熔剂(flux)

钢铁冶金原料中的一类重要造渣材料。炼铁过程中，它与铁矿石或铁水中的杂质形成易熔炉渣，将杂质从铁中分离出来，从而提高生铁的质量。在炼钢过程中熔剂是脱硫、脱磷、脱氧以及脱除各种非金属夹杂物，提高钢液净度和减少热损失不可缺少的造渣材料。熔剂可分为碱性熔剂、酸性熔剂和中性熔剂3种。

作用原理 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。冶金用优质碱性熔剂的化学成分见表1。

酸性熔剂 常用的有硅石、石英砂、蛇纹石及橄榄石。硅石的主要成分为SiO₂，其含量要求≥90％，是酸性电炉的主要造渣材料。在碱性电炉冶炼中，硅石也可以代替萤石用于调整还原期炉渣的流动性，但它会降低炉渣的碱度且侵蚀炉衬，故应控制其用量，使用前须在100～200℃温度下干燥4h以上，以去除水分，块度一般为15～20mm，并要求表面清洁。石英砂在碱性电炉熔炼不锈钢时作为造渣材料，要求SiO₂≥85％，H₂O≤O．5％，使用前须在400℃温度下进行较长时间的烘烤。碱性电炉冶炼普通钢时，只有当石灰加入过量或原料中硅量过低时，为了增加渣量才使用硅石或石英砂。

蛇纹石及橄榄石均属于高镁、低钙酸性熔剂，通常配入球团矿原料中，以提高球团矿的高温性能，配加在烧结原料中可以提高烧结矿的机械强度及高温冶金性能。例如中国上海宝山钢铁(集团)公司在烧结料中配加蛇纹石3％，其化学成分如表2所示。

在高炉冶炼中，由于矿石的脉石大部分为酸性，一般很少使用酸性熔剂，只有当所用铁矿石的碱性物质过高时方加入酸性熔剂，以调整炉渣碱度，或者为了脱除高炉内碱金属的危害而加入硅石。

中性熔利 常用的中性熔剂有萤石及铁钒土。萤石主要成分为CaF₂，是调整炉渣流动性的主要稀释剂；其特点是不降低炉渣碱度，它能与硫生成挥发性的化合物SF₆，因而具有脱硫作用，但它随着氟的挥发而逐渐消失，稀释作用时间不长，若使用不当会严重侵蚀炉衬；高炉冶炼过程中，当炉墙结厚或炉渣枯稠时，也用萤石作清洁炉墙及稀释炉渣之用；冶炼优质钢时要求萤石中CaF₂>85％，SiO₂<4％，CaO<5％，S<0.2％，H₂O<0.5％；作炼铁熔剂用的萤石要求CaF₂>65％；冶金用萤石质量要求如表3所示。

铁矾土的主要成分为硅铝酸盐。当矿料分中Al₂O₃含量，高炉炉渣的流动性不好，或炉渣的性质不能满足所炼生铁品种的要求时，就需要加入铁钒土熔剂。但铁钒土是价格高昂的炼铝原料，故不常使用。Al₂O₃在渣中可以起酸性或碱性的作用。如在高酸性渣中它可形成硅酸铝，在强碱性渣中它可形成铝酸钙。