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

Для приготовления полусннтетических шлаков с 12% AI2O3 был принят натуральный шлак Челябинского ме­ таллургического завода от выплавки чугуна на смеси аг­ ломератов из соколовско-сарбайских магнетитовых руд, бурых железняков и сидеритовых руд Бакальского мес­ торождения [58, 59]. Состав исходного шлака: 37,6%

Рис. 20. Диаграммы вязкости при 1500, Н00 и 1350° С и плавкости нату­ ральных шлаков с 13% А12Оз по Н. Л. Жило

ставляла 0,6—1,15 при 5—30% MgO, —1,0% МпО, ~0,3% FeO и ~0,9% S (табл. 7).

Полученные экспериментальные данные положены в основу построения диаграмм вязкости и плавкости полусинтетических шлаков при 12% А120 3 (рис. 19).

Полусинтетические шлаки с низким содержанием за­

58

киси марганца при '13% А120 3 были приготовлены на ос­ нове натурального шлака Магнитогорского металлурги­ ческого комбината (ММК) от выплавки чугуна на агло­ мерате из магнитогорских и соколовско-сарбайских руд. Исходный шлак имел следующий состав: 40,1% СаО, 37,05% Si02, 7,25% MgO, 13,55% А120 3, 0,19% МпО,- 0,51% FeO, 0,89% S.

Т а б л и ц а 8

Химический состав полусинтетических шлаков

с13%А120 3 Магнитогорского металлургического комбината,

%(по массе)

Основность исследуемых шлаков по СаО : Si02 и по (CaO+MgO) : Si02 приведена в табл. 8. Диаграммы вязкости и плавкости шлаков с 13% А120 3 представлены на рис. 20.

В основу приготовления полусинтетических шлаков с 15% А120 3 был положен шлак ММК от выплавки чугу­ на на офлюсованных окатышах ССГОКа следующего со­ става: 35,75% Si02, 40,2% СаО, 7,55% MgO, 14,95% А120 3, 0,21 % МпО, 0,48% FeO, 1,27% S.

59

Основность исследуемых шлаков по СаО : Si02 и

(CaO+MgO) : Si02 приведена в табл. 9.

На основании экспериментальных данных были по­ строены диаграммы вязкости при 1500—1350° С и плав-

кости шлаков в присутствии серы, закиси марганца и за­ киси железа (рис. 21).

Результаты сравнения диаграмм вязкости и плавко­ сти полусинтетических шлаков с различным содержани: ем окиси алюминия показывают, что при содержании А120 з более 10% вязкость расплавов увеличивается, а плавкость понижается (до содержания 10—12% А120з), а затем растет. С ростом содержания А120 3 усиливается положительное влияние окиси магния и замены окиси кальция магнезией на вязкость шлаков.

60

Рис. 21. Диаграммы вязкости при 1500, 1400 и 1350° С и плавкости натуральных шлаков с 15% AI2O3 по Н. Л. Жило

4. СОПОСТАВЛЕНИЕ СВОЙСТВ НАТУРАЛЬНЫХ И СИНТЕТИЧЕСКИХ ШЛАКОВ

Большинство доменных шлаков в существующих ус­ ловиях плавки относится к шлакам .четырехкомпонент­ ной системы СаО—MgO—А120з—Si02, поэтому физиче­ ские свойства натуральных шлаков сравнивали с син­ тетическими шлаками указанной системы.

Несмотря на то, что в ряде случаев суммарное содер­ жание основных четырех компонентов в реальных шла­ ках составляет 98,0—98,5%, присутствующие сера, за­ кись марганца, закись железа, щелочные окислы и дру­ гие составляющие значительно влияют на физические свойства шлаковых расплавов.

Результаты сравнения вязкости синтетических шла­ ков системы СаО—MgO—А120 3—Si02 при 10% А120 3 (рис. 9) и натуральных с 10% А120 3 (рис. 18), характер­ ных для доменной плавки на смеси агломератов из кри­ ворожских и керченских руд, показывают, что располо­ жение изоком в изученной области для натуральных шлаков при 1500° С сохраняется таким же, как и для

61

синтетических. Однако вязкость натуральных шлаков ниже синтетических и минимум вязкости при 1500° С для этих шлаков смещается в сторону более высокого отно­ шения СаО : Si02. Особенно заметны различия вязкости синтетических и натуральных шлаков в области пони­ женных температур. При 1400° С синтетические шлаки с 40% Si02 и 5% MgO имеют вязкость около 7 П, а на­ туральные 4,6 П. Вязкость синтетических шлаков с СаО: :Si02= 1,2 при 7% MgO составляет 5,8 П, а натураль­ ных 3,55 П и т. д.

Натуральные шлаки с отношением СаО:Si02= 1,3-4- -f-1,4 при 5 и 10% MgO остаются еще подвижными при 1400° С, тогда как синтетические находятся уже в нерас­ плавленном состоянии.

Результаты сопоставления' диаграмм вязкости нату­ ральных шлаков с 15% А120 3 (рис. 21) с синтетическими СаО—MgO—А120 3—Si02 при 15% А120 3 (рис. 10) по­ казывают аналогичный характер расположения изоком в изученной области. Однако и в этом случае вязкость натуральных шлаков, в особенности при пониженных температурах (1400° С), ниже вязкости синтетических расплавов. Так, при СаО:Si02= 1,0 вязкость натураль­ ных шлаков с 5% MgO составит 11,2 П, а синтетических 12 П. При 10% MgO вязкость натуральных шлаков той же основности составляет 7,8 П, а синтетических 8,3 П.

Для сопоставления температурной зависимости вяз­ кости натуральных и синтетических шлаков привлечены экспериментальные данные по свойствам шлаков, отоб­ ранных на выпусках на заводе «Азовсталь» (рис. "22,

А-2 с СаО : Si02= 1,25, при 9,6% А120 3 и 5,1% MgO и на

ственно). В натуральном шлаке литейного "чугуна с 10% А120 з завода «Азовсталь», кроме четырех основных ком­

синтетические шлаки системы СаО:—MgO—А120з—Si02 отличаются от натуральных повышенной вязкостью и бо­ лее высокой плавкостью. Так, у синтетического шлака'С

62

Рнс. 22. Сопоставление температурной зависимости вязкости

10% А120 3 при отношении C a0:S i02= 1,25 и 5,1% MgO

наблюдается быстрый рост вязкости, связанный с крис­ таллизацией при температуре, близкой к 1410° С, тогда как у натурального шлака такого же состава по основ­ ным компонентам (А—2) сохраняется плавное изменение вязкости вплоть до температуры 1260° С. Плавкость син­ тетического шлака с 20% А120з и 10% MgO при СаО: :SiO2= l,0 составляет 1405°С, а натурального (22006-В) с СаО:Si02= 1,04; 9,7% MgO и 20,7% А120 3 соответствен­ но 1305° С. Следовательно, присутствующие в натураль­ ных шлаках S, MnO, FeO и другие примеси способству­ ют понижению вязкости и плавкости на 100—150° С и тем самым расширению интервала текучести шлаков.

Для сопоставления натуральных и полусинтетических шлаков были выбраны шлаки с близким отношением CaO:Si02 и содержанием А120з и MgO (рис. 22).

Более низкая вязкость и плавкость натуральных шла­ ков по сравнению со шлаками четырехкомпонентной сис­ темы (СаО—MgO—А120з—Si02) и близость свойств на­ туральных и полусинтетических шлаков служит основа­ нием утверждать, что для выбора шлаков оптимального состава требуется изучение их свойств в присутствии всех примесей, которые вносятся рудами тех или дру­ гих месторождений, т. е. натуральных шлаков или полу­ синтетических на их основе.

Г л а в а III

ВЛИЯНИЕ ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ НА ВЯЗКОСТЬ И ПЛАВКОСТЬ1 НАТУРАЛЬНЫХ

ДОМЕННЫХ ШЛАКОВ

Влияние отношения СаО: SiOa

Наиболее систематизированные данные о влиянии ос­ новности на вязкость шлаков четырехкомпонентной сис­ темы СаО—MgO—А120 3—Si02 при различном содержа­ нии А120 3 и MgO приведены в работе [43].

1 Под плавкостью подразумевается температура перехода шлака в жидкоподвижное состояние, соответствующая температуре переги­

ба кривых т)—t по И. П. Семику или перелому прямых Ig г|—— -

близкому к перегибу кривых т)—t.

64

Результаты исследования вязкости натуральных шла­ ков (табл. 5—9) и построенные на нх основе диаграммы вязкости и плавкости (рис. 17-—21) позволили устано­ вить влияние отношения CaO:Si02 на свойства натураль-

ных шлаковых расплавов с различным содержанием А120 3) MgO и других компонентов.

Из приведенных на рис. 17—21 данных следует, что увеличение отношения CaO:Si02 до определенного пре­ дела, зависящего от содержания других компонентов и

температуры, понижает вязкость и вызывает рост плав­ кости шлаков. Действие основности на уменьшение вяз­ кости более ощутимо при пониженных температуре и содержании MgO и повышенном содержании А120 3. С увеличением содержания MgO предельное отношение СаО : Si02, при котором еще разжижаются шлаки, уменьшается.

Увеличение основности изменяет характер температур­ ной зависимости вязкости, вызывая перегиб на кривой г|—t, и смещает его в область более высоких темпера­ тур (рис. 23) .

Влияние отношения (CaO+MgO) : Si02

На некоторых заводах основность шлаков определяют по отношению (CaO+MgO) : (Si02-|-Al20 3) . Одна­ ко в связи с тем, что окись алюминия в шлаковых рас­ плавах типа доменных действует частично как основа­ ние и как кислота и долю участия каждой составляю­

в присутствии окиси магния целесообразно пользовать: ся отношением (CaO+MgO) : Si02, наиболее полно от­ ражающим поведение шлаковых расплавов. Содержа­ ние окиси алюминия при этом следует учитывать особо.

Из рис. 17—21 следует, что увеличение суммарной основности до определенного предела, зависящего от температуры и количества окиси магния, глинозема и других составляющих, понижает вязкость шлаковых расплавов. С увеличением содержания MgO заметно расширяются пределы хорошо текучих шлаков в нап­ равлении более высокой основности. Замена 15% СаО магнезией обусловливает понижение вязкости и плавко­

66