炉渣

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[外文]：slag火法冶金过程中生成的以氧化物为主的熔体；它是钢铁、铁合金及有色重金属冶炼和精炼等过程的重要产物之一。主要成分是CaO、FeO、MgO、MnO(碱性氧化物)等，SiO2、P2O5、Fe2O3(酸性氧化物)等及Al2O3(两性氧化物)；此外，经常含有硫化物，如钢铁冶炼炉渣中含有少量CaS，有色重金属冶炼炉渣中有时含有较多FeS、Cu2S或Ni3S2等；炉渣中还夹带少量金属；个别强还原性炉渣含有CaC2。在冶金过程中，熔融炉渣与熔融金属、熔融铁合金、熔锍及炉气等产物之间起着各种物理化学反应，达到该过程所预期的冶金目的。由于炉渣与金属或熔锍间的溶解度小以及两者比重不同而得与分离。依据组成不同，熔渣冷凝后成为岩石状或玻璃状物质。炉渣的分类及组成根据冶金过程的不同，炉渣可分为冶炼渣和精炼渣。以矿石(包括人造富矿或精矿等)为原料进行还原冶炼或氧化冶炼，在获得粗金属或锍的同时所形成的炉渣称为冶炼渣。精炼粗金属（用生铁炼钢、从粗铜炼精铜等）产生的炉渣称为精炼渣。这两类炉渣的主要作用都是将原料中的无用或有害物质从金属产品中除去。另有一类炉渣主要作用是将原料中含有的某些有用物质富集在其中，以利于下一工序将它们回收利用，称为富集渣，如钛精矿还原熔炼所得高钛渣以及吹炼含钒、铌的生铁所得到的钒渣、铌渣等，它们分别用作提取钛、钒及铌等的原料。还有一类所谓“合成渣”，是按炉渣要起的冶金作用而用各种原料预先配制的渣料，如电渣重熔用渣、钢锭浇铸或连续铸钢所用的保护渣以及钢液的渣洗用渣等。几种炉渣的典型组成见表。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。