1.3.3. Состав и свойства шлаков

Как уже указывалось состав чугуна во многом зависит от состава и свойств шлаков. Поэтому для каждого вида выплавляемых чугунов соответствует определенный состав шлака. В табл. 1.10 приведены составы шлаков на передельный, литейный чугуны и ферросплавы для основных металлургических комбинатов стран СНГ [38].

Видно, что шлаки на передельный чугун на МК состоят из 38-40 % SiO₂, 45-48% CaO: 6,0-7,0% А1₂О₂ и 5,0-7,0% MgO. За исключением МК «Азовсталь», в шлаках содержится сравнительно небольшое количество FeO и МnО. На всех МК основность шлака практически одинакова и составляет 1,32-1,34. При выплавке литейных чугунов на этих же МК состав шлака не изменяется, только содержание СаО находится на верхнем пределе 47-48 % и плавка идет с повышенным нагревом горна. Из табл. 1.10 видно, что на МК восточных районов России шлаки менее основные 1,21-1,28 против 1,32-1,34 по отношению (СаО + МgО)/SiO₂. Это объясняется повышенным содержанием в шлаках глинозема от 11 до 15 %. Глиноземистые шлаки плавятся при более высоких температурах и приходят в горн с более высокой температурой. Кроме того, восточные металлургические предприятия работают на коксе с содержанием серы 0,5-0,7 %, в то время как донецкий кокс имеет 1,5-1,8 % S. Из таблицы видно, что на доменных печах Украины содержание серы в шлаке 1,9-2,2 %, а в шлаках доменных печей ММК, КМК и ЧерМК серы в шлаке содержится в три раза меньше (0,6-0,69 %). Поэтому при меньшей основности шлаков, содержание серы в чугуне составляет 0,014-0,024 против 0,03-0,035 % для условий Украины.

Как было показано выше основность шлака оказывает значительное влияние на содержание S в чугуне. При этом основные шлаки при незначительном изменении температуры (например, с 1470 до 1430⁰С) теряют подвиж

ность и становятся более вязкими. Такие шлаки называют короткими. Кислые шлаки называют длинными, поскольку вязкость у них изменяется в большем интервале температур (с 1280 до 1470⁰С). Вязкость шлаков также оказывает большое влияние на их серопоглотительную способность. Высокоосновные, но малоподвижные шлаки имеют более низкую серопоглотительную способность по сравнению со шлаками меньшей основности, но более подвижных.

На рис. 1.35 представлена зависимость коэффициента распределения серы (L_S = (S)/[S], где (S) количество серы в шлаке, [S] – количество серы в чугуне) от нагрева (т.е. вязкости) и основности шлака. Видно, что при одной и той же основности, например 1,4, при температуре шлака (t_ш) 1400⁰С L_S=15, t_ш=1450⁰С – L_S = 32 и при t=1500⁰С – L_S=44. Таким образом повышение t_ш на 50⁰С увеличивает L_S в 1,5 – 2 раза. Примерно в таком же соотношении изменяется и содержание серы в чугуне.

Для реальных (табл.1.10) шлаков динамическая вязкость (g) в зависимости от температуры, составляет, Па^.с:

1600 0С	1500 0С	1400 0С	1300 0С	1250 0С
0,12-0,20	0,15-0,30	0,25-0,38	0,60-1,20	1,20-2,80
Па.с = 10П(пуаз) = 1 Н.с/м2;

Один пуаз равен вязкости воды при 20⁰С. Обратная величина коэффициенту динамической вязкости 1/ называется текучестью.

Вязкость оптимальных шлаков при выплавке передельного и литейного чугунов при 1500⁰С не должна превышать 0,30 – 0,35 Па^.с. В условиях форсированного хода печей, низкого расхода топлива конечные шлаки должны переходить в жидкоподвижное состояние при температуре 1250-1300⁰С. Более высокая плавкость шлаков способствует образованию неустойчивого гарнисажа, настылей, высокому нижнему перепаду давления газов, загромождению горна. Температура начала кристаллизации конечных шлаков не должна превышать 1500⁰С, в противном случае в шлаке появляются кристаллические образования и понижается его активность. При колебаниях температуры в пределах ± 25⁰С и основности ± 0,5 шлаки должны обладать устойчивыми свойствами. Наличие в шлаках MnO или фтористых соединений делают шлаки более подвижными и текучими. Добавка карбидов титана, оксида бария и различных механических взвесей (коксовая мелочь) делают шлак более вязким [41,42].