5.4.4. В'язкість шлаку

В'язкість обумовлена внутрішнім тертям, що виникає між окремими шарами рідини, які переміщуються із різними швидкостями. Якщо сила в 1Н змінює різницю швидкостей двох шарів рідини поверхнею в 1м², що відстають один від одного на 1м на 1м/с, то в'язкість рідини дорівнює 1 Па∙с. Раніше використовували величину 1пуаз [дінс/см²]

1пуаз = 0,1 Н∙с/м²

В'язкість або обернена їй величина текучість характеризують рухомість шлаку при даній температурі. Шлак на випуску із доменної печі має в'язкість при нормальному нагріві порядку 0,3-0,5Па∙с (3-5 пуаз).

Розглядання разом трикутних діаграм температур плавлення і в'язкості дозволяє вибрати склад шлаку, що має не тільки оптимальну температуру кристалізації, але й достатню текучість. За діаграмою в'язкості можна вибрати також стійкі шлаки. Шлаки, ізокоми котрих розташовані рідко, стійкі по в'язкості. Близьке розташування ізоком свідчить про нестійкість шлаків по в'язкості при незначній зміні складу в'язкість шлаків змінюється в широких межах.

Найбільш рухомі шлаки розташовані в обмеженій області 40% SiО₂, 10% А1₂О₃ і 50% СаО. При зниженні вмісту СаО від 50 до 35% вміст А1₂О₃ є величиною сталою, а в'язкість шлаків зростає з 0,3 до 2 Па∙с. Таке ж підвищення в'язкості шлаку відбувається при збільшенні вмісту СаО від 52 до 55%, тобто збільшення вмісту СаО вище 52% робить шлак нестійким.

Збільшення кількості FeO в шлаку різко знижує його в'язкість при будь-якому вмісті SiО₂, СаО і А1₂О₃. В кінцевому шлаку міститься не більше 0,3-0,7% FеО і його вплив на властивості шлаку не проявляється. Але високозакисний агломерат (вміст FеО>20%) і зварювальний шлак застосову-ються як реагенти для промивання горна, оскільки ці важковідновлювальні щільні матеріали дозволяють збільшувати в проміжних шлаках частку FеО, що знижує їх в'язкість.

Збільшення кількості МnО в шлаку знижує його в'язкість подібно FеО. При виплавці переробних чавунів з високим вмістом Мn, дзеркального чавуну і феромарганцю МnО виявлявся розріджувальний вплив не тільки на первинні і проміжні, але й кінцеві шлаки. Тому марганцеві руди і агломерат використовують в якості реагентів для промивання горна.

Підвищення вмісту МgО в шлаку до визначеної межі (5-20%) викликає зниження температур плавлення і в'язкості шлаку. Подальше підвищення вмісту МgО приводить до зростання температур плавлення і в'язкості шлаку. Зважаючи на розріджувальний ефект MgO доменна плавка на магнезіальних шлаках отримала розповсюдження.

При вмісті А1₂О₃ в розплаві до 10% луги Na₂O і К₂O знижують температуру плавлення і в'язкість. Із збільшенням вмісту А1₂О₃ зверх 10% додача лугів підвищує температуру плавлення і в'язкість шлаків.

Ефективним розріджувачем шлаку є плавиковий шпат СаF₂, який іноді застосовується для промивання горна.

Підвищення вмісту в шлаках СаS до 3-4% знижує їх в'язкість і температуру плавлення. Дальше підвищення вмісту СаS в розплаві приводить до зворотного ефекту.

В’язкість шлаку залежить, перш за все, від температури (рис.5.3). Якщо при 1400^оС в’язкість основних доменних шлаків біля 1-1,5 Н·с/м², то при 1500^оС вона знижується до 0,3-0,7Н·с/м², а при 1600^оС – до 0,2-0,3 Н·с/м², тобто до найбільш прийнятної рухомості розплаву.

Рис. 5.3 В’язкість (цифри біля ізоком, Н·с/м2) розплавів в системі СаО-SiO2- Al2O3 при 1400 (а), 1500 1600

В 'язкість кислих шлаків при охолодженні підвищується повільно (крива 1, рис. 5.4.)

Основні шлаки більш текучі, але при незначному зниженні температури різко змінюють в'язкість (крива 2) і швидко застигають. Це пов'язано особливостями застигання шлаків: кислі застигають в скло некристалізуючись, а в основних на початку кристалізації з’являються кристали. В результаті основний шлак перетворюється в суспензію кристаликів в рідкій масі і в'язкість його швидко зростає.

Шлаки, що змінюють в'язкість в широкому інтервалі температур, називають довгими, а шлаки, різко змінюючи в'язкість при незначній зміні температур – короткими. Довгі шлаки є стійкими по в'язкості, короткі –нестійкими.