Шлакообразование

Процесс образования шлака протекает во времени. С определенной скорос­тью идут процессы окисления приме­сей шихты (кремния, марганца, фос­фора и т. д.) и образования соответ­ствующих оксидов; продолжительны процессы прогрева и расплавления загруженных в агрегат кусков желез­ной руды, извести и т. д.; процессам расплавления предшествуют процессы разложения карбонатов и гидратов, из которых часто состоят шлакообразую-щие материалы, и т. д. Расход шлако-образующих материалов определяют расчетом, выполняемым с учетом со­става шихтовых материалов, самих шлакообразующих добавок и того шлака, который желательно получить в процессе шлакообразования.

Так, например, при расчете шихты учитывают: какое количество кремне­зема образуется от окисления крем­ния, содержащегося в загружаемых чугуне и железном ломе, какое коли­чество кремнезема попадает с желез­ной рудой (Si0₂ входит в состав руды) и другими добавочными материалами. В результате расчетом определяется общее количество кремнезема, попавшее в агрегат за время плавки. Если к концу плавки необходимо иметь шлак определенной основности CaO/SiO₂, то, установив, какое количество СаО должно быть в таком шлаке, можно рассчитать, какое количество извести (известь содержит 85—90 % СаО) или известняка (известняк содержит ~95 % СаСО₃, т. е. 50-55 % СаО) необходимо ввести для получения требуемого ко­личества СаО. Однако следует учи­тывать, что процесс разложения, на­пример, известняка СаСО₃ → СаО + СО₂ совершается во времени. Во времени протекает и процесс расплав­ления и перехода в шлаковый раствор кусков извести. Поэтому, если по ходу плавки отобрать пробу шлака, состав его может отличаться от рас­четного, а в пробе шлака будут при­сутствовать куски нерастворившейся извести.

Например, предположим, что в кислородный конвертер вместимос­тью 100т загрузили 24т стального лома, содержащего 0,20 % Si, и залили 76т жидкого чугуна, содержащего 0,8 % Si. В 100 т шихты содержится кремния 24-0,002 + 76*0,008 = 0,656 т. При подаче в конвертер кислородного дутья весь кремний окислится и обра­зуется 0,656*60/28= 1,4т SiO₂ (пред­полагаем, что других источников по­ступления кремнезема нет). Обычно стремятся иметь основность шлака CaO/Si0₂ = 3. Если в шлак перешло 1,4т SiO₂ и необходимо получить ос­новность шлака, равную 3, то в шлаке должно быть 1,4 • 3 = 4,2 т СаО. Оксид кальция СаО вводят в шлак в виде из­вести. Если принять, что известь со­держит 85 % СаО, то для получения основности CaO/SiO₂ = 3 в 100-т кон­вертер необходимо ввести 4,2: 0,85 = 4,94 т извести, или -50 кг извести на 1 т металла. Практически же извести загружают в конвертер почти вдвое больше (до 100 кг/т), так как не вся известь успевает за короткое время плавки раствориться в шлаке¹.

¹ Кроме того, часть извести, особенно пы­левидной, уносится вместе с отходящими га­зами (из конвертеров унос иногда достигает 10-15 % от общей массы извести).

Скорость шлакообразования, т. е. скорость перехода всех составляющих шлака в жидкий гомогенный раствор, зависит от многих факторов: темпера­туры ванны, состава первичного (об­разующегося в начале плавки) шлака, интенсивности перемешивания ван­ны, размеров кусков шлакообразую­щих материалов, порядка их загрузки и т. д. Производительность современ­ных сталеплавильных агрегатов очень велика (> 500 т/ч); продолжительность собственно продувки в современном конвертере < 20 мин; на 1 т стали об­разуется -0,15 т шлака. Это означает, что в считанные минуты формируется шлак массой в несколько десятков тонн. Если не принять специальных мер, то может оказаться, что операция плавки закончилась, а шлак требуемо­го состава сформироваться не успел, вредные примеси удалены не полнос­тью и т. д. Для ускорения шлакообра­зования прибегают к специальным приемам: оставляют в агрегате жидкий конечный шлак предыдущей плавки; используют предварительное смеше­ние или спекание шлакообразующих (например, получение офлюсованной или «ожелезненной» извести); искус­ственно перемешивают шлак с метал­лом; вдувают в металл шлакообразую-щие в порошкообразном состоянии; вводят добавочные материалы, снижа­ющие температуру плавления шлако­образующих материалов (в качестве таких добавочных материалов в основ­ных процессах используют обычно плавиковый шпат и боксит), и т. п.