Машиностроение и механика

Сталеплавильные шлаки

Шлак, представляющий собой сплав оксидов, сульфидов, нитридов, фосфидов, карбидов и др. соединений и является неизбежным побочным продук­том любого современного способа производства стали в открытых агрегатах.

Образование шлака обусловлено:

1. во-первых, с обязательным окислением элементов металлической фазы во время плавки и образованием при этом различных нелетучих (шлакообразующих) оксидов, имеющих меньшую плотность, чем металл, и собирающихся на поверхности металла;

2. во-вторых, с неизбежным разрушением футеровки в условиях высоких температур под дей­ствием оксидов, образующихся в результате окисления компонен­тов металлической фазы.

3. в-третьих, попаданием в ванну оксидов извне с неметаллическими шихтовыми материалами (флюсов и твердых окислителей), загрязне­ниями (мусора) лома и миксерного или доменного шлака.

Источники образования шлака

1. Продукты окисления примесей чугуна и лома — кремния, марганца, фосфора, серы, хрома и других элементов (SiO₂, MnO, Р₂О₅, FeS, MnS, Сr₂О₃ и др.).

2. Продукты разрушения футеровки агрегата — при разъедании основной футеровки (доломита, магнезита) в шлак переходят СаО, MgO, при разъедании кислой (динас) — SiO₂.

3. Загрязнения, внесенные шихтой (песок, глина, миксерный шлак и т.п.), —SiO₂, Аl₂О₃, MnS и т.п.

4. Ржавчина, покрывающая заваливаемый в сталеплавильные агрегаты лом, — оксиды железа.

5. Добавочные материалы и окислители (известняк, известь, боксит, плавиковый шпат, железная и марганцевая руды и т.п.) — СаО, Аl₂О₃, SiO₂, FeO, Fe₂О₃, MnO, CaF₂ и т. п.

Роль шлаков противоречива, поскольку она может быть как полезной (положительной), так и вредной (отрицательной).

Положительное значение шлаков состоит в способности погло­щать фосфор (дефосфорация) и серу (десульфурация) из метал­ла. Такими свойствами обладают только основные шлаки, в кото­рых преобладает содержание основных оксидов, прежде всего СаО.

В подовых процессах, т. е. в процессах, осуществляемых в мартеновских, двухванных и электродуговых печах, положительная роль шлаков выражается также в защите металла от поступающих из атмосферы печи вредных примесей, главным образом газов.

Отрицательное значение шлаков в основном выражается в следующем: 1) разрушающем действии на футеровку агрегата; 2) увеличении потери (угара) полезных примесей в процессе окис­лительного рафинирования, а также раскисления и легирования; 3) увеличении потери железа в виде оксидов и корольков, содер­жащихся в шлаке. Указанные отрицательные действия шлаков на ход и результаты плавки в той или иной степени проявляются в любых сталеплавильных процессах. Установление оптимального шлакового режима плавки должно означать обеспечение возможно большего проявления положительной их роли и меньшего - отри­цательной.

Состав шлаков

Строение шлаков и их основные физико-химические свойства определяются содержанием в них различных оксидов, которое услов­но принято называть химическим составом шлака.

Шлаки, в которых преобладают основные окислы (CaO, MgO, MnO, FeO), называют основными шлаками, а шлаки, в которых преобладают кислотные окислы (SiO₂, P₂О₅)— кислыми шлаками. В зависимости от характера шлаков и процессы называют основными или кислыми (например, основной мартеновский процесс, кислый мар­теновский процесс). Если футе­ровка выполнена из кислого (кремнеземистого) материала, то шлак должен быть также кислым, т. е. главным компонентом должен быть SiO₂, иначе разрушающее действие шлака на футеровку может оказаться очень значительным. В агрегатах, имеющих основную (магнезитовую или доломитовую) футеров­ку, плавку можно вести только под основными шлаками, глав­ным компонентом которых является CaO.