1、高炉炼铁原理与工艺知识问答1、 高炉原料中的游离水对高炉冶炼有何影响？答：游离水存在于矿石和焦炭的表面和空隙里。炉料进入高炉之后，由于上升煤气流的加热作用，游离水首先开始蒸发。游离水蒸发的理沦温度是100，但是要料块内部也达到 100，从而使炉料中的游离水全部蒸发掉，就需要更高的温度。根据料块大小的不同，需要到 100，或者对大块来说，甚至要达到 200游离水才能全部蒸发掉。一般用天然矿或冷烧结矿的高炉，其炉顶温度为 100300，因此，炉料中的游离水进入高炉之后，不久就蒸发完毕，不增加炉内燃料消耗。相反，游离水的蒸发降低了炉顶温度，有利于炉顶设备的维护，延长其寿命。另一方面，炉顶温度降低使煤
2、气体积缩小，降低煤气流速，从而减少炉尘吹出量。2、 高炉原料中的结晶水对高炉冶炼有何影响？答：炉料中的结晶水主要存在于水化物矿石（如褐铁矿和高岭土）中间。高岭土是黏土的主要成分，有些矿石中含有高岭土。试验表明，褐铁矿中的结晶水从 200开始分解，到 400500才能分解完毕。高岭土中的结晶水从 400开始分解，但分解速度很慢，到 500600迅速分解，全部除去结晶水要达到 8001000。可见，高温区分解结晶水，对高炉冶炼是不利的，它不仅消耗焦炭，而且吸收高温区热量，增加热消耗，降低炉缸温度。3、 高炉内碳酸盐分解的规律如何？对高炉冶炼有何影响？答：炉料中的碳酸盐主要来自熔剂（石灰石或白云石）
3、 ，有时矿石也带入一少部分。炉中的碳酸盐在下降过程中逐渐被加热发生吸热分解反应。它们的开始分解温度和激烈分解温度（即化学沸腾温度）是由各自的分解压（即分解反应达到平衡状态时分压）与高炉内煤气中分压和煤气的总压决定的。碳酸盐的分压随温度升高而增大的，当分解压超过高炉内煤气的分压时，它们就开始分解，而分解压超过煤气的总压时就激烈分解，即化学沸腾。由于高炉冶炼条件不同，不同高炉内的总压力和分压也有差别，碳酸盐在不同高炉内开始分解和化学沸腾分解温度也有差别。碳酸盐分解一般都发生在低温区，对高炉冶炼无大影响。而石灰石就不一样，它的开始分解温度在 700以上，而沸腾分解温度在 960以上，而且分解速度受到
4、物料粒度影响很大，一方面是分解出的 CO2 向外扩散制约分解；另一方面反应生成的 CaO 的导热性很差，阻挡外部热量向中心部位传递，石灰石块中心不易达到分解温度，这样石灰石总有部分进入高温区分解。此时分解反应产物 CO2 就会与焦炭发生碳素溶解损失反应,此反应是吸热反应。这样进入高温区分解的 CaCO3 会消耗自身分解的热和部分分解出的 CO2 与 C反应热，生产实践表明，高炉炼铁每使用100Kg 石灰石，焦比要升高 3040Kg。因此生产中要求去除高炉配料中的石灰石。其途径是将石灰石加入烧结配料生产自熔性或高碱度烧结矿。在用天然矿冶炼时，小高炉上可用生石灰代替石灰石；大高炉上控制其粒度在25
5、30mm 以改善石灰石分解条件。4、什么是高炉炼铁的还原过程？使用什么还原剂？答：自然界中没有天然纯铁，在铁矿石中铁与氧结合在一起，成为氧化物，高炉炼铁就是要将矿石中的铁从氧化物中分离出来。铁氧化物失氧的过程叫还原过程，而用来夺取铁氧化物中的氧并与氧结合的物质就叫还原剂。凡是与氧结合能力比铁与氧结合能力强的物质都可以做还原剂，但从资源和价格考虑最佳还原剂是 C、CO 和 H2，C 来源于煤，将它干馏成焦炭作为高炉炼铁的主要燃料，煤磨成粉喷入高炉成为补充燃料。CO 来自于 C，在高炉内氧化形成，H2 则存在于燃料中的有机物和挥发分，也来自于补充燃料的重油和天然气。5、在高炉炼铁过程中铁矿石所含氧
6、化物哪些可以被还原？哪些不能被还原？答：高炉炼铁选用碳作为还原剂，判断铁矿石中氧化物能否在高炉冶炼条件下被还原，就要较该氧化物中元素与氧的亲和力同碳与氧亲和力谁大谁小：前者大于后者就不能还原，前者小于后者则能还原。判别元素与氧亲和力大小最常用的手段之一是氧化物的分解压 po2 和标准生成自由能G 。所谓氧化物的分解压就是氧化物分解为元素和氧的反应达到平衡时氧的分压。氧化物的分解压越大，元素与氧结合能力越小，氧化物的稳定性越小，就越易被还原剂还原，一般来说随温度升高分解压增大，氧化物变得越易还原。所谓氧化物的标准生成自由能是热力学的函数之一，用作判断冶金过程中反应的方向及平衡状态的依据。对大多数
7、元素的氧化物来说，标准生成自由能的负值数越大，它的稳定性越高，越难还原。一般来说随温度升高氧化物的自由能的负值数变小，即氧化物的稳定性变差，只有 CO 例外，随温度升高CO 的G 负值数变大，也就是 CO 变得更稳定，即 C 与 O2 的结合能力越强， 在高温下可以还原更多的氧化物，这也是 CO 作为还的优越性。（1）极易被还原：Cu、 Ni 、Pb 、Co （2）较难被还原：.P 、Zn 、Cr 、Mn 、V 、Si 、Ti，但是 P、 Zn 是几乎 100%被还原的，其余的只能部分被还原。（3）完全不能还原：Mg 、 Ca 、Al6、铁氧化物在高炉内的还原反应有哪些规律？答：规律如下：（1
8、）还原顺序。不论用何种还原剂，铁氧化物还原是由高级氧化物向低级氧化物到金属逐级进行的，顺序是：570 Fe2O3-Fe3O4-FeO-Fe570 Fe2O3-Fe3O4 -Fe（2）用气体还原剂 CO、H2 还原时：Fe2O3 是不可逆反应；Fe3O4 和FeO 是可逆反应；（3）上述诸还原反应中，只有 FeO 间接反应是放热反应，其余都是吸热反应。7、什么叫铁的间接还原？什么叫铁的直接还原？答：用气体还原剂 CO 和 H2 还原铁氧化物的反应叫做间接还原，高炉内的CO 是由焦炭和喷吹煤粉中 C 氧化而来的，间接还原是间接消耗 C 的反应。由于 Fe3O4 和 FeO 的间接还原都是可逆反应，
9、所以要过量还原剂保证反应的顺利进行，它们在高炉内块状带的中低温区进行。用固体还原剂 C 还原铁氧化物的反应叫直接还原。因为直接还原是不可逆反应，它不需要过量还原剂保证，但它们是大量的吸热反应，需要燃烧很多 C放出热量来保证，它们在高炉内高温区进行。在高炉内块状带内固体的铁矿石与焦炭接触发生直接还原的几率是很少的。实际的直接还原是借助于碳素溶解损失反应、水煤气反应与间接还原反应叠加而实现的。8、一氧化碳利用率和氢利用率？答：一氧化碳利用率是衡量高炉炼铁中气固相还原反应中 CO 转化为 CO2 程度的指标，也是评价高炉间接还原发展程度的指标。氢利用率是衡量高炉炼铁中氢参与铁氧化物还原转化为 H2O
10、 的程度的指标。9、什么叫铁的直接还原度和高炉直接还原度？答：高炉内铁矿石还原过程中直接消耗碳产生 CO 反应都属于直接还原，直接还原度就是反映这类反应发展程度的标志，是衡量高炉能量利用的重要指标。它有铁的直接还原度和高炉直接还原度两种表示方法：（1）铁的直接还原度 rd 它是以高炉内高价铁氧化物还原到 FeO 时都是间接还原为前提。从 FeO 还原到金属铁，部分是间接还原，其余是直接还原，铁的直接还原度定义为从 FeO 中以直接还原方式还原得到的铁量与全部被还原的铁量的比值。（2）高炉直接还原度 Rd 它是高炉内以直接还原方式夺取的氧量与还原中夺取的总氧量的比值。10、高炉炼铁中铁的直接还原
11、和间接还原发展程度与碳消耗有什么关系？答：在高炉炼铁过程中不可避免地既有铁的间接还原，也有铁的直接还原，两种还原各有特点：间接还原消耗热量少，但需要过量还原剂保证，因此作为还原剂消耗的碳多；直接还原相反，消耗热量多而消耗还原剂少。高炉内碳的消耗（也就是燃料消耗）既要保证还原剂的需要，也要保证热量的需求。而碳在氧化成 CO 时，既放出热量供冶炼需要，也成为间接还原的还原剂。11、从铁氧化物中还原铁和从复杂化合物中还原铁有什么区别？答：高炉原料中的铁氧化物常与其他化合物结合形成复杂化合物，形成这些复杂化合物时放出热量，能位降低，因此，从这些化合物中还原铁要比从自由铁氧化物中还原铁困难，要消耗更多的
12、热量。12、 铁矿石是如何被还原剂还原的？答：铁矿石与气体还原剂 CO、H2 间的还原反应是气固反应，根据铁氧化物还原的顺序性，还原过程中的单体矿石颗粒的断面呈层状结构以及没有进行反应的核心部分随反应过程的进行逐步缩小的事实，用还原过程中呈层状结构的矿石颗粒截面来说明还原的各个环节，各个环节进行的顺序如下：气体还原剂穿过边界层的外扩散；气体还原剂穿过产物层的内扩散；气体还原剂在反应界面吸附；界面化学反应；反应产生的氧化性气体解吸；反应产生的氧化性气体穿过产物层的内扩散；反应产生的氧化性气体穿过边界层的外扩散。13、哪些因素影响铁矿石的还原速度？答：铁矿石还原速度的快慢，主要取决于煤气流和矿石的
13、特性，煤气流特性主要是煤气温度、压力、流速和成分等，矿石特性主要是粒度、气孔度和矿物组成等。（1）煤气中 CO 和 H2 的浓度。提高煤气中 CO 和 H2 的浓度，既可以提高还原过程中的内外扩散速度，又可以提高化学反应速度，同时也增大了与平衡浓度的差值，从而可以加快铁矿石的还原速度。（2）煤气温度。表面化学反应速度和扩散速度皆随温度的升高而加快。因此，高温对加速铁矿石的还原有利，尤其是扩大 8001000的间接还原区，对加速高炉内的还原过程是关键。（3）煤气流速。当反应处于外部扩散速度范围时，提高煤气流速对加快还原速度是非常有利的，这是因为提高煤气流速有利于冲散固体氧化物周围阻碍还原剂扩散的
14、气体薄膜层，使还原剂直接到达氧化物表面。但是，当气流速度提高到一定程度后（即超过临界速度） ，气体薄膜层完全冲走，随即反应速度受内扩散速度或界面反应速度的控制，此时进一步提高煤气流速就不再起加快还原速度的作用，而高炉内的煤气流速远超过临界速度，所以煤气速度对炉内矿石还原过程没有影响。相反，由于气流速度过快而煤气利用率变坏，对高炉冶炼不利。因此，煤气流速必须控制在适当的水平上。（4）煤气压力。提高煤气压力阻碍碳素溶损反应，使其平衡逆向移动，提高气相中 CO2 消失的温度，这就相当于扩大了间接还原区，对加快还原过程是有利的。同时，从分子运动论的观点看来，提高煤气压力使气体密度增大，增加了单位时间内
15、与矿石表面碰撞的还原剂分子数，从而加快还原反应。但是，随着压力的提高，还原速度并不成比例地增加。这是因为提高压力以后，还原产物 CO2 和 H2O 的吸附能力也随之增加，阻碍还原剂的扩散，同时，由于碳素溶损反应的平衡逆向移动，气相中的 CO2 浓度增加，更接近 CO 间接还原的平衡组成，这些对铁氧化物的还原是不利的。因此，提高压力对加快还原的作用是不明显的。提高压力的主要意义在于降低压差，改善高炉顺行，为强化冶炼提供可能性。（5）矿石粒度。同一重量的矿石，粒度愈小，与煤气的接触面积愈大，煤气利用率愈高。而对每一个矿粒来说，表面被还原的金属铁层厚度相同的情况下，粒度愈小，相对还原度愈大。因此，缩
16、小粒度能提高单位时间内的相对还原度，从而加快矿石的还原速度。另一方面，缩小矿石粒度，缩短了扩散行程和减少了扩散阻力，从而加快了还原反应。但是，粒度缩小到一定程度以后，固体内部的扩散阻力愈来愈小，最后由扩散速度范围转入化学反应速度范围，此时进一步缩小粒度也就不再起加快还原的作用。这一粒度称为临界粒度。高炉条件下的临界粒度约为 3-5mm。另外，粒度过小会恶化料柱透气性，不利于还原反应。比较合适的粒度对大高炉来说是 10-25mm。（6）矿石气孔度和矿物组成。气孔度是影响矿石还原性的主要因素之一。气孔度大而分布均匀的矿石还原性好，因为气孔度大，矿石与煤气接触面积大，同时，也减少了矿石内部的扩散阻力
17、。组成矿石的矿物中，硅酸铁是影响还原性的主要因素，铁以硅酸铁的形态存在时就难还原。14、 生铁生成过程中渗碳反应是如何进行的？答：生铁的形成过程主要是已还原出来的金属铁溶入其他合金元素和渗碳过程。高炉炉身中的铁矿石一部分在固体状态下就被还原成了金属铁，叫做海绵铁。取样分析表明，炉身上部出现的海绵铁中已经开始了渗碳过程。不过低温下出现的固体海绵铁是以的形态存在的，所以它溶解的碳很少，最多可达 0.002。随着温度超过 736 铁转变为奥氏体，溶解碳的能力大大提高。CO 分解产生的炭黑（粒度极小的固体碳）非常活泼，它也参加铁氧化物的还原反应，同时与已还原生成的固体铁发生渗碳反应。CO 的分解在)4
18、50-600范围内最有利，因此炉身上部就可能按上述反应进行渗碳过程。不过由于固体状态下接触条件不好和海绵铁本身溶解碳的能力很弱，所以固体金属铁中的含碳量是很低的。根据高炉解剖资料分析，矿石在高炉内随着温度的升高，由固相区块状带经过半熔融状态的软熔带进入液相滴落带。矿石进入软熔带以后，矿石还原度可达 70，出现致密的金属铁和炉渣成分的熔解聚合。再提高温度达到 1300-1400时，含有大量 FeO 的初渣从矿石机体中分离出去，焦炭空隙中形成金属铁的“冰柱” 。此时金属铁仍属固体。温度继续提高至 1400以上， “冰柱”经炽热焦炭的固相渗碳，熔点降低，才熔化为金属铁滴，穿过焦炭空隙流入炉缸。由于液
19、体状态下与焦炭的接触条件改善，加快了渗碳过程，生铁含碳立即增加到 2以上，到炉腹处的金属铁中已含有 4左右的碳了，与最终生铁成分中的含碳量相差不多。总之，生铁的渗碳过程从炉身上部的海绵铁开始，大部分渗碳过程在炉腰和炉腹基本完成，炉缸部分只进行少量渗碳。因此软熔带的位置和滴落带内焦柱的透液性对渗碳起着重要作用。铁滴在滴落带内走过的途径越长，在滴落带停留的时间越多，它渗入的碳量越多。15、高炉内炉渣是怎样形成的？答：高炉造渣过程是伴随着炉料的加热和还原而产生的重要过程物态变化和物理化学过程。（1）物态变化。铁矿石在下降过程中，受上升煤气的加热，温度不断升高，其物态也不断改变，使高炉内形成不同的区域
20、：块状带、软熔带、滴落带和下炉缸的渣铁贮存区。1）块状带。在这里发生游离水蒸发、结晶水和菱铁矿的分解、矿石的间接还原（还原度可达(30-40 ）等现象。但是矿石仍保持固体状态，脉石中的氧化物与还原出来的低级铁和锰氧化物发生固相反应，形成部分低熔点化合物，为矿石中脉石成分的软化和熔融创造了条件。（2）软熔带。固相反应生成的低熔点化合物在温度提高和上面料柱重力作用下开始软化和相互黏结，随着温度继续升高和还原的进行，液相数量增加，最终完全熔融，并以液滴或冰川状向下滴落。这个从软化到熔融的矿石软熔层与焦炭层间隔地形成了软熔带。一般软熔带的上边界温度在 1100左右，而下边界温度在 1400-1500。
21、在软熔带内完成矿石由固体转变为液体的变化过程以及金属铁与初渣的分离过程：还原出的金属铁经部分渗碳而熔点降低，熔化成为液态铁滴，脉石则与低价铁氧化物和锰氧化物等形成液态初渣。3）滴落带。软熔带以下填满焦炭的区域，在软熔带内熔化成的铁滴和汇集成渣滴或冰川流的初渣滴落入此带，穿过焦柱而进入炉缸。在此带中铁滴继续完成渗碳和溶入直接还原成元素的 Si 、Mn 、P 、S 等，而炉渣则由中间渣转向终渣。4）下炉缸渣铁贮存区。这是从滴落带来的铁和渣积聚的地区，在这里铁滴穿过渣层时和渣层与铁层的交界面上进行着渣铁反应，最突出的是 Si 氧化和脱硫。2）炉渣形成过程。块状带内固相反应形成低熔点化合物是造渣过程的
22、开始，随着温度的升高，低熔点化合物中呈现少量液相，开始软化黏结，在软熔带内形成初渣，其特点是 FeO 和 MnO 含量高，碱度偏低（相当于天然矿和酸性氧化球团自身的碱度） ，成分不均匀。从软熔带滴下后成为中间渣，在穿越滴落带时中间渣的成分变化很大。FeO 和 MnO 被还原而降低，熔剂的或高碱度烧结矿中的“%# 的进入使碱度升高，甚至超过终渣的碱度，直到接近风口中心线吸收随煤气上升的焦炭灰分，碱度才逐步降低。中间渣穿过焦柱后进入炉缸积聚，在下炉缸渣铁贮存区内完成渣铁反应，吸收脱硫产生的CaS 和 Si 氧化的 SiO2 等成为终渣。16、炉渣的主要成分是什么？答：炉渣成分来自以下几个方面：（1
23、）矿石中的脉石；（2）焦炭灰分；（3）熔剂氧化物；（4）被浸的炉衬；（5）初渣中含有大量矿石中的氧化物。对炉渣性质起决定性作用的是前三项。脉石和灰分的主要成分是 SiO2 和Al2O3 称酸性氧化物；熔剂氧化物主要是 CaO 和 MgO 称碱性氧化物。当这些氧化物单独存在时，其熔点都很高，高炉条件下不能熔化。只有它们之间相互作用形成低熔点化合物，才能熔化成具有良好流动性的熔渣。原料中加入熔剂的目的就是为了中和脉石和灰分中的酸性氧化物，形成高条件下能熔化并自由流动的低熔点化合物。炉渣的主要成分就是上述 4 种氧化物。用特殊矿石冶炼时，根据不同的矿石种类，炉渣中还会CaF2、TiO2、BaO、Mn
24、O 等氧化物。另外，高炉渣中总是含有少量的 FeO和硫化物。17、炉渣在高炉冶炼过程中起什么作用？答：由于炉渣具有熔点低、密度小和不溶于生铁的特点，所以高炉冶炼过程中渣、铁才能得以分离，获得纯净的生铁，这是高炉造渣过程的基本作用。另外，炉渣对高炉冶炼还有以下几方面的作用：（1）渣铁之间进行合金元素的还原及脱硫反应，起着控制生铁成分的作用。比如，高碱度渣能促进脱硫反应，有利于锰的还原，从而提高生铁质量。（2）炉渣的形成造成了高炉内的软熔带及滴落带，对炉内煤气流分布及炉料的下降都有很大的影响，因此，炉渣的性质和数量对高炉操作直接产生作用。（3）炉渣附着在炉墙上形成渣皮，起保护炉衬的作用。但是另一种
25、情况下又可能侵蚀炉衬，起破坏性作用。因此，炉渣成分和性质直接影响高炉寿命。在控制和调整炉渣成分和性质时，必须兼顾上述几方面的作用。18、什么叫炉渣碱度？答：炉渣碱度就是用来表示炉渣酸碱性的指数。尽管组成炉渣的氧化物种类很多，但对炉渣性能影响较大和炉渣中含量最多的是 CaO、MgO 和 SiO2 、Al2O3 这四种氧化物，因此通常用其中的碱性氧化物 CaO、MgO 和酸性氧化物 SiO2 、Al2O3 的质量分数之比来表示炉渣碱度，常用的有以下几种：（1）四元碱度；（2）三元碱度；（3）二元碱度高炉生产中可根据各自炉渣成分的特点选择一种最简单又具有代表性的表示方法。渣的碱度在一定程度上决定了其
26、熔化温度、熔化性温度、黏度及黏度随温度变化的特征，以及其脱硫和排碱能力等。因此碱度是非常重要的代表炉渣成分的实用性很强的参数。19、什么叫碱性炉渣和酸性炉渣？答：炉渣成分可分为碱性氧化物和酸性氧化物两大类。现代炉渣结构理论认为熔融炉渣是由离子组成的。熔融炉渣中能提供氧离子&- 0 的氧化物称为碱性氧化物，反之，能吸收氧离子的氧化物称为酸性氧化物，有些既能提供又能吸收氧离子的氧化物则称为中性氧化物或两性氧化物。组成炉渣的各种氧化物按其碱性的强弱排列，其中 CaF2 以前可视为碱性氧化物，Fe2O3 和 Al2O3为中性氧化物，而 TiO2、 、SiO2 为酸性氧化物。碱性氧化物可与酸性氧化物结合
27、形成盐类，并且酸碱性相距越大，结合力就越强。以碱性氧化物为主的炉渣称为碱性炉渣，以酸性氧化物为主的炉渣称为酸性炉渣。生产中常把二元碱度大于 1.0 的叫碱性渣，把二元碱度小于 1.0 的叫酸性渣。20、炉渣的软熔特性对高炉冶炼有什么影响？答：炉渣的软熔特性与矿石的软化特性有关，其对高炉冶炼的影响是，矿石软化温度愈低，初渣出现得愈早，软熔带位置越高，初渣温度低，进入炉缸后吸收炉缸热量，增加高炉热消耗；软化区间愈大，软熔带融着层愈宽，对煤气流的阻力愈大，对高炉顺行不利。所以，一般希望矿石软化温度要高些，软化区间要窄些。这样软熔带位置较低，初渣温度较高，软熔带融着层较窄，对煤气阻力较小。一般矿石软化
28、温度波动在 900-1200之间。21、什么叫炉渣的熔化温度？它对高炉冶炼有什么影响？答：炉渣的熔化温度指炉渣完全熔化为液相的温度，或液态炉渣冷却时开始析出固相的温度，即相图中的液相线温度。单一晶体具有确定的熔点，而炉渣没有确定的熔点，炉渣从开始熔化到完全熔化是在一定的温度范围内完成的。熔化温度是炉渣熔化性的标志之一，熔化温度高，表明它难熔，熔化温度低，表明它易熔。难熔炉渣在炉内温度不足的情况下，可能黏度升高，影响成渣带以下的透气性，不利于高炉顺行；但难熔炉渣成渣带低，进入炉缸时温度高，增加炉缸热量，对高炉冶炼有利。易熔炉渣流动性好，有利于高炉顺行，但降低炉缸热量，增加炉缸热消耗。因此，选择炉
29、渣熔化温度时，必须兼顾流动性和热量两方面的因素。各种不同成分炉渣的熔化温度可以从四元系熔化温度图中查得。22、什么叫炉渣熔化性温度？它对高炉冶炼有什么影响？答：炉渣熔化之后能自由流动的温度叫做熔化性温度。有的炉渣虽然熔化温度不高，但熔化之后却不能自由流动，仍然十分黏稠，只有把温度进一步提高到一定程度之后才能达到自由流动的状态，因此，为了保证高炉的正常生产，只了解炉渣的熔化温度还不够，还必须了解炉渣自由流动的温度，即熔化性温度。炉渣的熔化性温度是通过绘制炉渣黏度温度曲线的方法来确定的。熔化性温度说明该温度下炉渣能否自由流动，因此，炉渣熔化性温度的高低影响高炉顺行和炉渣能否顺利排出。只有熔化性温度
30、低于高炉正常生产所能达到的炉缸温度，才能保证高炉顺行和炉渣的正常排放。23、什么叫炉渣黏度？它对高炉冶炼有什么影响？答：炉渣黏度直接关系到炉渣流动性的好坏，而炉渣流动性又直接影响高炉顺行和生铁质量，因此它是高炉工作者最关心的一个炉渣性质指标。炉渣黏度是流动性的倒数。黏度是指速度不同的两层液体之间的内摩擦系数。试验结果表明，流速不同的两层液体之间的内摩擦力与接触面积的大小和速度差的大小成正比，与两液层之间的距离成反比。炉渣黏度对高炉冶炼的影响，首先是黏度大小影响成渣带以下料柱的透气性。炉渣黏度过高，则在滴落带不能顺利流动，降低焦炭骨架的空隙度，增加煤气阻力，影响高炉顺行。其次，黏度影响炉渣的脱硫
31、能力。黏度低流动性好的炉渣有利于脱硫，黏度大流动性差的炉渣不利于脱硫。这是因为黏度低的炉渣有利于硫离子的扩散，促进脱硫反应。第三，炉渣黏度影响放渣操作。黏度过高的炉渣发生黏沟、渣口凝渣等现象，造成放渣困难。最后，炉渣黏度影响高炉寿命。黏度高的炉渣在炉内容易形成渣皮，起保护炉衬的作用，而黏度过低，流动性过好的炉渣冲刷炉衬，缩短高炉寿命.24、什么叫长渣？什么叫短渣？答：长渣是炉渣黏度随温度降低而逐渐升高，在黏度温度曲线上无明显转折点的炉渣，一般酸性渣具有长渣特性，在生产中取渣样时，渣液能拉成长丝，冷却后渣样断面呈玻璃状。短渣与长渣相反，在黏度温度曲线上有明显的转折点，一般碱性渣为短渣，取样时渣液
32、不能拉成长丝，冷却后渣样断面呈石头状。25、 哪些因素影响炉渣黏度？答：影响炉渣黏度的因素为：（1）温度是影响炉渣黏度的主要因素，一般规律是黏度随温度升高而降低。碱性渣（短渣）在温度超过熔化性温度的拐点以后，黏度低但随温度的变化不大，而酸性渣（长渣）的黏度始终是随温度升高而缓慢降低，且在相同温度下其黏度高于碱性渣。（2）碱度。在不同碱度时炉渣黏度与温度的关系图中，当碱度小于 1.2 时，炉渣的熔化性温度较低，相应其黏度也较低；随着碱度的提高，熔化性温度上升，黏度也升高。造成这种现象的原因是随着碱性氧化物数量的增加，熔点升高，使一定温度下渣的过热度减小而使黏度增高，另外过多的碱性氧化物以质点悬浮
33、在炉渣中使黏度增高。在生产中如遇这些情况，加入少量 CaF2可明显降低炉渣黏度，例如包头含氟矿冶炼时就是这样。（3）MgO 含量对黏度有相当大的影响，尤其在酸性渣中更为明显。在含量不超过 20%, 含量的增加使黏度下降，但在三元碱度不变，用 MgO 代替CaO 时，这种作用就不明显。但 MgO 含量在 8-12%时有利于改善炉渣的稳定性和难熔性。（4）Al2O3 对黏度的影响是：当 Al2O3 含量不大时它可使碱性渣的黏度降低，但是高于一定数值后，对于不同碱度的炉渣，黏度开始增加，目前为提高入炉品位，使用高品位的东半球富矿，其 Al2O3 含量偏高，造成炉渣中的Al2O3 含量达到 15%，有
34、的甚至达到 16%以上，这时炉渣黏度上升。为此应适当提高炉渣的碱度，例如宝钢的二元碱度值在 1.221.24，三元碱度值在 1.451.50；或适当提高渣中 MgO 含量，例如武钢炉渣中 MgO 的含量在 1111.5%。（5）FeO 能显著降低炉渣黏度。一般终渣含 FeO 很少，约 0.5%，影响不大。但初渣中它的含量却很大，最多可达 35%，平均在 2-14%之间波动。含 FeO(0-30%)的炉渣，其熔化温度不高于 1150，因此，FeO 能大大降低炉渣熔化温度和黏度，起着稀释炉渣的作用，对冶炼有一定好处。但过多的 FeO 会造成初渣和中间渣的不稳定性，FeO 因为在下降过程中不断被还原
35、，使初渣和中间渣的熔化温度和黏度发生很大变化，引起炉况不顺。（6）MnO 对炉渣黏度的影响和 FeO 相似。不过，目前我国炼钢生铁不要求含 Mn，因此，高炉渣中 MnO 含量很少，影响不大。（7）CaF2 能显著降低炉渣的熔化性温度和黏度。含氟炉渣的熔化性温度低，流动性好，炉渣碱度很高的情况下(1.53.0)，仍能保持良好的流动性，因此，高炉生产中常用萤石作洗炉剂。（8）TiO2 对炉渣黏度的影响：碱度为 0.81.4 和 TiO2 含量为 10-20%的范围内，钛渣的熔化性温度在 1300-1400之间。碱度相同时，随着 TiO2含量的增加熔化性温度升高，黏度降低。从 TiO2 对炉渣的熔化
36、性温度和黏度的影响来看，钛渣对高炉生产不会有多大影响。但实际上钒钛铁矿的冶炼由于炉渣过于黏稠而感到困难。这主要是由钛渣性质的不稳定造成的。高炉还原气氛中，一部分 TiO2 很容易还原成低价氧化物（Ti2O3、TiO ）和金属钛，生成的金属钛一部分进入生铁，还有一部分与炉内的 C、N2 作用生成熔点很高的 TiC 和 TiN，呈固体颗粒掺入渣中，渣中钛的低价氧化物和碳氮化合物使炉渣黏稠起来，以致影响正常的出渣出铁。因此，冶炼钒钛铁矿时必须防止 TiO2 的还原。目前采取的办法是炉缸渣层中喷射空气或矿粉，造成氧化气氛，以防止或减少 TiO2 的还原。26、关于炉渣结构有哪两种理论？答：关于炉渣结构
37、的两种理论是：（1）炉渣分子结构理论。这种理论是根据固体炉渣的相分析和化学分析提出来的，它认为液态炉渣和固态炉渣一样是由各种矿物分子构成的，其理论要点是：1）熔融炉渣是由各种自由氧化物分子和由这些氧化物所形成的复杂化合物分子所组成。2）酸性氧化物和碱性氧化物相互作用形成复杂化合物，且处于化学动平衡状态，温度越高，复杂化合物的离解程度越高，熔渣中的自由氧化物浓度增加，温度降低，自由氧化物浓度降低。3）只有熔渣中的自由氧化物才能参加反应。4）熔渣是理想溶液，可以用理想溶液的各种定律来进行定量计算。这种理论由于无法解释后来发现的炉渣的电化学特性和炉渣黏度随碱度发生巨大变化等现象而逐渐被淘汰。不过，在
38、判断反应进行的条件、难易、方向及进行热力学计算等方面，至今仍然沿用。（2）炉渣离子结构理论。炉渣的离子结构理论是根据对固体炉渣的 X 射线结构分析和对熔融炉渣的电化学试验结果提出来的。对碱性和中性固体炉渣的 X 射线分析表明，它们都是由正负离子相互配位所构成的空间点阵结构。对熔渣进行电化学试验的结果表明，熔体能导电，有确定的电导值，与典型的离子化合物的电导值差不多，且随着温度的升高而导电性增强。这正是离子导电的特性。熔渣可以电解，在阴极上析出金属。以上这些现象用熔渣的分子结构理论是无法解释的，于是提出了熔渣的离子结构理论。离子结构理论认为，液态炉渣是属于由各种不同的正负离子所组成的离子溶液。硅
39、氧复合负离子按其结构特点又称硅氧复合四面体。四面体的四个顶点是氧离子，四面体中心位置上是硅离子，硅的四个正化合价与四个氧离子的四个负化合价结合，而四个氧离子的其余四个负化合价，或与周围其他正离子结合，或与其他硅氧四面体的硅 结合，形成共用顶点。构成熔渣的离子中，硅氧复合负离子体积最大。同时，复合负离子的结构最复杂，其周围结合的金属离子最多，因此，它是构成炉渣的基本单元，炉渣的许多性质决定于复合离子的形态。具有群体负离子的熔渣，其物理性质与四面体单独存在的熔渣完全不相同，即熔渣的物理性质取决于复合负离子的结构形态。以上就是熔渣的离子结构理论。这种结构理论能比较圆满地解释炉渣成分对其物理化学性质的
40、影响，是目前得到公认的理论。27、什么叫炉渣的稳定性？它对高炉冶炼有什么影响？答：炉渣稳定性是指当炉渣成分和温度发生变化时，其熔化性温度和黏度能否保持稳定。稳定性好的炉渣，遇到高炉原料成分波动或炉内温度变化时，仍能保持良好的流动性，从而维持高炉正常生产。稳定性差的炉渣，则经不起炉内温度和炉渣成分的波动，黏度发生剧烈的变化而引起炉况不顺。高炉生产要求炉渣具有较高的稳定性。炉渣稳定性分热稳定性和化学稳定性。热稳定性可以通过炉渣黏度“ 温度曲线转折点的温度（即熔化性温度）高低和转折的缓急程度（即长渣短渣）来判断，而化学稳定性则可以通过等黏度曲线和等熔化温度曲线随成分变化的梯度来判断。炉渣稳定性影响炉
41、况稳定性。使用稳定性差的炉渣容易引起炉况波动，给高炉操作带来困难。28、 什么叫炉渣的表面性质？它对高炉冶炼有什么影响？答：高炉渣的表面性质是指炉渣与煤气之间的表面张力和炉渣与铁水之间的界面张力。这类张力可理解为两相（液“ 气、液“ 液）间生成单位面积的新的交界面所消耗的能量，如渣层中生成气泡。表面张力以 代表、界面张力以 界代表。炉渣的表面张力是其各种氧化物表面张力的加权和，那些物质在表面层中的浓度大于内部浓度的，成为“表面活性物质 ”。其表面张力较低。高炉炼铁是多相反应，即在相界面上发生反应，炉渣的表面性质必然对多种反应的进行和不同相的分离过程产生影响。典型的例子是攀钢和包钢炉渣的泡沫渣和
42、一些高炉的铁损严重。经过研究认为高炉内有很多产生气泡的反应和气体穿过渣层的现象，因此生成气泡是不可避免的，关键在于气泡能否稳定地存在于炉渣层中，一旦形成稳定的气泡就成泡沫渣。滴落带焦层中的“液泛”现象就是属于这个范畴；当炉渣流出炉外时，由于大气压力低于炉内压力，溶于渣中气体体积膨胀，起泡尤为严重，造成渣沟及渣罐外溢，引起生产事故。29、什么叫高炉内硫的循环富集？答：炼铁炉料中天然矿、高碱度烧结矿和焦炭将硫带入炉内。每吨生铁炉料带入炉内的总硫量称为硫负荷。 随着炉料在炉内下降受热，炉料中的硫逐步释放出来；焦炭的部分硫在炉身下部和炉腹以挥发，而矿石中的部分硫则分解和还原以硫蒸气或 SO2 进入煤气
43、。但主要还是在风口发生燃烧反应时以气体化合物的形式进入煤气，燃烧和分解生成的 SO2 经还原和生成反应成硫蒸气和 H2S 等，它们随煤气上升与下降的炉料和滴落的渣铁相遇而被吸收，在1000及其以下地区的煤气中仅保留 SO2 和 H2S。炉料中自由碱性氧化物多、渣量大而且碱度高、流动性好，吸收的硫越多。结果是软熔带处的总硫量大于炉料带入炉内硫量，这样在高温区和低温区之间形成了硫的循环富集。被炉料和渣铁吸收的硫少部分进入燃烧带再次氧化参加循环运动；大部分在渣铁反应时转入炉渣后排出炉外；也有极少部分硫随煤气逸出炉外。30、炉渣是如何脱硫的？答：硫在铁水和炉渣中以元素 S、FeS 、MnS、 MgS、
44、CaS 等形态存在，其稳定程度依次是后者大于前者。其中 MgS 和 CaS 只能溶于渣中，MnS 少量溶于铁中，大量溶于渣中，FeS 既溶于铁中，也溶于渣中。炉渣的脱硫作用就是渣中的 MgO 和 CaO 等碱性氧化物与生铁中的硫反应生成只溶于渣中的稳定化合物 MgS、 CaS 等，从而减少生铁中的硫。按分子论的观点，渣铁间的脱硫反应是渣铁界面上生铁中的FeS向渣面扩散并溶入渣中，然后与渣中的（CaO）作用生成 CaS 和 FeO，由于 CaS只溶于渣而不溶于铁， FeO 则被固体碳还原生成 CO 离开反应界面，生成Fe 进入生铁中，从而脱硫反应可以不断进行。现代炉渣离子结构理论认为，熔融炉渣不
45、是由分子构成而是由离子构成的，因此，脱硫反应实际上是离子反应而不是分子反应。渣铁之间的脱硫反应是通过渣铁界面上离子扩散的形式进行的，即渣中的氧 离子向铁水面扩散，把自己所带的两个电子传给 S，使铁水中的 S 原子成为二价 S 离子进入渣中，而由于失去电子变成中性原子的氧与碳作用形成 CO 进入煤气中，进入渣中的硫离子则与渣中的钙、镁等正离子保持平衡。因此，脱硫反应实际上是渣铁界面上氧和硫的离子交换， 渣中的碱性氧化物不断供给氧离子和进入生铁中的氧原子与固体碳作用形成 CO，不断离开反应面，使上述脱硫反应继续进行。31、 什么叫硫的分配系数？影响它的因素有哪些？答：硫在炉渣中的质量分数与在铁水中
46、的质量分数之比叫硫分配系数。它说明炉渣脱硫后，硫在渣与铁间达到的分配比例。它分为理论分配系数和实际分配系数。炉缸内渣铁间脱硫反应达到平衡状态时的分配系数称为理论分配系数，研究计算结果表明可高达 200 以上；而高炉内的实际脱硫反应因动力学条件差而达不到平衡状态，所以一般低的只有 2025，而高的也不会超过 80。凡能提高平衡常数的（例如温度）都有利于硫的分配系数的提高；铁液中硫的活度与铁水的成分有关，碳、硅、磷有利于提高硫在铁液中的活度及硫的分配系数；而硫在渣中的活度及渣中的氧势与炉渣成分有关，炉渣碱度越高，提供脱硫越多。但是对高炉的脱硫更重要的是改善脱硫动力学条件，使硫的实际分配系数提高。高
47、炉脱硫是在铁滴穿过下炉缸积聚的渣层、下炉缸内渣层与铁层的交界面和出铁过程中铁口通道内等三处进行的，动力学条件最好的是铁口通道内，其次是铁滴穿过渣层，而渣铁层界面最差。由此可以看出，高炉生产不应该放上渣（实际上现代高炉上已不设渣口，已没有可能再放上渣） ，应使炉渣都通过铁口通道与铁水一起放出以发挥其脱硫能力，提高硫的实际分配系数。32、哪些因素影响炉渣的脱硫能力？答：影响炉渣脱硫能力的因素有以下几项：（1）炉渣化学成分。1）炉渣碱度。炉渣碱度是脱硫的关键性因素。一般规律是炉渣碱度愈高，脱硫能力愈强。因此，碱性渣的脱硫能力比酸性渣强得多。但是，碱度过高使渣的流动性变坏，阻碍硫的扩散同时由于过高的碱
48、度下容易析出正硅酸钙的固体颗粒，不仅提高了黏度，而且降低了炉渣的实际碱度，从而使炉渣的脱硫能力大大降低。高碱度渣只有在保证良好流动性的前提下才能发挥较强的脱硫能力。2）MgO 含量。MgO 也具有一定的脱硫能力，但不及 CaO，这是由于 MgS不及 CaS 稳定。但渣中一定范围内增加 MgO 含量能提高炉渣的稳定性和流动性，还可以提高总碱度，这就相当于增加了氧负离子浓度，有利于脱硫反应。3）Al2O3 含量。Al2O3 不利于脱硫，因为它与氧离子结合形成铝氧复合负离子降低渣中氧离子浓度。因此，当碱度不变而增加渣中 Al2O3 含量时，炉渣脱硫能力就要降低。但用 Al2O3 代替 SiO2 时，
49、脱硫能力有所提高。这是因为 Al2O3 能结合的氧离子数比 SiO2 少，4）FeO 含量。FeO 增加了生铁中氧的浓度，对脱硫反应不利。因此，渣中FeO 要尽量少。（2）渣铁温度。温度对炉渣脱硫能力的影响有两个方面：一是由于脱硫反应是吸热反应，提高温度对脱硫反应有利；二是提高温度降低炉渣黏度，促进硫离子和氧离子的扩散，对脱硫反应也是有利的。（3）提高硫分配系数。（4）高炉操作。当高炉不顺行、煤气流分布失常，炉缸工作不均匀时，高炉脱硫效果降低，生铁含硫量升高。因此，正确运用各种调剂因素，保证高炉顺行，是充分发挥炉渣脱硫能力，降低生铁含硫量的重要条件。33、什么叫渣铁间的耦合反应？答：高炉炉缸内渣铁间进行着多种反应。它们可分为两大类：一类是有碳参与的基本反应；另一类是没碳参与的耦合反应。耦合反应是指没有碳及其氧化产物 CO 参与的，铁液中非铁元素与熔渣中氧化物之间的氧化还原反应。耦合反应实际是渣铁间瞬时的电化学反应，即金属元素放出电子成为正离子，而非金属元素获得电子而成为负离子。34、什么叫碱害？如何利用炉渣排碱？答：所谓碱害是指炉料带入高炉内含碱金属 K、Na 的盐类（绝大部分是复合硅酸盐）在高炉生产过程中形成循环积累，给生产带
