Свойства шлаков

Свойства шлаков определяются их со­ставом и температурой. На практике при проведении расчетов вместимости металлургических агрегатов, при кон­струировании плавающих на границе шлака и металла устройств для отсеч­ки шлака и в других случаях необходи­мо знание плотности шлака. Основ­ные компоненты шлака при комнат­ной температуре имеют следующую плотность, г/см³: 1) «легкие» компо­ненты — Si0₂ (тридимит) 2,26, СаО 3,4, MgO 3,65; 2) «тяжелые» компо­ненты — МпО 4,5, Fe₂O₃ 5,24, FeO 5,7. Плотность шлака практически опре­деляется содержанием в нем «тяже­лых» оксидов (рис. 9.9). Плотность ре­альных шлаков во время плавки не­посредственно в сталеплавильном аг­регате изменяется в зависимости от степени вспенивания шлака.

Вязкость жидких сталеплавильных шлаков колеблется в широких преде­лах, причем характер изменения вяз­кости от температуры зависит от со става шлака. Из рис. 9.10 видно, что, в то время как вязкость кислых шлаков по мере изменения температуры изме­няется плавно («длинные» шлаки), ос­новные шлаки имеют короткий тем­пературный интервал перехода из жидкого в твердое состояние («корот­кие» шлаки); вязкость таких шлаков обычно резко возрастает при сниже­нии температуры ниже 1500 ºС.

Рис. 9.8. Толщина слоя шлака l в 160-т марте­новских печах в момент расплавления ванны

Рис. 9.9. Зависимость плотности основных

шлаков от содержания оксидов железа и марганца

Вязкость основных шлаков в зна­чительной степени зависит от содер­жания таких тугоплавких составляю­щих, как Сг₂О₃ (t _пл= 2280 °С). и MgO (t_пл = 2800 °С). При продувке кислоро­дом расплава, содержащего более 2 % Сг, содержание Сг₂О₃ в шлаке может превысить 20 %. Температура плавле­ния такого шлака возрастает настоль­ко, что шлак становится комкообраз-ным. При интенсивном разрушении футеровки агрегата в шлаке начинает увеличиваться содержание MgO, вяз­кость такого шлака растет вплоть до превращения шлака в вязкую, полу­твердую массу.

Теплоемкость шлаков в зависимос­ти от состава и температуры изменяет­ся в довольно узких пределах: 0,8— 1,2кДж/(кг*К).

Жидкие шлаки обладают электри­ческой проводимостью, что является показателем их ионного строения. Электрическая проводимость основ­ных шлаков выше, чем кислых. При повышении температуры электричес­кая проводимость увеличивается. При температурах сталеплавильных про­цессов электрическая проводимость шлаков в зависимости от их состава колеблется в пределах от 0,2 до 1,0 Ом^-1 • см ^-1. Данные об электричес­кой проводимости шлаков необходи­мы при организации процессов элект­роплавки, электроподогрева шлака в ковше при внепечной обработке ме­талла, при электрошлаковом перепла­ве и т. п. Электрическая проводимость обычно выше у шлаков, обладающих повышенной теплопроводностью и пониженной вязкостью. Теплопровод­ность шлаков изменяется в зависимос­ти от состава в широких пределах; при повышении температуры теплопро­водность возрастает. Реальные шлаки представляют собой многокомпонент­ные системы, поэтому сложно опреде­лить их температуру плавления, зная температуры плавления составляющих этих шлаков. Обычно используют дан­ные тройных диаграмм состояния шлаковых систем, позволяющие при­ближенно судить о температурах плав­ления реальных шлаков более сложно­го состава. Из диаграммы состояния СаО-А1₂О₃ (рис. 9.11) следует, что при введении в основной шлак А1₂О₃ (в боксите много А1₂О₃)

Рис. 9.11. Диаграмма состояния СаО-А1₂О₃

Рис. 9.12. Зависимость температуры плавле­ния шлаков /щ, от содержания в них SiO₂

температура плавления шлака снизится (или при неизменной температуре возрастет ререгрев шлака над температурой плав­ления) и соответственно понизится вязкость шлака и повысится его жид-коподвижность. На температуру плавления шлаков в значительно степени влияет изменение содержания в них кремнезема (рис. 9.12). Содержание SiO₂ в шлаке определяет его основную характеристику: основный шлак или кислый.