炉渣性质
高炉炼铁原理第四章造渣和脱硫过程(全)
第四章造渣和脱硫过程造渣与脱硫是高炉内重要物理化学过程。
一方面影响高炉顺行和生铁质量，同时对高炉产量和焦比也有重大影响。
第一节造渣目的与作用高炉冶炼的目的是要生产出合格生铁，由于炉渣与生铁是高炉内同时形成的一对孪生产品，因此，要炼好铁，必须要造好渣。
造渣就是加入熔剂同脉石和灰分作用，使炉渣具有良好的流动性，保证渣铁良好分离，并将不进入生铁的物质溶解、汇集成渣的过程。
加熔剂造渣还有调节炉渣成分，使之具有保证生铁质量所需的性能。
第二节造渣过程及其对高炉冶炼影响根据高炉造渣的不同阶段，可分为初渣、中间渣和终渣。
初渣：开始熔融出现的液相渣（软熔带内）；中间渣：处于滴落过程中其成分、温度在不断变化的炉渣；终渣：到达炉缸并待放出的炉渣，其成分相对稳定。
一、初渣的形成初渣形成包括固相反应、软化、熔融、滴落等几个阶段。
1、固相反应：是初渣生成的孕育阶段。
主要发生在脉石与熔剂、脉石与铁氧化物之间，并生成一系列低熔点化合物。
[对使用熔剂性烧结矿、球团矿而不加熔剂的高炉，固相反应在烧结或球团焙烧过程已经完成]2、矿石软化随着炉料下降，炉温升高，矿块内部或表面出现微小的局部熔化，即矿石软化开始。
矿石从软化开始到熔融滴落需要一定的时间和空间，这一过程是对高炉顺行影响很大的一个环节。
由于负荷的作用，软化的矿石产生粘合、融着，使气孔度大大降低，形成软熔带内软熔层。
因此，矿石开始软化温度越低，初渣出现就越早，软熔带位置就越高，而软化温度区间越大，软熔层越宽，对高炉顺行越不利。
所以，一般要求矿石的开始软化温度要高，软化区间要窄。
3、初渣形成从矿石软化到熔融滴落就形成初渣。
初渣特点：FeO含量较高（矿石越难还原，初渣FeO越高）。
高炉内初渣生成的区域称为软熔带。
根据高炉解体研究，在矿石完全熔化滴落以前，在软熔带内仍基本维持矿、焦分层状态，只是固态的矿石层变成了软熔层。
（见图）二、中间渣即处于软熔带以下、风口水平以上正在滴落过程的液相渣。
炼钢炉渣
• （2）碱性渣中，CaO超过40-50%后，随CaO增加，黏度也随之增加。 • （3）SiO2在一定范围内增加，能降低碱性渣的黏度，但SiO2含量超
过一定值，则使熔渣变黏。
• （4）增加FeO含量，渣黏度显著降低。 • （5）MgO 在碱性渣中对黏度影响很大，当MgO浓度超过9%-10%时，
• 1、炉渣的组成 • 以金属氧化物为主,并含有少量的硫化物和氟化物。 • 氧化物可归纳为以下三类: • 1)碱性氧化物，主要是RO型氧化物,如CaO、MgO、
MnO、FeO等。 • 2)酸性氧化物，主要是SiO2和P2O5,其他还有TiO2、
V2O5等。 • 3)中性氧化物，R2O3型氧化物,如Al2O3、Fe2O3、
二、炉渣的化学性质
• 1、炉渣的碱度 • 熔渣的碱度即熔渣中碱性氧化物浓度总和与酸性氧化
物浓度总和之比称之为熔渣碱度，常用符号B表示。 • 炉渣去除硫、磷的能力、炉渣对钢液的氧化和还原能
力以及防止钢液吸收气体等都与炉渣的碱度有关。 • 碱度的常见表示方法： • 1) 炉料中含磷较低时(铁水[P]<0.3%),用碱性最强的
会破坏渣的均匀性，使熔渣变黏。
• （6）Al2O3具有稀释碱性渣的作用。 • （7）CaF2能降低熔渣的黏度。 • （8）炉渣中颗粒物增加，会使熔渣黏度增加。 • （9）温度升高，熔渣的黏度降低。
• 3、炉渣的表面张力 • 表面张力就是生成1平方厘米新表面(或界面)
所需要做的功。泡沫渣的形成,炉渣对非金属 夹杂物的吸收以及钢与渣的分离等，都与炉渣 的表面张力有关。
渣具有脱磷、脱硫能力，而碱性还原渣则有很强脱氧 能力。
第二节 炉渣结构
• 在研究炉渣的基本性质和以后分析炉渣—金属反应时, 一律采用分子理论作为依据。
钢铁炉渣的化学分析及重金属迁移行为研究
钢铁炉渣的化学分析及重金属迁移行为研究钢铁工业是世界各国经济与工业发展的重要支柱。
在钢铁生产过程中，废渣产生量极大，其中钢铁炉渣是产生量最大的一种。
钢铁炉渣经过处理可以变废为宝，氧化铁和氧化钙成分使得炉渣有着很高的重复利用价值。
但是钢铁炉渣中存在着大量的重金属，可能对环境和人类健康造成潜在风险。
必须对钢铁炉渣的重金属含量以及重金属的迁移行为进行深入的研究与探究。
一、钢铁炉渣化学分析1.1 炉渣的成分和性质钢铁炉渣主要由氧化铁、氧化钙和氧化硅等氧化物组成，其成分与工艺条件有很大关系。
炉渣的碱性主要体现在氧化物的碱性离子上，炉渣的碱性直接影响到其对于重金属的迁移和固化的能力。
1.2 炉渣中重金属的含量钢铁炉渣中存在着大量的重金属，比如铅、锌、镉、铬、铜等，这些重金属的含量会随着不同地点和钢铁企业的不同而有所差异。
重金属的含量是影响炉渣安全无害利用的核心指标。
二、重金属迁移行为2.1 重金属在饱和试验条件下的淋滤实验饱和试验条件下的淋滤实验是钢铁炉渣研究中的常用方法，这种方法可以模拟出污染物在炉渣中的迁移情况，从而对钢铁炉渣进行评价。
研究发现，炉渣中的重金属主要以可溶性形式存在，这意味着这些重金属可以在一定程度上影响周围环境的水体质量。
2.2 重金属与炉渣结构和成分的关系研究表明，炉渣中的钙镁铝等元素可以有效地促进重金属在炉渣中的稳定化，减少其在环境中的迁移。
因此，研究如何调节炉渣结构和成分，使其更有利于吸附和稳定化重金属，可以有效防止炉渣对环境和人类健康造成的损害。
三、炉渣的重复利用3.1 炉渣用于水泥生产中的应用炉渣可以作为水泥原料和掺合料，提高水泥的强度和耐久性。
同时，通过引入活性成分，将其转变为有利于环境的水泥熟料，这可以有效减少钢铁工业对环境的影响。
3.2 炉渣用于土壤改良中的应用炉渣可以被用于土壤改良，主要作用是调节土壤的神经、pH值和有效态磷酸盐等指标，这对于提高土壤的肥力和抗旱能力具有重要意义。
炉渣在金属冶炼中的作用与影响
通过添加适量的炉渣，可以调整熔融 金属的化学成分，例如调整合金元素 的含量，以满足不同产品的需求。
03
炉渣对金属冶炼过程的影响
对冶炼效率的影响
炉渣的熔点
熔点高的炉渣可能导致金属难以 从矿石中分离，降低冶炼效率。 熔点低的炉渣则有助于提高金属
的提取率。
炉渣的黏度
黏度适中的炉渣能够更好地悬浮和 携带金属，减少金属在冶炼过程中 的损失。黏度过低或过高都可能影 响金属的回收率。
程。
在高温熔融状态下，炉渣能够吸 附和包裹金属矿物，使其与脉石 矿物分离，提高金属的提取率。
通过控制炉渣的组成和性质，可 以优化金属与渣的比重和沉降速 度，实现有效的金属与渣的分离
。
去除杂质与有害元素
炉渣能够通过物理和化学反应，将矿石中的杂质和有害元素去除，从而提高金属的 纯度和质量。
在熔融状态下，炉渣能够与矿石中的硫、磷等有害元素发生反应，生成低熔点的化 合物，使其从熔融金属中分离出来。
炉渣的无害化处理
降低污染物含量
通过物理或化学方法降低炉渣中的有害物质含量，减少对环 境的危害。
稳定化处理
通过添加稳定剂或进行高温熔融等方法，使炉渣中的有害物 质稳定化，降低对环境的影响。
炉渣的回收与再利用技术
磁选法
利用磁选技术从炉渣中回收铁磁性物质，如铁矿 石、钢渣等。
浮选法
通过浮选技术分离炉渣中的矿物颗粒，回收有价 组分。
少有害物质的排放。
02
炉渣的排放量
ห้องสมุดไป่ตู้
大量排放炉渣会导致固体废弃物的堆积，占用土地资源，并对土壤和水
体造成污染。因此，需要合理控制炉渣的排放量，采取有效的处理和利
用措施。
03
(完整版)生活垃圾焚烧炉渣性质及处置技术
1、生活垃圾焚烧炉渣性质(1)炉渣的物理性能生活垃圾焚烧炉渣是生活垃圾焚烧的副产物，包括炉排上残留的焚烧残渣和从炉排间掉落的颗粒物，呈黑褐色，原炉渣有刺激性气味，经过处理后气味减弱。
未经处理的焚烧炉渣主要由灰渣、碎玻璃和砖块、陶瓷碎片、木屑，以及少量碎布条、塑料、金属制品等物质组成。
碎玻璃、陶瓷碎片等主要来自于工程中的建筑垃圾，但只要其粒径大小不超过5mm，就不会影响炉渣多孔砖的整体性能。
金属制品主要来自于人们的生活用品，如易拉罐、钉子、铁罐等，并且其中的单质铁会氧化，产生锈蚀，影响砖的性能。
布条、塑料等物质是由于生活垃圾在焚烧过程中燃烧不够充分而未能去除。
炉渣中还含有极少量的有色金属，在公路基层应用过程中可能会由于和碱反应产生H2而破坏路面，大颗粒金属可能会损坏施工设备，对施工的危害较大，应尽可能地除去；炉渣中的可燃物含量较低，5mm以上颗粒中的可燃物含量在0.06~1.34%。
可燃物的存在不利于资源化利用，如影响应用时路面的长期稳定性，影响无机结合料与炉渣的结合，而降低材料强度。
因此，该将这些物质尽量去除。
经过预处理的炉渣只含有少量的碎玻璃、砖块和陶瓷碎片，布条、塑料等有机物几乎全部去除。
由于炉渣主要物理组分质地坚硬，因而作为集料使用时能保证一定的强度。
(2)炉渣的含水率、热灼减率、堆积密度、吸水率由于水淬降温排渣作用，炉渣的含水率约为12.0%~18.9%，随着堆积时间、天气等因素上下波动；炉渣热灼减率反映垃圾的焚烧效果，一般较低，为1.57%~3.16%；炉渣堆积密度在1150kg/m3～1350kg/m3之间，吸水率为37%左右。
说明炉渣是一种多孔的轻质材料，强度不高。
(3)炉渣的粒径分布炉渣粒径分布较均匀，主要集中在2~50mm的范围内(占60.8%~7.68%)，小于0.074mm的颗粒含量在0.06%~1.36%。
基本符合道路建材中集料的级配要求。
(4)炉渣化学成分预处理后的炉渣主要化学成分及含量为：硅35%～50%、钙7%～15%、铝3.5%～7.0%、铁3.0%～6.0%、钠2.5%～8.0%、钾1.3%～3.0%、磷0.7%～3.0%，不同地点、不同批次的炉渣主要化学组成接近，由此可认为预处理后的炉渣的化学成分相对比较稳定。
炉渣处理及资源化利用
创造就业机会
炉渣处理与资源化利用产业的 发展将为社会创造更多的就业 机会，促进经济发展。
减少环境污染
通过炉渣处理与资源化利用， 减少废弃物对环境的污染，保
护生态环境。
04
炉渣处理与资源化利用的挑战与解决方 案
技术瓶颈与突破
高效分离技术
研发高效分离技术，将炉渣中的有价组分与杂质 进行分离，提高回收率。
循环经济
发展循环经济，推动废弃物资源化利用，符合国家可持续发展战略 ，为炉渣处理与资源化利用提供了重要的发展机遇。
经济效益与社会效益
降低废弃物处理成本
通过炉渣处理与资源化利用， 减少废弃物的处理费用，降低
企业的生产成本。
提高资源利用率
将炉渣转化为有价值的资源， 实现资源的有效利用，缓解资 源短缺问题。
炉渣可作为道路建设的填料，提高道 路的抗压强度和稳定性。
环保领域
炉渣经过处理后可作为吸附剂、催化 剂等用于废水处理、废气治理等领域 。
03
炉渣处理与资源化利用的前景
技术发展与创新
高效分离技术
利用先进的分离技术，如磁选、 浮选、重选等，从炉渣中高效分 离有价组分，提高新型固化剂和固化工艺，降 低炉渣中有害物质浸出风险，提
05
案例分析
某钢铁企业炉渣处理及资源化利用项目
总结词
技术先进、资源化程度高
详细描述
该钢铁企业采用先进的炉渣处理技术，将炉渣进行破碎、筛分和磁选等处理， 从中回收铁、锰等有价元素，同时将剩余的尾渣制成建筑骨料、路基材料等， 实现了炉渣的高效资源化利用。
某水泥企业炉渣处理及资源化利用项目
总结词
技术成熟、应用广泛
的影响。
资源化产品标准
03
炉渣的来源、组成和作用
在文学家的语言里，钢和渣是完全对立的，钢表示人的坚强，渣代表坏人坏事、无可救药。
但在冶金家的眼里，钢和渣是统一的：没有好渣，就没有好钢；把渣炼好，好钢自然就产生了。
所以，炼钢就是炼渣。
渣由熔化的氧化物形成。
炼钢反应产生的二氧化硅、氧化锰、五氧化二磷和氧化铁都进入到渣中。
为了造渣儿加入熔剂，其中含有氧化钙、氧化锰、氧化镁、三氧化二铝、氧化钙等。
钢中的硫也会成为硫化物转入渣中。
特殊情况下还会有其他氧化物，例如炼不锈钢时有氧化铬，炼高速工具钢时有氧化钨等。
所以，熔渣是以多种氧化物为主的复杂溶液。
酸性渣的主体是CaO – SiO2 – MnO – FeO 三种氧化物。
碱性氧化渣则以CaO – SiO2 –FeO 三组原为代表，其他物质按其性质归入某一类，如P2O5 呈酸性归入SiO2类，MnO带氧化性归入FeO 类。
碱性还原渣以CaO – SiO2 – Al2O3 三组元为代表。
炼钢实际上就是对生铁的一种精炼过程。
转炉炼钢：转炉的炉体可以转动，用钢板做外壳，里面用耐火材料做内衬。
转炉炼钢时不需要再额外加热，因为铁水本来就是高温的，它内部还在继续着发热的氧化反应。
这种反应来自铁水中硅、碳以及吹入氧气。
因为不需要再用燃料加热，故而降低了能源消耗，所以被普遍应用于炼钢。
吹入炉内的氧气与铁水中的碳发生反应后，铁水中的碳含量就会减少而变成钢了。
这种反应本身就会发出热量来，因而铁水不但会继续保持着熔化状态，而且可能会越来越热。
因此，为调整铁水的适合温度，人们还会再加入一些废钢及少量的冷生铁块和矿石等。
同时也要加入一些石灰、石英、萤石等，这些物质可以与铁水在变成钢水时产生的废物形成渣子。
因此，它们被称为造渣料。
转炉炼钢工艺流程：高炉铁水→铁水预处理→复吹转炉炼钢→炉外精炼→连铸→热轧电炉炼钢：电弧炉炼钢的热源是电能记电弧炉内有石墨做成的电极，电极的端头与炉料之间可以发出强烈的电弧，类似我们看到的闪电，具有极高的热能。
高炉炉渣性质及理论1
高炉炉渣性质及理论（判断题）1．提高炉渣碱度，较低炉温及适当增加渣量有利于排碱。
( )答案：×2．FeO能降低炉渣粘度。
( )答案：√3．炉渣理论分为分子理论和电子理论。
( )答案：×4．熔化温度高于熔化性温度。
( )答案：×5．提高碱度可提高渣中（SiO2）的活度。
( )答案：×6．炉渣组分中属于酸性氧化物的有SiO2、Al2O3、P2O5。
（）答案：√7．炉渣Al2O3/CaO大于1时，随着Al2O3含量的增加，粘度也随之增大。
（）答案：×8．炉渣的熔化性温度是炉渣的液相线温度。
( )答案：×9．利用萤石矿洗炉时应提高渣碱度，保证生铁质量。
( )答案：×10．减少渣中带铁的主要条件是物理热充足。
( )答案：√11．渣中MgO主要作用是降低炉渣黏度，改善脱硫效果，改善流动性。
( )答案：×12．炉渣的稳定性是指炉渣的性质不随其成分改变而变化的性质。
( )答案：×13．炉渣表面张力小、粘度高容易泡沫化。
( )答案：√14．降低炉温和炉渣碱度有利于排碱。
( )答案：√15．由于炉腰部位有炉渣形成粘稠的初生炉渣使这里的炉料透气性恶化。
( )答案：√16．炉渣氧势越高，对炉渣脱硫反应越有利。
( )答案：×17．表面张力的物理意义可以理解为生成单位面积的液相与气相的新的交界面所消耗的能量。
( )答案：√18．MnO对炉渣流动性的影响和FeO完全不一样。
( )答案：×19．成渣带的高低厚薄与沿高炉高度上的温度分布无关。
( )答案：×20．初渣偏流是恶化焦炭透气性的重要因素。
( )答案：√21．从渣的用途来看，可用作绝热材料的是干渣。
( )答案：×22．从渣口和铁口出渣的情况看，渣液的流动不是三维的非稳定态流。
( )答案：×23．高炉生产的产品是生铁，副产品是炉渣、煤气和炉尘。
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1）掌握熔渣的以下化学特性
将炉渣中的氧化物分为三类：
（1）酸性氧化物：2SiO 、25P O 、25V O 、23Fe O 等；
（2）碱性氧化物：CaO 、MgO 、FeO 、MnO 、23V O 等；
（3）两性氧化物：23Al O 、2TiO 、23Cr O 等。
碱度的三种定义
（1）过剩碱 根据分子理论，假设炉渣中有22RO SiO ⋅，254RO P O ⋅，23RO Fe O ⋅，233RO Al O ⋅等复杂化合物存在。
炉渣中碱性氧化物的浓度就要降低。
实际的碱性氧化物数
B n 叫超额碱或过剩碱，其中CaO CaO MgO FeO MnO n n n n n =+++
+∑
（2）碱度223%%%CaO SiO Al O +，223%%%%CaO MgO SiO Al O ++，225
%%%CaO SiO P O +
（3）光学碱度
i N －氧化物i 中阳离子的当量分数。
具体计算i i i i i m x N m x =
∑ ，其中 i m －氧化物i 中的氧原子数；i x －氧化物i 在熔渣中的摩尔分数。
熔渣的氧化还原能力 定义%FeO ∑表示渣的氧化性。
认为渣中只有FeO 提供的氧才能进入钢液，对钢液中的元素进行氧化。
渣中23Fe O 和FeO 的量是不断变化的，所以讨论渣的氧化性，有必要将23Fe O 也折算成FeO ，就有两种算法：
（1）全氧法
23%% 1.35%FeO FeO Fe O =+∑
（2）全铁法 23
%%0.9%FeO FeO Fe O =+∑ 注：决定炉渣向钢液传氧的反应是
[]%FeO
O K a ∅=或
[]0%FeO
O L a = 实验测得：6320lg 2.734K
T ∅=-+ T ＝1873K ，K ∅或00.23L =。
令[]0%FeO
O L a '=－代表实际熔渣中的值。
当0
0L L '>时，0000ln ln ln 0L G RT L RT L RT L ''∆=-+=>，反应逆向进行，钢液中的氧向熔渣传递；
当0
0L L '<时，00ln 0L G RT L '∆=<，反应正向进行，熔渣中的氧向钢液传递。