冶金炉渣论文修改后

1、冶金炉渣目录第一章 炉渣综述1.1 定义及分类1.2 炉渣的来源及组成1.3 炉渣的作用第二章 炉渣的结构理论及相平衡图2.1 炉渣的结构 2.1.1分子学说2.1.2离子学说 1.瓦纽柯夫提出的熔渣离子化理论 2.焦姆金提出的熔渣完全离子溶液学说 3.马松(CRMasson)在1965年提出的全链结构型2.2 炉渣的相平衡图 2.2.1主要二元渣系相图 2.2.1.1 化合物类型 2.2.1.2 分相图 2.2.2 三元相图的基本知识及基本类型 2.2.2.1 三元相图的基本知识 2.2.2.2 三元相图的基本类型 2.2.2.3三元相图中线和无变量点的性质及确定法 2.2.2.4二元化合物

2、的稳定性发生变化的三元系 2.2.2.5有两个二元异份熔化化合物的三元系相图 2.2.3 三元渣系的相图 2.2.3.1 三元相图的分析方法 2.2.3.2 CaO-SiO2-Al2O3 (C-S-A) 系相图分析 2.2.3.3 CaO-SiO2-FeO渣系的相图第三章 炉渣的性质3.1 炉渣的物理性质 3.1.1炉渣的粘度 3.1.2炉渣的密度 3.1.3炉渣的热容和导热率 3.1.4炉渣的导电性 3.1.5炉渣的表面张力和界面张力 3.1.6炉渣中组元的扩散3.2 炉渣的化学性质 3.2.1炉渣的碱度（或酸度） 3.2.1炉渣的氧化还原性及组元活度 3.2.3炉渣气体 3.2.4有关炉渣

3、的一系列反应3.3 炉渣的热力学性质第4章 各种炉渣的深入探讨4.1高炉渣（冶炼渣） 4.1.1高炉造渣 4.1.1.1造渣概念4.1.1.2造渣过程4.1.1.3造渣过程中的影响因素及相应措施4.1.2高炉渣的化学性质及其对生产的影响 4.1.2.1高炉渣碱度对生产的影响 4.1.2.1高炉渣脱硫性能对生产的影响4.1.3高炉渣的物理性质及其对生产的影响 4.1.3.1高炉渣熔化性对生产的影响 4.1.3.2高炉渣粘度对生产的影响4.2 精炼渣（炼钢渣） 4.2.1前言 4.2.1.1精炼渣的发展现状 4.2.1.2 研究现状 4.2.2精炼渣综述 4.2.2.1 炉外精炼技术概述 4.2.

4、2.2 精炼渣的类型 4.2.3 精炼渣脱硫 4.2.3.1 硫对钢性能的影响 4.2.3.2 脱硫机理4.2.4 精炼渣脱磷4.2.4.1 磷对钢性能的影响4.2.4.2 脱磷机理4.2.5 结论 4.2.5.1 渣系脱硫分析结论 4.2.5.2 渣系脱磷分析结论 4.2.5.3 渣系同时脱磷脱硫分析结论4.3 富集渣 4.3.1富集渣的作用 4.3.2应用实例 4.3.3生产高钛渣详述4.4 合成渣5.1 炉渣成分对粘度及熔化性温度的影响512 碱度的影响51.3 w (Al2O3 ) 的影响5. 1. 4 MgO 含量的影响5. 2 炉渣成分对炉渣脱硫性能的影响5. 2. 1 w ( T

5、iO2 ) 的影响5. 2. 2 碱度的影响5. 2. 3 w (MgO) 的影响5. 2. 4 w (Al2O3 ) 对炉渣脱硫性能的影响5. 3 炉渣成分对渣中带铁的影响5. 3. 1 w ( TiO2 ) 的影响5. 3. 2 m ( CaO) / m ( SiO2 ) 、w (Al2O3 ) 、w (MgO) 的影响54 F的影响5.4.1F 对高炉渣粘度和熔化性温度的影响5.4.2 F 对高炉渣开始熔化温度和熔化区间影响54.3 F 对高炉渣热焓的影响第五章 炉渣的副作用研究6.1副作用的分类6.2炉渣对炉衬的化学侵蚀和机械冲刷6.3其它副作用第六章 专题研究：影响炉渣性能的因素第七

6、章 展望参考第一章 炉渣综述1.1定义及分类1.2炉渣的来源及组成1.3炉渣的作用第二章 炉渣的结构理论及相平衡图2.1 炉渣的结构 接近熔点的液体，它的结构更接近于与固体而不是无规则的排列的气体。儿化合物在固态往往是按一种键结合。氟化物，氧化物和硫化物的离子键结合百分数依次递减，共价键百分数则增大，这种键型的特点会在化合物融化为液态时在一定程度上保留下来。由于炉渣温度很高，大部分卤化物，碱金属及碱土金属氧化物会分解为离子态，而O2-又会与SIO4等碱性或中性氧化物结合为离子团。熔渣的导电性和可电解性说明它本质是离子的，组成炉渣的离子化合物越多，渣中离子化程度越高。但是炉渣中还是有部分的分子化

7、合物存在，研究炉渣结构，对了解炉渣物理化学性质之间的内在联系具有重要意义。2.1.1 分子学说 这是以固体炉渣的相分析和化学分析结果为依据于1934年最早提出的熔渣结构学说。分子学说把熔渣看成是各种氧化物分子(如SiO2、FeO、CaO等)和它们之间的化合物分子(如2FeOSiO2、2CaOSiO2等)组成的理想溶液，渣中酸碱氧化物相互作用形成的复杂氧化物之间处于化学动平衡，只有自由氧化物(如FeO、CaO等)才能参予金属相的相互反应，此时自由氧化物以实际浓度出现，所以金属与炉渣间的反应可以应用理想溶液的有关定律。分子学说缺乏更广泛的实验基础，设想的某些化合物又无实验验证，认为组成如此复杂的熔

8、体是理想溶液，更是缺乏事实依据。但这种学说也能简单地、定量或半定量地解释一些实验现象，如渣的氧化能力、脱硫能力和酸碱性等，因而直到目前仍有一定的实用价值。 2.1.2离子学说1.瓦纽柯夫提出的熔渣离子化理论1912年苏联学者瓦纽柯夫()提出的熔渣离子化理论，认为熔渣是由简单的离子和复杂的配位离子构成，质点间相互作用为离子的相互作用，所以渣金属相间的相互作用是电化学性质的作用。熔渣中金属氧化物的金属呈正离子，如Ca2+、Fe2+、Mg2+等。而氧在碱性渣中以O2存在，有可能形成配位离子的元素(如Si4+、Al3+、Fe3+等)存在时，则形成配位离子，其主要的如，式中x、y、z值由OSi比值即炉渣

9、的酸碱度确定。当Osi=2时为SiO2结构，在熔融状态下无离子性质，硅和氧的化合价都达饱和。渣中碱性氧化物增加，离子断裂为更简单的离子。至OSi=4时成为最简单的，此时四个氧的价数都不饱和。2.焦姆金提出的熔渣完全离子溶液学说1945年苏联学者焦姆金(MN)提出熔渣完全离子溶液学说，称模型。其要点为：(1)溶液完全电离成电荷总数相等的正负离子，故溶液总体不带电；(2)每个离子仅为带有相反电荷的离子所包围，即正负离子均匀相间排列；(3)电荷符号相同的离子，不论其电荷数多少，它与邻近离子的相互作用完全等同。所以，溶液中正负离子不能互换位置，同符号离子的位置可互换而不会改变体系的能量。该模型揭露了离

10、子熔体质点载有正负电荷的本质，但忽略了电荷符号相同而种类不同离子(如Fe2+和Ca2+、O2和S2)之间的差异，故与真实离子熔体(如熔渣)存有偏差。但它提供了一种对实际炉渣比较的标准。3.马松(CRMasson)在1965年提出的全链结构型马松(CRMasson)在1965年提出并在1970年改进的马松模型，又称全链结构型。该模型假定熔体中离子活度等于其离子分数，硅氧配位离子之间发生一系列的聚合反应并达到平衡，每个聚合反应的平衡常数都相等。并由此得出各种复杂离子浓度的理论分布曲线和导出熔体中金属氧化物的活度MeO与二氧化硅的摩尔分数之间的关系式。中国冶金学家邹元曦等根据他们对CaOSiO2熔体

11、实验测得更可靠的CaO活度数据检验了马松模型，发现平衡常数K11并不守常，1nK11与成直线关系。此外，马松模型还能完全解释三元系的各种现象，把正离子和负离子视为理想溶液也与实际不尽相符。由于离子问相互作用力不同，引起电荷符号相同的离子在异性离子之间的分布不均匀。因此，熔渣实际上是微观不均匀的熔体2.2 炉渣的相平衡图221主要二元渣系相图2.2.1.1 化合物类型稳定化合物(同份熔化化合物)：偏硅酸钙CaO·SiO2（CS）、正硅酸钙2CaO·SiO2（C2S）。不稳定化合物(异份熔化化合物)：硅酸三钙3CaO·SiO2（C3S）、二硅酸三钙3CaO·

12、2SiO2（C3S2）。 2.2.1.2分相图三个分相图：C-C2S，C2S-CS，CS-SØ C-C2S：具有一个共晶体的相图 1250-19000C存在C3S，C3S = C+C2SØ C2S-CS：具有一个不稳定化合物C3S2的相图 14750C发生转熔反应（包晶反应）： L+C2S = C3S2Ø CS-S：液相有分层现象 L1S在CS相内的饱和熔体 L2CS在S内的饱和熔体。1）、Al2O3-SiO2系相图 一个稳定化合物：莫来石3Al2O3.2SiO2(A3S2)，可溶解微量的Al2O3形成的固溶体。2）、 CaO-Al2O3系相图 三个同份熔化化合物

13、：C12A7、CA、CA2，两个异份熔化化合物：C3A、CA6。3）、 FeO-SiO2系相图 一个同份熔化化合物：铁橄榄石2FeO.SiO2(F2S)，SiO2高浓度端有液相分层 4）、CaO-Fe2O3系相图 三个异份熔化化合物：2CaO.Fe2O3、CaO.Fe2O3、CaO.2Fe2O3。 222三元系相图的基本知识及基本类型2.2.2.1 三元相图的基本知识 Ø 体系有三个独立变量：温度及任意两个组分浓度。Ø 三元相图表示方法：以等边三角形表示三个组分浓度的变化，以垂直坐标轴表示温度。2.2.2.1.1 浓度三角形 Ø 含义 Ø 三顶点A、B、

14、C：表示体系的纯组分。Ø 三条边：分别为三个二元系。Ø 三角形内的点：三元系的组成点。 Ø 物系点浓度的读取方法 Ø (1)过O作BC、CA、AB边的垂线，长度为a、b、c (2)过O作BC、CA、AB边的平行线aa、bb、cc A= a ，B= b ，C= c 2.2.2.1.2 浓度三角形的基本规则 等含量规则：平行于一边的直线上，各物系点所含对应顶角组分的浓度相同。 等比规则： 任一顶角与对边点的连线上各点组成中，其两旁顶角组分的浓度比相同。 背向规则：若物系点降到O点温度时开始析出C，则液相线CO的延长线向移动，而其他两组分（A，B）的浓度比保持

15、不变。 杠杆规则：原物系点重量分别为m，n，混合后形成新物系点O，则：O必位于M，N连线上 。此规则亦适用于一个相分解为两个相。如O点重量为W，分解为M，N两相，则M，O，N必位于同一条直线上 。重心规则：原物系点M1，M2，M3的重量分别为m1，m2，m3 ，混合后形成新物系点M，则M必位于连线三角形M1 M2 M3的重心上。 此规则亦适用于一个相分解为三个相的计算。如，M分解为M1、M2、M3三个新相时，则有： 2.2.2.2 三元相图的基本类型 初晶面：组分从液相析出固相的面，固液两相平衡共存L S1，自由度： f = C-+1= 3-2+1=2二元共晶线：液相面两两相交的交线，两个固相

16、组分同时从液相结晶析出，三相共存，L S1+S2 。自由度：f = C-+1=3-3+1 = 1 三元共晶点（无变量点）：三条二元共晶线的交点，三个组分同时从液相析出，四相共存， L = S1+S2+S3 。自由度：f = C-+1= 3-4+1=0。等温线：标有温度值的投影曲线，用虚线表示。连接线：两个纯组分组成点的连接线 。边界线（相界线）：两个结晶面（液相面）的交线 2.2.1 具有简单三元共晶体的相图 Ø 面、线、点分析Ø 面：三个组分A、B、C的初晶面Ø 线：三条二元共晶线 Ø e1E(LA+B)Ø e2E(LA+C)Ø e

17、3E(LB+C)Ø 点：E为三元共晶点 (LE=A+B+C)Ø 结晶过程分析2.22.3 三元相图中线和无变量点的性质及确定法 2.2.2.3.1 线的种类相界线（边界线），连接线 2.2.2.3.2 相界线（边界线） Ø 液相面的交线称为相界线，有两类： 共晶线：LS1+S2 包晶线：L+ S1S2 Ø 性质确定：切线规则 N分相界线Pe1为两部分：PN段和Ne1段 Ne1段：共晶线 PN段：包晶线 三元系中的线与点2.2.2.3.3 连接线 Ø 有相界线（边界线）的组分才能做连接线。Ø 连接线规则 若连接线与相界线相交，则： a

18、交点是相界线上的温度最高点； b 化合物D在其初晶面内，是一个稳定化合物； c 连接线分三角形为两个独立的三元系； d 两个四相平衡点分别在它们的三角形内。若连接线与相界线不相交，则： a 相界线（PE）向背离连接线（CD）的方向倾斜； b 化合物D不在其初晶面内，是一个不稳定化合物； c 连接线把三元系分为两个部分，但两部分不独立； d BCD内无四相平衡点，其四相平衡点P在相邻 的三角形内，是包晶点：LP+B=C+D 三元系相界线与连接线2.2.2.4 二元化合物的稳定性发生变化的三元系 二元化合物D在二元系中是稳定的，在三元系中是不稳定的化合物。 e4N：共晶线，LB+D NP：包晶线，

19、L+BD 二元化合物D在二元相图中是不稳定的，在三元相图中是稳定的化合物。 PN：包晶线，L+BD NE2：共晶线，LB+D 2.2.2.5 有两个二元异份熔化化合物的三元系相图 Ø 初晶面 A、B、C、D1、D2 Ø 线 P P：包晶线 L+CD1 PP：包晶线 L+CD2 其余均为共晶线Ø 点 P：包晶点 L+C=D1+D2 P1：包晶点L+C=D1+D2 P2：包晶点L+D1=A+D2 E1、E2、E均为共晶点 2.2.3 三元渣系的相图 2.2.3.1 三元系相图的分析方法 2.2.3.2 CaO-SiO2-Al2O3 (C-S-A) 系相图分析 2.2.

20、3.2.1 确定化合物的种类及稳定性 Ø 两个三元稳定化合物 CAS2 = CaO·Al2O3·2SiO2 钙斜长石 C2AS = 2CaO·Al2O3·2SiO2 铝方柱石Ø 五个稳定的二元化合物 CS = CaO·SiO2；C2S = 2CaO·SiO2； C12A7 = 12CaO·7Al2O3；CA = CaO·Al2O3 A3S2 = 3Al2O3·2SiO2Ø 五个不稳定的二元化合物 C3S2 = 3CaO·2SiO2；C3S = 3CaO·S

21、iO2； C3A = 3CaO·Al2O3； CA2= CaO·2Al2O3； CA6= CaO·6Al2O3 2.2.3.2.2 分三角形、无变量点及相平衡关系 Ø 确定化合物的初晶面 Ø 作连接线 a 有相界线的化合物之间才能做连接线； b 稳定化合物之间作实线； c 不稳定化合物之间（或稳定与不稳定化合物之间）做虚线。Ø 确定相界线上温度下降的方向及相界线的性质（转熔线、共晶线）Ø 确定三元共晶点和包晶点Ø 由实线组成的三角形或多边形是独立的可以单独分析 a S-CAS2-A 共晶点1 L=CAS2+A3S2

22、+S 包晶点7 L+A=CAS2+A3S2b S-CAS2-CS 共晶点2 L=CAS2+CS+Sc CS-C2AS-CAS2 共晶点4 L=CS+C2AS+CAS2d CS-C2ASC2S 包晶点3 L+C2S=C3S2+C2AS 共晶点5 L=CS+C3S2+C2ASe 四边形C2ASCAS2-A-CA 共晶点6 L=C2AS+CAS2+CA6 包晶点8 L+A=CAS2+CA6 包晶点9 L+CA2=C2AS+CA6 共晶点10 L=C2AS+CA2+CAf四边形CA-C2ASC2S-C12A7 包晶点11 L+C2AS=C2S+CA 共晶点12 L=CA+C2S+C12A7g C2S-

23、C12A7C 共晶点13 L=C2S+C12A7+C3A 包晶点14 L+C3S=C2S+C3A 包晶点15 L+C=C3A+C3S 2.2.3.3 CaO-SiO2-FeO渣系的相图 2.2.3.3.1 确定化合物的稳定性 Ø 一个三元稳定化合物 CFS = CaO·FeO·SiO2 Ø 三个稳定二元化合物 CS = CaO·SiO2 C2S = 2CaO·SiO2 F2S = 2 FeO·SiO2 Ø 两个不稳定的二元化合物 C3S2 = 3CaO·2SiO2 C3S = 3CaO·SiO2

24、 2.2.3.3.2 相图的特点Ø 靠近SiO2顶角侧有较大范围的液相分层区， 靠近CaO顶角处，是高熔点存在区Ø 由相界线构成两个特相区 2.2.3.2.3 分三角形、无变量点及相平衡关系 a S-CS-F2S 共晶点1 L=S+CS+F2Sb C2S-CFS-CS 共晶点2 L=CS+C3S2+CFS 包晶点3 L+C2S=C3S2+CFSc C2S-CFS-F 共晶点4 L=C2S+CFS+Fd C2S-F-C 包晶点5 L+C=C3S+F第三章 炉渣的性质3.1炉渣的物理性质 主要从以下几个方面介绍炉渣的物理性质：炉渣的粘度 炉渣的密度 炉渣的热容和导热率 炉渣的导

25、电率 炉渣的表面张力和界面张力 炉渣中组元的扩散3.1.1炉渣的粘度 粘度是炉渣的主要物理性质之一，它代表炉渣内部相对运动时各层之间的内摩擦力。单位：Pa·s。粘度对于渣和金属间的传质和传热速度有密切的关系，因而它影响着渣刚反应的反应速率和炉渣传热能力。过粘的渣使得熔池不活跃，冶炼也不能顺利进行。一般工业上，将粘度大于0.2 Pa·s的炉渣称为稠渣。相反地，过稀的渣容易喷溅，而且严重浸蚀炉衬耐火材料，降低炉子的寿命。一般地，将粘度小于0.002 Pa·s的炉渣称为稀渣。因此，冶金炉渣应有适当的粘度，从而才能保证产品的质量和良好的技术经济指标。 粘度与工业生产中常用

26、的流动性成反比。而流动性与渣中不溶物有关，如石灰，镁砂，氧化铬等微小颗粒。这些不溶物使得渣内的摩擦力增大，从而增加了粘度。 下表列出了某些物质的粘度和炼钢温度下钢、渣的粘度。表一 一些物质的粘度物质温度粘度Pa·s物质温度粘度Pa·s水250.00089生铁液14250.0015松节油250.0016钢液159500025轻机器油250.080稀渣15950002甘油250.5正常渣1595002 01蓖麻子油250.8稠渣15950.2 合适的炉渣粘度在0.020.1 Pa·s之间。冶金原理赵俊学 均匀性熔渣和非均匀性（多相）炉渣的粘度有很大不同。对于均匀性的炉

27、渣，它的粘度服从牛顿黏滞液体的规律，粘度决定于移动质点的活化能。 而当熔渣中出现了不溶解的组分质点，或是温度下降时，2高熔点组分的溶解度减少，成为难溶的细分散状的固相质点而析出。这时炉渣变为不均匀性的多相渣，其粘度要比均匀性渣的粘度大很多，不服从牛顿黏滞定理，称这种炉渣为非均匀行渣，其粘度为“表观粘度”，其影响关系可用下式表示： 其中，为渣中细分散固体粒子的体积分数，为常数，当0.1时，；为炉渣的牛顿粘度，Pa·s。为降低“表观粘度”，应防止固相物进入熔渣。提高温度或加入辅助剂可使固相物消失。 酸碱性对炉渣的粘度有一定影响。在过热时，碱性渣的粘度比酸性渣的粘度小。因为前者具有尺寸较小

28、的络离子。当温度下降时，酸性渣的粘度变化平缓，凝固时形成玻璃状，而粘性曲线上没有明显的转折点；碱性渣的粘度则变化急剧，凝固时形成结晶状，而粘性曲线上有明显的转折点。这是由于酸性渣中络离子的尺寸大，在冷却过程中络离子移动缓慢，来不及排列到晶格上，以致保持过冷的状态，形成玻璃质；由于随着温度的降低，渣中指点的活动能力逐渐变差，所以渣的粘度平缓上升，如图一中曲线2所示。碱性渣中络离子的尺寸小，移动性好，冷却时络离子移动地快，能在晶格上排列，不断析出晶体，很快变为非均匀相，以致失去流动性，故在粘度曲线上表现出明显的转折点，如图一中曲线1所示。 此外，温度对粘度也有很大的影响。温度提高，使具有粘度活化能

29、的质点数增多；同时，质点的热振动加强或质点的键分裂，络离子可能解体，成为尺寸较小的流动单元；温度提高还可能使未熔化的质点在高温下熔化，因而粘度下降。冶金原理韩明荣 3.1.2炉渣的密度 密度是炉渣的基本性质之一，它影响着液滴与介质间的相对运动速度，也决定渣所占据的体积大小。组成炉渣的主要化合物的密度如表二所示。 固态的炉渣密度可近似地用单独化合物的密度和组成计算。 （）； 式中，是各个化合物的重量百分数，是它们本身的密度。表二 各种化合物的密度（）化合物密度化合物密度化合物密度3.975.404.873.032.275.563.322.399.217.135.22.85.215.94.66.5

30、12.322.83.504.24 在渣中含有大量密度大的化合物（，.）时，熔渣的密度就大。一般氧化渣的密度大于还原渣的密度。 液态渣的密度和温度及组成研究的还有限。化合物波尔纳茨介绍的在1400时炉渣密度计算的经验公式为： 式中各组成是重量百分比。高于1400时炉渣的密度可用下式求出： 其中为某一温度下炉渣的密度（）；为式中求出的某组成熔渣在1400时的密度（）；t为温度（）用此公式计算，误差不大于5%。一般地，普通碱性渣密度为（），固态碱性渣为,而高氧化性铁渣（40%）为，酸性渣一般为。渣中存在弥散的气泡时，密度要低一些，占据的体积要更大一些。3.1.3炉渣的热容和导热率炉渣的焓表明单位重量

31、的炉渣升高温度时所吸收的热量，它的大小与炉渣热熔有直接关系。在实际生产中炉渣的焓常与热的利用及热平衡联系在一起。以高炉炉渣（-）为例，其热容在01300时满足以下关系： 在13001600时，满足： 炉渣的导热性对冶炼的热加工制度有很大的影响，但由于研究困难，这方面的数据发表不多。硅酸铁二元渣系的导热系数和成分、温度的关系如下表所示。从数据可以看出，熔渣的导热系数和成分有关，也和温度的高低分不开，具体关系：温度越高导热系数越大。表三 炉渣的热传导性数值熔体成分%导热系数（）13501500200066.7-118.823.356.757.05.68.420.450.02.84.412.8炉渣在

32、钢液搅拌沸腾时的导热系数和热阻数据如下表所示：表四 炉渣的热传导性数值炉渣种类微流动的碱性泡沫渣16.725.10.00482.1603活跃的碱性沸腾渣418.0936.00.00030.0004活跃的酸性沸腾渣250.8418.00.00290.0048从上表中数据可以看出，沸腾炉渣的导热性比静止的要高2040倍，在炼钢操作中已注意到并且已经利用了炉渣的这种性质，如在沸腾时供给大的电功率或热功率等。无论在平静的还是沸腾的情况下，渣的导热率都比金属液低（沸腾的金属液热阻为0.0005，比炉渣低34倍），炉渣上层温度一般比钢液高4080。3.1.4炉渣的导电性（1）炉渣有明显的离子导电性并且可以

33、电解，显示了炉渣的离子本性。很早就有人试图由炉渣来电解提取金属和合金。例如，在1450对-系炉渣进行电解发现阳极有气体产生并且出现白色粉末，表明发生了阳极反应：同时化学分析结果也指出，阳极区有富集，阴极区有富集，这些都表明-熔渣也是可以电解的。此外，对渣电流指出，2045%的熔渣电解时的电流效率达到98±3%，75%的渣电流效率是95±5%，这表明该两种炉渣的电解可以满足法拉第定律。(2)炉渣离子的迁移离子迁移数是指某一离子迁移所带的电量与全部离子所带电量之比，即，它反映电解质中不同离子参与电迁移的程度。某离子i通过单位截面携带的电量是，其中是在电场作用下i离子的迁移速度，

34、是单位体积内的离子数，是i离子的电价，e是单位电荷的电量。所以有： 可见，应与离子浓度、电价及迁移速度有关，其中迁移速度取决于离子半径、离子间作用力等复杂因素。由一些熔盐离子迁移数的测定结果总结得到以下规律：碱金属硝酸盐与碱金属氯化物，阴离子半径大于阳离子半径，；同时随着阳离子半径增大，减小。这表明，离子迁移数与离子半径关系密切，半径越小的离子其迁徙数越大。比较碱金属和碱土金属氯化物的情况，可以看到在阳离子半径接近的时候，如Li和Mg、Na和Ca、K和Ba，碱土金属氯化物的要大得多，这是因为碱土金属氯化物的浓度要比碱金属氯化物大所引起的。（冶金熔体P192，把表91变成折线图）炉渣中离子迁移数

35、也与离子半径密切相关，已测定出和二元硅酸盐炉渣在30%时0.81.0；这表明，硅酸盐炉渣中是由金属阳离子承担电迁移，硅氧阴离子因有大的离子尺寸基本上不参与电迁移。（3）炉渣的电导率炉渣的电导率表明炉渣导电能力的大小，电导率越大导电能力越大，电导率是电阻率的倒数，又称比导率，单位是。根据炉渣的电导率可以判断炉渣导电是离子导电的特征。第一，炉渣的比导率在1水平，而电子导电的熔体的电导为；第二，炉渣的比导率随温度升高而增大。式中，是电导活化能，为常数。3.2炉渣的化学性质 主要从以下几个方面介绍炉渣的化学性质：炉渣的碱度（或酸度） 炉渣的氧化还原性及组元活度 炉渣气体 有关炉渣的一系列反应。3.2.

36、1炉渣的碱度（或酸度）炉渣是多种氧化物形成的混合熔体，各种氧化物的酸碱性程度不同，在渣中的含量也不同，这就使得炉渣表现不同的酸碱度。并且，炉渣的脱氧能力、脱硫和脱磷能力都与其酸碱度密切相关。表示炉渣酸碱性的方式有很多，在有色冶金炉渣中常用硅酸度（硅酸度定义：酸性氧化物中的氧量与碱性氧化物中的氧量之比，比值小于1.0为碱性渣；比值大于1.0为酸性渣；比值等于1.0为中性渣。而钢铁冶金炉渣则常用碱度表示其碱性，下面介绍一下碱度的表示方法。碱度是判断炉渣碱性强弱的指标。去硫、去磷能力都与其酸碱度密切相关，它还决定着炉渣中许多组元的活度。或表示法炉渣碱度常用碱性最强的和酸性最强的含量之比表示，氧化物含

37、量以重量百分数（%）或摩尔分数（N）表示，一般地，重量百分数的形式常用于生产实践中，而摩尔分数的形式更常用于计算中。有时也用100g炉渣中组元的摩尔数（n）之比表示。与此类似，如果考虑其它强碱性氧化物的影响，也可以采用、或对应的摩尔分数比表示。或表示法这种形式是基于炉渣分子理论的碱度表示方法。假定炉渣中要生成复杂化合物3，按照分子理论复杂化合物不能直接参与化学反应，故考虑炉渣中的数量时应将结合进3中的扣除。因为3中1mol要与3mol 结合，所以就有，折合成质量百分数就有系数。同样道理，如果假定生成不同的复杂化合物，就会有不同的碱度表达式。剩余碱剩余碱也是基于炉渣分子理论的一种碱度表示方法。因

38、为碱性氧化物要与酸性氧化物化和生成不同形式的复杂化合物，故渣中的碱性氧化物必须扣除结合进入复杂化合物的部分，剩余的自由氧化物即“自由碱”才能参加化学反应。剩余碱也有不同的表达式，这取决于他的应用条件。除了上面的三种外还有是基于炉渣离子理论的碱度表示方法以及一种物理表示方法光学碱度，在此不再详细介绍。3.2.2炉渣的氧化还原性（1）炉渣的氧化性及组元活度炉渣的氧化性取决于其组成和温度。第四章 各种炉渣的深入探讨4.1高炉渣（冶炼渣） 4.1.1高炉造渣4.1.1.1造渣概念高炉造渣对冶炼过程极为重要，无论对炉内料柱高透气性、炉况的稳定顺行和热状态等方面都有很大的影响。可以说：炼铁就是炼渣，要炼好

39、铁就要炼好渣。 炉渣成分的来源主要是铁矿石中的脉石以及焦炭(或其它燃料)燃烧后剩余的灰分。它们大多以酸性氧化物为主，即SiO2及Al2O3其熔点各自在1728及2050 。即使混合在一起，它们的熔点仍很高(约1545 )。在高炉中只能形成一些粘稠的物质，这会造成渣铁不分、难于流动。因此必须加入碱性助熔物质，如石灰石、白云石等作为熔剂。尽管熔剂中的CaO和MgO自身熔点也很高(CaO2570 , MgO2800 )，但它们能同SiO2和Al2O3分别生成低熔点(低于1400 )的化合物，在高炉内足以熔化，形成流动性良好的炉渣。它与铁水的密度不同(铁水密度6.87.0，炉渣为2.83.0)，渣铁分

40、离而畅流，高炉正常生产。 高炉生产中总是希望炉渣愈少愈好，但完全没有炉渣是不可能的(也是不可行的)，高沪操作者的责任是在一定的矿石和燃料条件下，选定熔剂的种类和数量，配出最有利的炉渣成分，以满足冶炼过程的要求。 高炉生产中总是希望炉渣愈少愈好，但完全没有炉渣是不可能的(也是不可行的)，高沪操作者的责任是在一定的矿石和燃料条件下，选定熔剂的种类和数量，配出最有利的炉渣成分，以满足冶炼过程的要求。在冶炼过程中，高炉渣应满足下列几方面的要求:(1)炉渣应具有合适的化学成分，良好的物理性质，在高炉内能熔融成液体并与金属分离，还能够顺利地从炉内流出;(2)具有充分的脱硫能力，保证炼出合格优质生铁;(3)

41、有利于炉况顺行，能够获得良好的冶炼技术经济指标;(4)炉渣成分要有利于一些元素的还原，抑制另一些元素的还原，即具有调整生铁成分的作用;(5)有利于保护炉衬，延长高炉寿命。 上述要求主要取决于炉渣的碱度、熔化性和稳定性。而这些又主要由炉渣的化学成分(或碱度)以及矿物组成所决定，同时操作制度对这些性质也有重大影响。4.1.1.2造渣过程造渣过程高中炉内的炉料在下降过程中，其中焦炭始终保持固体状态，除少部分碳素参加还原和生铁渗碳外，绝大部分到达风口时才燃烧和气化。炉料中的矿石和熔剂逐渐被上升的煤气流加热而发生还原、分解和固相反应，在达到一定温度后就出现粘结，进而软化和熔融成初渣。熔融的初渣在向下滴落

42、过程中，其中FeO和MnO不断被还原而减少，同时不断地吸收熔剂中的Ca0和MgO，以及随煤气流上升的焦炭燃烧后残留的灰分，因而其化学成分在不断变化着。当熔渣在炉缸中完成脱硫和还原反应以后，最后作为终渣定期地或连续地被排出炉外。随着炉料的下降，固相反应生成的低熔点化合物首先呈现出少量的局部的熔化，即矿石开始软化。随着温度的继续升高和还原反应的继续进行，液相不断增多，最终完全熔融成为液相的炉渣向下流动。高炉炉渣按其在炉内形成过程可以分为初渣、中间渣和终渣。 （1）初渣 指在高炉软熔带中刚开始出现的液态渣。其中含有较多的。FeO和MnO。这是因为由矿石中Fe2OnFe3O4还原生成的FeO和由矿石中

43、MnO2、Mn2O3、Mn3O4还原生成的MnO，易与SiO。结合成低熔点的硅酸铁、硅酸锰。矿石的还原性愈差，或矿石在242高炉上部的还原程度愈低，初渣的FeO含量就愈高。这是初渣与终渣在化学成分上的最大差别。 （2）中间渣 指处于滴落过程中的，其成分和温度在不断变化着的液态渣。渣中FeO、MnO不断被还原而减少。熔渣的流动性随温度的升高而增大。由于焦炭灰分的酸性组分主要是在风口处释放后才被吸收，因而中间渣的碱度常常比终渣高。实际上，中间渣就是在软熔带以下、风口水平以上的处于滴落过程中的炉腹渣。中间渣能否顺利滴落通过焦炭层，取决于原料成分和炉温的稳定。使用天然矿石冶炼时，尤其是在矿石成分波动大

44、时，大量石灰石直接入炉，往往产生炉温和中块状带软熔带滴落带构及软熔带分布示意图间渣成分的激烈波动，造成中间渣熔化性和黏度的激烈变化，导致炉况不顺，难行、悬料、崩料甚至结瘤。使用成分稳定的自熔性熟料或使用高碱度熟料加酸性料冶炼时，只要注意图2高炉内料柱结保持炉温的稳定及炉料和煤气流的合理分布，就可以基本排除以上弊病。焦炭是滴落带中惟一的固态骨架物料，因而焦炭的冷态强度和热态强度是保持中间渣顺利滴落的基本条件。 （3）终渣 指已经下达炉缸渣铁积存区的液态渣。中间渣在降落过程中，其化学成分有一次重大变化。即吸收燃烧带中焦炭和喷吹煤粉燃烧后残留下来的灰分参与造渣，使渣中Al2O3和SiO2含量明显升高

45、，而CaO和MgO含量则相对降低。这样的熔渣流入炉缸下部的渣铁积存区，其成分和性质已基本稳定，不会再有明显的变化。铁滴穿过炉缸下部熔渣层以及熔渣层和铁液层之间渣铁界面上发生的脱硫反应和各种还原反应使熔渣成分发生一些相应的变化。但是这些变化对终渣成分影响都很小。一般泛称的高炉渣就是指终渣。高炉操作者必须通过合理的配料，保证终渣具有适宜的成分和性质。 造渣过程对高炉冶炼的影响高炉内煤气流上升过程中受到阻力最大的区域是软熔带。根据实测数据，软熔带及其以下区域的煤气压差大约为全部压差的60%80%。因此，软熔带的位置、厚度、形状等对高炉冶炼的顺行、强化和煤气的分布等有着重大的影响。4.1.1.3造渣过

46、程中的影响因素及相应措施1、软熔带的综合考虑 1）、软熔带的位置软熔带的位置高，意味着透气性差的软熔带及其以下区域向上延伸，将导致整个料柱透气性变差；反之，软熔带的位置低，将会使整个料柱透气性得到改善。此外，软熔带位置高，使在块状带内进行的气固相还原反应减少，造成初渣中FeO含量高。这种熔化温度低、流动性好且未充分加热的初渣，能以较快的速度降落到高炉下部高温区，大量FeO的直接还原使下部消耗的热量增多，导致焦比升高和产量下降。软熔带位置过低也不利于炉况顺行。若矿石降落到炉腹部位才开始软化，将会因炉腹断面的收缩而使炉料卡塞，造成难行和悬料。因此，保持软熔带位置适当，对高炉冶炼的顺行和强化是十分重

47、要的。 2）、软熔带厚度软熔带愈薄，对上升煤气流的阻力愈小，愈有利于高炉冶炼的顺行和强化；反之，软熔带愈厚，上升煤气流遇到的阻力愈大，愈不利于高炉冶炼的顺行和强化。决定软熔带厚度的关键是矿石的软熔性质。一般说来，与天然矿石相比较，自熔性和高碱度的烧结矿和球团矿具有较高的开始软化温度和较窄的软熔温度区间；与低品位和高SiO2含量的矿石相比较，高品位和低SiO2含量的矿石具有较高的开始软化温度和较窄的软熔温度区间。故而高炉使用自熔性烧结矿和球团矿，将使软熔带变薄，有利于改善料柱透气性，有利于高炉冶炼的顺行和强化。当使用天然矿石的品种较多时，由于各种矿石的还原性质和软熔性质的不同，也将使软熔带变厚，

48、从而不利于炉况顺行和强化。 3）软熔带形状软熔带的形状对高炉内煤气流的分布，煤气热能和化学能的利用以及高炉冶炼的顺行和强化十分重要。倒V形软熔带，促进中心气流发展，有利于活跃中心，使燃烧带产生的煤气易于穿过中心焦炭柱，并横向穿过软熔带的焦窗，折射向上，因而有利于降低高炉内煤气流压差和改善煤气流的二次分布，提高煤气热能和化学能的利用率。同时，由于边缘煤气流相对减弱，可减轻其对炉衬的冲刷并降低炉衬承受的热负荷。V形软熔带则与之相反，是中心过重而边缘煤气流过分发展的结果。在这种情况下，中心炉料堆积，料柱透气性差，煤气流压差升高；大量煤气从边缘通过，极不利于煤气能量的利用，对炉衬的破坏也十分严重。w形

49、软熔带是适当发展中心和边缘两道煤气流的结果，是长时期来，在原料不精，上下部调节手段少的情况下高炉操作的传统形式。在这种情况下，高炉能保持顺行，但冶炼的技术经济指标达不到最好的水平，尤其是焦比偏高，已不能满足大型高炉进一步强化和降低燃料比的要求。2、造渣过程的稳定性 无论使用生矿或熟矿，保持稳定的造渣过程是高炉冶炼顺行和强化所必须的。高炉内造渣过程的剧烈波动，必然导致炉况不顺，严重时将出现炉况难行、悬料(见悬料与坐料)等现象。造成炉内造渣过程不稳定的原因主要有两个方面。一是原燃料品种、质量不稳定；二是高炉操作制度波动或发生设备事故等。因为不论是入炉矿石的品位、性质、粒度组成和配比等经常性的波动或

50、变化，还是操作制度的变动或失误均必然引起炉内软熔带位置、厚度和形状的波动或变化，从而破坏炉况顺行和煤气流的合理分布。 3、造渣过程与结瘤高炉结瘤的根本原因之一是正常的造渣过程受到严重的破坏。不同FeO含量和不同碱度的初渣，其抵抗温度和成分急剧变化而保持稳定的能力是不同的。高FeO含量的初渣，当温度急剧升高使Fe()被大量迅速还原时，炉渣的熔化性急剧升高，已熔化的初渣会重新凝固，严重时会粘结于炉墙，结成铁质炉瘤。如此反复，炉瘤愈长愈大，从而破坏高炉的正常生产。若炉顶装料时石灰石被集中装到炉墙边缘处，造成初渣碱度局部增高也会使已熔化的初渣重新凝固，严重时结成石灰质炉瘤。 4.1.2高炉渣的化学性质

51、及其对生产的影响化学性质指炉渣碱度、组分的活度、脱硫性能和排碱性能等。 （这里主要谈谈碱度和脱硫性能）4.1.2.1碱度碱度通常用炉渣中碱性氧化物与酸性氧化物的质量百分数的比值表示。炉渣中CaOSiO2的比值称为碱度或二元碱度；(CaO+MgO)SiO2的比值称为总碱度或三元碱度；而(CaO+MgO)(SiO2+Al2O3)的比值称为全碱度或四元碱度。炉渣碱度是炉渣的一个特性指数。在一定的冶炼条件下，Al2O3和MgO含量相对稳定。为简便起见，实际生产中通常采用二元碱度。在普通矿石冶炼的情况下，习惯上把CaOSiO2>1的炉渣称为碱性渣，CaOSiO2<1的炉渣称为酸性渣。炉渣碱度

52、的选择主要根据矿石的成分、冶炼铁种对炉渣性质的要求而定。它对高炉炉况和生铁质量有很大的影响。4.1.2.2脱硫性能 高炉内渣铁之间的脱硫反应在初渣生成后即开始，在炉腹或滴落带中较多进行，在炉缸中最终完成。炉缸中的脱硫存在两种情况：一是当铁水滴下穿过渣层时，在渣层中脱硫，这时渣、铁接触面积大，脱硫反应进行很快；二是在渣铁界面上，这时渣、铁接触面积虽不如前者大，但接触时间较长，可保证脱硫反应充分进行，最终完成炉内生铁脱硫过程。炉渣的脱硫反应据高炉解剖研究证实，铁水进入炉缸前的含硫量比出炉铁水含硫高得多，由此认为，正常操作中主要的脱硫反应是在铁水滴穿过炉缸时的渣层和炉缸中渣铁相互接触时发生的。炉渣中

53、起脱硫反应的主要是碱性氧化物CaO, MgO, MnO等(或其离子)。在实际生产中我们会遇到一些问题。（1）、如果炉渣碱度未见有较大波动，但炉温降低。此时首先解决炉温问题，如有备风温时尽量提高风温，有加湿鼓风时要关闭。如果下料过快要及时减风，控制料速。如有长期性原因导致炉温降低，应考虑适当减轻焦炭负荷。 （2）、炉渣碱度变低，炉温又降低时，应在提高炉缸温度的同时，适当提高炉渣碱度，待变料下达，看碱度是否适当。亦可临时加2030批稍高碱度的炉料，以应急防止S的升高(但需注意炉渣流动性)。 (3)、炉温高，炉渣碱度也高而生铁含S不低时，要校核硫负荷是否过高，如有此因，要及时调整原料。如原料硫负荷不

54、高，脱硫能力差，系因炉渣流动性差，炉缸堆积所造成，应果断降低炉渣碱度以改善流动性提高LS值。 (4)、炉温高，炉渣碱度与流动性合适而生铁含S不低，主要原因是硫负荷过高。应选用低硫焦炭。如是矿石硫高应先焙烧去硫或采用烧结、球团等熟料。4.1.3高炉渣的物理性质及其对生产的影响物理性能指炉渣熔化性、粘度、流动性、表面性能和炉渣稳定性等。（这里主要谈谈熔化性和粘度）4.1.3.1熔化性溶化性指炉渣熔化的难易程度，可用熔化温度和熔化性温度两个指标来表示。熔化温度是炉渣加热过程中固相完全消失的温度，或液态炉渣在冷却过程中开始析出固相的温度。它影响软熔带与滴落带的界面位置。高炉冶炼过程要求适当的熔化温度，如果这一温度过高，表明