Теория и технология доменного процесса

Раздел ГРНТИ: Производство черных металлов и сплавов
Бабарыкин Н.Н.
Магнитогорск, г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Теория и технология доменного процесса

 

4.8. СВОЙСТВА КОНЕЧНЫХ ШЛАКОВ
4.8.1. Требования к шлакам
По условиям производства конечные шпаки должны легко удаляться из печи, оставлять в транспортных желобах мало застывшей массы и хорошо поглощать серу. В связи с этими главными критериями оценки свойств шлаков служат: дина­мическая вязкость, температура хорошей текуче­сти, температура застывания, устойчивость физи­ческих свойств, поверхностное натяжение и обес­серивающая способность.
 
Динамическая вязкость характеризует вели­чину силы внутреннего трения между слоями жид­кости, перемещающимися с разной скоростью. В системе СИ за единицу вязкости принята сила 1 Н, обеспечивающая разность скоростей 1 м/с двух слоев жидкости с поверхностью соприкосновения 1 м2. Размерность этой единицы, не имеющей на­звания. Пас. Ее значение в десять раз больше Пуа­за (П) - единицы вязкости, применявшейся в сис­теме СГС: Пас= 10 П.
Величину, обратную вязкости, именуют те­кучестью. Поэтому жидкости с высокой вязкостью имеют малую текучесть, с малой вязкостью - высо­кую текучесть.
Температура хорошей текучести определяет нагрев шлака, при котором он легко выходит из печи и быстро перемещается по транспортным же­лобам. В производственных условиях этот крите­рий является главным. По нему устанавливают не­обходимый уровень нагрева чугуна и шлака.
Хорошей текучестью обладают расплавы с вязкостью 0,3-0,4 Пас. В зависимости от химиче­ского состава нагрев таких расплавов на выпуске составляет 1450-1500°С.
 
Температура застывания определяет предел сокращения нагрева, ниже которого нормальная работа доменной печи не возможна из-за появления в горне, горновом и транспортном желобах боль­шой массы твердеющего шлака. Чугун в этих усло­виях может сохраниться жидким, так как темпера­тура его кристаллизации на 100-150 град ниже температуры твердения шлака.
Часто последний критерий отождествляют с температурой плавления систем CaO-Al203-Si02 или CaO-Al203-Si02-MgO. Но такой подход не кор­ректен по двум причинам. Во-первых, в упомяну­тых системах за точку плавления принята темпера­тура, при которой аморфная изотропная смесь чис­тых оксидов приобретает кристаллическое анизо­тропное строение. Из-за отсутствия у шлаков четко выраженной точки перехода из жидкого состояния в твердое температуры плавления и твердения не всегда совпадают. Во-вторых, в доменных шлаках содержится не 3-4, а большее число компонентов (СаО, А12O3, SiO2, MgO, TiO2, CaS, FeO, MnO,K2O,Na2O), каждый из которых по-своему влияет на температуру твердения. В итоге суммарный ре­зультат действия многих компонентов заметно от­личается от действия трех или четырех.
Более точно о температуре твердения реаль­ных шлаков можно судить по лабораторным опы­там, в которых вязкость медленно охлаждаемого расплава начинает превышать 10 Пас.
 
Обессеривающая (серопоглотительная) спо­собность характеризует величину поглощения серы шлаком. Различают фактическую и равновесную обессеривающую способности, из которых первая отвечает реальным условиям плавки, вторая - рав­новесному состоянию системы чугун-шлак-углерод. Мерой серопоглотительной способности служит безразмерный коэффициент распределения серы между шлаком (S, %) и чугуном [S, %]
LS=(S)/[S].
Степень достижения равновесия по сере оп­ределяют по отношению фактического и равновес­ного коэффициентов ее распределения
m= Ls/ Ls°.
 
4.8.2. Методы исследования свойств шлаков
Для изучения свойств шлаков используют расплавы: натуральные, полусинтетические и син­тетические. Первые соответствуют реальным до­менным шлакам, вторые получены на основе ре­альных добавкой 1-3 оксидов марки ЧДА (чистых, для анализа), последние сплавлены из чистых ок­сидов в желаемом соотношении.
Полусинтетические и синтетические шлаки используют в случаях предстоящего значительного изменения состава рудной части доменной шихты или перехода на новую рудную базу с другим соот­ношением шлакообразующих в агломерате и ока­тышах. На ММК необходимость изучения свойств упомянутых шлаков появилась в 1950-1960 гг. в связи с выводом из шихты марганцевых добавок и вовлечением в производство чугуна большого ко­личества железных руд других месторождений.
Вязкость шлаков измеряют посредством вискозиметров ротационного или вибрационного типа. В первом случае соединённый с механиче­ским или электрическим двигателем шпиндель прибора (рис. 4.53) под действием силы внутренне­го трения изменяет крутящий момент двигателя пропорционально вязкости жидкости. Во втором шпиндель вискозиметра меньшего поперечного сечения совершает вертикальные возвратно-поступательные дви­жения с резонансной частотой и макси­мальной амплитудой. Трение шпинделя о жидкость увеличивает кажущуюся массу вибратора и уменьша­ет амплитуду его движения, по которой судят о вязкости рас­плава.
Вискозиметры градуируют при ком­натной    температуре по жидкостям известной вязкости и одинаковой со шлаком плотности.
Перед измерением вязкости шлак нагревают до 1600°С в вертикальной трубчатой электропечи в платиновом или молибденовом тигле с применени­ем защитной атмосферы (аргона). Температуру оп­ределяют платина-платинородиевой или вольфрам-рениевой термопарой, вязкость измеряют при ох­лаждении шлака со скоростью 5 град/мин в начале охлаждения и 3 град в конце (перед затвердевани­ем).
Результаты измерения вязкости представляют на диаграммах температура - вязкость (t- η), в таб­лицах и на других диаграммах.
Коэффициент распределения серы L, вычис­ляют по лабораторным и производственным дан­ным. В первом случае в вертикальную трубчатую электропечь помещают графитовый тигель с навес­ками чугуна и шлака. Содержимое тигля нагревают до заданной температуры в восстановительной сре­де и выдерживают до получения постоянной кон­центрации серы в обоих расплавах. Иногда для га­рантии достижения равновесия в системе чугун-шлак в шлак вводят мешалку, подобную шпинделю ротационного вискозиметра. Во втором случае ис­пользуют химические анализы выпускаемых из до­менной печи расплавов.
Результаты вычислений Lsи степени исполь­зования обессеривающей способности шлаков представляют в таблицах или на различных диа­граммах с указанием температуры и химического состава обоих расплавов.
Несмотря на большое количество исследований, простого и достаточно точного ме­тода вычисления Lsдля заданных условий плавки не имеется. Это вызвано в первую очередь несоответствием условий лабораторных опытов действительному ходу процесса десульфурации. В частности, в тиглях чугун и шлак контактируют только по поверхности слоев постоянной высоты, в каждом из которых благодаря боковому подводу тепла возникают слабые конвективные потоки, ускоряющие выравнивание температуры и состава.
В горне промышленных агрегатов из-за при­сутствия кокса конвективное движение расплавов отсутствует, а площадь контакта слоев невелика. Основная часть десульфурации совершается во время прохождения капель металла через слой шла­ка меняющейся высоты. Длительность пребывания гранул чугуна в шлаке не измерена, но она несо­мненно во много раз меньше времени достижения равновесия (2-6 ч) в большинстве лабораторных исследований.
Наконец, в доменной печи десульфурация чу­гуна завершается во время интенсивного переме­шивания потоков металла и шлака в канале чугун­ной летки и горновом желобе. В лабораторных опытах этот процесс не учитывают.