Шлаки в сталеплавильных процессах. Свойства шлаков

Источники образования и общая характеристика металлугрических шлаков

В сталеплавильных процессах роль шлака является огромной. Правильно осуществляемый шлаковый режим обеспечивает высокую производительность сталеплавильных агрегатов и требуемое качество металла. Основными составными компонентами сталеплавильных шлаков являются:

Оксиды образованные от окисления элементов металлической шихты (Si, Mn, Cr, Fe, P и другие).

Оксиды Ca, Si, Fe, Al поступающие в сталеплавильный агрегат с известью, известняком, железной рудой, агломератом, бокситом.

Оксиды Mn, Cr, попадающие в шлак в результате разрушения огнеупорной кладки и наваркиподин основных сталеплавильных агрегатов.

А также SiO₂ из футеровки кислых печей.

В сталеплавильных процессах указанные выше оксиды взаимодействуют и образуют силикаты, алюмосиликаты, шпинели, фосфаты, в шлаках присутствуют и сульфиды металла.

Все процессы выплавки стали происходят при участвие шлаковых расплавив, которые предназначены:

Для поглащения вредных примесей металла, например Р и S.

Для обеспечения необходимой скорости передачи тепла и кислорода в металлической ванне.

Для торможения или полного прекращения перехода металла их атмосферы печей таких вредных для свойств металла как N₂, H₂.

Для регулирования направленностей химических реакций протекающих в сторону окисления или восстановления тех или иных элементов.

Не допускать больших потерь железа и других ценных компонентов металлической ванны в виде химического соединения с кислородом (угар).

Физические свойства шлака

Важнейшими из физических свойств шлака является:

· Степень черноты шлака, а она характеризует способность к поглащения лучистой энергии от факела, чем выше степень черноты, тем больше лучистой энергии воспринимает шлак.

· Теплопроводность шлака, она определяет скорость нагрева металлической ванны.

· Вязкость шлака, она влияет на кинетику процессов проходящих в металлической ванне.

· Поверхностное натяжение шлака. Для поглащения неметаллических включений всплывающих из ванны шлаки должны хорошо смачивать эти включения и быстро растекаться по их поверхности.

· Вязкость и поверхность натяжение имеют в первую очередь технологическое значение, так как в ряде случаев именно вязкость у шлака определяет скорость окислительных процессов и обеспечивается защита металла от газовой атмосферы.

Химические свойства шлака

Известно, что в металлургии главную роль играют основные процессы. Для некоторых целей применяют и кислые сталеплавильные процессы, соответственно шлаки делятся на основные и кислые, эти 2 группы шлаков резко отличаются между собой как по химическому составу так и физическим свойствам. Шлаки сталеплавильных процессов состоят (как основных так и кислых) состоят из основных окислов CaO, MnO, MgO, FeO и кислотных окислов SiO₂, P₂O₅ которые образуют между собой химические соединения. Некоторые амфотерный окислы Al₂O₃, Fe₂O₃ играют двоякую роль в зависимости от среды: в основной среде это кислотные и в кислотной среде - основные окислы.

Говоря о химических свойствах шлаков необходимо отметить такие понятие как реактивоспособность шлаков, она определяется концентрации окислов несвязанных в сложные соединения и способных к взаимодействию с компонентами металла, именно реактивоспособность определяет такие химические свойства шлаков которые имеют практический интерес:

· Окислительная способность шлака.

· Способность шлака раскислить сталь или экстрагировать кислород из стали.

· Способность шлака поглощать вредные примеси металла такие как S, P.

Рассмотрим в указанном порядке выше приведенные свойства стали.

Окислительная способность шлака. Это способность шлака оказывать окислительном воздействие на металлическую фазу, передавая кислород в эту фазу, то есть окислять примеси металлической ванны Si, Mn, C. Окислительная способность определяется активностью ионов железа и кислорода. Окислительная способность шлака приближённо по химическому составу определяется концентрации закиси железа в шлаке (FeO) в не связанной форме прочных соединений и в отдельных случаях окислительная способность определяется соотношением (Fe₂O₃)/(FeO).

Передача кислорода из шлака в металл для окисления элементов металлической ванны становится возможной при условии превышения концентрации кислорода в металле равновесной со шлаком, данного состава при данной температуре, над фактическим содержанием кислорода в металле. То есть [O2]р ш - [O]_ф = Δ[O] > 0 формула (1), где

р ш - содержание кислорода в металле равновесной со шлаком, %

[O]_ф - фактическое содержание кислорода в металле, %

Δ[O] - привышения равновесного содержания кислорода над фактическим.

Способность шлака раскислить сталь или экстрагировать кислород из стали. Это свойство противоположное окислительной способности шлака, оно выражено тем больше, чем меньше концентрация оксидов железа в шлаке и прежде всего закиси железа (FeO). Уменьшая концентрацию закиси железа в шлаке согласно формулы (1) мы можем получить Δ[O] < 0, то есть шлак в это случае способен не передавать кислород в металл, а поглощать его из металла. Такой шлак называется раскеслителя нам или восстановительным. Если превышения равновесного содержания Δ[O] = 0 из формулы (1) - шлак не обломает не окислительной не раскислительной способностью, такой шлак называется нейтральным.

Способность шлака поглощать вредные примеси металла такие как S, P. Эта способность шлака зависит от соотношения концентраций основных и кислотных оксидов химические свойства основных шлаков определяются прежде всего степенью преобладания основных оксидов над кислотными или основностью шлака В. Чем выше основать шлака (В), тем в условия равновесия с металлом шлак может больше удерживать фосфора и серы. Основность шлака (В) определяют по химическому составу шлака чаще всего как соотношение B = CaO/SiO₂, однако более полное выражение основность, это B = CaO+MgO/SiO₂+P₂O₅.