煉鋼爐渣

煉鋼過程中爐渣具有下列功能：

(1)去除有害雜質(zhì)元素和非金屬夾雜物，達到精煉目的；

(2)在氧化期能保證從爐氣到鋼液有一定的傳氧速度；

(3)能阻止?fàn)t氣和大氣中的N2、O2和H2向鋼液傳遞；

(4)在澆鑄時，爐渣對鋼包中鋼液起隔熱保溫作用，阻止鋼液急劇降溫。

（1）泡沫渣的產(chǎn)生

隨著爐溫不斷升高，鋼液的脫碳反應(yīng)加劇，形成大量CO氣體，這時極易誘發(fā)泡沫渣，對冶煉過程有很大影響，需要注意控制。氧氣轉(zhuǎn)爐內(nèi)的泡沫渣可造成猛烈噴濺，引起氧槍粘鋼粘渣，平爐冶煉時的泡沫渣會阻礙鋼液的加熱和升溫，而使?fàn)t內(nèi)的熱反射到爐頂和爐壁，造成爐襯過熱而加速損壞。但是在電弧爐中的泡沫渣會包圍住電弧，減少電弧向爐襯輻射的熱量，有利于爐渣吸熱和鋼液升溫，因此提高了用電效率。初期渣大都屬于高(FeO)、含大量表面活性物質(zhì)(PO3-4、F-、SimO-yn)的不均質(zhì)爐渣(含有未熔化的石灰顆粒)，此種渣液同高碳鋼液發(fā)生碳的氧化反應(yīng)生成大量CO小氣泡，于是就產(chǎn)生泡沫渣。

（2）減輕泡沫渣生成的措施

減輕泡沫渣生成的措施有：

(1)控制脫碳速率；

(2)向渣中加入助熔劑(火磚塊等)；

(3)限制渣中活性物質(zhì)濃度的急劇增加。

向煉鋼爐內(nèi)加入金屬料的同時加入造渣劑(石灰、石灰石、鐵礬土、螢石、鐵礦石和砂子等)，當(dāng)爐料經(jīng)一段時間加熱、逐漸熔化，金屬料中的雜質(zhì)元素(Si、S、P等)和鐵元素氧化后生成氧化物，石灰等造渣劑便開始溶解于這些氧化物而生成初期渣，隨著金屬料中大量雜質(zhì)元素的氧化，石灰等溶解于氧化物的量也激增，這時熔渣的成分也隨之不斷改變。爐內(nèi)成渣過程的快慢取決于爐料的塊度，向爐內(nèi)供氧、供熱的強度和熔池攪拌強度等因素。為了縮短冶煉時間以提高產(chǎn)量，采取提高溫度，改變爐渣成分等措施加速成渣過程，盡早發(fā)揮爐渣的冶煉作用。

煉鋼爐渣 （steelmaking slag）是指煉鋼過程金屬料（鐵水和廢鋼等）中的雜質(zhì)被氧化劑氧化而生成的氧化物再與造渣劑和爐襯發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)而形成的產(chǎn)物的總稱。

爐渣密度低于鋼液，通常覆蓋在鋼液表面。在冶煉過程中，由于大量氣體的產(chǎn)生，熔池發(fā)生強烈攪拌，熔渣和鋼液往往又處于相互混合狀態(tài)，這種混合程度越發(fā)展，熔渣對鋼液的精煉作用就越快。由于渣-鋼間的連續(xù)不斷反應(yīng)，熔渣的組分和性質(zhì)在熔煉過程中也不斷變化，而熔渣的性質(zhì)直接關(guān)系到鋼液的最終質(zhì)量，煉鋼行業(yè)有句名言：煉鋼即煉渣?？梢姞t渣對煉鋼的重要性。煉鋼的主要任務(wù)是最大限度地去除鋼水中的有害雜質(zhì)(硫、磷、氣體和夾雜物等)，這主要是依靠爐渣的精煉作用，故在熔煉過程中要不斷地控制和調(diào)整爐渣的成分和溫度 。

各種煉鋼方法的造渣制度通常都包括調(diào)整渣的堿度、氧化性(或還原性)和渣量。保持適當(dāng)?shù)脑鼔A度才具有較強的脫磷、脫硫能力，減輕爐襯的侵蝕，采用合適的渣量可以保證達到所需的磷、硫和夾雜物的去除量，以獲得所需的鋼成分。但渣量過大時，熱量和金屬的損失也增大。冶煉過程中所形成的初期渣、中期渣和終渣的成分和渣量是各不相同的，渣堿度隨石灰的不斷溶解而不斷提高，終渣的堿度為最高。根據(jù)爐料狀況和煉鋼方法（轉(zhuǎn)爐法、平爐法和電爐法等）的不同，采用的造渣制度和成渣過程也不相同。在爐料中[S]、[P]含量不高時一般采用單渣法，而當(dāng)[S]、[P]含量高時，可采用雙渣法。當(dāng)爐料中[S]、[P]極低，煉鋼不需脫除[S]、[P]時，可采用酸性渣冶煉。事實上由于低[S]、[P]原料的奇缺，已極少采用酸性（渣）煉鋼法，主要采用的是堿性（渣）煉鋼法。

爐渣是精煉鐵的普通副產(chǎn)品， 而廢渣進入鋼中。它是由酸與鋼和助熔添加劑中的堿性氧化物雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而形成的。最常使用的熔劑為方解石石灰（石灰） 和白云石石灰（白云石）。爐渣的化學(xué)和物理性能不僅影響精煉， 也導(dǎo)致爐襯耐火材料的損耗。兩種石灰都提供了堿性， 而白云石還提供了可供消耗的MgO 以防止耐火材料被侵蝕。因此持續(xù)監(jiān)控并優(yōu)化熔劑處理工藝以維持爐渣的環(huán)境很是必要 。

優(yōu)化的爐渣被認(rèn)為是：

1.符合鋼廠的要求， 在EAF 或BOS 煉鋼脫磷期間在熔融和精煉過程中中和生成的所有酸成分；

2.產(chǎn)生附加效益， 如擴展耐火材料的內(nèi)襯、減少冷熱修復(fù)、改進起泡能力， 輪流地降低能量輸入等。

優(yōu)化爐渣具有合適的化學(xué)成分、合理的相以及合適的黏性， 通過分析和描述爐渣（通過XRF、XRD、顯微鏡、液相線計算、游離氧化鈣測定）以及物料平衡計算來獲得。熔劑的需要量可以進行計算。

優(yōu)化爐渣的基本特點如下：

（1）提高了爐渣的黏度， 有助于起泡；

（2）不含固態(tài)不能熔的助劑， 因而降低了形成浪費相或有害相的可能性；

（3）降低爐渣量。

產(chǎn)品優(yōu)勢在降低成本上已得到了有效的實踐，效果如下：

（1）更好的精煉；

（2）降低燃燒點；

（3）降低電極損耗；

（4）減少噪音；

（5）降低耐火材料損耗；

（6）保護儀表、電極和爐頂；

（7）降低能耗；

（8）降低助劑用量；

（9）降低爐渣排放成本。

（1）爐渣的物理化學(xué)性質(zhì)

爐渣的重要物理化學(xué)性質(zhì)有：堿度、黏度、熔化溫度、氧化性和還原性等，這些性質(zhì)對冶煉過程順利進行和保證鋼液質(zhì)量都有決定性的作用。

（2）爐渣的堿度

評價熔渣堿性強弱的指標(biāo)。脫磷、脫硫、脫除夾雜物和防止鋼液吸收氣體都與熔渣堿度密切相關(guān)。堿度是影響渣鋼反應(yīng)的重要因素。通常以熔渣中的CaO和SiO₂含量之比表示，氧化物含量以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)%或摩爾分?jǐn)?shù)N表示，也可用100g熔渣中的摩爾數(shù)n表示，971年德菲(J．A．Dufly)等人引入了純氧化物和熔渣的光學(xué)堿度A概念，它能較好地解決冶金熔渣的理論計算問題。純氧化物的光學(xué)堿度以A表示，指某氧化物的氧離子O^2-得失電子的能力與自由CaO中氧離子O^2-得失電子能力之比。多組元熔渣的光學(xué)堿度與各組元的光學(xué)堿度之總和成正比，Ai為i組元的理論光學(xué)堿度；vi為i組元的陰離子電荷數(shù)；ni為i組元的陰離子摩爾數(shù)；Ni為i組元的陰離子摩爾分?jǐn)?shù)。熔渣的所有性質(zhì)都與其堿度有密切關(guān)系。

（3）爐渣的黏度

黏度是熔渣的重要性質(zhì)之一，它與渣鋼間的傳熱和傳質(zhì)速率關(guān)系密切，冶煉過程熔渣需有適當(dāng)?shù)酿ざ确侥鼙ＷC正常操作，獲得優(yōu)質(zhì)的鋼液和較好的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。過黏爐渣的熔池不活躍，冶煉不能順利進行，過稀爐渣易于造成噴濺，而且嚴(yán)重侵蝕爐襯。影響?zhàn)ざ鹊囊蛩睾芏啵涸娜埸c高、含未溶解的CaO、MgO等固態(tài)質(zhì)點多、含復(fù)雜的大離子集團多會導(dǎo)致黏度急劇升高。正常的渣黏度是0.02～0.10Pa·s，稀渣黏度是0.002Pa·s，稠渣黏度大于0.20Pa·s；鋼液的黏度在0.0025Pa·s左右，可見爐渣的黏度比鋼液的黏度約大1。倍以上。爐渣的溫度和堿度(?O/%SiO2)對其黏度的影響極大(見圖1)。由圖可知：煉鋼過程中爐渣的實際溫度為1600～1650℃，當(dāng)堿度為1.8～4.2時，其黏度在0.03～0.07Pa·s之間，當(dāng)高堿度時，隨著溫度的降低，其黏度急劇上升，這是由于從渣中析出高熔點的2CaO、SiO₂和CaO之故，這種渣稱為短渣。堿度低于0.9的酸性渣的黏度比堿性渣的高，這是由于它含有大量的大離子團(SiO₄)^4-、(si₂O₇)^6-、(Si₆O₁₈)^12-，但溫度降低時黏度增大平穩(wěn)，這種渣稱為長渣。

（4）爐渣的熔點

嚴(yán)格講任何爐渣的熔點不是一個單一的溫度值，而是一個溫度區(qū)間，所以稱作渣的熔化溫度更為恰當(dāng)；爐渣的熔化溫度由其成分決定。已知成分的爐渣的熔點可從相應(yīng)的相圖中求得近似值，其精確值需用專門的實驗方法求得。通常爐渣的熔點比鋼的熔點低，故能保證爐渣在煉鋼溫度下呈液態(tài)，而且具有良好的流動性和反應(yīng)能力。冶煉時爐內(nèi)爐渣的實際溫度比鋼液的高40～80℃。

鋼渣是煉鋼過程中由鐵水中的F e 、Si、Mn、P、S 等元素氧化以后與熔劑中石灰、白云石和爐襯耐火材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成的硅酸鹽, 其中還混有10 腸左右的鋼珠和出鋼、澆鑄過程剩余的殘鋼 。

實踐證明，鋼渣的應(yīng)用價值很大，主要有：

（1）回收其中的廢鋼

鋼渣中含有的10%左右的廢鋼鐵和小鋼珠， 通過將鋼渣破碎、磁選以后可回收8%~9% 這其中70%可返回?zé)掍撋a(chǎn)中，30%為精礦粉狀態(tài)，用于燒結(jié)生產(chǎn)中代替精礦粉。

（2）鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

鋼渣加入高爐和化鐵爐中，主要是利用其中的CaO代替石灰石，同時還回收了渣中的鋼粒和FeO、MgO、MnO等有用成份， 減少熔劑消耗，改善高爐的爐況， 增加了生鐵產(chǎn)量，節(jié)省能耗。

（3）鋼渣水泥生產(chǎn)

用40%左右的鋼渣、40%左右的高爐水渣、10%左右的石膏以及10%左右的水泥熟料生產(chǎn)的鋼渣水泥質(zhì)已達375號。由于這種水泥成本低，后期強度高， 耐腐蝕，所以用于修路和設(shè)備基礎(chǔ)較佳。

（4）用于道路工程和建筑填方

用鋼渣代替碎石修路， 既可用于路面，又可用于路基。在沿海灘涂修筑的油田、道路、擋水堤等用鋼渣代替碎石填方不易“ 返漿” ，軋實后能承受較重的運輸車輛。經(jīng)陳化以后的鋼渣和高爐水渣生產(chǎn)的人行道方磚、圍墻格磚是利用鋼渣的又一有效途徑。

（5）鋼渣磷肥

利用鋼渣生產(chǎn)的磷肥施于我國南方的酸性土壤中，可以中和土壤的酸度，改善土壤的物理性能，改良其他易于結(jié)塊的肥料的性質(zhì)， 使其易于被植物吸收。

制作鐵合金壓塊，是合理使用鐵合金在破碎、分級過程中所產(chǎn)生的碎屑和粉末，以及粉末冶金制粉、難熔金屬材料加工產(chǎn)生的廢料的有效利用方法。對易粉化的鐵合金與添加劑，也可以制成壓塊使用。煉鋼時使用鐵合金壓塊，可以加速鐵合金在鋼液中的溶解速度，減少鐵合金碎屑在煉鋼爐渣中的損失，消除大塊鐵合金對鋼液的局部冷凍現(xiàn)象。

制造鐵合金壓塊的工藝過程，包括原料準(zhǔn)備、壓制成型、干燥和包裝 。

礦棉生產(chǎn)的主要原料是多種多樣的。

（1）工業(yè)廢渣。屬堿性工業(yè)廢渣的有高爐渣、煉鋼爐渣、鐵合金爐渣、有色冶煉爐渣等；屬酸性工業(yè)廢渣的有紅磚渣、化鐵爐渣、粉煤灰、旋風(fēng)爐渣等等。

（2）某些火成巖。如輝綠巖、玄武巖、輝長巖、花崗巖、閃長巖、石英巖、安山巖等等，這些巖石均屬酸性

（3）熔劑。如石灰石、白云石等，它們均為堿性熔劑。

上述原料需按照礦棉酸度系數(shù)的要求，進行酸堿搭配的配料計算后，按一定比例加入爐內(nèi)熔煉。