高炉炼铁化学：优化生铁生产

高炉炼铁过程化学

现代低焦比高炉作为高效加工单元，主要得益于逆流气-固反应器的内在特性。成功应用此概念要求每种入炉物料具有均匀物理特性和成分，且在下降至熔化区前保持良好物理特性。

铁氧化物、焦炉和造渣物料下降通过炉身时，发生多项重要交换过程：上升炉气（主要含CO、CO₂、N₂）热量传递给下降炉料；下降铁氧化物氧转移给上升还原气体。在这个高效逆流反应器内，化学反应发生，随炉料下降温度升高，还原铁、铁氧化物和造渣物料开始熔融，最终液态铁和渣聚集在炉底。绝大部分入炉焦炭在风口处与热风氧燃烧，提供热量和还原剂CO。

炉料和焦炭从炉顶装入下降时，被从风口上升的热气体预热。预热结果使焦炭到达靠近风口下部炉身时与热风接触剧烈燃烧。但因极高温度（约1650℃）和大量碳（焦炭）存在，生成的CO₂不稳定，立即与额外碳反应生成CO。因此高炉中碳（焦炭）燃烧化学方程式为：2C + O₂ = 2CO；ΔH = +110,458 kJ/kmol。现代高炉操作中，每吨铁水消耗250~400 kg碳以此方式反应。该反应是冶炼作业主要热源，也产生还原气体CO上升至炉身预热和还原大部分铁氧化物，随炉料下降至炉底。

水分与氢气反应

热风中水分(H₂O)也在燃烧区与焦炭碳反应。该反应不产热反而消耗热量，但单位碳产生还原气体比碳在空气中燃烧更多。碳在空气燃烧仅产生1单位CO，与H₂O反应则产生1单位CO和1单位氢气(H₂)。因此，在炉料固有还原速率低于正常且高风温可用（1000~1200℃）时，通过向热风添加水分(蒸汽)保持高水分水平，可增加高炉煤气还原能力。喷吹辅助燃料提供类似优势。化学方程式：C + H₂O = CO + H₂；ΔH = +131,378 kJ/kmol。引入(或增加)炉内还原气体中氢气的额外好处：氢气百分比增加降低气体密度，等体积还原气体对炉料下降阻力更小。

间接还原区

上升气体在高炉上部(温度<925℃)开始还原炉料铁氧化物。此温度下化学平衡阻止所有CO和H₂用于还原(还原黄铁矿平衡CO/CO₂比约2.3，低于此值铁再氧化)。故CO或H₂与铁氧化物摩尔比需约为化学计量反应三倍：

• ½Fe₂O₃ + ³/₂CO = Fe + ³/₂CO₂；ΔH = +12,866 kJ/kmol
• ⅓Fe₃O₄ + ⁴/₃CO = Fe + ⁴/₃CO₂；ΔH = +3,940 kJ/kmol
• FeO + CO = Fe + CO₂；ΔH = –16,108 kJ/kmol
• ½Fe₂O₃ + ³/₂H₂ = Fe + ³/₂H₂O；ΔH = +48,953 kJ/kmol
• ⅓Fe₃O₄ + ⁴/₃H₂ = Fe + ⁴/₃H₂O；ΔH = +51,042 kJ/kmol
• FeO + H₂ = Fe + H₂O；ΔH = +25,104 kJ/kmol

过去称此类还原为间接还原，高温下类型称直接还原。但此命名令人困惑，因相同化学反应在描述Wiberg、HIB、FIOR等DRI工艺时称为直接还原。故不再沿用旧称呼。

直接还原区

上部炉身未还原铁氧化物须在温度极高下部还原。因大量焦炭存在，CO₂和H₂O生成即与碳快速反应。结果此部分鼓风炉总体还原反应可用FeO + C = Fe + CO；ΔH = +156,482 kJ/kmol表示，无论H₂或CO为反应物。此反应由FeO+CO=Fe+CO₂(ΔH=-16,108)与CO₂+C=2CO(ΔH=+172,590)代数相加，或FeO+H₂=Fe+H₂O(ΔH=+25,104)与H₂O+C=CO+H₂(ΔH=+131,378)相加得到。

FeO+C=Fe+CO吸收大量热，故以此方式还原越多，需供炉热量越大。该反应也产生CO，用于炉身还原反应。大多数情况下，最高效操作约1/3按FeO+C=Fe+CO还原，其余按Fe₂O₃+3CO=2Fe+3CO₂至FeO+H₂=Fe+H₂O还原。

工艺热量非完全来自焦炭燃烧，大多数高炉约40%来自热风显热。相当部分燃料可经济地通过风口喷吹：天然气、焦油、燃料油、粉煤或粒煤。此时燃料碳燃烧生成CO，但因大量焦炭存在，氢保持H₂形式，上升至风口上方还原铁氧化物才被氧化。

铁氧化物还原步骤

入炉含铁成分为简单铁氧化物Fe₂O₃和Fe₃O₄。天然矿通常为赤铁矿(Fe₂O₃)或磁铁矿(Fe₃O₄)。球团主要为Fe₂O₃。烧结矿成分从Fe₂O₃、Fe₃O₄到含磁铁矿、 Fayalite(2FeO·SiO₂)和二钙铁酸盐的熔融混合物。铁氧化物还原通常分步进行。与CO反应方程：

• 3Fe₂O₃(s) + CO(g) = 2Fe₃O₄(s) + CO₂(g)；ΔH = -48 kJ
• Fe₃O₄(s) + CO(g) = 3FeO(s) + CO₂(g)；ΔH = -21.7 kJ
• FeO(s) + CO(g) = Fe(s) + CO₂(g)；ΔH = -11 kJ

这些反应在逐步升高温度、更深炉身完成。上升气体需逐步更高CO百分比完成反应。须认识到气体中全部CO不可能每步反应转化为CO₂。例如，三方程平衡常数K₃ = P_CO₂/P_CO随温度变化。800℃时平衡气体含约65% CO、35% CO₂。若此时接触FeO和固态铁气体CO₂含量超此值，铁倾向氧化回FeO。因此为推动反应，每步需相当CO浓度（图1），不可能完全将CO转化为CO₂。图1显示Fe-C-O和Fe-H-O系统稳定图，Fe-C-O系S曲线代表“溶解损失”或Boudouard反应。

氢气参与还原

因辅助燃料氢、燃料水分和风口水分，风口离开气体含高达2%~3%氢。蒸汽可添加热风辅助控制高炉。碳还原蒸汽总反应：H₂O(g)+C(s)=CO(g)+H₂(g)；ΔH=131.3 kJ，吸热。碳被风氧氧化生成CO：C(s)+½O₂(g)=CO(g)；ΔH=-110.5 kJ，放热。氢还原铁氧化物分步：

• 3Fe₂O₃(s)+H₂(g)=2Fe₃O₄(s)+H₂O(g)；ΔH=-7.1 kJ
• Fe₃O₄(s)+H₂(g)=3FeO(s)+H₂O(g)；ΔH=62.9 kJ
• FeO(s)+H₂(g)=Fe(s)+H₂O(g)；ΔH=30.2 kJ

温度影响这些反应平衡。水煤气变换反应：CO₂(g)+H₂(g)=H₂O(g)+CO(g)；ΔH=41.2 kJ，可在气相各组分间重新分配氧，使含氢和含碳气体达到平衡。该反应需热极少，平衡常数(P_H₂O·P_CO)/(P_H₂·P_CO₂)在825℃为1。炉身气体与焦炭碳和炉料铁氧化物反应。CO和CO₂与碳(石墨)总体反应为“溶解损失”或Boudouard反应：CO₂(g)+C(s)=2CO(g)；ΔH=172.4 kJ。平衡750℃以上强烈右移。600℃以下强烈左移，导致炉料中碳以烟尘沉积：2CO(g)=C(s)+CO₂(g)；ΔH=-172.4 kJ。图1左下至顶中“S”形曲线代表平衡。温度组成置于曲线上方气体倾向按第二反应沉积碳，置于下方按第一反应氧化碳。

碳溶解反应影响

高温碳溶解反应主要效应：相对减少风口需热生成区热量；增加炉身700℃以上区域气体CO浓度。后者特别有利，增加气体体积助传热。注意：溶解损失反应与FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO₂(g)(ΔH=-11 kJ)组合对应碳“直接”还原FeO：FeO(s)+C(s)=Fe(s)+CO(g)；ΔH=131.3 kJ。从图1明显，上升炉身气体通常不可能同时与焦炭碳和下降炉料铁氧化物平衡。高炉炉身实际气体成分温度关系很大程度取决于实际操作。

碳沉积反应

高炉炉身1000℃以下气体CO含量远高于所需，存在碳沉积(烟尘)反应驱动力。此驱动力在500~700℃特别强。温度组成置于图3曲线上方气体按2CO=C+CO₂沉积碳，置于下方按CO₂+C=2CO氧化碳。幸好碳沉积反应迟缓从未达平衡，否则炉顶炉料间隙严重堵塞。

炉顶离炉气体通常约200℃，若与焦炭达平衡CO/CO₂比应约10⁻⁵。实际比在1~3之间，即气体还原性远超平衡预测，未充分利用气体还原潜力，暗示焦比超理论需求。气体与焦炭缺乏平衡主要归因于炉身高气速。气体炉内停留仅约10秒，疏松焦炭富集区极高速度易发生。另一因素：气体上升炉温降约1800℃，几无维持平衡机会。

碳沉积反应详解

炉身CO含量远高于所需，驱动碳沉积反应。驱动力在500~700℃最强。温度组成置于图3曲线上方气体按2CO=C+CO₂沉积碳，置于下方按CO₂+C=2CO氧化碳。幸好反应迟缓未达平衡，否则严重堵塞。否则导致还原气体流动不规则和炉料下降不均。即使部分反应，需合适催化表面使碳成核生长。铁颗粒、部分还原铁矿、碳化铁均被建议为可能催化剂。氢和水蒸气促进反应，氮和硫化物(氨、硫化氢、二硫化碳)抑制。氧化锌和碱性化合物对抗硫抑制，虽炉内浓度通常小，但高温炉底挥发、冷区冷凝，累积效应可抵消硫影响。反应沉积碳极细分，部分被铁矿颗粒孔隙容纳随炉料带下，以多种方式影响还原过程。

因活性碳与矿石紧密结合，固体碳还原可在比焦炭更低温度发生，特别是焦炭不能穿透孔隙，还原仅在固体颗粒接触点进行。此还原速率取决于氧从颗粒内部扩散至接触点速率。炉上部焦炭还原可忽略，仅>1000℃气相反应因造渣受阻时变显著。相反，沉积碳还原可在800℃发生。

孔隙内CO生成倾向打开颗粒深裂隙，增加气固接触面积，提高气相还原效率。气相还原在颗粒孔隙产生CO₂可被孔隙碳快速再生为CO，使反应持续。

不幸的是碳沉积反应也有不利影响。约500~550℃区域活性铁点沉积碳可导致耐火材料开裂，如炉身下部外衬或上部内衬。过度沉积导致球团或烧结矿粉化，引起气流不规则和炉料下降不均。因反应放热，提高出炉气体温度。虽然碳沉积反应总体效应可争议，但事实：降低出炉气体CO/CO₂比；循环部分本应带出炉外碳，增加碳反应时间，提高还原过程化学效率。

铁氧化物还原

CO还原铁氧化物反应：(i) 3Fe₂O₃+CO=2Fe₃O₄+CO₂，(ii) Fe₃O₄+CO=3FeO+CO₂，(iii) FeO+CO=Fe+CO₂。这些反应在逐步升高温度完成，如图1所示需逐步更高CO百分比。反应(i)(ii)相对易在炉上部进行。反应(iii)移除铁最后氧最难，故在更深高温、高CO还原气区进行。570℃以下非化学计量黄铁矿相(FeₓO)不稳定，可直接还原磁铁矿至铁。

任一特定温度下，还原特定氧化物需气体混合物最低CO含量。故不可能将气体全部CO转化为CO₂若还原反应要继续。如800℃接触FeO和固铁平衡气体含约65% CO、35% CO₂。若此时气体CO₂超此值，铁倾向氧化回FeO。因此每步需最低CO浓度(图1)，不可能完全将CO转化为CO₂。幸好这些温度下还原产生CO₂在焦炭存在下不稳定，按CO₂+C=2CO再生CO，使还原反应继续。注意：此反应与反应(iii)组合对应碳“直接”还原FeO(FeO+C=Fe+CO)，强吸热。

铁氧化物还原也可由氢进行，氢由风口喷吹辅助燃料部分燃烧产生CO和氢两种还原气体。向风添加蒸汽辅助控制高炉也产氢。碳被热风氧氧化生成CO放热，焦炭还原水分生成CO和氢(H₂O+C=CO+H₂)强吸热。

氢还原铁氧化物依次：(i) 3Fe₂O₃+H₂=2Fe₃O₄+H₂O，(ii) FeO+H₂=Fe+H₂O，(iii) Fe₃O₄+H₂=3FeO+H₂O。温度对反应平衡影响见图1。反应(i)微放热，(ii)(iii)吸热。氢因尺寸小扩散率高，显著降低高炉气体密度和粘度，特别是高温下增强低还原性原料还原。水煤气变换反应(CO₂+H₂=H₂O+CO)可在气相组分间使含氢含碳气体达平衡。

从图1明显，上升炉身气体不可能同时与焦炭碳平衡和下降炉料铁氧化物平衡。~800℃以上气体与碳反应比氧化物快，焦炭气相平衡可能较接近。操作炉温度成分测显示：>800℃时落在CO/CO₂-C线和FeO/Fe线之间，600~800℃间切FeO/Fe线，随后保持Fe₃O₄/Fe线上方或刚上方。<600℃极快气流几无固体反应时间，气体CO含量远超与焦炭平衡值。

若铁氧化物与其他氧化物化学结合，其在高炉活度降低，即更难还原，需更高CO/CO₂比。例如硅酸亚铁，700℃还原所需最低CO/CO₂比从~1.5增至~22，即碳质气基础上从~60% CO增至近96% CO。因结合氧化物更难还原，需更高温度，故造渣前CO还原量减少，暗示焦比增加因炉下部还原量增加。

炉腹和炉底反应

其他氧化物还原

比铁氧化物稳定氧化物(锰氧化物、二氧化硅)在高炉若生成纯金属不还原，因MnO+CO=Mn+CO₂平衡CO%极接近100%，还原效率极低，需巨量气体还原极少锰。二氧化硅更极端因极稳定氧化物。但溶解锰硅于铁中，反应MnO+CO=Mn(溶于铁)+CO₂和SiO₂+2CO=Si(溶于铁)+2CO₂稍右移，使锰硫在金属和渣间分配成为渣成分和温度函数。因还原均吸热，铁水中各元素量随温度增加，反应程度可通过控制炉底温度一定程度控制。更重要：这些反应产生CO₂经Boudouard反应增加焦炭消耗。

还原锰量明显取决于入炉矿石锰量。≤2%锰矿石给出远高于正常铁水锰含量，导致单位铁水焦比升高。硅“波动”由不稳定配料或温度变化引起，另一严重后果：硅还原入铁水从渣耗尽，增加碱度比，剧烈改变渣熔点和流动性。

一氧化硅(SiO)形成影响

多年认为硅酸和锰氧化物直接从渣由铁中碳还原：(i) SiO₂(渣)+2C=Si+2CO(g)，MnO(渣)+C=Mn+CO(g)。认为液态铁滴通过渣相拾取硅入炉底。多项实验室研究和厂数据揭示新认识。~2000℃燃烧区焦炭燃烧产生SiO气：SiO₂(焦炭灰)+CO=SiO(气)+CO₂。结合焦炭氧化[CO₂+C(焦炭)=2CO]得总反应：SiO₂(焦炭灰)+C(焦炭)=SiO(气)+CO。渣中FeO存在可能使SiO从渣生成极难，额外硅源为附着焦炭颗粒还原富硅渣。后续反应：SiO(气)+C=Si+CO将硅转移铁滴。含硅铁滴通过渣层时，部分硅被氧化铁和锰氧化物氧化进入渣：2FeO(渣)+Si=SiO₂(渣)+2Fe，2MnO(渣)+Si=SiO₂(渣)+2Mn。

磷还原

反应：P₂O₅+5C=2P+5CO；ΔH=+995,792 kJ/kmol。磷最终还原仅在极高温度。但与锰硅不同，磷几乎完全还原。故入炉几乎所有磷溶入铁水。控制铁水磷含量唯一途径限制入炉量。

硫行为

硫是高炉操作麻烦元素，炼钢铁水硫须低，0.035%~0.02%正常。液态铁(S)脱硫入渣(S)常用反应：S+(CaO)+C=(CaS)+CO(g)。金属中硫(S)和碳(C)与渣中溶解CaO反应生成渣中硫化钙和CO气。渣金属硫分配比(S)/S受多因素强烈影响：增大渣碱度(CaO/SiO₂)提高渣中CaO热力学活度推动反应右移。体系氧势增加推左移。重写反应S+(CaO)=(CaS)+O显示此效应极强，渣中极少FeO严重限制硫分配比(S)/S。幸好硅和碳分别使铁水中硫热力学活度升高5~7倍。因此铁水硫比含碳硅少液态钢易脱硫5~7倍。

假设焦炭灰硫以CaS存在，燃烧区SiO气可发生反应生成挥发性SiS：CaS(焦炭灰)+SiO(气)=CaO+SiS(气)。较小程度可生成CS气：CaS(焦炭灰)+CO=CaO+CS(气)。

硫从挥发性物种转移至液态铁滴在炉腹区发生。研究显示：含硅硫铁滴落过液渣且无MnO时，铁水硅实际增加，无硫转移。有MnO时，硅被反应从金属移除，锰从渣转移金属同时硫从金属转移渣。基于各结果，炉腹炉底反应序列：(i)燃烧区SiO和SiS形成，(ii)炉腹硅硫转移金属渣滴，(iii)铁滴通过渣层时硅被FeO和MnO氧化，(iv)金属滴通过渣层脱硫。

高炉硫分配比通常20~120。实验显示：高炉金属渣样在石墨坩埚0.1MPa CO重熔，分配比增至120~220(取决渣碱度)。表明体系氧势高于炉底C-CO平衡预期。故热力学有利高炉内铁水脱硫，动力学暗示炉外脱硫更易实现。

少量元素反应

除正常报告铁质材料化学成分元素(Fe、P、Mn、Si、Al、Ca、Mg、S)外，多种微量元素在高炉发生化学反应。某些造成严重操作困难，某些污染产品使其不适合特定炼钢应用。来源不仅天然铁矿，还包括废钢、炼钢粉尘、磨削废料等回收料。重要元素：砷、钡、氯、铬、钴、铜、氟、铅、钼、镍、钾、钠、锡、钛、钒、锌。

碱金属和锌

钠、钾、锌常称“流氓元素”，可导致高炉严重操作问题，须监控严控以维持稳定。碱金属随矿石脉石和焦炭灰(通常硅酸盐)入炉。炉身硅酸盐反应：(i) K₂SiO₃+CO=2K+SiO₂+CO₂，(ii) Na₂SiO₃+CO=2Na+SiO₂+CO₂。

高炉钾反应>500℃可发生，钠反应~600℃。~900℃碱金属超沸点进入气相。但气体上升时金属对其他化合物不稳定，氰化物、氧化物、碳酸盐从气相以极细烟雾沉淀(氰化物宽温度范围液态)。这些细微固液颗粒沉积铁矿颗粒、焦炭、炉壁，部分随高炉煤气带出被除尘捕获。特别是液态碱化合物渗透砖衬导致严重劣化剥落。也在壁上堆积造成挂料、悬料、滑料。

落在铁焦碱金属被带至炉下部，再还原为金属上升气相形成相同碱化合物，循环并结合新物料。还原需碳增加焦比、冷却炉，循环物料累积至降解炉内焦炭，使其碎裂成小块、增加焦炭对CO₂反应性。此增强反应性再降低炉温、降低整体热效率。炉内高碱浓度影响铁质材料强度还原特性，导致剧烈膨胀、催化球团碳沉积。这些对焦炭矿石有害反应严重影响炉内气体渗透性和高炉操作稳定性。

幸好碱氧化物强碱性氧化物，可用SiO₂酸性渣熔剂带出炉外。通常降低渣碱度带走更多碱。这与脱硫直接对比：增大渣碱度增强脱硫。若主要脱硫在高炉，低硫与碱去除碱度控制冲突，须平衡。外部脱硫则非问题，炉料可正常配料最小化碱侵蚀。

锌通常源用镀锌废钢炼钢炉除尘灰回收高炉。偶尔铁矿或煤灰锌含量也是相当来源。行为类钠，~600℃从氧化物或铁酸盐还原，形成蒸汽后生成氧化物碳酸盐可反应侧壁或随焦矿带下再还原循环，每圈消耗焦炭。气流逸出锌烟进入高炉滤饼，若含量足够高使其不宜回收。与碱不同，锌难在渣捕获，仅能减少输入、让循环蒸汽缓慢随气相逸出有效去除。

最佳防护是确保高炉原料中碱金属锌绝对最小。因这些元素炉内循环倾向，是隐形未知焦炭消耗者，造成耐火材料、矿石、焦炭问题。不幸症状不总在问题早期显现，往往需相当大比例时才发现，需采取相当激烈措施如消除某些原料解决。

铅和钛

铅高炉很少问题，但偶尔矿石或烧结矿带入足量致问题。铅高炉极易还原落入炉底，炉底通常有冷却铁水层保护耐火材料。铅几乎不溶铁水，形成低熔点液池铁水漂浮其上，促进炉底加速侵蚀。已知此问题炉可用比铁口深二号铁口定期放铅。

钛氧化物比二氧化硅更稳定，但高炉可形成极稳定碳化物和氮化物。少量钛化合物能在炉底表面形成轻薄保护层延长炉底寿命，故钛铁矿审慎添加烧结配料。但高浓度同类化合物使渣变硬、建立厚重炉底层、减少炉底容量。同锌一样，最佳方案减少输入、缓慢消除炉内钛。

砷

多铁矿含砷。砷行为酷似磷，几乎完全还原溶入铁水。增加铁水流动性，似乎增加耐火材料磨损。炼钢精炼不完全去除，赋予成品钢脆性。

钡

钡化学性质似钙，在某些铁锰矿以强碱性氧化物存在。高炉不还原进入渣，增加渣碱度。若操作者不知其存在，难控制金属成分。

氯

氯以碱金属氯化物存在于多铁矿，海水处理矿石污染化合物。部分配吹煤含氯。高炉高温区挥发，上升冷凝冷却板周围引起腐蚀。也冷凝上升管下降管形成结瘤最终限制炉顶煤气通道，或反应生成HCl(盐酸)腐蚀煤气净化系统。

铬

部分铁矿含铬，按渣碱度和操作温度部分还原。通常50%~60%铬还原入铁水。

钴、铜、镍

钴、铜、镍存在于多种不同矿石。也存在铜工业尾矿中有时烧结用于高炉回收铁。三元素几乎完全还原入铁水，炼钢精炼不氧化。结果生产须满足严格延展性规格钢材操作不能用此类矿石。

氟

氟化合物存在于多矿石，行为似氯化合物。HF(氢氟酸)腐蚀煤气净化系统能力众所周知。

钼、钨

钼钨极少见且量极微可忽略。若高炉存在此类化合物，至少90%还原入铁水。

锡

锡主要通过废钢烧结粉尘等回收料入高炉。几乎完全还原溶入铁水。

钒

钒存在行为似铬。负担中~50%钒还原入铁水。

硒、碲

硒碲虽罕见，某些原料可能存在。反应似硫但有更强留在金属倾向。

熔剂

入炉石灰石~800℃煅烧：CaCO₃(s)=CaO(s)+CO₂(g)；ΔH=177.8 kJ。配料白云石镁碳酸盐类似反应：MgCO₃(s)=MgO(s)+CO₂(g)；ΔH=167.4 kJ，温度低50~100℃。这些反应导致炉内几个不利条件：需大量热量；释放CO₂提高气体氧势抑制铁矿最后还原步骤(FeO→Fe)；有利焦炭碳“溶解”：CO₂(g)+C(s)=2CO(g)。

当“自熔剂”铁矿精矿团块为主要含铁炉料时，炉况显著改善。石灰石白云石可添加烧结机配料和球团焙烧炉。烧结焙烧时熔剂煅烧与铁氧化物反应生成钙铁酸盐等复杂化合物。这些团块带入高炉CaO和MgO则无CO₂。

渣

高炉渣基础复杂。~40%氧是渣最大单一元素。渣是氧化物体系，离子性质。高炉渣基础氧化物体系为CaO-SiO₂-Al₂O₃系，因渣中一定%MgO修正。图4显示CaO-Al₂O₃-SiO₂-10%MgO系相图。因高炉工艺性质，渣形成是多步过程，涉及成分温度显著变化。四主要渣成分形成多种化合物，导致广泛理化性质。渣次要成分对铁水化学和炉况控制特别感兴趣，增加理化性质复杂性。

成分区域40%SiO₂、48%CaO、12%Al₂O₃熔点低(1300℃)，适合控制铁水硫硅。常用6%~10%MgO替代等量CaO降低渣粘度。少量MnO、FeO、Na₂O、K₂O等帮助降低渣熔点。

炉内本质有两种渣。第一“初级、炉腹、早期”渣主要由矿石团块脉石成分和煅烧熔剂CaO、MgO或自熔剂团块自熔部分形成。此渣相对碱性较最终渣，含些氧化铁。“最终、炉底”渣由早期渣与焦炭燃烧前风口释放焦炭灰成分结合形成。最终渣继续下降入炉底混合流入坩埚液铁时成分修正。渣SiO₂含量调整，氧化铁可还原，可吸收焦炭和液铁硫。

渣形成区极依赖炉型，因炉料性质和操作影响。渣形成区始于粘结带(炉料软化开始)，至风口高度下方结束。故含粘结带、活性焦区、死人、风口赛道。渣形成区上部形成渣称“炉腹”或“初级”渣，区底部离开渣称“炉底”渣。初级渣通常假定含所有炉料渣成分包括粒状带未还原氧化铁，但不含焦炭灰或喷吹煤灰。渣成分下降炉内因吸收焦炭灰煤灰、气体硫硅、氧化铁还原而变化。渣温下降至风口高度升约500℃。成分温度变化显著影响渣物理性质，特别是液相线温度和粘度。

渣形成区产生渣聚集炉底区渣层，填充炉底焦炭空隙“漂浮”铁水层上。铁水通过渣层达铁水层。铁水通过渣层高接触面积增强化学反应动力学。反应导致铁水化学显著变化。特别是进入渣层前(Si)和(S)含量远高于铁水层。