2.3. Сталеплавильные шлаки

Конвертерный, как и все сталеплавильные процессы, сопровождается образованием шлаков. Шлак — это сплав оксидов с небольшим количеством СаS, МnS и иногда СаF₂.

Шлак образуется из продуктов окисления составляющих жидкого металла (SiO₂, МnО, FеО, Fе₂О₃, P₂О₅); растворяющейся футеровки; добавляемых флюсов (известь, плавиковый шпат, боксит и др.); ржавчины стального лома и иногда других, вносимых им загрязнений (песка, глины); миксерного шлака, попадающего в конвертер при заливке чугуна. Основу шлаков составляют оксиды; в зависимости от их химических свойств оксиды делят на три группы:

1) кислотные SiО₂, Р₂О₅; 2) основные СаО, МgО, FеО, МnО; 3) амфотерные А1₂О₃, Fе₂О₃, Сr₂О₃.

Основные и кислотные оксиды обладают высоким химическим сродством друг к другу. Амфотерные ведут себя в основной среде как кислотные, а в кислотной среде как основные. В результате химического взаимодействия оксидов в шлаках образуется большое количество различных соединений (2СаО*SiO₂; 2FеО-SiO₂; СаО*Fе₂О₃; МnО • SiO₂ и много других), часть из них диссоциирована. Таким образом, шлаки состоят как из свободных оксидов, так и из связанных в различные химические соединения.

Различают основные и кислые шлаки. Основными называют шлаки, в которых преобладают основные оксиды (прежде всего СаО); кислыми называют шлаки, в которых преобладают кислотные оксиды (обычно SiO₂). Конвертерные шлаки являются основными; их главные составляющие СаО (43—53%), SiO₂ (14— 22%), FеО (8—20%), МnО (до 12%). Для образования основного шлака в конвертер вводят известь, вносящую СаО. Шлак должен обладать определенными физико-химическими свойствами, наиболее существенно на технологию плавки влияют следующие свойства основных шлаков.

1. Основность — отношение (СаО)/(SiO₂); в шлаках с повышенным содержанием Р₂О₅ основность выражают отношением (СаО)/(SiO₂) + (Р₂О₅).Шлаки с основностью < 1,5 называют низкоосновными с основностью в пределах 1,6—2,5 — среднеосновными, с основностью от 2,5 до 3,5—3,8—высокоосновными. Конвертерные шлаки должны иметь основность 2,8—3,5, чтобы обеспечивалось удаление из металла в шлак фосфора и серы. При основности >3,5, т. е. при высоком содержании СаО может начинаться затвердевание шлака.

2. Окислительная способность —способность окислять примеси жидкого металла. Это свойство шлака определяется преждевсего его окисленностью, т. е. содержанием в шлаке FеО и Fе₂О₃ (обычно содержание Fе₂О₃ в конвертерных шлаках в три-четыре раза меньше, чем содержание FеО). Окисленность шлаков оценивают содержанием в нем

FеО, %; суммой содержания FеО + Fе₂Оз (%); содержанием железа в шлаке и иногда другими характеристиками.

3. Вязкость η зависит от температуры и состава шлака и изменяется в широких пределах: от 0,02 до 0,2—0,5 Па • с. Для сравнения ниже приведены значения вязкости ряда жидкостей при различных температурах t:

Вода Нефть Сталь Шлак

η Па*с 0,00089 -0,13 0,003—0,007 0,02—0,5 25 15 1600 1600

При слишком высокой вязкости (густые шлаки) замедляется удаление в шлак фосфора и серы и другие процессы обмена между металлом и шлаком; при низкой вязкости (жидко-подвижные шлаки) в шлаке быстро растворяется футеровка.

Вязкость основного шлака увеличивается при росте содержания в нем СаО, МgО, Сr₂Оз и снижается при увеличении содержания СаF₂, Аl₂О₃, SiO₂, Fе₂О₃. Для снижения вязкости (разжижения) в шлак вводят вещества, содержащие СаF₂, А1₂О₃, Fе₂О₃, Na₂О и др.