炉渣
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下表例举了一些炉渣的组成：
炉渣 高炉炼铁渣
SiO2 A12O3 CaO
ຫໍສະໝຸດ BaiduFeO
30～40 10～20 35～50
<1
MgO MnO
其它
5～10 0.5～1 S 1～2
转炉炼钢渣
9～20 0.1～2.5 37～59 5～20
0.6～8 1.3～10 P2O5 1～6
铜闪速炉熔炼渣 28～38 2～12 5～15 38～54
两性氧化物：在强酸性渣中可供给O2–而呈碱性，而在强碱性 会吸收O2–形成复合阴离子而呈酸性的氧化 物
如： Al2O3、Fe2O3、Cr2O3、ZnO等， Al2O3 ＝ 2Al3+ + 3O2– Al2O3 + O2– = 2AlO2–
渣中
熔渣组分的来源
矿石或精矿中的脉石 如高炉冶炼：Al2O3、CaO、SiO2等
作 业 题（1）
一、冶金炉渣的主要作用有哪些？它的基本组成是什么？
二、举例说明冶金炉渣有哪几种类型，分别说明它们的主要 区别和作用。
三、计算下述炉渣的硅酸度，并判断其酸碱性。
组分 CaO MgO (%) 4.6 0
FeO 47.3
SiO2 20.5
Al2O3 7.4
12.9 1.6 50.3 38.1 9.8
有色冶金原理
第一章 冶金炉渣
§1. 概 述 一、炉渣的作用
炉渣是火法冶金的一种产物，其组成主要来自矿石、熔 剂和燃料灰份中的造渣成份。
冶金炉渣的主要作用是使矿石和熔剂中的脉石和燃料中 的灰份集中，并在高温下与主要的冶炼产物金属、锍等分离。
炉渣的产出量按质量计约为金属的3-5倍，按体积计约为 8-10倍。
炉渣通常是一种非常复杂的多组分体系，除含有CaO、 FeO、MnO、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、Fe2O3等氧化物外， 还可能含有少量的氟化物（如CaF2）、氯化物（如 NaCl）、硫化物（如CaS、MnS）等其它类型的化合物， 甚至还夹带少量的金属。
炉渣的物理化学性质主要由熔渣的组成决定，生产实 践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择炉渣 成分，使之具有符合冶炼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。
K≤1
碱性
1≤K≤1.2 中性
例：计算下列成分的炉渣的硅酸度:
组分 CaO MgO (%) 38 8.4
FeO SiO2 Al2O3 31.3 17.9 4.4
K
17.9
32
60
4.4
3 16 102
38 16 56 8.4 16 40 31.316 71.8
0.55
K≤1，炉渣呈碱性。
二、硅酸度的概念和计算
有色冶金炉渣的酸碱性，习惯上用硅酸度表示。它指酸性 氧化物中氧的质量之和与碱性氧化物中氧的质量之和之比。
酸性氧化物中氧的质量之和 K 碱性氧化物中氧的质量之和
计算时，两性氧化物在SiO2含量大于36%时按碱性计算， 在SiO2含量小于36%时按酸性计算。
当 K≥1.2
酸性
结 论：
冶金炉渣通常由五、六种或更多的氧化物组成。 炉渣常含有其他化合物，如氟化物、硫化物等。 炉渣中含量最多的氧化物通常只有三种，其总含量 可达80%以上。 大多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物是： FeO、CaO、SiO2 高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物为： CaO、Al2O3、SiO2
1～3
Fe3O4 12～15, S 0.2～0.4, Cu 0.5～0.8
铅鼓风炉熔炼渣 19～35
3～5
0～20 28～40
3～5
Pb 1～3.5
锡反射炉熔炼渣 19～24 8～10 1.5～6 45～50
Sn 7～9
高钛渣
1.8～5.6
1～6
0.3～1.2 2.7～6.5 1.5～5.6
1～1.5 TiO2 82～92
为满足冶炼过程需要而加入的熔剂 如CaO、SiO2、CaF2等——改善熔渣的物理化学性能
冶炼过程中金属或化合物（如硫化物）的氧化产物 如炼钢：FeO、Fe2O3、MnO、TiO2、P2O5等 造锍熔炼：FeO、Fe3O4等。
被熔融金属或熔渣侵蚀和冲刷下来的炉衬材料 如碱性炉渣炼钢时，MgO主要来自镁砂炉衬
一、炉渣氧化物 组成炉渣的氧化物可分为三类：
碱性氧化物：能供给氧离子O2–的氧化物
如：CaO、MnO、FeO、MgO、Na2O、TiO等， CaO ＝ Ca2+ + O2–
酸性氧化物：能吸收O2–而形成复合阴离子的氧化物
如：SiO2、P2O5、 V2O5等， SiO2 + 2O2– = 4SiO22–
课 后 复 习（1）
1、相律的概念及自由度的计算 2、二元相图的基本类型 3、二元熔体冷却过程分析
§3.炉渣系二、三元状态图
相图是研究和解决相平衡问题的重要工具，根据炉渣相图 可以确定渣中的氧化物在高温下相互反应，形成的不同相组 分（如纯凝聚相、溶液、固溶体、低共熔物等等），各相的 成分和相对数量，以及炉渣的熔化温度与组成的关系等，从 而为选择具有一定性能的炉渣体系和成分提供依据。
（2）精炼渣：是粗金属精炼过程的产物，其主要作用是 捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。
（3）富集渣：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。
（4）合成渣：为达到一定的冶炼目的，按一定成分预先 配制的渣料熔合而成的炉渣，如铸钢用保护渣、电渣重熔用 渣等。
§2.炉渣的组成
熔渣的副作用 熔渣对炉衬的化学侵蚀和机械冲刷
缩短了炉子的使用寿命
炉渣带走了大量热量 增加了燃料消耗
渣中含有各种有价金属 降低了金属的直收率
二、炉渣的类型
根据炉渣在冶炼过程中的作用，可将其分成四类：
（1）冶炼渣：是以矿石或精矿为原料生产粗金属或熔锍 的熔炼过程中产生的，其主要作用是汇集炉料中的全部脉石 成分、灰分以及大部分杂质，从而使其与熔融的主要冶炼产 物（金属、熔锍等）分离。
组成有色冶金炉渣的主要氧化物是CaO、SiO2、Al2O3、 FeO等，以下重点介绍CaO- SiO2、 FeO- SiO2 二元系和 CaO- FeO -SiO2 三元系。
一、 CaO- SiO2二元系
CaOSiO2二元系共生成 了四个化合物：硅酸三 钙3CaO·SiO2 （C3S）、 正硅酸钙2CaO·SiO2 （C2S）、二硅酸三钙 3CaO·2SiO2 （C3S2）、 和偏硅酸钙CaO·SiO2 （CS），其中C2S和CS 是一致熔融化合物， C3S2 是不一致熔融化合 物， C3S 则只在 1250C~1900C的温度 范围内能稳定存在。
炉渣 高炉炼铁渣
SiO2 A12O3 CaO
ຫໍສະໝຸດ BaiduFeO
30～40 10～20 35～50
<1
MgO MnO
其它
5～10 0.5～1 S 1～2
转炉炼钢渣
9～20 0.1～2.5 37～59 5～20
0.6～8 1.3～10 P2O5 1～6
铜闪速炉熔炼渣 28～38 2～12 5～15 38～54
两性氧化物：在强酸性渣中可供给O2–而呈碱性，而在强碱性 会吸收O2–形成复合阴离子而呈酸性的氧化 物
如： Al2O3、Fe2O3、Cr2O3、ZnO等， Al2O3 ＝ 2Al3+ + 3O2– Al2O3 + O2– = 2AlO2–
渣中
熔渣组分的来源
矿石或精矿中的脉石 如高炉冶炼：Al2O3、CaO、SiO2等
作 业 题（1）
一、冶金炉渣的主要作用有哪些？它的基本组成是什么？
二、举例说明冶金炉渣有哪几种类型，分别说明它们的主要 区别和作用。
三、计算下述炉渣的硅酸度，并判断其酸碱性。
组分 CaO MgO (%) 4.6 0
FeO 47.3
SiO2 20.5
Al2O3 7.4
12.9 1.6 50.3 38.1 9.8
有色冶金原理
第一章 冶金炉渣
§1. 概 述 一、炉渣的作用
炉渣是火法冶金的一种产物，其组成主要来自矿石、熔 剂和燃料灰份中的造渣成份。
冶金炉渣的主要作用是使矿石和熔剂中的脉石和燃料中 的灰份集中，并在高温下与主要的冶炼产物金属、锍等分离。
炉渣的产出量按质量计约为金属的3-5倍，按体积计约为 8-10倍。
炉渣通常是一种非常复杂的多组分体系，除含有CaO、 FeO、MnO、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、Fe2O3等氧化物外， 还可能含有少量的氟化物（如CaF2）、氯化物（如 NaCl）、硫化物（如CaS、MnS）等其它类型的化合物， 甚至还夹带少量的金属。
炉渣的物理化学性质主要由熔渣的组成决定，生产实 践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择炉渣 成分，使之具有符合冶炼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。
K≤1
碱性
1≤K≤1.2 中性
例：计算下列成分的炉渣的硅酸度:
组分 CaO MgO (%) 38 8.4
FeO SiO2 Al2O3 31.3 17.9 4.4
K
17.9
32
60
4.4
3 16 102
38 16 56 8.4 16 40 31.316 71.8
0.55
K≤1，炉渣呈碱性。
二、硅酸度的概念和计算
有色冶金炉渣的酸碱性，习惯上用硅酸度表示。它指酸性 氧化物中氧的质量之和与碱性氧化物中氧的质量之和之比。
酸性氧化物中氧的质量之和 K 碱性氧化物中氧的质量之和
计算时，两性氧化物在SiO2含量大于36%时按碱性计算， 在SiO2含量小于36%时按酸性计算。
当 K≥1.2
酸性
结 论：
冶金炉渣通常由五、六种或更多的氧化物组成。 炉渣常含有其他化合物，如氟化物、硫化物等。 炉渣中含量最多的氧化物通常只有三种，其总含量 可达80%以上。 大多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物是： FeO、CaO、SiO2 高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物为： CaO、Al2O3、SiO2
1～3
Fe3O4 12～15, S 0.2～0.4, Cu 0.5～0.8
铅鼓风炉熔炼渣 19～35
3～5
0～20 28～40
3～5
Pb 1～3.5
锡反射炉熔炼渣 19～24 8～10 1.5～6 45～50
Sn 7～9
高钛渣
1.8～5.6
1～6
0.3～1.2 2.7～6.5 1.5～5.6
1～1.5 TiO2 82～92
为满足冶炼过程需要而加入的熔剂 如CaO、SiO2、CaF2等——改善熔渣的物理化学性能
冶炼过程中金属或化合物（如硫化物）的氧化产物 如炼钢：FeO、Fe2O3、MnO、TiO2、P2O5等 造锍熔炼：FeO、Fe3O4等。
被熔融金属或熔渣侵蚀和冲刷下来的炉衬材料 如碱性炉渣炼钢时，MgO主要来自镁砂炉衬
一、炉渣氧化物 组成炉渣的氧化物可分为三类：
碱性氧化物：能供给氧离子O2–的氧化物
如：CaO、MnO、FeO、MgO、Na2O、TiO等， CaO ＝ Ca2+ + O2–
酸性氧化物：能吸收O2–而形成复合阴离子的氧化物
如：SiO2、P2O5、 V2O5等， SiO2 + 2O2– = 4SiO22–
课 后 复 习（1）
1、相律的概念及自由度的计算 2、二元相图的基本类型 3、二元熔体冷却过程分析
§3.炉渣系二、三元状态图
相图是研究和解决相平衡问题的重要工具，根据炉渣相图 可以确定渣中的氧化物在高温下相互反应，形成的不同相组 分（如纯凝聚相、溶液、固溶体、低共熔物等等），各相的 成分和相对数量，以及炉渣的熔化温度与组成的关系等，从 而为选择具有一定性能的炉渣体系和成分提供依据。
（2）精炼渣：是粗金属精炼过程的产物，其主要作用是 捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。
（3）富集渣：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。
（4）合成渣：为达到一定的冶炼目的，按一定成分预先 配制的渣料熔合而成的炉渣，如铸钢用保护渣、电渣重熔用 渣等。
§2.炉渣的组成
熔渣的副作用 熔渣对炉衬的化学侵蚀和机械冲刷
缩短了炉子的使用寿命
炉渣带走了大量热量 增加了燃料消耗
渣中含有各种有价金属 降低了金属的直收率
二、炉渣的类型
根据炉渣在冶炼过程中的作用，可将其分成四类：
（1）冶炼渣：是以矿石或精矿为原料生产粗金属或熔锍 的熔炼过程中产生的，其主要作用是汇集炉料中的全部脉石 成分、灰分以及大部分杂质，从而使其与熔融的主要冶炼产 物（金属、熔锍等）分离。
组成有色冶金炉渣的主要氧化物是CaO、SiO2、Al2O3、 FeO等，以下重点介绍CaO- SiO2、 FeO- SiO2 二元系和 CaO- FeO -SiO2 三元系。
一、 CaO- SiO2二元系
CaOSiO2二元系共生成 了四个化合物：硅酸三 钙3CaO·SiO2 （C3S）、 正硅酸钙2CaO·SiO2 （C2S）、二硅酸三钙 3CaO·2SiO2 （C3S2）、 和偏硅酸钙CaO·SiO2 （CS），其中C2S和CS 是一致熔融化合物， C3S2 是不一致熔融化合 物， C3S 则只在 1250C~1900C的温度 范围内能稳定存在。