熔渣
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▪ 除氧化物外，炉渣还可能含有少量其它类型的化
及
合物甚至金属。
模
如 氟 化 物 （ CaF2 ） 、 氯 化 物 （ NaCl ） 、 硫 化 物 （ CaS 、 MnS） 、硫酸盐等。
型
3
§ 1
熔 渣 理 论 及 模 型
一、 基本概念
Molten Slag
表 11 常见冶金炉渣的主要化学成分
炉渣
电渣重熔渣 铜闪速炉熔炼渣
0～10 28～38
0～30 2～12
0～20 5～15
38～54
0～15 1～3
铅鼓风炉熔炼渣 19～35 3～5 0～20 28～40 3～5
CaF2 45
Fe3O4 1
S 0.2～0 Pb 1～3
锡反射炉熔炼渣 19～24 8～10 1.5～6 45～50
Sn 7～9
及 模
高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物为： CaO、SiO2 、Al2O3
型
常含有其他化合物，如氟化物、硫化物等。
5
§ 一、 基本概念
1
熔渣主要来源：
Molten Slag
熔 矿石或精矿中的脉石：
渣
如高炉冶炼：Al2O3、CaO、SiO2等
理 论
为满足冶炼过程需要而加入的熔剂： 如CaO、SiO2、CaF等
论
及
当反应达平衡时，其平衡常数为 K xCaOSiO2
型
态分布；
✓ 可假定熔渣为理想溶液，各组元活度用浓度表示。
12
§ 二、 熔渣结构及理论
1
1 分子结构理论
Molten Slag
熔
基本观点
渣
在一定条件下，熔渣中的简单氧化物分子与复杂化合 物分子间处于动态平衡，如：
理
CaO + SiO2 = CaO•SiO2 G = 992470 + 2.15T J·mol1
10
§ 二、 熔渣结构及理论
Molten Slag
1
1. 分子结构理论
2. 离子结构理论
熔
3. 分子与离子共存理论
渣
4. 聚合物理论
理 1 分子结构理论
论
及
最早出现的理论;
模 型
基于对固态炉渣结构的研究; 在熔渣结构的研究中已很少应用; 在冶金生产实践中仍常用。
11
§ 二、 熔渣结构及理论
Molten Slag
熔
1、冶炼渣（熔炼渣）
✓ 在以矿石或精矿为原料、以粗金属或熔锍为冶炼产物的熔
渣
炼过程中。
理
✓ 主要作用：汇集炉料（矿石或精矿、燃料、熔剂等）中的 全部脉石成分、灰分以及大部分杂质，使其与冶炼产物（
论
金属、熔锍等）分离。
及
➢ 高炉炼铁：脉石成分与燃料的灰份以及熔剂（石灰石、白
模
云石、硅石等）反应，形成炉渣，从而与金属铁分离。
及
反应产物。
模
冶金熔体分类——根据组成熔体的主要成分的不同 ：
型
✓ 金属熔体:
✓ 非金属熔体: 熔渣、熔盐、熔锍。
2
§ 一、 基本概念
1
熔渣是火法冶金过程产物
Molten Slag
熔
主要由冶金原料中的氧化物或冶金过程中生成 的氧化物组成的熔体。
渣
理 论
▪ 熔渣是一种非常复杂的多组分体系：
如CaO、FeO、MnO、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、Fe2O3
论
及
3、富集渣
模
✓ 作用——使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便回收 利用。
型
✓ 例如，钛铁矿先在电炉中经还原熔炼得到高钛渣，再进一步 提取钛。
8
§ 一、 基本概念 1 4、合成渣
Molten Slag
熔
✓ 是指由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。
渣 ✓ 如电渣重熔渣、铸钢保护渣、钢液炉外精炼渣等。 理 ✓ 这类炉渣的作用差别很大。 论
型
➢ 造锍熔炼：铜、镍的硫化物与炉料中铁的的硫化物熔融在 一起，形成熔锍；铁的氧化物则与造渣熔剂SiO2及其他脉
石成分形成熔渣。
7
§ 一、 基本概念 1 2、精炼渣
Molten Slag
✓ 是粗金属精炼过程的产物。
熔
Fra Baidu bibliotek
✓ 主要作用——捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主
渣
金属分离。
理
➢ 例如，炼钢时，加入的造渣熔剂，与原料中杂质元素的氧化 产物融合成炉渣，除硫、磷，吸收非金属夹杂。
冶炼过程中金属或化合物（如硫化物）的氧化产物：
及
如炼钢：FeO、Fe2O3、MnO、TiO2、P2O5等
模
造锍熔炼：FeO、Fe3O4等。
型 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 6
§ 一、 基本概念
Molten Slag
1
熔渣主要作用： 不同的熔渣所起的作用不一样。
高钛渣
2.8～5.6
2～6
0.3～1.2 2.7～6.5 2～5.6
1～1.5
TiO2 82～
4
§ 一、 基本概念 1
Molten Slag
通常由五、六种或更多的氧化物组成。
熔
含量最多的氧化物通常只有三种，其总含量可达80%
渣 以上。
理
多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物是：
论
CaO、SiO2 、FeO
及
模
型
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§ 一、 基本概念
1
熔渣主要作用：
Molten Slag
熔 积极：
渣
1. 减少金属的热损失;
理
2. 避免金属氧化（减少金属从炉气中吸收有害气体）； 3. 汇集金属中杂质元素的氧化生成物。
论
及
消极：
模
1. 侵蚀和冲刷炉衬，减少炉衬的使用寿命；
型
2. 金属损失，降低回收率； 3. 带走热量，增加冶炼能耗。
高炉炼铁渣
组 成 / %(质量)
SiO2 A12O3 CaO
FeO
30～40 10～20 35～50 < 1
MgO 5～10
MnO 0.5～1
S 1～2
转炉炼钢渣 电炉炼钢渣
9～20 0.1～2.5 37～59 5～20 0.6～8 1.3～10 P2O5 1～ 10～25 0.7～8.3 20～65 0.5～35 0.6～2.5 0.3～11
1
1 分子结构理论
基本观点
熔
结构单元：分子。
渣
1. 简单氧化物（或称自由氧化物）
理
如：CaO、 MgO、 FeO、 MnO、 SiO2、Al2O3等
论
2. 复杂化合物（或称结合氧化物）：
及
如2CaO·SiO2， CaO·SiO2、3CaO·P2O5等 分子间的作用力为范德华力。
模
✓ 作用力很弱，分子运动容易，高温时分子呈无序状
冶
金
物
熔渣
理
Molten Slag
化
学
东北大学材料与冶金学院
§ 一、 基本概念
Molten Slag
1
高温冶金过程多数在熔融的反应介质中进行,
—如炼钢、铝电解、粗铜的火法精炼等
熔
在很多冶炼过程中，产物或中间产品为熔融状态物质,
渣
—如高炉炼铁、硫化铜精矿的造锍熔炼、铅烧结块的鼓风 炉熔炼等。
理
论
冶金熔体：在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或
及
合物甚至金属。
模
如 氟 化 物 （ CaF2 ） 、 氯 化 物 （ NaCl ） 、 硫 化 物 （ CaS 、 MnS） 、硫酸盐等。
型
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§ 1
熔 渣 理 论 及 模 型
一、 基本概念
Molten Slag
表 11 常见冶金炉渣的主要化学成分
炉渣
电渣重熔渣 铜闪速炉熔炼渣
0～10 28～38
0～30 2～12
0～20 5～15
38～54
0～15 1～3
铅鼓风炉熔炼渣 19～35 3～5 0～20 28～40 3～5
CaF2 45
Fe3O4 1
S 0.2～0 Pb 1～3
锡反射炉熔炼渣 19～24 8～10 1.5～6 45～50
Sn 7～9
及 模
高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物为： CaO、SiO2 、Al2O3
型
常含有其他化合物，如氟化物、硫化物等。
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§ 一、 基本概念
1
熔渣主要来源：
Molten Slag
熔 矿石或精矿中的脉石：
渣
如高炉冶炼：Al2O3、CaO、SiO2等
理 论
为满足冶炼过程需要而加入的熔剂： 如CaO、SiO2、CaF等
论
及
当反应达平衡时，其平衡常数为 K xCaOSiO2
型
态分布；
✓ 可假定熔渣为理想溶液，各组元活度用浓度表示。
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§ 二、 熔渣结构及理论
1
1 分子结构理论
Molten Slag
熔
基本观点
渣
在一定条件下，熔渣中的简单氧化物分子与复杂化合 物分子间处于动态平衡，如：
理
CaO + SiO2 = CaO•SiO2 G = 992470 + 2.15T J·mol1
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§ 二、 熔渣结构及理论
Molten Slag
1
1. 分子结构理论
2. 离子结构理论
熔
3. 分子与离子共存理论
渣
4. 聚合物理论
理 1 分子结构理论
论
及
最早出现的理论;
模 型
基于对固态炉渣结构的研究; 在熔渣结构的研究中已很少应用; 在冶金生产实践中仍常用。
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§ 二、 熔渣结构及理论
Molten Slag
熔
1、冶炼渣（熔炼渣）
✓ 在以矿石或精矿为原料、以粗金属或熔锍为冶炼产物的熔
渣
炼过程中。
理
✓ 主要作用：汇集炉料（矿石或精矿、燃料、熔剂等）中的 全部脉石成分、灰分以及大部分杂质，使其与冶炼产物（
论
金属、熔锍等）分离。
及
➢ 高炉炼铁：脉石成分与燃料的灰份以及熔剂（石灰石、白
模
云石、硅石等）反应，形成炉渣，从而与金属铁分离。
及
反应产物。
模
冶金熔体分类——根据组成熔体的主要成分的不同 ：
型
✓ 金属熔体:
✓ 非金属熔体: 熔渣、熔盐、熔锍。
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§ 一、 基本概念
1
熔渣是火法冶金过程产物
Molten Slag
熔
主要由冶金原料中的氧化物或冶金过程中生成 的氧化物组成的熔体。
渣
理 论
▪ 熔渣是一种非常复杂的多组分体系：
如CaO、FeO、MnO、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、Fe2O3
论
及
3、富集渣
模
✓ 作用——使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便回收 利用。
型
✓ 例如，钛铁矿先在电炉中经还原熔炼得到高钛渣，再进一步 提取钛。
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§ 一、 基本概念 1 4、合成渣
Molten Slag
熔
✓ 是指由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。
渣 ✓ 如电渣重熔渣、铸钢保护渣、钢液炉外精炼渣等。 理 ✓ 这类炉渣的作用差别很大。 论
型
➢ 造锍熔炼：铜、镍的硫化物与炉料中铁的的硫化物熔融在 一起，形成熔锍；铁的氧化物则与造渣熔剂SiO2及其他脉
石成分形成熔渣。
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§ 一、 基本概念 1 2、精炼渣
Molten Slag
✓ 是粗金属精炼过程的产物。
熔
Fra Baidu bibliotek
✓ 主要作用——捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主
渣
金属分离。
理
➢ 例如，炼钢时，加入的造渣熔剂，与原料中杂质元素的氧化 产物融合成炉渣，除硫、磷，吸收非金属夹杂。
冶炼过程中金属或化合物（如硫化物）的氧化产物：
及
如炼钢：FeO、Fe2O3、MnO、TiO2、P2O5等
模
造锍熔炼：FeO、Fe3O4等。
型 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 6
§ 一、 基本概念
Molten Slag
1
熔渣主要作用： 不同的熔渣所起的作用不一样。
高钛渣
2.8～5.6
2～6
0.3～1.2 2.7～6.5 2～5.6
1～1.5
TiO2 82～
4
§ 一、 基本概念 1
Molten Slag
通常由五、六种或更多的氧化物组成。
熔
含量最多的氧化物通常只有三种，其总含量可达80%
渣 以上。
理
多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物是：
论
CaO、SiO2 、FeO
及
模
型
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§ 一、 基本概念
1
熔渣主要作用：
Molten Slag
熔 积极：
渣
1. 减少金属的热损失;
理
2. 避免金属氧化（减少金属从炉气中吸收有害气体）； 3. 汇集金属中杂质元素的氧化生成物。
论
及
消极：
模
1. 侵蚀和冲刷炉衬，减少炉衬的使用寿命；
型
2. 金属损失，降低回收率； 3. 带走热量，增加冶炼能耗。
高炉炼铁渣
组 成 / %(质量)
SiO2 A12O3 CaO
FeO
30～40 10～20 35～50 < 1
MgO 5～10
MnO 0.5～1
S 1～2
转炉炼钢渣 电炉炼钢渣
9～20 0.1～2.5 37～59 5～20 0.6～8 1.3～10 P2O5 1～ 10～25 0.7～8.3 20～65 0.5～35 0.6～2.5 0.3～11
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1 分子结构理论
基本观点
熔
结构单元：分子。
渣
1. 简单氧化物（或称自由氧化物）
理
如：CaO、 MgO、 FeO、 MnO、 SiO2、Al2O3等
论
2. 复杂化合物（或称结合氧化物）：
及
如2CaO·SiO2， CaO·SiO2、3CaO·P2O5等 分子间的作用力为范德华力。
模
✓ 作用力很弱，分子运动容易，高温时分子呈无序状
冶
金
物
熔渣
理
Molten Slag
化
学
东北大学材料与冶金学院
§ 一、 基本概念
Molten Slag
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高温冶金过程多数在熔融的反应介质中进行,
—如炼钢、铝电解、粗铜的火法精炼等
熔
在很多冶炼过程中，产物或中间产品为熔融状态物质,
渣
—如高炉炼铁、硫化铜精矿的造锍熔炼、铅烧结块的鼓风 炉熔炼等。
理
论
冶金熔体：在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或