6. Основные и кислые металлургические шлаки.

Металлургические шлаки образуются при выплавке металлов и представляют собой продукты высокотемпературного взаимодействия руды, пустой породы, флюсов, топлива. Их состав зависит от этих компонентов, вида выплавляемого металла и особенностей металлургического процесса. Металлургические шлаки подразделяют на шлаки черной и цветной металлургии. В зависимости от характера процесса и типа печей шлаки черной металлургии делят на доменные, сталеплавильные (мартеновские, конверторные, электроплавильные), ферросплавов, ваграночные. Выход доменных шлаков на 1 т чугуна составляет 0,6—0,7 т; при выплавке 1 т стали выход шлаков составляет 0,1—0,3 т. В цветной металлургии выход шлаков зависит от содержания извлекаемого металла в исходной шихте и может достигать 100—200 т на 1 т металла. Химический состав доменных шлаков: СаО 29—30%, MgO 0—18%, Аl2О3 5—23% и SiO2 30—40%. В небольшом количестве в них содержатся оксиды железа 0,2—0,6% и марганца 0,3—1%, а также сера 0,5—3,1%. Сталеплавильные шлаки характеризуются более высоким содержанием оксидов железа (до 20%) и марганца (до 10%). Так же, как и топливные шлаки, металлургические делят на кислые и основные в зависимости от модуля основности. Оксиды, входящие в шлаки, образуют разнообразные минералы, такие как силикаты, алюмосиликаты, ферриты и др. Шлаки имеют высокую истинную плотность — среднее значение 2900— 3000 кг/м3; плотность куска — 2200—2800 кг/м3, большую пористость, высокую морозостойкость, низкую истираемость. Наиболее распространенным способом переработки шлаков является грануляция — резкое охлаждение водой, паром или воздухом. Грануляции подвергают в основном доменные шлаки. Утилизация доменных шлаков составляет около 60%, сталеплавильных — около 30%. Основным потребителем доменных гранулированных шлаков является цементная промышленность. В цементной промышленности также возможно использование медленно охлажденных сталеплавильных шлаков, шлаков ферросплавов и шлаков цветной металлургии. Шлаковые вяжущие подразделяются на бесклинкерные (сульфатно-шлаковые и известково-шлаковые), шлакощелочные и шлакопортландцемент.

Для протекания процесса шлакообра­зования характерно явление вспенива­ния шлака, сопровождающееся рез­ким подъемом уровня шлака над ме­таллической ванной, существенным снижением его плотности, ухудшени­ем теплопроводности и пр. Вспенива­ние шлака заметно влияет на протека­ние ряда процессов; оно может быть как полезным (при вспененном шлаке снижается вынос из ванны плавиль­ной пыли, так как часть пыли задер­живается в шлаке), так и вредным, не­желательным, особенно в агрегатах подового типа (мартеновских, двух-ванных печах), в которых передача тепла осуществляется сверху вниз, че­рез шлак. Процесс образования пены в значительной степени зависит от скорости прохождения объемов газа через поверхность жидкости.

7. В теории нагрева все тела условно делятся на тонкие и массивные.

К тонким относятся те, по сечению которых при нагреве возникает малый перепад температур (обычно он не учитывается, нет t_ц), а к массивным – те, которые характеризуются значительным перепадом (и этой величиной пренебречь нельзя).

Нагрев массивных тел перед пластической обработкой металлов давлением, а также в целях изменения структуры металла ( термическая обработка) является распространенным процессом в промышленности. В процессе нагрева массивных тел, вследствие распределеннос-ти температур по сечению, возникают температурные напряжения, ограничивающие скорость нагрева металла, особенно на низкотемпературной стадии, и определяемые перепадом температур по сечению.

Переход металла из жидкого состояния в твердое (кристаллическое) называется кристаллизацией. Причиной кристаллизации является стремление системы перейти в термодинамически более устойчивое состояние с меньшей свободной энергией, т. е. когда свободная энергия кристалла меньше, свободной энергии жидкой фазы. Переход металла из одного состояния в другое происходит при определенной температуре и сопровождается резким изменением его свойств.

Размер образовавшихся кристаллитов определяется соотношением скорости кристаллизации и числа центров. При большом значении с.к. и малом значении ч.ц., например образуется крупнокристаллическая структура. При малом значении с.к. и большом значении ч.ц. образуется мелкокристаллическая структура. Величина зерна зависит от температуры нагрева и разливки жидкого металла, его химического состава, наличия в нем посторонних примесей. Чем больше примесей, тем больше центров кристаллизации, тем мельче получается зерно.

Использование специально вводимых в жидкий металл примесей для получения мелкого зерна получило название модифицирования. В качестве модификаторов алюминиевых сплавов применяют ванадий, натрий, калий, титан; в качестве модификаторов сталей - алюминий, ванадий, титан; в качестве модификаторов чугуна - магний и церий. Уменьшение величины зерен при кристаллизации сопровождается значительным повышением механических свойств металла (предела прочности, твердости и др.).

8. Обезуглероживание--процесс удаления углерода из жидкого или твердого металлаокислением его кислородом. В производстве стали наибольшее значение имеет кислородноеобезуглероживание в атмосферных условиях; кислород вводится в жидкий металл либо путем вдуваниячерез специальные фурмы, либо с железной рудой, содержащей оксиды железа и добавляемой в шихту призагрузке или на поверхность ванны, либо наведением окислительного шлака. Углерод окисляется пореакциям: [С] + [0] = СО, (1) [С] + 2[0] = СO₂. (2)  Удельное значение реакции (2) в процессе обезуглероживания < 5 %. Существенно влияют на процесс иинтенсивность обезуглероживания кинетические факторы: подвод к месту реакции кислорода и углерода;взаимодействие углерода с кислородом; выделение продуктов реакции — пузырей СО или смеси СО с СО₂ вгазовую фазу. Растворимость СО в металле ничтожно мала, поэтому реакция обезуглероживания протекаетгетерогенно на границе металла с газовой фазой. 

Весьма способствует обезуглероживанию алюминий. Хром тоже помогает обезуглероживанию. Марганец задерживает обезуглероживание. Кремний, никель, вольфрам на обезуглероживание не влияют. 

 С повышением температуры степень обезуглероживания увеличивается.