6

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ШЛАКОВ

Сведения о химическом составе сталеплавильных шлаков представлены в таблице 1.

Процесс шлакообразования включает следующие основные стадии:

1. Прогрев кусковых шлакообразующих материалов.

2. Разложение гидратов и карбонатов исходных шлакообразующих материалов.Этот процесс сопровождается рассыпанием и разламыванием отдельных крупных кусков на более мелкие, образованием в них большого количества трещин, что впоследствии улучшает условия растворения их в шлаке.

3. Формирование первичных легкоплавких шлаков, которые обычно представляют собой высокожелезистые или железо-кремнеземистые расплавы.

4. Окисление и переход в шлак примесей металлической шихты (Si, Mn, P, Cr и др.), в результате чего в начальном периоде плавки образуются шлаки, содержащие 30 – 40% . Меньшее содержание характерно для основных шлаков, большее для кислых.

5. Растворение в первичных шлаках тугоплавких материалов, к числу которых в основных процессах относятся и , в кислых процессах – .

При этом в каждом из периодов плавки содержание в шлаке тугоплавких компонентов приближается к пределу растворимости, который увеличивается при повышении температуры ванны.

В кислых сталеплавильных шлаках растворимость при температурах конца периода плавления в мартеновских печах увеличивается до 45 – 50%, при температурах заключительного периода плавки до 50 – 60%.

Растворимость в основных сталеплавильных шлаках составляет: при температурах начала плавки 20 – 30%; при температурах конца периода плавления в мартеновских печах и середины плавки в кислородных конвертерах 35 – 40%; при температурах заключительного периода плавки в конвертерах и мартеновских печах 45 – 50%. В дуговых электросталеплавильных печах

растворимость в шлаке при температурах заключительного периода плавки может достигать 55 – 60%.

При обогащении основных сталеплавильных шлаков оксидом кальция концентрация в них снижается. В конце периода плавления в мартеновских печах и середине продувки в кислородных конвертерах она обычно составляет 20 – 25%, в заключительном периоде плавки уменьшается до 15 – 20%.

Оксиды железа (, ) попадают в шлак в результате окисления железа сталеплавильной ванны, из твердых окислителей, ржавчины и окалины металлического лома и т.д. Сведения об изменении суммарного содержания оксидов железа в сталеплавильных шлаках по ходу плавки представлены на рисунке 1.

Оксид магния () является обязательным компонентом основных сталеплавильных шлаков, поступающим в них главным образом из футеровки агрегата.

Содержание в шлаках кислородно-конвертерного процесса обычно не превышает 5 – 6%. Наличие в шлаке 4 – 6% способствует повышению стойкости футеровки конвертеров, понижению температуры плавления и вязкости шлака, что улучшает его рафинирующую способность. Поэтому при выплавке стали в конвертерах указанное количество может вводиться в шлак в составе доломитизированной извести и др.

В мартеновском процессе содержание в шлаке всегда выше из-за большей продолжительности плавки и износа футеровки. Установлено, что повышение содержания в шлаке до 8 – 10% не оказывает заметного отрицательного влияния на его свойства. При концентрации 12 – 15% и более ухудшается растворимость извести в шлаке, в результате чего шлак переходит в гетерогенное состояние и технологические свойства его быстро ухудшаются.

Глинозем () поступает в ванну сталеплавильного агрегата с пустой породой неметаллической шихты, загрязнениями лома и миксерным шлаком.

I – содержание оксидов железа в равновесия с газовой фазой сталеплавильного агрегата; II – содержание оксидов железа в гетерогенных шлаках при низких температурах ванны; 1, 2 – реальные шлаки кислородно-конвертерного и мартеновского процессов; 3, 4 – средние значения в равновесии с фактическим содержанием кислорода и углерода в металле

Рисунок 1 – Содержание оксидов железа в шлаке во время окислительного рафинирования при 1550 – 1650^оС:

Когда поступает в шлак только из этих источников, его содержание обычно не превышает 2 – 5%. Более высокое его содержание обычно достигается введением в ванну боксита.

В основных шлаках в количестве до 10 – 12% ускоряет растворение извести и понижает вязкость шлака. При более высоких концентрациях глинозема технологические свойства шлака могут ухудшаться.

Оксид марганца () обычно является продуктом окисления марганца металлической шихты. Поэтому содержание его в шлаке в основном определяется содержанием марганца в металлической шихте (прежде всего в чугуне), а также от количества шлака, который по ходу плавки удаляется из агрегата. Ниже показаны характерные пределы содержания в шлаке при переработке чугуна с 1,0 – 1,5% Mn (I) и 0,5% Mn (II).

	I	II
Кислородно-конвертерный процесс без слива шлака по ходу плавки	8 – 12	2 – 5
Мартеновский скрап-рудный процесс: без слива шлака	8 – 10	2 – 4
с удалением шлака периода плавления	2 – 4	1 – 2

В последние годы в связи с возрастающей дефицитностью марганца содержание его в чугуне систематически уменьшается.

Оксид фосфора () обычно является продуктом окисления фосфора чугуна. Поэтому концентрация его в шлаке зависит содержания фосфора в чугуне и количества его в шихте.

Содержание в шлаках заключительного периода плавки обычно достигает 4 – 10% при переработке чугунов с концентрацией фосфора 1,5 – 2,9%, и 1 – 2% при переработке чугунов с содержанием фосфора до 0,3%.

Оксид хрома () в значительных количествах присутствует в шлаке только при переработке легированного лома и природно-легированного чугуна.

Взаимодействуя с компонентами основных сталеплавильных шлаков, образует химические соединения типа шпинелей (, и др.). Шпинели обладают температурами плавления более 2000^оС и малой растворимостью в основных сталеплавильных шлаках. При содержании более 5 – 8% избыточное его количество выделяется из жидкой фазы шлака в виде большого количества дисперсных, тугоплавких включений шпинели. При этом шлак переходит в гетерогенное состояние, начинает вспениваться, вязкость его увеличивается, а рафинирующая способность ухудшается.