Методы контроля состава и свойств шлака

Наиболее распространенным методом контроля состава шлака является от­бор шлака специальной пробной лож­кой для химического или спектрального анализа. Обычно контролируют со­держание FeO и основность шлака. Кроме того, когда это требуется, опре­деляют отдельно содержание S1O₂, CaO, MgO, MnO и т. п. На практике распространение получил также метод визуального контроля шлака (напри­мер, по внешнему виду поверхности и характеру излома шлаковых лепешек, получаемых при наполнении отобран­ным из печи шлаком специальных от­крытых изложниц, обычно круглой формы). Если в печи выплавляют сталь одних и тех же марок и техноло­гия выплавки стабильна, то такой ви­зуальный контроль позволяет сравни­тельно легко (и, главное, быстро) выя­вить происшедшее по какой-либо причине отклонение от обычной тех­нологии. Степень подвижности шлака можно установить путем непосред­ственного наблюдения за его поведе­нием в печи. Однако для более точно­го контроля, особенно при проведе­нии научно-исследовательских работ, пользуются специальными прибора­ми. Степень подвижности или обрат­ная ее величина — вязкость шлака — важные показатели процесса взаимо­действия шлака и металла, особенно когда скорость всего процесса опреде­ляется скоростью диффузии. Коэффи­циент диффузии и вязкость взаимо­связаны: D- ~ const, т.е. чем меньше вязкость шлака, тем интенсивнее про­исходит диффузия.

Вязкость шлаков в зависимости от состава изменяется в широких преде­лах. Наибольшие значения вязкости у кислых шлаков. Вязкость (Па-с): Si0₂ (в момент расплавления) 15 000, А1₂0₃ 0,05, СаО 0,05, FeO 0,03. Вязкость си­ликатов железа и марганца возрастает по мере увеличения содержания Si0₂ — от 0,058 до 0,4 Па-с. При повы­шении температуры значения вязкос­ти уменьшаются. Следует иметь в виду, что в специальной литературе приводятся данные о вязкости шла­ков, полученных экспериментально исследователями, использовавшими разные методики. Поэтому данные могут различаться, иногда очень силь­но. Экспериментаторы, определяя в лабораторных условиях значения вяз­кости шлаков, принимают специаль­ные меры для обеспечения возможно более полной гомогенности шлакового расплава, выдерживая его длительное время в жидком виде, так как вязкость шлака в значительной степени зависит от его однородности. При этом необ­ходимо учитывать различие составля­ющих шлак оксидов по плотности: при длительной выдержке в верхних слоях тигля можно зафиксировать по­вышенное содержание более «легких» оксидов — CaO, SiO₂, а в нижних сло­ях концентрируются более «тяже­лые» — FeO, MnO.

В практических условиях в печи или в конвертере шлаки, как правило, не являются гомогенными; они содер­жат определенное (часто значитель­ное) количество нерастворившихся твердых частиц оксидов, в том числе тугоплавких (например, СаО). Кроме того, в условиях плавки по высоте (толщине) слоя реальных шлаков не­равномерными являются и состав, и температура. Если, например, харак­тер газовой фазы над шлаком окисли­тельный, то на границе шлак—газовая фаза содержание высших оксидов же­леза заметно выше, чем внизу, на гра­нице шлак—металл. Если передача тепла металлу осуществляется сверху вниз (от факела, электрических дуг), то температура шлака в верхних гори­зонтах заметно выше, чем в нижних. Неравномерность состава и темпера­туры шлака заметно изменяется в за­висимости от степени перемешивания ванны, поэтому при оценке вязкости шлака в заводских условиях иногда исггользуют термин кажущаяся вяз­кость. Для оценки степени подвижно­сти промышленных шлаков использу­ют величину, которую принято назы­вать жидкотекучестью. Для получе­ния данных о жидкотекучести пользуются приборами, называемыми вискозиметрами. Имеется несколько вариантов конструкций вискозимет­ров¹. На рис. 9.1 показана конструкция прибора, предназначенного для опре­деления жидкотекучести шлака в це­ховых условиях (так называемого вис­козиметра Герти). Небольшую пор­цию шлака отбирают из сталеплавиль­ного агрегата пробной ложкой и заливают

'От позднелат. viscosus — вязкий и греч. metreo — измеряю.

Рис. 9.1. Схема вискозиметра

в приемную воронку разъемного стального вискозиметра. Чем больше жидкотекучесть шлака, тем дальше он затечет в канал. Если обеспечено постоянство отбора про­бы, то по длине заполненной шлаком части канала можно судить о жидко-текучести шлака, поэтому жидкотеку­честь шлака часто измеряют в санти­метрах.

Имеется также ряд приборов (бо­лее сложных в исполнении) для изме­рения жидкотекучести шлака непос­редственно в печи. При помощи таких приспособлений измеряют не абсо­лютную величину вязкости, а некое значение жидкотекучести реального шлака в конкретном месте отбора пробы.