中間渣

中間渣指處於滴落過程中的，其成分和溫度在不斷變化著的液態渣。渣中FeO、Mn不斷被還原而減少。熔渣的流動性隨溫度的升高而增大。由於焦炭灰分的酸性組分主要是在風口處釋放後才被吸收，因而中間渣的鹼度常常比終渣高。

基本介紹

• 中文名：中間渣
• 外文名：In the middle of slag
• 學科：冶金工程
• 領域：冶煉
• 範圍：能源
• 特點：鹼度常常比終渣高

簡介

中間渣指處於滴落過程中的，其成分和溫度在不斷變化著的液態渣。渣中FeO、Mn不斷被還原而減少。熔渣的流動性隨溫度的升高而增大。由於焦炭灰分的酸性組分主要是在風口處釋放後才被吸收，因而中間渣的鹼度常常比終渣高。實際上，中間渣就是在軟熔帶以下、風口水平以上的處於滴落過程中的爐腹渣。中間渣能否順利滴落通過焦炭層，取決於原料成分和爐溫的穩定。使用天然礦石冶煉時，尤其是在礦石成分波動大時，大量石灰石直接入爐，往往產生爐溫和中間渣成分的激烈波動，造成中間渣熔化性和私度的激烈變化，導致爐況不順，難行、懸料、崩料甚至結瘤。使用成分穩定的自熔性熟料或使用高鹼度熟料加酸性料冶煉時，只要注意保持爐溫的穩定及爐料和煤氣流的合理分布，就可以基本排除以上弊病。焦炭是滴落帶中惟一的固態骨架物料，因而焦炭的冷態強度和熱態強度是保持中間渣順利滴落的基本條件。

作用

生鐵品種質量

高爐造渣對生鐵的品種和質量有著重大的影響和作用。通過造渣可控制爐渣的成分和性質，抑制一些元素的還原，或促進另一些元素的還原，達到富集元素，提高元素回收率。例如釩鈦磁鐵礦的冶煉中抑制Ti的還原，促進V的還原;又如高爐冶煉鐵合金時，提高Mn的回收率;在冶煉普通生鐵時，則控制Si的還原，使產品成為鑄造生鐵或煉鋼生鐵。造渣的另一個重要作用是脫硫，生產中可通過造渣選擇合適的爐渣鹼度控制生鐵中的含硫量。

爐襯

高爐造渣對爐襯有很大的影響和作用。中國包頭鐵礦石中含有CaF₂，含CaF₂熔渣對爐襯有強烈的侵蝕作用，為此高爐造渣時添加足夠的CaO，以防止爐渣的熔化性和粘度過低，削弱其侵蝕作用，以保護爐襯。近年來中國推廣了低鈦渣護爐法，即在高爐配料中加入含TiO₂物料，使渣中TiO₂含量達到2%～3%左右。由於TiO₂還原生成的高熔點化合物TiC、TiN及Ti(C、N)在鐵液中的溶解度是有限的，它們自鐵液中析出和沉積，對爐缸、爐底的磚襯起到了保護作用。

冶煉過程

高爐造渣對冶煉過程極為重要，無論對爐內料柱透氣性、爐況的穩定順行和熱狀態等方面都有很大的影響。可以說：煉鐵就是煉渣，要煉好鐵就要煉好渣。爐渣的組成 高爐渣主要由酸性氧化物SiO₂、Al₂O₃和鹼性氧化物CaO、MgO 4種成分組成。在用普通鐵礦石冶煉煉鋼生鐵的情況下，這4種成分之和在95%以上，另有少量的FeO、MnO和硫化物(CaS、MnS等)。在冶煉特殊礦石時，爐渣中還含有其他成分。例如，在冶煉攀枝花釩鈦磁鐵礦時，爐渣中含有20%～30%TiO₂；在冶煉含氟礦石時，爐渣中含有18%左右的CaF₂；在冶煉錳鐵時，爐渣中含有較高的MnO。

造渣過程

高爐煉鐵是一個把固態鐵氧化物在高溫下還原成液態鐵水的過程。為了使高爐穩產高產、並能生產出優質鐵水,這需要有一個適當的爐渣形成過程,即鐵礦石中的脈石、燃料中的灰分以至熔劑中的各組分熔解後形成的液態爐渣要具有良好的性能。在軟熔帶,爐渣的形成是一個複雜的過程。從部分爐料的軟化開始,隨著不同爐料如熔劑、鐵礦石中的脈石以及直接還原和滲碳所消耗燃料中灰分組分的相互熔解,軟化熔融部分的數量逐漸增多,直至生成液態金屬和爐渣而滴落。在這個過程中,爐渣在化學成份和物理性能方面都發生了很大變化。物理方面,爐料逐漸從固態發生軟化、半熔化直至最後完全熔融,爐料的孔隙度降低,透氣性變差；化學方面,爐渣成份不僅依賴於入爐原料的化學成份,而且與到達軟熔帶時鐵礦石的還原度及入爐原料的分布有關。在爐渣形成階段主要發生兩個反應：a)鐵礦石中剩餘鐵氧化物的直接還原。b)熔劑在渣中的熔解使爐渣鹼度發生改變。這兩個反應導致了所生成的爐渣粘度和熔點的不穩定。

高爐內的爐料在下降過程中，其中焦炭始終保持固體狀態，除少部分碳素參加還原和生鐵滲碳外，絕大部分到達風口時才燃燒和氣化。爐料中的礦石和熔劑逐漸被上升的煤氣流加熱而發生還原、分解和固相反應，在達到一定溫度後就出現粘結，進而軟化和熔融成初渣。熔融的初渣在向下滴落過程中，其中FeO和MnO不斷被還原而減少，同時不斷地吸收熔劑中的CaO和MgO，以及隨煤氣流上升的焦炭燃燒後殘留的灰分，因而其化學成分在不斷變化著。當熔渣在爐缸中完成脫硫和還原反應以後，最後作為終渣定期地或連續地被排出爐外。20世紀50年代以來，特別是在70年代，日本等國家對高爐進行的解體研究，對查明爐內的造渣過程起到了十分重要的作用。

根據高爐解體研究的結果，高爐內的料柱結構由上而下可分為塊狀帶、軟熔帶、滴落帶等。在塊狀帶中，礦石和焦炭保持著原來的層狀結構而下降，隨著溫度的升高進行著還原、分解等固相反應，例如CaO與SiO₂，SiO₂與Fe₃O₄，CaO與Fe₂O₃，SiO₂與FeO以及CaO與Al₂O₃之間都能進行著固相反應。隨著爐料的下降，固相反應生成的低熔點化合物首先呈現出少量的局部的熔化，即礦石開始軟化。隨著溫度的繼續升高和還原反應的繼續進行，液相不斷增多，最終完全熔融成為液相的爐渣向下流動。這個礦石開始軟化到完全熔融的區域，就是軟熔帶。在軟熔帶中礦石軟熔層和焦炭層仍保持層狀結構。煤氣主要是穿過焦炭層這個“焦窗”向上流動。

軟熔帶的形狀有倒V形、W形和V形三種，分別與高爐內煤氣流分布的中心氣流發展、邊緣和中心兩道氣流和邊緣氣流發展相對應。中國首鋼試驗高爐和日本廣畑1號高爐的軟熔帶屬倒V形，日本洞岡4號高爐的屬W形，前蘇聯葉那基耶夫426m高爐的屬V形。一般，軟熔帶形成的溫度為1100℃左右，完全熔化滴落的溫度為1400～1500℃。在軟熔帶中生成的液相爐渣，以珠狀和冰凌狀穿過軟熔帶下面焦炭區域(常稱之為死料柱)向下滴落。這個區域就是滴落帶。

造渣過程穩定

無論使用生礦或熟礦，保持穩定的造渣過程是高爐冶煉順行和強化所必須的。高爐內造渣過程的劇烈波動，必然導致爐況不順，嚴重時將出現爐況難行、懸料(見懸料與坐料)等現象。造成爐內造渣過程不穩定的原因主要有兩個方面。一是原燃料品種、質量不穩定；二是高爐操作制度波動或發生設備事故等。因為不論是入爐礦石的品位、性質、粒度組成和配比等經常性的波動或變化，還是操作制度的變動或失誤均必然引起爐內軟熔帶位置、厚度和形狀的波動或變化，從而破壞爐況順行和煤氣流的合理分布。

渣量

礦石品位低，高爐冶煉時生成的噸鐵渣量大，不但使焦比升高，而且由於高爐下部渣焦比的增大，使軟熔帶和滴落帶的透氣性降低，不利於高爐冶煉的順行、強化以及噴吹燃料。因此，提高礦石品位，減少渣量，不僅可以降低焦比，而且可增加噴吹燃料量，提高冶煉技術經濟指標。

造渣與結瘤

高爐結瘤的根本原因之一是正常的造渣過程受到嚴重的破壞。不同FeO含量和不同鹼度的初渣，其抵抗溫度和成分急劇變化而保持穩定的能力是不同的。高FeO含量的初渣，當溫度急劇升高使FeO被大量迅速還原時，爐渣的熔化性急劇升高，已熔化的初渣會重新凝固，嚴重時會粘結於爐牆，結成鐵質爐瘤。如此反覆，爐瘤愈長愈大，從而破壞高爐的正常生產。若爐頂裝料時石灰石被集中裝到爐牆邊緣處，造成初渣鹼度局部增高也會使已熔化的初渣重新凝固，嚴重時結成石灰質爐瘤。