冶金物理化学

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1、冶金物理化学第五章熔渣（10学时）东北大学材料与冶金学院MoltenSlag冶金物理化学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、粗铜的火法精炼等在很多冶炼过程中，产物或中间产品为熔融状态物质,—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。一、基本概念§1熔渣理论及模型冶金熔体：在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或反应产物。冶金熔体分类——根据组成熔体的主要成分的不同：金属熔体:非金属熔体:熔渣、熔盐、熔锍。一、基本概念§1熔渣理论及模型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。熔渣是一种非常复杂的多组分体系：如CaO、FeO、M

2、nO、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、Fe2O3除氧化物外，炉渣还可能含有少量其它类型的化合物甚至金属。如氟化物（CaF2）、氯化物（NaCl）、硫化物（CaS、MnS）、硫酸盐等。熔渣是火法冶金过程产物一、基本概念§1熔渣理论及模型通常由五、六种或更多的氧化物组成。含量最多的氧化物通常只有三种，其总含量可达80%以上。多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物是：CaO、SiO2、FeO高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物为：CaO、SiO2、Al2O3常含有其他化合物，如氟化物、硫化物等。一、基本概念§1熔渣理论及模型一、基本概念§1熔渣理论及模型熔渣主要来源：矿石或精矿中的

3、脉石：如高炉冶炼：Al2O3、CaO、SiO2等为满足冶炼过程需要而加入的熔剂：如CaO、SiO2、CaF等冶炼过程中金属或化合物（如硫化物）的氧化产物：如炼钢：FeO、Fe2O3、MnO、TiO2、P2O5等造锍熔炼：FeO、Fe3O4等。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主要来自镁砂炉衬一、基本概念§1熔渣理论及模型熔渣主要作用：不同的熔渣所起的作用不一样。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炼过程中。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（金属、熔锍等）

4、分离。高炉炼铁：脉石成分与燃料的灰份以及熔剂（石灰石、白云石、硅石等）反应，形成炉渣，从而与金属铁分离。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。一、基本概念§1熔渣理论及模型2、精炼渣是粗金属精炼过程的产物。主要作用——捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。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。3、富集渣作用——使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便回收利用。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。一、基本概念§1

5、熔渣理论及模型4、合成渣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。如电渣重熔渣、铸钢保护渣、钢液炉外精炼渣等。这类炉渣的作用差别很大。一、基本概念§1熔渣理论及模型熔渣主要作用：积极：减少金属的热损失;避免金属氧化（减少金属从炉气中吸收有害气体）；汇集金属中杂质元素的氧化生成物。消极：侵蚀和冲刷炉衬，减少炉衬的使用寿命；金属损失，降低回收率；带走热量，增加冶炼能耗。二、熔渣结构及理论§1熔渣理论及模型分子结构理论离子结构理论分子与离子共存理论聚合物理论最早出现的理论;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。1分子结构

6、理论二、熔渣结构及理论§1熔渣理论及模型1分子结构理论结构单元：分子。简单氧化物（或称自由氧化物）如：CaO、MgO、FeO、MnO、SiO2、Al2O3等复杂化合物（或称结合氧化物）：如2CaO·SiO2，CaO·SiO2、3CaO·P2O5等基本观点分子间的作用力为范德华力。作用力很弱，分子运动容易，高温时分子呈无序状态分布；可假定熔渣为理想溶液，各组元活度用浓度表示。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：CaO+SiO2=CaO•SiO2G=992470+2.15TJ·mol1当反应达平衡时，其平衡常数为熔渣的性质主要取决于自由氧化物的

7、浓度，只有自由氧化物参加与熔渣中其它组元的化学反应。二、熔渣结构及理论§1熔渣理论及模型基本观点1分子结构理论二、熔渣结构及理论§1熔渣理论及模型应用1分子结构理论氧化能力熔渣氧化能力决定于渣中自由FeO的浓度；（FeO）=Fe（l）+[O]脱S、P能力强度及限度与渣中存在自由CaO浓度有关。（CaO）+[S]=（CaS）+[O]二、熔渣结构及理论§1熔渣理论及模型缺陷1分子结构理论不能运用分子理论进行定量计算。对于脱硫反应，将一定温度下