爐渣的來源組成和作用

1、在文學家的語言里，鋼和渣是完全對立的， 鋼表示人的堅強，渣代表壞人壞事、無可救藥。但在冶金家的眼里，鋼和渣是統(tǒng)一的：沒有好渣，就沒有好鋼； 把渣煉好， 好鋼自然就產生了。所以，煉鋼就是煉渣。渣由熔化的氧化物形成。煉鋼反應產生的二氧化硅、氧化錳、五氧化二磷和氧化鐵都進入到渣中。為了造渣兒加入熔劑，其中含有氧化鈣、氧化錳、氧化鎂、三氧化二鋁、氧化鈣等。鋼中的硫也會成為硫化物轉入渣中。特殊情況下還會有其他氧化物，例如煉不銹鋼時有氧化鉻，煉高速工具鋼時有氧化鎢等。所以，熔渣是以多種氧化物為主的復雜溶液。酸性渣的主體是CaO SiO2 MnO FeO 三種氧化物。堿性氧化渣則以CaO SiO2 FeO

2、三組原為代表，其他物質按其性質歸入某一類， 如P2O5 呈酸性歸入SiO2類，MnO帶氧化性歸入FeO 類。堿性還原渣以CaO SiO2 Al2O3 三組元為代表。煉鋼實際上就是對生鐵的一種精煉過程。轉爐煉鋼：轉爐的爐體可以轉動，用鋼板做外殼，里面用耐火材料做內襯。轉爐煉鋼時不需要再額外加熱，因為鐵水本來就是高溫的，它內部還在繼續(xù)著發(fā)熱的氧化反應。這種反應來自鐵水中硅、碳以及吹入氧氣。因為不需要再用燃料加熱，故而降低了能源消耗，所以被普遍應用于煉鋼。吹入爐內的氧氣與鐵水中的碳發(fā)生反應后，鐵水中的碳含量就會減少而變成鋼了。這種反應本身就會發(fā)出熱量來，因而鐵水不但會繼續(xù)保持著熔化狀態(tài)，而且可能會越

3、來越熱。因此，為調整鐵水的適合溫度，人們還會再加入一些廢鋼及少量的冷生鐵塊和礦石等。同時也要加入一些石灰、石英、螢石等，這些物質可以與鐵水在變成鋼水時產生的廢物形成渣子。因此，它們被稱為造渣料。 轉爐煉鋼工藝流程：高爐鐵水 鐵水預處理 復吹轉爐煉鋼 爐外精煉 連鑄 熱軋       電爐煉鋼：電弧爐煉鋼的熱源是電能記電弧爐內有石墨做成的電極，電極的端頭與爐料之間可以發(fā)出強烈的電弧，類似我們看到的閃電，具有極高的熱能。我們知道，在煉鋼時主要是對鐵水中的碳進行氧化以減少碳的含量，

4、但有些鋼的品種中需要含有一些容易氧化的其他元素時，如果吹入過多的氧，就會把那些元素也二起氧化了。在這時，用電弧爐煉鋼就顯得優(yōu)越多啦。因此，電弧爐往往用來冶煉合金鋼和碳素鋼。電弧爐主要以廢鋼材為原料。裝好爐料后，爐蓋會蓋上，隨后電極就下降接近爐料表面。這時接通電源，電極就會發(fā)出電弧將電極附近的爐料熔化。然后加大電壓，加快熔化速度。隨著爐料的熔化程度，爐料（鋼水）的位置會有變化，這時電極也會自動調整高度而不會淹沒在鋼水中。用電弧爐煉鋼時也要吹進一些氧，以加快熔化速度。這個吹氧的時間必須掌握準確，否則會發(fā)生爆炸。在爐料將全部熔化時，鋼水表面會漂浮著一層爐渣，這時工人們會取出一些鋼水和爐渣來分析它們的

5、成分，看看這爐鋼煉得怎么樣。如果里面有對鋼質量有害的元素，還要繼續(xù)精煉加以除掉2、煉鋼的任務：煉鋼的任務是：脫硫、托磷、脫碳、脫氧，去除有害氣體和非金屬及雜物，提高溫度和調整成分。P對大多數鋼來說是有害元素，它在鋼中的含量高會引起：“冷脆”，從高溫降到0攝氏度以下，鋼的塑性和沖擊韌性降低，并使鋼的焊接性和冷彎性能變差。S 對大多數鋼來說是有害元素，它在鋼中的含量高會引起：“熱脆”會使鋼的熱加工性能變壞，引起高溫龜裂，并在金屬焊縫中產生氣孔和疏松，從而降低焊接強度。O 在吹煉過程中，由于吹入了大量的氧氣，當吹煉結束，鋼水中有大量氧，在鋼的凝固過程中，氧以氧化物形式存在，會降低

6、鋼的韌性、塑性等加工性能。C 煉鋼的主要任務之一就是把溶池里的C 氧化脫除到所煉鋼種的要求。去夾雜物，非金屬夾雜物對鋼的性能會產生嚴重影響，應該最大限度驅除。3 、爐內反應：煉鋼是氧化反應，利用O 和鐵水中的C 起化學反應。C 一O反應，放出熱量，鐵水中主要成分：C 、SI 、Mn 、P 、S 。爐內反應：脫【 P 】: 2 P  + 5( FeO )+4( CaO ）(

7、60;4CaOP2O5) + 5FeP + O2P2 05、 P205+ CaO Ca ( P2O4 )2 （磷酸鈣Q ）。脫【 S 】: S + 02 + CaO CaS2O3 , s MNOMnS + 02脫【 O 】: Si + O2 SiO2 、SiO2

8、0;+CaO CasiO3 （爐渣Q ）。脫【 C 】: C + O2CO + CO2 + QC + O2 CO，從吹煉開始就進行。S+ O2 十CaO 一CaS2O3 ，在高溫進行，所以有低溫去【 P 】 ，高溫去【 S 】 ，去【 P 】 【 S 】 主要是依靠CaO 的堿度

9、來控制的，使之生成磷化物、硫化物的復合物進入爐渣。P 、S 和CaO 的反應是一個可連反應，溫度、堿度是二個控制要素。寶鋼目前采用頂底復合吹煉工藝，頂部吹O ，底部吹Ar 或N , 加強鋼水攪拌，增加接觸面，反應加快、縮短生產周期，目前寶鋼生產一爐鋼在34 分鐘。吹煉過程中，要用副槍測溫，對成分快速分析。達到出鋼要求，就可以將鋼水倒入鋼包，進行后處理。一、爐渣的來源、組成和作用    1爐渣的來源    爐渣又叫熔渣，是煉鋼過程中產生的。爐渣的主要來源有：

10、    1) 由造渣材料或爐料帶入的物質。如加入石灰、白云石、螢石等，金屬材料中的泥沙或鐵銹，也將使爐渣中含有（FeO）、（SiO2）等。這是爐渣的主要來源。    2) 元素的氧化產物。含鐵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) 爐襯的侵蝕和剝落材料。由于高溫、化學侵蝕、機械沖刷等方面原因使爐襯剝落，則耐火材料進入渣中。4）合金元素脫氧產物及爐渣脫硫產物。 如用Al脫氧化生成的（Al2O3），用Si脫氧生成的（SiO2），以及脫硫產物（CaS）等。 

11、0;  2爐渣的組成                      化學分析表明，煉鋼爐渣的主要成分是：Ca0、Si02、Fe203、Fe0、Mg0、P205、Mn0、CaS等，這些物質在爐渣中能以多種形式存在，除了上面所說的簡單分子化合物以外，還能形成復雜的復合化合物，如2Fe0·Si02、2Ca0·Si02、4Ca0·P205等。  &#

12、160; 3爐渣的作用    煉鋼過程中熔渣的主要作用可歸納成如下幾點：    1)通過調整爐渣的成分、性質和數量，來控制鋼液中各元素的氧化還原反應過程，如脫碳、脫磷、脫氧、脫硫等；    2)吸收金屬液中的非金屬夾雜物；    3)覆蓋在鋼液上面，可減少熱損失，防止鋼液吸收氣體；    4)能吸收鐵的蒸發(fā)物，能吸收轉爐氧流下的反射鐵粒，可穩(wěn)定電弧爐的電??；    5)沖刷和侵蝕爐襯，好的爐渣能減輕這種不良影響，延長

13、爐襯壽命。    由此可以看出：造好渣是實現煉鋼生產優(yōu)質、高產、低消耗的重要保證。因此實際生產中常講：煉鋼就是煉渣。    二、爐渣的化學性質和物理性質    熔渣的化學性質主要是指熔渣的堿度、氧化性和還原性。    熔渣的物理性質主要是指爐渣的熔點和黏度。    為了準確描述反應物和產物所處的環(huán)境，規(guī)定用“  ”表示其中的物質在金屬液中，“(  )”表示在渣液中，“  ”表示在氣相中。  

14、60; 1爐渣的化學性質    (1)熔渣的堿度  爐渣中常見的氧化物有酸、堿性之分，其分類如下：      堿度是指爐渣中堿性氧化物與酸性氧化物濃度的比值，用“R”來表示。    堿度是判斷熔渣堿性強弱的指標。去磷、去硫以及防止金屬液吸收氣體等都和熔渣的堿度有關，因此堿度是影響渣、鋼反應的重要因素。    由于熔渣中Ca0和Si02的數量最多，約為渣量的60以上，所以在熔渣含磷不高時，常以Ca0與Si02濃度之比表示熔渣的堿度，即：R 

15、;   若爐渣中含磷量較高，也可以表示為：R    根據堿度高低，熔渣可分為三類：1) R<1酸性渣     2) R=1  中性渣                    R<15低堿度渣    3) R>1堿性渣    R=182

16、2  中堿度渣                    R>25高堿度渣    (2)熔渣的氧化性  爐渣的氧化性是指熔渣所具備的氧化能力的大小。它對煉鋼過程中的成渣速度、去磷、去硫、噴濺、金屬收得率和終點鋼水含氧量等均有重大影響。    根據爐渣的分子理論，Fe0能同時存在于渣鋼之中，并在渣鋼之間建立一種平衡(FeO)/

17、FeO，所以一般認為渣中的氧是通過Fe0傳遞到鋼液中的。因而熔渣中的FeO含量便可代表熔渣所具備的氧化能力的大小，即熔渣的氧化性通常用渣中氧化亞鐵總量乏(Fe0)表示。    渣中氧化鐵含量即渣的氧化性，它對熔渣的反應能力及物理性能有重要的影響。轉爐熔渣Fe0過低，造渣困難，爐渣的反應能力低。熔渣Fe0過高，又會造成噴濺，增加金屬損失及爐襯侵蝕。因此，渣中氧化鐵的含量應適當，在轉爐冶煉過程中，一般控制在1020為好。    (3)熔渣的還原性  熔渣的還原性和氧化性是爐渣的同一種化學性質的兩種不同說法。  

18、;  在堿性電弧爐還原期操作中，要求爐渣具有高堿度、低氧化性、流動性好的特點，以達到鋼液脫氧、去硫和減少合金元素燒損的目的。所以應降低渣中的Fe0，提高渣的還原性。    電弧爐還原期出鋼時，一般要求渣中的Fe0質量分數應小于05，以滿足出鋼時對渣還原性的要求。2熔渣的物理性質(1)熔渣的黏度  黏度是表示熔渣內部各部分質點間移動時的內摩擦力的大小。黏度的單位是泊(P)，1P=01Pa·S(帕·秒)。    黏度與流動性正好相反，黏度低則流動性好。    冶煉時，若

19、熔渣的黏度過大，則物質在鋼液及熔渣之間的傳遞緩慢，不利于煉鋼反應的迅速進行；但若黏度過小，又會加劇爐襯的侵蝕。所以在煉鋼時，希望獲得適當黏度的爐渣。影響熔渣黏度的主要因素是熔渣成分和溫度。凡是能降低爐渣熔點的成分均可以改善熔渣的流動性，降低渣的黏度；熔池溫度越高，渣的黏度越小，流動性越好。實際操作中，黏度的調節(jié)主要是靠控制渣中的Fe0、堿度和加入螢石等來實現的。(2)熔渣的熔點   熔渣是多元組成物，成分復雜，當它由固相轉變成液相時，是逐漸進行的，不存在明顯的熔點，其熔化過程有一個溫度范圍。通常熔渣的熔點是指爐渣完全轉變成均勻液體狀態(tài)時的溫度。  不同的氧化物和復

20、合氧化物的熔點是不同的，爐渣中各種氧化物的熔點見表81。  表81  爐渣中各種氧化物的熔點 爐渣中最常見的氧化物大部分都有很高的熔點。煉鋼溫度下，這些氧化物很難熔化。但實際上，它們相互作用生成了各種復雜化合物，這些化合物的熔點低于原氧化物的熔點，從而降低了熔渣的熔點。降低爐渣熔點的主要措施是：加入一定的助熔劑，如礦石(Fe203)、螢石(CaF2)等，以便形成低熔點的多元系化合物。第二節(jié)  鐵、硅、錳的氧化  在煉鋼過程中，氧供入金屬熔池后，元素隨即開始氧化。無論是氧氣頂吹轉爐或是其它煉鋼方法，元素的氧化速度可以不同，但都是按一定的

21、次序進行的。一般地講，硅、錳最先被大量氧化，而碳隨后被迅速氧化，磷的氧化基本上可與碳同時進行。元素氧化具有不同次序的原因，是由于各元素與氧的親和力不同，與氧親和力強的元素可以奪取更多的氧，首先開始大量氧化；反之，與氧親和力弱的元素則奪得較小的氧，它的氧化就慢些。1、當溫度T1400時，元素的氧化順序是：  Si  Mn  C  P  Fe    2、當1400T1530時元素的氧化順序是：       Si  C  Mn  P

22、  Fe    3、當T1530時，元素的氧化順序是：       C  Si  Mn  P  Fe鐵和氧的親和力小于Si、Mn、P與氧的親和力，但由于金屬液中鐵的濃度最大，質量分數為90以上，所以鐵最先被氧化，生成大量的Fe0，并通過Fe0使其與氧親和力大的Si、Mn、P等被迅速氧化。第二節(jié)           碳的氧化碳的氧化反應是貫穿整個煉鋼過程的一個最重要的反應，它是完成諸多煉鋼任務的一個重要手段。第四節(jié) 脫  磷1脫磷的基本反應：2P+5（FeO）+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5Fe     放熱從反應式中可以看出：較低的溫度、高(FeO)、高(CaO)有利于脫磷反應的進行。第五節(jié)  脫  硫 爐渣脫硫    1爐渣脫硫的基本反應式