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。我们知道，在炼钢时主要是对铁水中的碳进行氧化以减少碳的含量，但有些钢的品种中需要含有一些容易氧化的其他元素时，如果吹入过多的氧，就会把那些元素也二起氧化了。在这时，用电弧炉炼钢就显得优越多啦。因此，电弧炉往往用来冶炼合金钢和碳素钢。电弧炉主要以废钢材为原料。装好炉料后，炉盖会盖上，随后电极就下降接近炉料表面。这时接通电源，电极就会发出电弧将电极附近的炉料熔化。然后加大电压，加快熔化速度。随着炉料的熔化程度，炉料（钢水）的位置会有变化，这时电极也会自动调整高度而不会淹没在钢水中。用电弧炉炼钢时也要吹进一些氧，以加快熔化速度。这个吹氧的时间必须掌握准确，否则会发生爆炸。在炉料将全部熔化时，钢水表面会漂浮着一层炉渣，这时工人们会取出一些钢水和炉渣来分析它们的成分，看看这炉钢炼得怎么样。如果里面有对钢质量有害的元素，还要继续精炼加以除掉

2、炼钢的任务：

炼钢的任务是：脱硫、托磷、脱碳、脱氧，去除有害气体和非金属及杂物，提高温度和调整成分。[P]对大多数钢来说是有害元素，它在钢中的含量高会引起：“冷脆”，从高温降到0摄氏度以下，钢的塑性和冲击韧性降低，并使钢的焊接性和冷弯性能变差。［S 」对大多数钢来说是有害元素，它在钢中的含量高会引起：“热脆”会使钢的热加工性能变坏，引起高温龟裂，并在金属焊缝中产生气孔和疏松，从而降低焊接强度。［O ］在吹炼过程中，由于吹入了大量的氧气，当吹炼结束，钢水中有大量氧，在钢的凝固过程中，氧以氧化物形式存在，会降低钢的韧性、塑性等加工性能。[C] 炼钢的主要任务之一就是把溶池里的「C ］氧化脱除到所炼钢种的要求。去夹杂物，非金属夹杂物对钢的性能会产生严重影响，应该最大限度驱除。

3 、炉内反应：

炼钢是氧化反应，利用O 和铁水中的C 起化学反应。C 一O反应，放出热量，铁水中主要成分：C 、SI 、Mn 、P 、S 。

炉内反应：

脱【 P 】: 2[ P ] + 5( FeO )+4( CaO ）→( 4CaOP2O5) + 5[Fe]P + O2↑→P2 05、 P205+ CaO →Ca ( P2O4 )2 （磷酸钙＋Q↑）。

脱【 S 】: S + 02 + CaO →CaS2O3 , s ＋MNO→MnS + 02↑

脱【 O 】: Si + O2↑→SiO2 、SiO2 +CaO →CasiO3 （炉渣＋Q↑）。

脱【 C 】: C + O2↑→CO + CO2 + Q↑

C + O2↑→CO，从吹炼开始就进行。S+ O2 十CaO 一CaS2O3 ，在高温进行，所以有低温去【 P 】，高温去【 S 】，去【 P 】【 S 】主要是依靠CaO 的碱度来控制的，使之生成磷化物、硫化物的复合物进入炉渣。

P 、S 和CaO 的反应是一个可连反应，温度、碱度是二个控制要素。宝钢目前采用顶底复合吹炼工艺，顶部吹O ，底部吹Ar 或N , 加强钢水搅拌，增加接触面，反应加快、缩短生产周期，目前宝钢生产一炉钢在34 分钟。吹炼过程中，要用副枪测温，对成分快速分析。达到出钢要求，就可以将钢水倒入钢包，进行后处理。

一、炉渣的来源、组成和作用

1．炉渣的来源

炉渣又叫熔渣，是炼钢过程中产生的。炉渣的主要来源有：

1) 由造渣材料或炉料带入的物质。如加入石灰、白云石、萤石等，金属材料中的泥

沙或铁锈，也将使炉渣中含有（FeO）、（SiO2）等。这是炉渣的主要来源。

2) 元素的氧化产物。含铁原料中的部分元素如Si、Mn、P、Fe等氧化后生成的氧化物，如Si02、Mn0、Fe0、P205等。

3) 炉衬的侵蚀和剥落材料。由于高温、化学侵蚀、机械冲刷等方面原因使炉衬剥落，则耐火材料进入渣中。

4）合金元素脱氧产物及炉渣脱硫产物。如用Al脱氧化生成的（Al2O3），用Si脱氧

生成的（SiO2），以及脱硫产物（CaS）等。

2．炉渣的组成

化学分析表明，炼钢炉渣的主要成分是：Ca0、Si02、Fe203、Fe0、Mg0、P205、Mn0、CaS 等，这些物质在炉渣中能以多种形式存在，除了上面所说的简单分子化合物以外，还能形成复杂的复合化合物，如2Fe0·Si02、2Ca0·Si02、4Ca0·P205等。

3．炉渣的作用

炼钢过程中熔渣的主要作用可归纳成如下几点：

1)通过调整炉渣的成分、性质和数量，来控制钢液中各元素的氧化还原反应过程，如脱碳、脱磷、脱氧、脱硫等；

2)吸收金属液中的非金属夹杂物；

3)覆盖在钢液上面，可减少热损失，防止钢液吸收气体；

4)能吸收铁的蒸发物，能吸收转炉氧流下的反射铁粒，可稳定电弧炉的电弧；

5)冲刷和侵蚀炉衬，好的炉渣能减轻这种不良影响，延长炉衬寿命。

由此可以看出：造好渣是实现炼钢生产优质、高产、低消耗的重要保证。因此实际生产中常讲：炼钢就是炼渣。

二、炉渣的化学性质和物理性质

熔渣的化学性质主要是指熔渣的碱度、氧化性和还原性。

熔渣的物理性质主要是指炉渣的熔点和黏度。

为了准确描述反应物和产物所处的环境，规定用“[ ]”表示其中的物质在金属液中，“( )”表示在渣液中，“{ }”表示在气相中。

1．炉渣的化学性质

(1)熔渣的碱度炉渣中常见的氧化物有酸、碱性之分，其分类如下：