Технолог-доменщик. Справочник

Волков Ю.П., Шпарбер Л.Я., Гусаров А.К.
Металлургия, 1986 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Технолог-доменщик. Справочник
ПРОЦЕСС ШЛАКООБРАЗОВАНИЯ
 
Шлак является продуктом плавления и взаимодействия невосстановившихся окислов железорудных материалов и золы кокса. Процесс шлакообразования зависит от хи­мического состава и физического строения агломерата и окатышей, распределения температур, газов и шлакообразующих веществ в печи. По мере опускания мате­риалов в печи образуются первичные, промежуточные и конечные шлаки, отличающиеся по составу и свойствам и имеющие разное значение для процесса.
 
Образование первичных шлаков.
При опускании в зо­ны более высоких температур на поверхности и внутри кусков размягченной руды образуются капли первичного шлака. Наиболее легкоплавкие и легкотекучие шлаки образуются в системе FeOSiО2. Количество первичных железистых шлаков зависит от степени восстановления -соответствующих железосодержащих материалов до го­ризонта, где начинает плавиться пустая порода руды. При высоком отношении CaO/SiO2 в пустой породе на­чало образования первичных шлаков происходит при более высоких температурах, а содержание закиси железа в них уменьшается.
 
Промежуточные и конечные шлаки.
По мере опуска­ния первичный шлак, нагреваясь, изменяет свой состав. При Повышении температуры в нем растворяется все большее количество ранее нерастворившихся SiО2, СаО, Al2O3 и MgO. Известь и магнезия, растворяясь в шлаке, вытесняют из химических соединений закись железа и марганца, образуя силикаты кальция и магния. Свобод­ные FeOи МnО, взаимодействуя с твердым углеродом, восстанавливаются, давая Feи Мn. Таким образом, осо­бенностью промежуточных шлаков является постепен­ное повышение их температуры, снижение FeOи МnО и повышение СаО и MgOс полным растворением всех окислов до поступления шлака в горн [17]. Пришедшие в горн шлаки продолжают изменять свой состав и физические свойства под влиянием происходящих здесь процессов: испарения компонентов шлака, окисления чу­гуна кислородом дутья в зонах горения, десульфурации шлаков, восстановления окислов железа и марганца уг­леродом чугуна и кокса и др. На горизонте фурм к шла­ку присоединяется зола кокса. В зависимости от коли­чества шлака и золы кокса и содержания в них окислов в большей или меньшей степени изменяется его состав, Сера поступает в шлак по мере опускания шихтовых ма­териалов. Окончательное содержание ее в шлаке уста­навливается в горне при контакте чугуна со шлаком. Таким образом конечный шлак (выпускаемый из печи) является продуктом соединения промежуточного шлака-с золой кокса, растворения в нем серы и воздействия окислительных и восстановительных процессов в горне
Современная теория строения расплавленных шла­ков, разработанная О. А. Есиным, базируется на ион­ном строении твердых силикатов и аналогичной струк­туры жидких шлаков вблизи температуры кристалли­зации. Теория эта исходит из представления о жидких шлаках как электролитах, полностью или частично диссоциированных на ионы. Свойства шлаков и методы их определения даны в работах [18, 19].
В шлаках печей, выплавляющих передельный чугун, содержание СаО, MgO, А12O3 и Si02 составляет 97— 98 % и более. Необходимо помнить, что пользоваться тройными диаграммами (в системе С—А—S) допустимо применительно к шлакам с низкой концентрацией MgO, в которых сумма CaO+Al2O3+SiO2 составляет не менее 90%. В остальных случаях необходимо применять четырехкомпонентную диаграмму С—М—AS(рис. 13, 14).
 
Вязкость шлаков.
Под вязкостью жидкости понима­ют внутреннее трение, возникающее между отдельными ее слоями бесконечно малой толщины, перемещающи­мися с различными скоростями. Динамическая вязкость в 1 пуаз (П) в системе СГС определяется силой в 1 дин (г-см/с2), которая изменяет разность скоростей двух слоев жидкости поверхностью 1 см2, отстоящих один от другого на 1 см, (на см/с). В международной системе единиц (СИ) вязкость измеряется в единицах, которые примерно в 10 раз больше пуаза. Размерность этой еди­ницы Па-с (И-с/м2). Соотношение единиц измерения динамической вязкости в системах СГС и СИ следующее: Па-с (Н-с/м2) 10 П. Вязкость натуральных шлаков передельного чугуна при температуре 1550°С составля­ет 3—5 П или 0,4—0,5 Па-с.
 
Энтальпия и теплоемкость шлаков.
 Под энтальпией шлака понимается количество тепла, необходимое для нагрева единицы шлака в интервале температур  включая теплоту химических реакций и теплоту плавле­ния. Значения энтальпии доменных шлаков приведены в табл. 32.
 
Плавкость шлаков определяется по диаграмме В. Г. Воскобойникова (рис. 15). Для оценки количества тепла, уносимого шлаком из печи, следует рассчитать энтальпию шлаков при температуре, соответствующей вязкости 0,3 Пас (3 П).
 
Влияние различных факторов на свойства шлаков.
Увеличение отношения CaO/SiO2 до определенного предела понижает вязкость и вызывает рост плавкости шла­ков. С увеличением содержания MgOпредельное отно­шение CaO/SiO2, при котором еще разжижаются шлаки, уменьшается.
Увеличение суммарной основности (CaO + MgO)/Si02 понижает вязкость шлаковых расплавов. Замена 15 % СаО магнезией обусловливает понижение вязкости и, плавкости шлаков, содержащих 5—15 % А12O3.
Разжижающее действие MgOусиливается в шлаках с понижением отношения CaO/SiO2 и увеличением со­держания А12O3. В кислых   шлаках   (CaO/SiO2=0,7) MgOоказывает большое влияние как на вязкость, так и на плавкость.
Установлено положительное влияние Аl203    до 10 % на вязкость и плавкость шлаков. Увеличение содержа­ния А12O3 более 10% в шлаках с CaO/SiO2=l,lи 1,2 соответственно при 5 и 10 % MgOвызывает повышение их вязкости. В шлаках с низким содержанием MgOпри пониженных температурах отрицательное влияние оки­си алюминия на вязкость более ощутимо, чем при высо­ком содержании MgO.