Подготовка флюсов к доменной плавке

Сладков А.С.

Металлургия, 1966 г.

Назначение флюсов при плавке руд

Флюсы применяются в доменном производстве в тех случаях, когда рудное сырье не является самоплавким, т. е. имеет пониженную или очень высокую основность.

При избытке кислых или основных пород в большинстве случаев практически невозможно или весьма затруднено получение чугуна заданного состава; кроме того, при этом возрастает расход топлива и снижается срок службы (кампания) доменных печей.

С помощью флюсов излишние пустые породы и другие нс-восстановившиеся компоненты шихты пирохимически связываются при плавке в побочный продукт, называемый шлаком. В этом заключается основное назначение флюсов при металлургической переработке руд черных металлов в чугун.

Образование шлака в доменной печи начинается при температуре 1000—1100° С и заканчивается в горне. До фурм обычно доходит лишь топливо (древесный уголь, кокс), через слой которого жидкий чугун и шлак стекают в горн. При прохождении через слой раскаленного топлива температура обоих продуктов значительно увеличивается, что положительно сказывается на их расслоении в горне, доводке по химическому составу и выпуске из печи.

В зависимости от вещественного состава шлаки могут быть тугоплавкими и легкоплавкими. Если состав шлака близок к эвтектике, то он быстро застывает; называются такие шлаки «короткими». Шлаки же других составов твердеют медленно, покрываясь густой коркой. Тугоплавкие шлаки также неудобны. Поэтому, как правило, состав шлаков рассчитывают; шлаки должны обладать необходимыми физическими свойствами и легко выходить из печи. Это достигается с помощью флюсовых добавок, вводимых в шихту.

От состава шлака зависит не только жидкоподвижность его при выпуске, но и качество чугуна. Например, при выплавке бессемеровских, литейных и особенно специальных чугунов трудно восстановимые элементы (кремний, марганец и др.) тем успешнее восстанавливаются из окислов, чем выше температура и длительнее их пребывание в горячей зоне печи. Высокая температура достигается увеличением количества топлива и повышением нагрева дутья. Если при этом невос-станавливающиеся окислы будут взяты в таком соотношении, что дадут легкоплавкий шлак, то последний станет жидким высоко над фурмами и быстро протечет область высоких температур. В этом случае для восстановления трудно восстановимых элементов время пребывания в горячей зоне будет недостаточно и чугун заданного состава получить не удастся.

Для обеспечения наиболее полного восстановления кремния и марганца необходимо материалы, из которых они восстанавливаются, задержать в области высоких температур, и плавление их производить над фурмами, среди кусков раскаленного кокса. Выдержать такой режим плавки можно лишь при наличии тугоплавких шлаков, на расплавление которых требуется больше времени и тепловой энергии, чем при переработке шихты с получением обычных или легкоплавких шлаков. При плавке на древесном угле тугоплавкость шлаков повышают, увеличивая их кремнистость; при плавке на коксе восстановление кремния и марганца протекает наиболее успешно при основных шлаках с добавлением глинозема, который тоже выполняет роль кислоты и может заменить в них SiO₂. Кислые шлаки непригодны при работе на коксе, так как в этом случае создаются благоприятные условия для перехода серы в чугун.

Следовательно, при выплавке чугунов любого заданного качества основная задача заключается в выборе состава шлака. Это достигается при помощи расчета, так как возможности, предоставляемые методами подготовки руд и флюсов, очень ограничены. Так, при обогащении руд не всегда удается значительно увеличить содержание основных металлов (например, керченские бурожелезняковые руды и пр.) или уменьшить содержание фосфора и других вредных примесей до существующих кондиций. Процессы обогащения позволяют изменить в желаемом направлении кислотность или основность шихтовых материалов. Но в ряде случаев достигаемый при обогащении эффект снижения содержания шлакообразующих компонентов не соответствует металлургическим требованиям из-за высоких потерь железа.

Состав шлака с необходимыми физическими свойствами рассчитывают по температурам или теплотам плавления на основе диаграмм плавкости систем СаО + SiO2 и (СаО + + MgO) + SiO2в разных сочетаниях или при плавке сильно кремнистых руд — систем СаО - Al2O3и др.

В древесноугольных домнах образуются более легкоплавкие шлаки, чем в коксовых: в первых плавкостью 340—400 кал, во вторых 350—460 кал.

Плавкость шлаков в доменной печи, работающей на коксе, составляет: при выплавке бессемеровского чугуна 380—400 кал, литейного — до 420 кал, томасовского чугуна около 375 кал. Для выплавки ферромарганца и ферросилиция необходим весьма тугоплавкий шлак — до 460 кал.

Обычные доменные шлаки содержат 30—40% SiO₂, 7—17% Аl₂0₃, 35—45% СаО, 2—6% MgO, 0,5—1,0% FeO и 1,0—5,0% МnО.

Шлаки являются отходом доменного производства. Их используют в качестве исходного сырья при производстве некоторых сортов цемента, шлакобетона и прочих строительных материалов.