Т а б л и ц а 2

Влияние отдельных компонентов шлака на пенообразование при поверхностном кипении мартеновской ванны

Наименование	Компоненты шлака
FeO + Fe2O3	Cr2O3	WO3	V2O5	P2O5	SiO2	MnO	CaO	MgO	Al2O3	CaF3
Пенообразователи шлака	+	+	+	+
Поверхностно-активные компоненты на границе шлак-газ	+	+	+	+	+
Поверхностно - инактивные компоненты на границе шлак-газ								+	+	+	+

Таблица 3. Поверхностное натяжение железа на границе с окисной фазой, содержащей FеО, при температуре 1560°С

Состав шлака, %	Плотность шлака кг/м^3	Межфазное Натяжение мДж/м^3
FeO	Fe2O3	СаО	SiO2	MgO	Al2O3
	0,03	58,5	29,2	5,9	2,5
	0,4	52,3	28,6	6,3	2,5
	0,9	52,4	30,1	7,4	2,5
	1,6	48,2	26,1	8,6	6,0
	2,1	40,9	28,8	12,4	2,5
	2,0	42,6	28,0	9,4	2,0
	3,3	32,0	26,5	13,0	2,5
	4,3	29,5	29,4	11,5	1,1
37,2	8,0	12,0	21,3	17,3	3,2
47,5	2,4	1,5	18,0	21,5	2,0
56,1	6,0	1,0	16,9	18,3	1,4
59,2	7,1	0,9	15,5	14,4	1,5
62,9	5,6	2,1	12,4	12,5	1,2
68,6	4,3	-	17,9	9,2	-
85,5	9,2	2,3	0,5	3,4	-

Конечные шлаки доменного и электросталеплавильного процессов при незначительном содержании закиси железа

(0,3—0,8%) имеют белый цвет. Черный цвет шлаков кислородно-конвертерного и мартеновского процессов обусловлен высоким содержанием окислов железа (10—20%). Шлаки с повышенным содержанием МnО имеют зеленоватый цвет.

Отрицательное влияние высокожелезистых шлаков заключается в том, что под влиянием окислов железа резко снижается поверхностное натяжение на границе металл — шлак. Шлаковые расплавы обладают электропроводностью. В общем виде электропроводность вещества определяется произведением числа носителей заряда на их подвижность:

æ = neλ

где n — число носителей заряда; е — заряд электрона;

λ — подвижность.

Изучение электропроводности жидких силикатов подтверждает ионную природу силикатных расплавов. В зависимости от состава абсолютная величина электропроводности металлургических шлаков колеблется в пределах от 0,1 до 10 Ом/см. С увеличением кислотности электропроводность шлаков понижается и повышается с ростом содержания в них основных окислов. Носителями зарядов в железистых шлаках являются как ионы, так и электроны проводимости, а также дырки. Таким образом, общая величина удельной электропроводности составит

æ = æ_n + æ_э

где æ_n — ионная проводимость; æ_э— электронно-дырочная проводимость.

С повышением температуры электропроводность шлаковых расплавов увеличивается. Зависимость электропроводности жидкостей подчиняется экспоненциальному закону

æ =

где А_n — коэффициент пропорциональности; æ — удельная злектро-проводность; K — постоянная Больцмана; Е_а — энергия активации электропроводности.

Расплавленные, а в определенных случаях и твердые шлаки могут служить электролитами в гальванических элементах. На свойствах шлаков как ионных проводников или проводников второго ряда основаны электрошлаковый переплав и обычный сталеплавильный процесс в дуговых печах.

8. При растворении извести и других флюсующих материалов в шлаковой фазе на границе растворяющийся материал — шлаковая фаза возникает диффузионный пограничный слой, через который протекает молекулярная диффузия.

Раннее получение активного шлака в сталеплавильных процессах — одна из важных технологических задач. В основном сталеплавильном процессе сдерживающей стадией шлакообразования является растворение извести в шлаковом расплаве. Ускорению растворения извести в шлаке способствуют его компоненты FеО и МnО. При высоких температурах этот процесс начинается с образования твердых растворов путем замещения в решетке СаО части ионов Са²⁺ ионами Fе²+ и Мn²+. С повышением концентрации ионов Fе²+ и Мп²⁺ в твердом растворе постепенно снижается температура плавления и наружные слои извести начинают оплавляться. Активное растворяющее действие окислов железа и марганца на известь обусловлено также и тем, что с увеличением содержания FеО и МnО существенно улучшается смачивание кусков извести шлаком, в результате чего усиливается проникновение шлака в поры и трещины кусочков извести.

Растворение извести в шлаке можно рассматривать как про-цесс, состоящий из двух этапов:

- На первом этапе (проникновение и диффузия жидкой фазы в массу куска извести) увеличивается поверхность соприкосновения обеих фаз и понижается температура плавления извести в результате образования твердых растворов и химических соединений. На втором этапе растворяется поверхностный слой извести в шлаке, и растворенная окись кальция отводитcя в объем жидкого шлака путем диффузии.

Kинетика растворения извести в значительной мере определяет десульфурацию металлической ванны в сталеплавильных процессах, при этом немаловажное значение имеет качество извести. Последнее обычно оценивалось только по химическому и гранулометрическому составам (% СаО_общ, размер кусков). Вместе с тем из опытных данных следует, что при одних и тех же высоком содержании СаО_общ и гранулометрическом составе скорость растворения извести в шлаке может быть различной.

Главную роль при растворении играет реакционная способность извести, связанная с ее кристаллической структурой и определяемая количеством молекул, находящихся в активном состоянии.

Реакционная способность извести зависит от ее пористости, числа активных молекул СаО и характеризуется скоростью гашения: чем быстрее она гасится, тем выше реакционная способность.

Мягкообожженная известь, полученная в печи кипящего слоя, имеет большое количество мелких пор. Наличие последних облегчает диффузию легкоплавких компонентов шлака в глубинные слой куска извести и тем самым ускоряет аcсимиляцию ее шлаком.

Одним из основных направлений ускорения шлакообразования в металлургических процеосах является применение шлакообразующих материалов, в частиости комплексных флюсов. Особенность комплексных флюсов — наличие в их составе химических соединений СаО с окислами железа.

Растворению частиц извести в жидком шлаке предшествует смачивание и пропитывание их шлаковым расплавом, при этом скорость указанных стадий процесса в конечном итоге оказывает влияние на скорость растворения извести. Глубина проникновения шлака в поры извести δ определяется из уравнения

а линейная скорость

где — поверхностное натяжение шлака на границе с газом; — радиус поры; — время.

Результаты исследований смачиваемости извести и флюса промышленными шлаками показали, что по внешнему виду флюс представлял куски извести, покрытые оболочкой химических соединений с окислами железа. Такой флюс получался при совместном обжиге известняка и прокатной окалины. Опыты по определению краевых углов смачивания проводились на лабораторной установке при температуре 1400—1450°С. Шлаки для опытов отбирали из промышленного конвертера. Подложки изготовлялись из мягкообожженной извести и комплексного флюса. Процесс смачивания снимали кинокамерой со скоростью 24 кадра в секунду.

Исследованиями установлено, что подложки из комплексного флюса смачиваются лучше, чем известью. Это обусловлено более близким сходством структур шлака и оболочки флюса. С повышением содержания в шлаках Fе₂О₃, FеО, МnО смачиваемость извести и комплексного флюса улучшается, причем различие в смачиваемости этих материалов менее выражено.

Рис. 1. Tройная диаграмма

(СаО +МnО)—SіО₂—(FеО + Fе₂О₃) изменения состава шлака в период продувки в кислородном конвертере.

Дата добавления: 2014-01-05