| 中文名称 | 炼钢炉渣 | 外文名称 | steelmaking slag |
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炼钢炉渣 (steelmaking slag)
炼钢过程金属料(铁水和废钢等)中的杂质被氧化剂氧化而生成的氧化物再与造渣剂和炉衬发生物理化学反应而形成的产物的总称。炉渣密度低于钢液，通常覆盖在钢液表面。在冶炼过程中，由于大量气体的产生，熔池发生强烈搅拌，熔渣和钢液往往又处于相互混合状态，这种混合程度越发展，熔渣对钢液的精炼作用就越快。由于渣一钢间的连续不断反应，熔渣的组分和性质在熔炼过程中也不断变化，而熔渣的性质直接关系到钢液的最终质量，炼钢行业有句名言：炼钢即炼渣。可见炉渣对炼钢的重要性。炼钢的主要任务是最大限度地去除钢水中的有害杂质(硫、磷、气体和夹杂物等)，这主要是依靠炉渣的精炼作用，故在熔炼过程中要不断地控制和调整炉渣的成分和温度。
炼钢过程中炉渣具有下列功能：
(1)去除有害杂质元素和非金属夹杂物，达到精炼目的；
(2)在氧化期能保证从炉气到钢液有一定的传氧速度；
(3)能阻止炉气和大气中的N2、O2和H2向钢液传递；
(4)在浇铸时，炉渣对钢包中钢液起隔热保温作用，阻止钢液急剧降温。
成渣过程 向炼钢炉内加入金属料的同时加入造渣剂(石灰、石灰石、铁矾土、萤石、铁矿石和砂子等)，当炉料经一段时间加热、逐渐熔化，金属料中的杂质元素(Si、S、P等)和铁元素氧化后生成氧化物，石灰等造渣剂便开始溶解于这些氧化物而生成初期渣，随着金属料中大量杂质元素的氧化，石灰等溶解于氧化物的量也激增，这时熔渣的成分也随之不断改变。炉内成渣过程的快慢取决于炉料的块度，向炉内供氧、供热的强度和熔池搅拌强度等因素。为了缩短冶炼时间以提高产量，采取提高温度，改变炉渣成分等措施加速成渣过程，尽早发挥炉渣的冶炼作用。
泡沫渣 随着炉温不断升高，钢液的脱碳反应加剧，形成大量CO气体，这时极易诱发泡沫渣，对冶炼过程有很大影响，需要注意控制。氧气转炉内的泡沫渣可造成猛烈喷溅，引起氧枪粘钢粘渣，平炉冶炼时的泡沫渣会阻碍钢液的加热和升温，而使炉内的热反射到炉顶和炉壁，造成炉衬过热而加速损坏。但是在电弧炉中的泡沫渣会包围住电弧，减少电弧向炉衬辐射的热量，有利于炉渣吸热和钢液升温，因此提高了用电效率。初期渣大都属于高(FeO)、含大量表面活性物质(PO3-4、F-、SimO-yn)的不均质炉渣(含有未熔化的石灰颗粒)，此种渣液同高碳钢液发生碳的氧化反应生成大量CO小气泡，于是就产生泡沫渣。
减轻泡沫渣生成的措施有：
(1)控制脱碳速率；
(2)向渣中加入助熔剂(火砖块等)；
(3)限制渣中活性物质浓度的急剧增加。
造渣制度 各种炼钢方法的造渣制度通常都包括调整渣的碱度、氧化性(或还原性)和渣量。保持适当的渣碱度才具有较强的脱磷、脱硫能力，减轻炉衬的侵蚀，采用合适的渣量可以保证达到所需的磷、硫和夹杂物的去除量，以获得所需的钢成分。但渣量过大时，热量和金属的损失也增大。冶炼过程中所形成的初期渣、中期渣和终渣的成分和渣量是各不相同的，渣碱度随石灰的不断溶解而不断提高，终渣的碱度为最高。根据炉料状况和炼钢方法(转炉法、平炉法和电炉法等)的不同，采用的造渣制度和成渣过程也不相同。在炉料中[S]、
含量不高时一般采用单渣法，而当[S]、
含量高时，可采用双渣法。当炉料中[S]、
极低，炼钢不需脱除[S]、
时，可采用酸性渣冶炼。事实上由于低[S]、
原料的奇缺，现在已极少采用酸性(渣)炼钢法，主要采用的是碱性(渣)炼钢法。
炉渣性质 炉渣的重要物理化学性质有：碱度、黏度、熔化温度、氧化性和还原性等，这些性质对冶炼过程顺利进行和保证钢液质量都有决定性的作用。
碱度 评价熔渣碱性强弱的指标。脱磷、脱硫、脱除夹杂物和防止钢液吸收气体都与熔渣碱度密切相关。碱度是影响渣钢反应的重要因素。通常以熔渣中的CaO和SiO2含量之比表示，氧化物含量以质量百分数%或摩尔分数N表示，也可用100g熔渣中的摩尔数n表示，971年德菲(J．A．Dufly)等人引入了纯氧化物和熔渣的光学碱度A概念，它能较好地解决冶金熔渣的理论计算问题。纯氧化物的光学碱度以A表示，指某氧化物的氧离子O2-得失电子的能力与自由CaO中氧离子O2-得失电子能力之比。多组元熔渣的光学碱度与各组元的光学碱度之总和成正比，Ai为i组元的理论光学碱度；vi为i组元的阴离子电荷数；ni为i组元的阴离子摩尔数；Ni为i组元的阴离子摩尔分数。熔渣的所有性质都与其碱度有密切关系。在生产实践中，通常当%CaO/%SiO2值小于1.5称为低碱性渣，当此值介于1.6～2.5称为中等碱性渣，当此值大于2.5则称为高碱性渣。酸性渣可用硅酸度(即%SiO2/%FeO+%MnO+%CaO)表示其酸性的强弱。
黏度 黏度是熔渣的重要性质之一，它与渣钢间的传热和传质速率关系密切，冶炼过程熔渣需有适当的黏度方能保证正常操作，获得优质的钢液和较好的技术经济指标。过黏炉渣的熔池不活跃，冶炼不能顺利进行，过稀炉渣易于造成喷溅，而且严重侵蚀炉衬。影响黏度的因素很多：渣的熔点高、含未溶解的CaO、MgO等固态质点多、含复杂的大离子集团多会导致黏度急剧升高。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；钢液的黏度在0.0025Pa·s左右，可见炉渣的黏度比钢液的黏度约大1。倍以上。炉渣的温度和碱度(%CaO/%SiO2)对其黏度的影响极大(见图1)。由图可知：炼钢过程中炉渣的实际温度为1600～1650℃，当碱度为1.8～4.2时，其黏度在0.03～0.07Pa·s之间，当高碱度时，随着温度的降低，其黏度急剧上升，这是由于从渣中析出高熔点的2CaO、SiO2和CaO之故，这种渣称为短渣。碱度低于0.9的酸性渣的黏度比碱性渣的高，这是由于它含有大量的大离子团(SiO4)4-、(si2O7)6-、(Si6O18)12-，但温度降低时黏度增大平稳，这种渣称为长渣。
熔点 严格讲任何炉渣的熔点不是一个单一的温度值，而是一个温度区间，所以称作渣的熔化温度更为恰当；炉渣的熔化温度由其成分决定。已知成分的炉渣的熔点可从相应的相图中求得近似值，其精确值需用专门的实验方法求得。通常炉渣的熔点比钢的熔点低，故能保证炉渣在炼钢温度下呈液态，而且具有良好的流动性和反应能力。冶炼时炉内炉渣的实际温度比钢液的高40～80℃。
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酸性耐火材料砌筑的电炉，只能使用含磷、硫很低的原料，所以用得很少。炉盖呈圆拱形，用硅砖、镁铬砖或高铝砖砌在一个用水冷却的钢拱脚圈梁上，它可以取下修砌，并可移开装料。有三根按等边三角形布置的石墨电极穿过炉盖、伸入炉内，并由一台炉用变压器通过电缆、导电管、电极把持器向电极供电，使电极末端与金属炉料之间发生电弧，将电能转化为加热炉子和熔炼钢水所需的热能。
炉渣的组分靠加入适量的熔剂(石灰、石英石、萤石等)进行调整。在冶炼过程中通过对炉渣组分和性质的控制，能使脉石和氧化杂质的产物与熔融金属或硫顺利分离，脱除金属中的害杂质，吸收液态金属中的非金属夹杂物不直接受炉气污染，富集有用的金属氧化物;在电炉冶炼中还是电阻发热体。炉渣在保证冶炼操作顺利进行、冶炼产品质量、金属回收率等各方面起着决定性作用，例如炼钢作业中有"炼好渣，才能炼好钢"的说法。
根据冶金过程的不同，炉渣可分为熔炼渣、精炼渣、合成渣;根据炉渣性质，有碱性渣、酸性渣和中性渣之分。许多炉渣有重要用处。例如高炉渣可作水泥原料;高磷渣可作肥料;含钒、钛渣分别可作为提炼钒、钛的原料等。有些炉渣可用来制炉渣水泥、炉渣砖、炉渣玻璃等。
煤在锅炉燃烧室中产生的熔融物，由煤灰组成。可作砖、瓦等原料。
火法冶金过程中生成的以氧化物为主的熔体;它是钢铁、铁合金及有色重金属冶炼和精炼等过程的重要产物之一。主要成分是CaO、FeO、MgO、MnO(碱性氧化物)等，SiO2、P2O5、Fe2O3(酸性氧化物)等及Al2O3(两性氧化物);此外，经常含有硫化物，如钢铁冶炼炉渣中含有少量CaS，有色重金属冶炼炉渣中有时含有较多FeS、Cu2S或 Ni3S2等;炉渣中还夹带少量金属;个别强还原性炉渣含有CaC2。在冶金过程中，熔融炉渣与熔融金属、熔融铁合金、熔锍及炉气等产物之间起着各种物理化学反应，达到该过程所预期的冶金目的。由于炉渣与金属或熔锍间的溶解度小以及两者比重不同而得与分离。依据组成不同，熔渣冷凝后成为岩石状或玻璃状物质。
主要是成分组成不同，炉渣的主要成分含有大量的氧化硅、氧化镁、氧化铝等，它们也是高温耐火材料的主要主要原料，其熔点都在1700-1800℃以上，因此炉渣的熔化温度自然就会比钢水（大约1500℃左右）高得多。
