2. Методи опису властивостей шлаку

Оскільки шлак являє собою багатокомпонентну систему, важко встановити сувору кількісну зміну властивостей шлаку при одночасній зміні вмісту в ньому кількох складових.

Для встановлення таких залежностей багатокомпонентний шлак умовно приймається складеним із трьох компонентів, наприклад із SiО₂, А1₂Оз, СаО, сума яких звичайно складає у кінцевому шлаку 90-95%. Сума цих оксидів приймається за 100%.

Я кщо досліджуються властивості первинних шлаків, то за 100% приймається сума SiО₂, СаО, FeO, оскільки первинні шлаки складаються головним чином із цих трьох оксидів. Вплив зміни складу трьохкомпонентного шлаку на його властивості може бути оцінено за допомогою трьохвісних діаграм. Вперше графічне зображення стану трехкомпонентних систем запропонував видатний американський фізик-теоретик Д.У.Гіббс в 1873 р. (трикутник Гіббса).

Побудова трьохвісних діаграм заснована на тому, що в рівнобічному трикутнику сума відстаней від будь-якої точки всередині трикутника до його боків дорівнює висоті трикутника. При цьому у верхівках трикутника розташовуються чисті компоненти, шлаки із двох компонентів на боках трикутника, а трьохкомпонентні шлаки – в середині трикутника (рис. 5.1).

Прийнявши висоту трикутника за одиницю або 100%, можна будь-який склад шлаку в цій системі відобразити однією точкою.

Наприклад шлак, що містить 40% SiО₂, 10% А1₂О₃ і 50% СаО відображається точкою А, а той, що містить 70% SiО₂ і 30% СаО – точкою Б.

За допомогою трьохвісних діаграм описуються такі властивості трьохкомпонентних шлаків, як температура плавління, в'язкість, плавкість. З'єднуючи лініями точки, що характеризують склади шлаків з однаковими властивостями, отримують ізотерми, ізокоми і ізокалі, тобто лінії рівних температур, в'язкостей і плавкостей.

5.4.3. Температура плавління

За температуру плавління шлаку приймають момент його переходу із анізотропного (кристалічного) стану в ізотропне (скловидне).

Найбільш тугоплавкими, є чисті оксиди (рис.5.2). Температура плавлення А1₂О₃ і СаО (2050 і 2572°С) вище температур, які мають місце в доменній печі, а температура, достатня для розплавлення, SiО₂ (1713°С) досягається лише в обмеженому об'ємі верхньої частини горна (в зонах горіння).

Рис. 5.2. Діаграма температур плавлення шлаків системи SiО₂–А1₂О₃–СаО

Найбільш легкоплавкими є тройні евтектики, склад яких характеризується точками перетину трьох ліній розділу областей кристалізації. Так, евтектика тридиміт–псевдоволастоніт–анортіт, що містить 62% SiО₂, 14,75 % А1₂О₃ і 23,25 % СаО плавиться при 1155°С.

Зміна температур плавлення зі зміною вмісту SiО₂ в кислих шлаках здійснюється поступово. Такі шлаки називають стійкими.

В основних шлаках, що містять 35-40% SiО₂, 5% СаО, температури плавлення різко змінюються при незначній зміні вмісту SiО₂ і СаО. Шлаки, які різко змінюють властивості із незначною зміною складу називають нестійкими.

Діаграма системи СаО -SiO₂ - Al₂O₃ – робота співробітників Геофізичної лабораторії у Вашингтоні (США) Шеферда, Ренкіна і Райта. Ця робота потребувала багатьох років кропіткої праці (публікації 1911-1916 рр.) Для складання діаграми були потрібні виміри більше 500 точок і до 5000 окремих термічних і оптичних вимірів. В подальшому великий внесок у вивчення фізико-хімічних властивостей доменних шлаків зробили дослідники інших країн, зокрема науковці колишнього Радянського Союзу – В.В. Михайлов, Н.В.Рулла, І.П.Семик, В.Г.Воскобойников, І.С. Куликов, А.А.Гіммельфарб, Н.Л. Жило та ін..