度比普通炉渣低100-200℃。攀钢有高钛渣，重钢有低钛渣。
（2）根据炉渣特性，造渣制度应遵循如下规律：
①若渣量少，AL2O3偏高时，二元碱度应高些，一般为1.15-1.2。相反，渣量大，AL2O3偏低时，二元碱度应低些，一般为1.05-1.10。
②若渣量少，原燃料硫负荷偏高时，炉渣碱度应高些，一般为1.20-1.25。相反，渣量大，硫负荷低时，炉渣碱度应低些，一般为1.0-1.05。
③小高炉较大高炉在相同条件下炉缸温度偏低，所以小高炉炉渣碱度可相对高些。
④生铁含【Si】高时，碱度应适当降低，反之则适当提高。
⑤渣中MgO主要功能是改善炉渣流动性和稳定性，最佳含量7-10%。渣中AL2O3偏高时，MgO最高含量不宜超过12%。
1.3利用不同炉渣性能满足生产需要
生产中会遇到原燃料条件变化、高炉操作障碍、铁种改变等实际情况，通常是利用改变炉渣成分来满足下列需要。
（1）脱除有害杂质
①当矿石含碱金属（K、Na）较高时，为了减少碱金属在炉内循环富集的危害，需要选择熔化温度较低的酸性炉渣。
②若炉料中硫负荷大，需要适当提高碱度，以利脱硫。
③单纯增加CaO提高碱度，会造成炉渣黏度增加，致使渣中硫的扩散速度降低，不但不能很好地脱硫，还会影响高炉顺行；特别是渣中MgO含量低时，增加CaO含量对黏度的炉渣性能影响更大。因此应适当增加渣中MgO含量，提高三元碱度以增加脱硫能力。虽然从热力学观点看，MgO脱硫能力不如CaO，但在一定范围内，MgO能够改善脱硫的动力学条件，因而脱硫效果很好。
首钢曾经将渣中MgO含量在4.32-16.76%范围进行试验测定，得到MgO与CaO脱硫能力的比值是0.89-1.15，结果表明：MgO以7-12%为好。
（2）处理炉缸堆积
高炉冶炼中会遇到炉缸不同程度的堆积现象，因炉渣碱度过高而炉缸产生堆积时，可用比正常碱度低的酸性炉渣来清洗。若高炉下部有黏结或炉缸堆积较严重时，可以采用萤石洗炉方法，降低炉渣黏度和熔化温度，清洗下部黏结物。
济钢350高炉使用集中数批酸性球团的方法处理炉缸堆积，效果较好。
（3）抑制或促进硅、锰还原
抑制或促进硅、锰还原，通常是根据冶炼不同铁种的需要，同样是利用炉渣成分的改变来实现。
当冶炼硅铁、铸造铁时，需要促进硅的还原，应该选择较低的炉渣碱度；
当冶炼制钢铁时，既要控制硅的还原，又要较高的铁水温度，应该选择较高的炉渣碱度；
若冶炼锰铁，因MnO还原困难，并需要消耗较大热量，则需提高炉渣碱度，利用CaO置换MnO，对锰还原有利并可以降低热量消耗。
铁种硅铁铸造铁炼钢铁锰铁
CaO/SiO2 0.6-0.9 0.8-1.05 1.05-1.2 1.2-1.7
2.1炉渣的区分
现代高炉多用熔剂性熟料冶炼，一般不直接向高炉加入熔剂。由于在烧结（或球团）生产过程中熔剂已先矿化成渣，大大改善了高炉内的造渣过程。
高炉造渣过程是伴随着炉料的加热和还原而产生的重要过程——物态变化和物理化学过程。高炉渣从开始形成到最后排出，经历了一段相复杂的过程。
开始形成的渣称为“初成渣”，最后排出炉外的渣称“末渣”，或称“终渣”。
从初成渣到末渣之间，其化学成分和物理性质处于不断变化过程的渣称“中间渣”。
2.2初成渣的生成
初渣生成包括固相反应、软化、熔融、滴落几个阶段。
固相反应在高炉上部的块状带发生游离水的蒸发、结晶水或菱铁矿的分解，矿石产生间接还原。同时，在这个区域发生各物质的固相反应，形成部分低熔点化合物。固相反应主要是在脉石与熔剂之间或脉石与铁氧化物之间进行。当用生矿冶炼时其固相反应是在矿块内部,SiO
2
与FeO之间进行，形成低熔点化合物，还
在矿块表面脉石（或铁的氧化物）与粘附的粉状CaO之间进行，形成CaO-Fe
2O
3等
类型的低熔点化合物。
当高炉使用自熔性烧结矿（或自熔性球团矿）时，固相反应主要在矿块内部脉石之间进行。
矿石的软化（在软熔带）由于固相反应形成低熔点化合物，在进一步加热时开始软化。同时由于液相的出现改善了矿石与熔剂间的接触条件，继续下降和升温，液相不断增加，最终软化熔融，进而成流动状态。矿石的软化到熔融流动是造渣过程中对高炉行程影响较大的一个环节。
各种不同的矿石具有不同的软化性能。
矿石的软化性能表现在两个方面：一是开始软化的温度，二是软化的温度区间。很明显，矿石开始软化的温度愈低，则高炉内液相初渣出现得愈早；软化温度区间愈大，则增大阻力的塑性料层愈厚。
一般说矿石的开始软化温度波动在700-1200℃之间。
2.3终渣形成
中间渣经过风口区域后，其成分与性能再一次的变化（碱度与黏度降低）后趋于稳定。此外在风口区被氧化的部分铁及其它元素将在炉缸中重新还原进入铁水，使渣中FeO含量有所降低。当铁流或铁滴穿过渣层和渣铁界面进行脱硫反应后，渣中CaS 将有增加。最后从不同部位和不同时间集聚到炉缸的炉渣相互混匀，形成成分和性质稳定的终渣，定期排出炉外。
通常所指的高炉渣均系指终渣。
终渣对控制生铁的成分，保证生铁的质量有重要影响。终渣的成分是根据冶炼条件经过配料计算确定的。在生产中若发现不当，可通过配料调整，使其达到适宜成分。
2.4炉渣在高炉内的变化
（1）不同区域
铁矿石在下降过程中，受上升煤气的加热，温度不断升高，其物态也不断变化，使高炉内形成不同的区域。
①在块状带内，发生游离水蒸发、结晶水分解，矿石的间接还原度达30-40%，固相反应形成低熔点化合物是造渣过程的开始。随着温度升高，低熔点化合物中呈现少量液相，开始软化黏结。
②在软熔带内形成的初渣，特点是FeO、MnO含量高，碱度偏低，相当于天然矿石和酸性球团矿的碱度，成分不均匀。
③在滴落带，从软熔带滴下的中间渣在穿越滴落带时成分变化很大，FeO、MnO因被还原而降低，熔剂或高碱度烧结矿中的CaO进入渣中使碱度升高，甚至超过终渣的碱度。
④在燃烧带，中间渣穿过焦柱进入炉缸积聚，当接近风口中心线时吸收煤气上升的焦炭灰分，这时候的碱度逐步降低。
⑤在炉缸渣铁贮存区内，炉渣完成渣铁反应，吸收脱硫产生的CaS和Si氧化的SiO2等元素，最后成为终渣。
（2）主要成分
