23. Шлаки черной металлургии

Шлаки содержат не восстановленные соединения (доменный процесс) или вновь образованные продукты окисления и соединения поступающие при плавлении (сталеплавильные процессы производства ферросплавов).

Шлаки представляют собой многокомпонентные системы в которых окислами определяющих состав являются CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO, FeO , кроме того они содержат окислы Mn, P,Cr,Ba, V, Ti, соединения серы и др. Шлак сопутствует всем современным технологических процессов производства черных металлов.

В обычных доменных шлаках 90% химического состава занимают CaO, SiO₂, Al₂O_3. В зависимости от содержания окислов шлаки делятся на основные, кислые и нейтральные. При модуле основности:

М= - шлаки являются основными

При М<1 – кислыми;

М=1 – нейтральные.

В зависимости от повышенного содержания отдельных компонентов шлаки делятся на : Магнезиальные (MgO ), Высокоосновные ( ), Высокоглиноземестые (Al₂O₃ ), Титанистые ( ).

Жидкие доменные шлаки имеют плотность 2,6-2,7 т/м³. При естественном охлаждении доменные шлаки представляют собой кристаллические кремневидные образования. Высокоосновные шлаки подвержены селикатному распаду, сопровождающиеся 10 % увеличением объема, превращаются в порошок.

По химическому составу в сталеплавильных шлаках 70-85% занимают CaO, SiO₂ и окислы железа.кроме того они содержат металлы (в виде корольков) до 12% массовых.

Первичные мартеновские шлаки 1-2; конечные 2-3,5%; конверторные 2,5-4,1%; ЭСПЦ 2,5-3,5%.

Жидкие сталеплавильные шлаки имеют плотность 2,6-3,1 т/м³.

Высокоосновные сталеплавильные шлаки при естественном охлаждении подвержены силикатному распаду и превращаются в порошок.

Конверторные и мартеновские шлаки содержат свободную СаО, которая при гидратации способствует разрушению шлака, вследствие увеличения объема.

Основное количество ферросплавных шлаков, получают при производстве сплавов на основе феррохрома рафинированного (34%); феррохрома углеродистого (10%); силикомарганца и ферромарганца (48%).

Жидкие ферросплавные шлаки имеют удельную протность 2,5-2,8 т/м³.

Шлаки от производства мартеновских сплавов (силикомарганец и ферромарганец) являются кислыми (М=0,28-0,95) и содержат значительное количество марганца (9-20%).

Выход шлака

Удельный выход доменных шлаков может быть определен по:

1. Балансу окиси кальция:

Ш= *100

СаО_м – сумарное количество СаО поступающего с мартеновской в доменную печь, кг/т;

СаО_ш – среднее содержание СаО в шлаках, %.

2. Балансу пустой породы материалов и золы кокса. Количество пустой породы кг/т (п) в компоненте шихты подсчитывают по формуле:

П=

С – расход компонента шихты за определенный промежуток времени, т;

φ – содержание влаги в компоненте шихты, %;

Fe – содержание железа в компоненте шихты;

П.П.П. – потери при прокаливании;

Р – количество выплавленного чугуна за данный период.

Количество шлакообразующих вносимых коксом определяется по формуле:

Ш_к =

К – расход влажного кокса;

Φ – влажность кокса,%;

А^с – доля золы в коксе;

- содержание окислов железа в золе.

Количество шлакообразующих вносимых флюсом:

Ш_ф=

ф- расход известняка , т;

φ – содержание влаги в флюсе.

Количество шлакообразующих выносимых колошниковой пылью составляет:

Ш_к-п=

К_п- количество пыли в сухом пылеуловители

Количество восстановленных окислов переходящих в чугун:

∑(SiO₂+Mn_xO_y)+P₂O₂=(2.14Si+1.29Mn+2.29P)

Количество серы переходящий в газ и чугун составляет:

S_т.ч.=Sλ+(P[S]/100)

S – количество серы вносимая материалами и газами.

λ- доля серы, переходящая в газ;

[S] – содержание серы в чугуне,%.

Суммарное количество шлакообразующих составляет:

Ш= {∑(П_і+Ш_к+Ш_фл-Ш_кп)-∑( SiO₂+Mn_xO_y)+P₂O_2-- S_т.ч.)}*

Пі – суммарное количество пустой породы;

( ) – содержание данных окислов в шлаке.