一般要求熔剂中的有效成分尽可能高,有害杂质含量尽可能低(如炼钢熔剂要求含硫和磷低等),强度和块度(粒度)能满足冶炼工艺要求(如高炉炼铁要求熔剂强度好,大高炉适用块度为20~75毫米,小高炉块度为10~30毫米,有色金属硫化物精矿
闪速熔炼要用粉状熔剂等)。
熔剂的选择同要提炼的金属和矿石成分有关。钢铁冶炼常用CaO-Al2O3-SiO2系渣,而铁矿石和焦炭的灰分大多是酸性氧化物(SiO2等),因此主要用碱性熔剂(石灰石或白云石等)。个别情况下冶炼含碱性脉石的铁矿,也用酸性熔剂(石英或含酸性脉石的贫矿)。有色金属冶炼常用FeO-SiO2、FeO-CaO-SiO2和FeO-Al2O3-SiO2系渣,而有色金属矿石和精矿中常伴生有碱性铁矿物、方解石等,因此主要用石英或低品位石英砂金矿为熔剂。如果冶炼含酸性脉石的矿石和精矿,应配加石灰石、铁矿石或含碱性脉石的有色金属矿作熔剂。
熔剂的选择受冶炼过程高温物理化学反应规律所控制,其中最主要的是酸性物质与
碱性物质相互作用而成渣的原理。一般地说,渣相化合物或混合物的
熔点均比反应物的熔点低,因此
高熔点杂质成渣后变得易熔,从而达到金属与
熔渣分离的目的。在钢铁冶炼及精炼过程中矿石本身带入酸性或碱性杂质,必须选择一种相应的强碱性或强酸性的熔剂来与矿石中的杂质组成低熔点炉渣,才能使杂质与金属分离,达到冶炼的目的。此外,有些中性物质也可以用来作为熔剂降低渣的熔点,并改进其流动性,这要从熔渣的离子结构来解释。
碱性熔剂 碱性熔剂的主要化学成分为CaO及MgO等
碱性物质。常用的有
石灰石、白云石、
石灰及
消石灰。钢铁冶炼对碱性熔剂的要求是:含
碱性氧化物(CaO及MgO)要高,含
酸性氧化物(SiO2及Al2O3)及有害杂质(S、P)要低,并要有一定的强度和粒度。高炉直接入炉用的碱性熔剂主要是石灰石;为了增加
高炉渣中的MgO含量以提高
炉渣的流动性及
脱硫能力,炉料中配加白云石,最好使用
白云石化石灰石。为了节约
高炉内熔剂分解的热耗,尽可能避免碱性熔剂直接入炉,而是把需要入炉的熔剂配加于
烧结料或
球团料中制成
熔剂性烧结矿或
自熔性球团矿。为了强化烧结生产,在烧结料中配加部分石灰或消石灰。
炼钢用的碱性熔剂主要是石灰,要求石灰含CaO高,
活性度高,其块度大小与工艺要求及
冶炼时间长短有关。碱性
平炉开始冶炼造渣时及电炉冶炼
熔化期、
氧化期也使用
石灰石,主要利用石灰石分解出CO2气体来活跃
熔池,排出钢中气体和杂质,降低含硫量。为了使炉渣中含一定MgO量以保护
炉衬,炼钢过程中加入少量的
焙烧白云石。
(1)控制炉渣的熔化温度。如矿石中脉石多为
二氧化硅,二氧化硅的熔点高达1983K,若加碱性熔剂石灰,与铁矿石,他们与二氧化硅作用生成铁钙硅酸盐,铁钙硅酸盐体系的熔点一般在1373K左右,由于加入碱性熔剂而使造渣温度从1983K降到1373K左右,因而就可以在较低的炉温下进行熔炼。