книги из ГПНТБ / Жило, Н. Л. Формирование и свойства доменных шлаков

Слишком ранний и поздний процессы шлакообразова­ ния нежелательны, так как раннее шлакообразование влечет за собой расширение труднопроницаемой для га­ за зоны по высоте печи, а поздний процесс шлакообразо­ вания сопровождается формированием весьма тугоплав­ ких шлаков, вызывающих загромождение горнов домен­ ных печей.

Изменение основности и в этой связи изменение мине­ ралогического состава агломератов оказывают сущест­ венное влияние на их температуру и интервал размягче­ ния, а также восстановимость.

Самую высокую температуру начала размягчения (в среднем 1130° С) и наиболее узкий интервал размягче­ ния имеют агломераты с основностью 1,3—1,5, получен­ ные из богатой криворожской руды. При понижении ос­ новности агломератов до 0,7—1,0 и повышении ее до 1,6— 1,7 температуры начала размягчения понижаются в сред­ нем на 25—30° С.

Агломераты, полученные из бедных криворожских руд, имеют более низкие температуры начала размягче­ ния (990—1110° С). При увеличении их основности до 1,3—1,4 температуры начала размягчения растут быст­ рее, чем у агломератов из богатых руд.

Частично восстановленные (на 30—60%) руды и агло­ мераты, а также офлюсованные окатыши из соколовскосарбайских руд размягчаются при более низкой темпера­ туре, чем в исходном состоянии.

Большое влияние на процессы шлакообразования ока­ зывают окись алюминия и окись магния, а также приро­ да соединений, в которые входят эти окислы.

Повышенное количество глинозема в рудах приводит к появлению в агломератах более сложной алюмоси­ ликатной и алюмоферритной связки, затрудняющей про­ цесс восстановления железа.

При содержании менее 2% А120 3 температура раз­ мягчения агломерата и его восстановимость более высо­ кие по сравнению с агломератом с 7% А120з, так как в аг­ ломерате с 7% А120 з присутствует трудно восстановимый браунмиллерит 4 Ca0-Al20 3-Fe20 3. Агломерате 12% А120з содержит легко восстановимые ферриты ЗСаО- •FeO-7 Fe2C>3 и СаО- А120з-2 Fe2C>3, в результате чего его восстановимость увеличивается, а температура размягче­ ния становится ниже, чем у агломерата, содержащего ме­

20

нее 2% А120 з. Вхождение А120з в решетку магнетита тор­ мозит процесс восстановления железа.

Основной шлаковой минеральной фазой с участием глинозема является геленит (2 Ca0-Al20 3-Si02) и реже анортит (СаО-А120з-2 Si02) и глиноземистый пироксен (Ca0-Al20 3-Si02). В агломератах из глиноземистых руд с магнезиальной пустой породой возможно вхождение глинозема в состав алюмомагнезиальной шпинели MgO-

•А120 з, которая может присутствовать в свободном виде или входить в раствор магнетита [38].

При образовании кальциевых алюмосиликатов глино­ зем оказывает положительное влияние на процессы шла­ кообразования. Однако наличие в шлаках или агломера­ тах шпинельной фазы Mg0 -Al203 с очень высокой темпе­ ратурой плавления отрицательно сказывается, как на хо­ де шлакообразования, так и на физических свойствах и обессеривающей способности доменных шлаков. Магне­ зия в рудах может оказывать различное влияние и на

(2,0—2,7%) за счет уменьшения количества закиси же­ леза, связанной в силикаты, и замены их магнезиальны­ ми силикатами и повышать прочность агломерата. С дру­ гой стороны, при концентрациях 5—8% MgO (в агломе­ ратах опытных плавок ЧМЗ и агломератах из тейских руд КМК) окись магния может ухудшать восстанови­ мость в связи с образованием магнезиоферрита, магнезиовюстита и шпинели и вхождением их в состав магнетита. Как в том, так и в другом случае увеличение количества магнезии в агломератах приводит к росту температуры, их размягчения и понижению зоны первичного шлако­ образования и, следовательно, сокращение ее по высоте доменной печи.

При образовании силикатов (акермагнита, клиноэнстатита, диопсида) окись магния улучшает свойства шла­ ковых расплавов и тем самым оказывает положительное влияние на процессы шлакообразования, в то время как образование магнезиовюстита, ' магнезиоферрита, фор­ стерита, шпинели и вхождение их в виде твердофазных включений г в образующиеся шлаки отрицательно влияет на ход шлакообразования.1

21

Глава II

ВЯЗКОСТЬ И ТЕМПЕРАТУРА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ДОМЕННЫХ ШЛАКОВ

1. СИНТЕТИЧЕСКИЕ ШЛАКИ1

Доменные шлаки являются многокомпонентной ок­ сидной системой, изучение свойств которой при высоких температурах представляет значительные трудности. По­ этому большинство исследований проводили с учетом предположения, что шлаки состоят из трех или четырех компонентов, влияние же остальных составляющих учи­ тывалиособо.

Система СаО — А1а0 3— Si02

Тройная система СаО—А120з—Si02 лежит в основе большинства доменных шлаков заводов Юга и Центра

1 Под синтетическими шлаками подразумеваются шлаки, при­ готовленные синтетическим путем из ограниченного числа компо­ нентов.

22

страны. Диаграмма состояния этой системы, отражаю­

-AI20 3-2Si02 и 2Ca0-Al20 3-Si02 с температурами плав­ ления 1550 и 1590° С соответственно, а также тройные эвтектики, состав которых приведен в табл. 1.

Новейшие исследования вязкости шлаков тройной системы СаО—А120 3—Si02 выполнены Мачином и Тин Боо Ии [6] в платиновой аппаратуре при 1500° С и более низких температурах и представлены на рис. 1.

Результаты сопоставления полученных данных с дан­ ными Мак-Кеффери [5] показывают (табл. 2), что в об­ ласти составов, характеризующихся содержанием СаО в пределах 40—50% и А120 3— в пределах- 5—20%, вяз-

1 Вязкость приведена в пуазах.

23

Т а б л и ц а 1

Рис. 3. Диаграммы вязкости шлаков системы MgO—А12Оз—SiOj при 1650, 1600, 1500 и 1450° С по Н. Л. Жило. Темные точки — нерасплавленные шлаки

Система MgO — А120 3— Si02 с добавками СаО

Наиболее систематизированное исследование вязко­ сти и плавкости шлаков данной системы в графитовых тиглях при 5, 10, 15, 20 и 25% СаО выполнено И. П. Се­ миком [42].

В более позднее время автором проведено изучение вязкости шлаков системы MgO—AI2O3—БЮг при 2, 5 и 10% СаО (рис. 4—6). Из диаграмм видно, что введение до 10% СаО в изучаемые расплавы не изменяет харак­ тера расположения изоком в данной системе, лишь уменьшает вязкость шлаков при всех температурах. Шлаки с 10%) СаО становятся текучими даже при 1400° С, тогда как шлаки, не содержащие СаО, при дан­ ной температуре находятся еще в нерасплавленном со-

то °с

Рис. 4. Диаграммы вязкости шлаков системы MgO—АЬОз—SiOa с 2% СаО при 1660, J6Q0, 1500 и 1450° С по Н. Л. Жило

30

стоянии. Это свидетельствует о том, что под влиянием СаО происходит понижение не только вязкости, но и температуры плавления шлаков. Кроме того, область шлаков с минимальной вязкостью в системе MgO— A.I2O3—SiC>2 в присутствии окиси кальция перемеща­ ется в направлении понижения содержания MgO.

Система СаО — MgO — А120 3— Si02

Система СаО—MgO—А120 3—Si02 лежит в основе большинства шлаков современного доменного производ­ ства. Диаграммы состояния шлаков этой системы при 5, 10, 15, 20% А120 3 изучены авторами работы [7] и пред­

Рис. 5. Диаграммы вязкости шлаков системы MgO—AI2O3—SiО; с 5% СаО при

1650, 1600, 1500 и 1450° С по Н. Л. Жило

31

32