任务八、配制火法冶金炉渣
炉渣处理的总体工艺设计
炉渣处理的总体工艺设计炉渣是指在冶金炼制过程中产生的固体废物，其主要成分是金属氧化物、非金属氧化物和其他杂质。
炉渣处理的总体工艺设计包括炉渣收集、处理和利用三个基本步骤。
炉渣收集是炉渣处理过程中的首要步骤，其目的是将炉渣从冶金设备中收集出来，减少炉渣对设备的腐蚀和污染。
炉渣收集可以通过人工清理、机械运输或重力分离等方式进行。
在炉渣收集过程中，需要注意对炉渣进行分类和分离，以便后续的处理和利用。
炉渣处理是炉渣管理的核心环节，其目的是通过物理、化学或热力学方法对炉渣进行处理，使其具备再利用的价值。
常见的炉渣处理方法包括磁选、磨碎、浮选、冶炼、焙烧和氧化等。
其中，磁选是通过磁性材料吸附和分离炉渣中的磁性物质；磨碎是将炉渣破碎成一定粒度，便于后续处理；浮选是利用物料比重差异实现炉渣中铁矿石等金属的回收；冶炼是将炉渣加热至一定温度，使其中的金属部分熔化，并分离出纯金属；焙烧是将炉渣加热至高温，使其中的有害物质燃烧或转化为无害物质；氧化是通过加入氧化剂使炉渣中的有害物质氧化成无害的气体或固体。
炉渣利用是炉渣处理的最终目标，其目的是将经过处理的炉渣再次应用于生产过程中，实现资源的循环利用。
炉渣的利用可以是直接利用，也可以是经过再加工后利用。
直接利用包括将炉渣用于道路建设、水泥生产和填埋等；再加工后利用包括将炉渣中有价值的成分提取出来，例如从炉渣中提取出铁和钢材，再用于冶金行业；或者将炉渣进行再热处理，使其具备新的性质和用途。
在炉渣处理的总体工艺设计中，需要考虑炉渣的成分、性质和处理要求。
不同的炉渣可能需要不同的处理方法和工艺流程。
同时，还需要考虑炉渣处理的经济性和环境影响。
炉渣处理的目标是实现有效的炉渣管理和资源利用，最大程度地减少对环境的污染和资源的浪费。
因此，在工艺设计中需要综合考虑处理方法的成本、效果和可行性。
综上所述，炉渣处理的总体工艺设计包括炉渣收集、处理和利用三个基本步骤。
通过合理选择和设计炉渣处理方法和工艺流程，可以实现对炉渣的高效管理和资源利用，以推动冶金工业的可持续发展。
金属冶炼中的炉渣控制
在金属熔炼过程中，控制炉渣的氧化 还原性，可以降低金属的氧化程度， 提高金属的收得率。
降低能耗与生产成本
降低熔炼温度
通过优化炉渣的组成，可 以降低熔炼温度，减少能 程中的 资源，提高资源利用率， 降低生产成本。
减少维护成本
良好的炉渣控制可以延长 炉衬的使用寿命，减少维 修和更换成本。
减少环境污染
降低有害气体排放
提高环保标准
优化炉渣组成和性质，可以降低冶炼 过程中的有害气体排放，减轻对环境 的污染。
加强炉渣控制，可以提高企业的环保 标准，满足国家和地区的环保要求。
减少固体废弃物
通过合理控制炉渣的组成和性质，可 以降低固体废弃物的产生量，减轻对 土地资源的压力。
提高产品质量与稳定性
悬浮熔炼技术
将金属氧化物和还原剂在高温下悬浮于气体中，通过反应生成金属 或合金，具有高效率和低能耗的特点。
等离子熔炼技术
利用等离子体的高温和高活性，实现金属或合金的熔炼和提纯，具 有节能、环保等优点。
炉渣资源化利用的研究与进展
炉渣作为建筑材料
将炉渣经过处理后制成混凝土骨料、砖、瓦等建 筑材料，具有成本低、可循环利用等优点。
目的
满足工业、科技、生活等领域的金属需求，提高金属资源的利用率，促进可持 续发展。
金属冶炼的流程与技术
选矿
通过物理或化学方法将有用矿 物与无用矿物分离。
精炼
通过加入适量的添加剂和还原 剂，去除熔体中的杂质，提高 金属纯度。
采矿
从地下或地表开采矿石。
熔炼
将矿石或废旧金属加热熔化， 形成金属熔体。
铸造
循环利用
将符合要求的炉渣进行循环利 用，减少固体废弃物的排放，
火法冶炼的工艺流程
通过物理方法将金属与炉渣分离， 金属进入熔融态，炉渣则排出熔炼 炉。
精炼过程
去杂质
合金化
通过加入氧化剂或还原剂，去除金属 中的杂质元素，提高金属的纯度。
根据需要，向金属中加入其他元素， 以获得所需的合金。
金属的还原与提纯
通过控制温度和加入还原剂，使金属 从氧化物中被还原出来，同时去除其 他杂质。
资源短缺问题
随着矿产资源的不断开采，资源短缺问题日益严重，企业需要提 高资源利用率。
能耗控制
降低能耗是火法冶炼的重要发展方向，企业需要研发和应用节能 技术。
副产品回收利用
对火法冶炼过程中产生的副产品进行回收利用，提高资源利用率 和降低能耗。
THANKS
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环保法规对火法冶炼的影响
严格的环境标准
01
各国政府对环保的要求越来越严格，限制了火法冶炼的污染物
排放。
清洁生产技术
02
企业需要采用清洁生产技术，减少污染物排放，并确保符合环
保法规要求。
循环经济与资源利用
03
鼓励企业开展循环经济，提高资源利用率，减少对自然资源的
依赖。
提高资源利用率与降低能耗的挑战
火法冶炼的重要性
01
02
03
满足金属需求
火法冶炼是提取金属的主 要方法之一，对于满足社 会发展和经济建设的需要 至关重要。
推动产业发展
火法冶炼的发展推动了相 关产业的发展，如采矿、 化工、能源等。
促进科技ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ步
火法冶炼技术的不断进步 推动了科技进步和产业升 级。
火法冶炼的历史与发展
古代火法冶炼
古代火法冶炼以直接冶炼矿石为主，技术较为简单。
火法冶金
精炼
进一步处理由冶炼得到的含有少量杂质的金属，以提高其纯度。 如炼钢是对生铁的精炼，在炼钢过程中去气、脱氧，并除去非金属夹 杂物，或进一步脱硫等；对粗铜则在精炼反射炉内进行氧化精炼，然 后铸成阳极进行电解精炼；对粗铅用氧化精炼除去所含的砷、锑、 锡、铁等，并可用特殊方法如派克司法以回收粗铅中所含的金及银。 对高纯金属则可用区域熔炼等方法进一步提炼。
冶炼
此过程形成由脉石、熔剂及燃料灰分融合而成的炉渣和熔锍（有
色重金属硫化物与铁的硫化物的共熔体）或含有少量杂质的金属液。 有还原冶炼、氧化吹炼和造锍熔炼3种冶炼方式：还原冶炼：是在还 原气氛下的鼓风炉内进行。加入的炉料，除富矿、烧结块或球团外， 还加入熔剂（石灰石、石英石等），以便造渣，加入焦炭作为发热剂 产生高温和作为还原剂。可还原铁矿为生铁，还原氧化铜矿为粗铜， 还原硫化铅精矿的烧结块为粗铅。氧化吹炼：在氧化气氛下进行，如 对生铁采用转炉，吹入氧气，以氧化除去铁水中的硅、锰、碳和磷， 炼成合格的钢水，铸成钢锭。造锍熔炼：主要用于处理硫化铜矿或硫 化镍矿，一般在反射炉、矿热电炉或鼓风炉内进行。加入的酸性石英 石熔剂与氧化生成的氧化亚铁和脉石造渣，熔渣之下形成一层熔锍。 在造锍熔炼中，有一部分铁和硫被氧化，更重要的是通过熔炼使杂质 造渣，提高熔锍中主要金属的含量，起到化学富集的作用。
冶金炼制操作规程完整
冶金炼制操作规程完整1.引言本文档旨在明确冶金炼制操作规程，保障冶金炼制工作的安全、高效进行。
操作规程适用于冶金炼制工艺的各个环节，包括原料处理、炉渣处理、金属熔炼等。
2.术语和定义冶金炼制工艺：指将金属原料通过一系列物理、化学变化得到所需金属的工艺过程。
原料处理：指对金属原料进行筛分、破碎、洗涤等处理以满足炼制要求的工序。
炉渣处理：指对产生的炉渣进行处理以提高炼制效率、降低生产成本的操作过程。
金属熔炼：指将经过前期处理的金属原料在高温条件下熔化，使金属成分达到炼制要求的工艺过程。
3.原料处理3.1 原料检验检验原料的质量、成分、含杂情况。
按照规定的标准对原料进行检测和抽样，记录检测结果。
3.2 原料存放按照不同种类的原料进行分类存放。
原料存放区域要保持干燥、洁净，防止杂质和水分对原料质量的影响。
3.3 原料预处理根据炼制要求，对原料进行筛分、破碎等处理，以满足炼制过程的要求。
4.炉渣处理4.1 炉渣收集在炼制过程中，及时收集产生的炉渣并进行分类处理。
按照炉渣的不同特性进行分类存放。
4.2 炉渣处理方法根据炉渣的成分和特性，采用适当的处理方式，如浸出、烧结等，以提高炼制效率。
4.3 炉渣储存处理后的炉渣储存区域要保持清洁，避免与其他杂质混淆。
5.金属熔炼5.1 熔炼设备准备对熔炼设备进行检查、保养，确保设备良好运转。
准备熔炼所需的辅助设备和材料。
5.2 熔炼操作步骤按照炼制工艺要求，依次将原料加入熔炼设备。
监控温度、加料速度等参数，调整操作以满足炼制要求。
6.安全与环保6.1 安全意识培养培养冶金炼制操作人员的安全意识，加强安全知识培训。
建立完善的安全管理制度，防止事故发生。
6.2 环保措施确保冶金炼制工艺符合环保要求，减少对环境的污染。
遵守相关环保法规，定期进行环境检测和治理。
7.管理和质量控制7.1 过程管理建立完善的记录体系，记录冶金炼制过程中的关键参数和操作情况。
定期进行工艺评估和改进，提高炼制效率和产品质量。
第一章冶金炉渣
上一章
任务内容
一、任务目标 二、解决思路 三、任务实践
任务目标
一）炉渣的概念 二）炉渣的作用 三）配制炉渣应该达到的要求
一）炉渣的概念
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。
炉渣主要是由各种氧化物组成的共熔体。
二）炉渣的作用
3、CaO-FeO-SiO２三元系
其等温线由CaO-SiO边倾斜横越全图，直达 FeO-SiO2边，呈狭谷形状，其熔度最低的成 分位于45％FeO、20％CaO和35％SiO2附近， 其最低温度约为1273Κ，这个组成与铅鼓风 炉的炉渣成分大致相同。在这个系统内有一 个三元系化合物CaO·FeO·SiO2（钙铁橄榄 石）。
1、SiO2-CaO二元系
体系内形成三种共晶： （１）SiO与CaO·SiO2组成的共晶，共晶
温度为1709Κ。 （２）CaO·SiO2 与 ３ CaO·2SiO2 组 成 的
共晶温度为1733Κ。 （３）CaO·SiO2 与 CaO 组 成 的 共 晶 ， 共
晶温度为2338Κ。
1、SiO2-CaO二元系
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。
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
上一节
教学内容
一）氧化物的分类 二）炉渣酸、碱度的计算
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。
炉渣分选操作规程
炉渣分选操作规程1. 引言本文档旨在规范炉渣分选操作流程，确保操作安全、高效和规范。
炉渣分选是一项重要的工序，通过系统地分离炉渣中的有用成分，提高炼钢效率，减少资源浪费。
本规程适用于所有炉渣分选操作的工作人员。
2. 资质要求2.1 所有炉渣分选操作人员必须具备相关操作证书，并且经过专业培训，熟悉炉渣分选的操作要点和安全注意事项。
2.2 操作人员必须掌握炉渣分选设备的使用方法和维护保养知识，能够熟练操作相关设备。
2.3 操作人员必须具备辨别炉渣成分的能力，能够准确判断炉渣中有用成分和废弃物。
3. 设备准备3.1 确保所有炉渣分选设备处于正常工作状态，进行必要的检修和保养工作。
3.2 检查炉渣分选设备的供电、电气接地和水源情况，确保安全可靠。
4. 操作流程4.1 炉渣取样4.1.1 操作人员戴上防护手套和护目镜。
4.1.2 使用取样工具，将代表性的炉渣样品取出，并置入干燥、清洁的容器中。
4.2 炉渣筛分4.2.1 将取样的炉渣样品倒入筛分设备中。
4.2.2 启动筛分设备，根据需要调整筛网孔径，以分离出所需的颗粒大小。
4.2.3 定期清理筛分设备，防止堵塞和设备损坏。
4.3 炉渣磁选4.3.1 将筛分后的炉渣样品置入磁选设备中。
4.3.2 启动磁选设备，根据需要调整磁力强度和分选速度。
4.3.3 定期清理磁选设备，清除吸附的金属杂质。
4.4 炉渣重选4.4.1 将磁选后的炉渣样品倒入重选设备中。
4.4.2 启动重选设备，根据需要调整重选参数，包括水流速度、斜度等。
4.4.3 将分选结果中的有用成分和废弃物分别收集储存。
4.5 清理和维护4.5.1 操作完成后，关闭所有分选设备，并进行清洁工作。
4.5.2 检查各设备的运行状态，及时进行维护和保养，确保设备的正常工作。
4.5.3 定期清理分选设备中的积存物和杂物。
5. 安全注意事项5.1 操作人员必须使用个人防护装备，包括防护手套、护目镜等。
5.2 在操作过程中，应严格遵守相关的安全操作规程，禁止随意触摸电气设备和旋转部件。
火法冶金
原料准备
配料和混合 干燥
制粒 制团
配料是根据冶炼要求将所需的各种物料按一定数量比进行配合和混合的过程，为炉料准备的一道作业，常用 的有干式配料和湿式配料。
焙烧
氧化焙烧 盐化焙烧
氯化焙烧 还原焙烧
氧化焙烧是用氧化剂使物料中的金属化合物转变为氧化物的工艺过程。目的是为了获得氧化物以利下一步熔 炼制取粗金属，并回收其中的热量和有价成分。氧化焙烧多用于硫化矿冶炼。有时也为了挥发除去硫化矿中的砷 和锑等有害杂质，也进行氧化焙烧。
氧化焙烧时硫化矿先热分解变成低价硫化物和硫，最后生成氧化物。
圆筒形制粒机是一稍有倾斜的圆筒，粉料从筒的一端加入，在进料端的适当位置加入水分和胶粘剂，粉料在 圆筒中边滚动边长大，完成制粒，从另一端排出生球粒。这种方法虽然有设备简单、操作方便的特点，但产出的 生球粒大小不一，强度较差。
圆盘形制粒机是一个有倾角的浅底型旋转圆盘，装入的物料受旋转圆盘所驱动，在重复旋涡状运动中逐渐长 大，完成造球过程。容易转动的长大的生球团移向上层，以相当于供料量的数量从圆盘边缘溢流排出。由于圆盘 有分级作用，因而能产出粒度较均匀的生球团粒。制粒常用的胶粘剂有皂土、消石灰及造纸废液等。
冶炼物料中除主金属氧化物外往往还含有多种次要的金属氧化物，在还原熔炼过程中也还原成金属，并且熔 于主金属中，所以还原熔炼得到的金属是含有多种杂质的粗金属。如鼓风炉熔炼铅、反射炉熔炼锡、铋和锑等。 为得到纯金属还需进一步精炼。
除了金属氧化物外，还原熔炼正常与否与高铁氧化物的还原和造渣密切相关。物料中的高价铁氧化物被还原 成低价铁氧化物（FeO），然后与物料中的SiO2、CaO等组分反应造渣。
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：
第一章冶金炉渣(1)
第一章冶金炉渣(1)
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。
上一节
第一章冶金炉渣(1)
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
第一章冶金炉渣(1)
第一章冶金炉渣(1)
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。
第一章冶金炉渣(1)
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。
第一章冶金炉渣(1)
表１-１某些有色冶金炉渣的成分（％质量）
第一章冶金炉渣(1)
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-
第一章冶金炉渣(1)
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
冶金炉渣的处理与利用
生物冶金技术
利用微生物的生物浸出作用，将冶金炉渣中的有价组分转 化为可溶性的盐类化合物，再通过提取和回收实现资源的 有效利用。
THANKS
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冶金炉渣在堆肥中的应用
可以改善土壤结构，提高土壤的保水 能力和透气性。
可以加速有机废弃物的分解，提高堆 肥的质量和效率。
冶金炉渣作为农肥
含有植物生长所需的微量元素，可以 促进植物的生长和发育。
冶金炉渣在环保领域的应用
冶金炉渣在重金属废水处理中的应用
可以利用冶金炉渣的吸附性能，去除水中的重金属离子。
冶金炉渣中有价元素的回收利用
冶金炉渣中有价元素的回收利用是指从冶金炉渣中提取有价值的元素，如铁、锰 、铬、镍等。
通过物理或化学方法对冶金炉渣进行分离、提纯和富集，可以获得高纯度的有价 元素，用于金属制品、化工产品等的生产。
06
案例分析
某钢铁企业冶金炉渣的处理与利用方案
方案概述
渣山的改造
渣的分类与回收
渣粒。
磁选
利用磁力去除渣中的磁 性物质。
浮选
利用泡沫浮选的方法去 除渣中的矿物浮选剂。
冶金炉渣的化学处理
01
02
03
04
熔融还原
将炉渣高温熔融后进行还原处 理，提取有价金属。
酸浸
用酸溶液溶解渣中的有用组分 ，提取有价金属。
碱浸
用碱溶液溶解渣中的有用组分 ，提取有价金属。
氧化-还原焙烧
在一定温度下对炉渣进行氧化 -还原焙烧，使有用组分以气
分类
根据冶金炉渣的化学组成和性质 ，可以分为铁渣、钢渣、有色金 属渣等。
冶金炉渣的来源与组成
来源
冶金炉渣主要来源于钢铁和有色金属 冶炼过程中，如炼铁、炼钢、铜冶炼 等。
4--冶金炉渣PPT课件
.
23
4.2 三元系相图的基本知识及基本类型
应用：可直接通过重心规则来求得一个物系或相点O分解为3个 相点的成分。如图4—14，O点犹如△M1M2M3的重心，△M1M2M3内称 为结线三角形。利用杠杆原理，可得出物系O分解后M1、M2、M3 物系的质量或质量分数:
而
.
24
4.2 三元系相图的基本知识及基本类型
1）具有分离或吸收杂质，除去粗金属中有害于金属产品性能 的杂质，富集有用金属氧化物及精炼金属，保护金属不受环境 的污染及减少金属的热损失的作用。
2）在电炉冶炼中，炉渣起着电阻发热的作用。
❖ 本章的主要内容
1）炉渣相图 2）炉渣结构理论 3）金属液与炉渣的电化学反应 4）炉渣的离子溶液结构模型 5）炉渣的活度 6）炉渣的化学、物理性质
.
11
4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图
❖ CS有两种晶型：αCS(假硅灰石)与βCS。后者在1210℃时 转变成同分熔化化合物的αCS(熔点为1544℃)。 ❖ C2S的晶型转变如下:
C2S有4种晶型：α、α’、β、γ。其中α’C2S有亚种βC2S， 它们可在675℃可逆而迅速地转变为βC2S。α’C2S γC2S 时，体积增大约10％。
即为了得到新物系P，必须从两个原 物系Ml及M2从中取去若干量的M3
.
25
4.2 三元系相图的基本知识及基本类型
从物系P分解出两个新物系Ml和M2，则应向物系P中加入若 干量的M3,其量的关系为：
即物系P可吸收远离它的相对物系M3，转变为另外两个物系 M1和M2。如P是液相，而M3、M1、M2是固相，则可表示为
.
27
4.2 三元系相图的基本知识及基本类型
❖平面投影相图：
金属冶炼中的炉渣控制
某钢铁企业的炉渣控制实践
总结词
该钢铁企业通过采用先进的炉渣控制技术，实现了对炉渣的减量化、资源化和无害化处 理，提高了金属回收率和生产效率。
详细描述
该钢铁企业采用了熔融还原和直接还原等先进技术，降低了渣中含铁量，提高了金属回 收率。同时，通过渣处理和资源化利用技术，将炉渣转化为具有高附加值的建材、化工 和冶金原料，实现了炉渣的资源化利用。在无害化处理方面，该企业采用了烟气脱硫、
金属冶炼的目的
金属冶炼的目的是为了获得具有 所需性能和纯度的金属或合金， 以满足工业、科技和日常生活的 需求。
金属冶炼的流程与技术
01
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采矿
通过露天采矿或地下采矿 的方式，将矿石从地下开 采出来。
选矿
通过物理或化学方法，将 矿石中的有用成分与无用 成分分离，提高矿石品位 。
烧结
将矿石粉或精矿制成块状 ，以便进行下一步的冶炼 过程。
除尘和污水处理等技术，降低了污染物排放，保护了环境。
某有色金属冶炼厂的炉渣控制经验
总结词
该有色金属冶炼厂通过优化配料、改进熔炼技术和强化炉渣处理等措施，有效控制了炉渣的生成量和 成分，提高了金属提取率和产品质量。
详细描述
在优化配料方面，该厂采用富集了所需金属的原料，降低了渣中杂质的含量。在改进熔炼技术方面， 该厂采用了先进的电炉熔炼和闪速熔炼等技术，提高了金属提取率。同时，该厂还强化了炉渣处理， 通过渣选矿和浮选等技术，进一步提取渣中的有价金属，提高了资源利用率。
成和分离有重要影响。
炉渣对金属冶炼的影响
降低金属纯度
炉渣中会夹带一部分金属，导致 金属纯度降低。为了提高金属纯 度，需要控制炉渣的生成和分离
。
影响金属的收得率
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) 2个不一致熔融化合物 3CaO· Al2O3(C3A) CaO· 6Al2O3(CA6) 所有化合物的熔化温度普遍较高，体系的最低熔化温度为1395 ℃。 在CaO含量为45～52 %范围内，本体系能在 1450～1550 ℃温度范围 内出现液相区。 →配制的炉外合成酒常选择这一成分范围。
3、富集渣
是某些熔炼过程的产物。 主要作用—使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以 便在后续工序中将它们回收利用。
例如，钛铁矿常先在电炉中经还原熔炼得到所谓的高钛 渣，再从高钛渣进一步提取金属钛。
对于铜、铅、砷等杂质含量很高的锡矿，一般先进行造渣 熔炼，使绝大部分锡（90%）进入渣中，而只产出少量集中 了大部分杂质的金属锡，然后再冶炼含锡渣提取金属锡。
%FeO %FeO y %Fe O
2 3
% FeO —— 体系中FeO ( Fe2+ )的化学分析数据(重量百 分数)； % Fe2O 3—— 体系中Fe2O3 ( Fe3+ )的化学分析数据(重量百 分数)； y—— 折算系数
全氧折合法 3FeO = Fe2O3 + Fe y全氧 = 215.55 / 159.7 = 1.35 全铁折合法 2FeO + (1/2) O2 = Fe2O3 y全铁 = 143.7/ 159.7 = 0.9 通常采用全铁折合法 在相平衡实验中或取样分析过程中，试样 (特别是表面层)中的低价铁很可能部分地被空气 氧化为高价铁。
第一章冶金炉渣
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
金属冶炼过程中的炉渣处理
04
炉渣处理的环境影响与控 制
炉渣处理过程中的环境污染问题
空气污染
炉渣处理过程中可能产生有害气体和粉尘，对空气造成污染。
水污染
炉渣处理过程中产生的废水可能含有重金属和其他有害物质，对水 体造成污染。
土壤污染
炉渣处理过程中产生的废渣可能含有有害物质，对土壤造成污染。
炉渣处理的环境保护措施与技术
烟气治理
目的
金属冶炼的目的是为了获得高纯 度、高质量的金属，以满足工业 、科技、军事等领域的需要。
金属冶炼的流程与阶段
流程
金属冶炼通常包括矿石的采选、破碎 、磨细、烧结、熔炼、精炼等步骤， 最终得到金属产品。
阶段
金属冶炼过程可分为原料准备、熔炼 、精炼和产品处理四个阶段。
金属冶炼的炉渣产生与处理重要性
产生
金属元素分离
将不同金属元素从炉渣中分离出来，实现单一金属的高纯度提取。
炉渣作为建材的资源化利用
生产水泥
将炉渣与适量的石灰、石膏等材料混合，经过研磨、烧结等工艺制 成水泥。
制备混凝土
利用炉渣作为骨料，与适量的水泥、水等材料混合，制备出高性能 的混凝土。
生产砖块
将炉渣与其他材料混合，经过压制、烧结等工艺制成建筑用砖。
金属冶炼过程中的炉渣处理
汇报人：可编辑 2024-01-06
目录
• 金属冶炼概述 • 炉渣的种类与特性 • 炉渣处理的方法与技术 • 炉渣处理的环境影响与控制 • 炉渣处理的资源化利用 • 未来研究方向与展望
01
金属冶炼概述
金属冶炼的定义与目的
定义
金属冶炼是指通过化学或物理方 法，从矿石或其他含金属原料中 提取和纯化金属的过程。
钙镁渣
炉渣含碳量的操作规程
炉渣含碳量的操作规程炉渣含碳量的操作规程一、目的为确保炉渣含碳量达到规定标准，保证炉渣的质量稳定和熔融效果良好，制定本操作规程。
二、适用范围本操作规程适用于炼钢生产过程中的炉渣含碳量控制。
三、操作要点1. 原料准备：(1) 炉渣的主要原料是矿石、石灰石和焦炭灰等。
根据配料配方和冶炼工艺要求，准备好所需的原料。
(2) 矿石要进行破碎、分级和磁选处理，确保矿石质量和石灰石的粒度要符合要求。
2. 配料工艺：(1) 根据生产需要和工艺要求，按照比例配料，将原料加入到混料机中。
(2) 搅拌均匀后，将混料均匀地倒入炉渣成分确定的容器中。
3. 检测炉渣含碳量：(1) 获取炉渣样品，将炉渣样品送往质检部门进行含碳量的检测。
可利用光谱分析方法、元素分析、比重法等进行检测。
(2) 根据检测结果，判断炉渣是否符合要求。
合格则继续使用；不合格则根据检测结果进行调整。
4. 炉渣调整：(1) 根据实际需要，对炉渣进行调整。
如如果炉渣含碳量偏高，可适量添加石灰石、白云石等降低碳含量；如果炉渣含碳量偏低，可适量添加焦炭灰来提高碳含量。
(2) 调整炉渣前需要进行试验，确定添加的量和时间，避免超量或过早添加导致炉渣质量不稳定。
5. 记录和报告：(1) 将每次炉渣含碳量调整的过程和结果记录在操作日志中，包括调整前后的炉渣含碳量、添加的原料和用量、试验结果等。
(2) 若发现需要调整的次数过多，超出正常范围，需及时上报相关部门，以便进行技术改进和问题解决。
四、操作注意事项1. 在配料和搅拌过程中要注意操作规范，保证原料的配比准确，搅拌均匀。
2. 调整炉渣含碳量时要先进行试验，确定合适的添加量和时间。
3. 操作人员要佩戴好防护用具，避免原料和炉渣溅及伤害。
4. 对炉渣含碳量的检测要求严谨，确保结果的准确性和可重复性。
5. 操作期间要注意环境安全，防止火灾和意外事故发生。
为保证炼钢生产过程中炉渣含碳量的稳定和合格，上述操作规程是必须要遵守的。
炉渣处理方案
炉渣处理方案在铁、钢等炼铁、冶金工业中，每吨产生的炉渣一般在150-250kg之间。
炉渣由金属氧化物和非金属氧化物组成，含有一定的化学成分和粒度大小，是工业生产中不可避免的副产物。
炉渣对环境有一定的污染作用，同时也会影响金属的回收利用效果。
因此，科学处理炉渣是实现炼铁、冶金工业清洁生产的重要环节之一。
炉渣的特点炉渣的化学成分和粒度大小受生产工艺、炉型和使用原料的不同而异。
在生产铁和钢的过程中，炉渣通常由氧化铁、氧化钙、氧化硅、氧化锰、氧化镁、氧化钾和氧化铝等氧化物组成，其中氧化铁含量最高，占60%以上。
此外，炉渣比重较大，具有耐高温、耐火性强等特点。
炉渣处理方案炉渣处理的主要目的是实现资源化利用和环境污染的控制。
现在普遍采用的炉渣处理方案主要有以下几种：铁路运输将炉渣通过铁路进行运输，其中铁路运输路线一般安排在离生产厂家比较近的地方。
铁路运输的优势在于速度较快，运输效率高，同时也可以实现炉渣的资源化利用。
液态炉渣法这种方法主要是通过高温熔融的液态炉渣来处理炉渣。
将炉渣倒入炉子中加热，使其达到熔化状态。
炉渣熔化后，释放出的热能可以用于发电或高温模塑，从而实现能源的回收利用。
混凝土制砖将炉渣经过筛选等处理，然后与其他原材料混合制造混凝土制品或砖块。
炉渣砖的优势在于具有耐火性强、重量轻、环保等特点，可以用于建筑、园林等多个领域。
炉渣回收粉碎将炉渣经过分级筛分、高速粉碎等工艺处理后制成高品质的矿物粉末，然后回收利用。
这种方法的优势在于可以达到减量化、无害化处理的目的，同时还可以实现资源的回收利用。
结论炉渣的处理方案取决于其化学成分、用途和经济效益等因素。
以上列举了一些常见的炉渣处理方案，不同的处理方案可以达到不同的处理效果。
在炉渣处理过程中，需要严格遵守环保法规，实现环境保护和资源利用的双重目标，推进炼铁、冶金工业的可持续发展。
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45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
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41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
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51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美 池桑竹 之属， 阡陌交 通，鸡 犬相闻 。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
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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
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
37.9 32
硅酸度 8.5
48
46.7
16
60 1.7 16 1.9 16
1.29
102
71.8 56 40.3
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二）炉渣酸、碱度的计算
例 题 2 某 高 炉 炼 铁 渣 含 CaO44%、 SiO240%,求其碱度？ 解： 按100kg 渣量计算，该炉渣的碱度为：
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
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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1、SiO2-CaO二元系
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：
α－石英=α－磷石英= α－石英 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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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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上一节
教学内容
一）炉渣系状态图（相图）基本知识 1、SiO2-CaO二元系 2、FeO-SiO2二元系 3、CaO-FeO-SiO２三元系 4、Al2O3-SiO2二元系 5、CaO-AL2O3二元系 6、CaO-Al2O3-SiO2三元系
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概述
3、状态图又称相图，是用几何图形表示 一个平衡体系的温度、压力和组成的关系。对 于炉渣的研究，常用的状态图是温度和组成的 平衡图。
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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-Al2O3三元系状态图有关。
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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3、CaO-FeO-SiO２三元系
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。
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
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
体系内形成三种共晶： （１）SiO与CaO·SiO2组成的共晶，共晶
温度为1709Κ。 （２）CaO·SiO2 与 ３ CaO·2SiO2 组 成 的
共晶温度为1733Κ。 （３）CaO·SiO2 与 CaO 组 成 的 共 晶 ， 共
晶温度为2338Κ。
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2、FeO-SiO2二元系
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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二）炉渣酸、碱度的计算
1、酸、碱度的表示方法： 熔渣的酸性或碱性取决于其中占优势的
氧化物是酸性或碱性。对于冶金炉渣，习惯 上常用硅酸度表明渣的酸、碱性，有时也用 碱度表示。
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二）炉渣酸、碱度的计算
酸性氧化物中氧的含量之和 硅酸度＝ ————————————
碱性氧化物中氧的含量之和
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
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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3、CaO-FeO-SiO２三元系
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。
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。
炉渣主要是由各种氧化物组成的共熔体。
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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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1、SiO2-CaO二元系
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 （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 （分解２。）３CaO·2SiO2即Ca3SiO7,称焦硅酸钙1737Κ （β和３α）三种2晶Ca型O，·S2iO420即3ΚC熔a2化Si。O4,称正硅酸钙，有γ、 （217４3Κ）分3解C。aO·SiO2 即 Ca3SiO5, 在 1523Κ 形 成 ，
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二）炉渣酸、碱度的计算
CaO(%含量) 碱度＝——————
SiO2(%含量)
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二）炉渣酸、碱度的计算
例题1 某炼铜厂所产炉渣的成分为： SiO237.9%、Al2O3８.５％、FeO46.7%、 CaO1.7%、MgO1.9%,求其硅酸度。
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解：
按100炉渣计算，渣中酸性氧化物为 SiO2、 碱 性 氧 化 物 为 CaO、MgO、FeO， 两性氧化物Al2O3在渣中SiO2含量高时可将 其看成碱性氧化物，该炉渣的硅酸度为：
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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
由于三元系的立体状态图比较复杂，实践中 应用较少，常将立体图中的面、线及点的关 系投影到浓度三角形平面上，使空间的相图 平衡关系简化成水平投影图。利用这种投影 图就易于分析炉渣的组成与温度之间的关系。
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3、CaO-FeO-SiO２三元系
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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。
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-Al2O3三元系状态图有关。
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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。
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