Технологические свойства шлаков

К основным технологическим свойствам шлака относят окисляющую способность и основность.

Окисляющая способность определяет способность шлака передавать кислород газовой фазы металлу. Процесс передачи кислорода металлу сложный, многостадийный. Выделим основные стадии:

1. Растворение кислорода газовой фазы в шлаке, реакция (6.3-1), то есть растворение представляет собой процесс окисления от низших оксидов к высшим. Этот процесс протекает на границе раздела газ-шлак и приводит к объединению низших оксидов и обогащению высших.

2. Обогащение сопровождается растворением высших оксидов и их переносом на границу раздела металл-шлак со скоростью, которая определяется дифференциальным уравнением

, (6.3‑7)

где - коэффициент массопереноса; (Fe₃O₄)¢ - концентрация высших оксидов на границе раздела газ-шлак; (Fe₃O₄)¢¢ - концентрация высших оксидов на границе раздела шлак-металл; F_уд - удельная поверхность.

3. Высшие оксиды, доставленные вследствие массопереноса к границе шлак-металл восстанавливаются до низших по реакции

(6.3‑8)

Полученное (FeO) частично растворяется в металле, а частично переносится диффузионным путем на верхнюю границу.

4. Растворение (FeO) в металле происходит по схеме

(6.3‑9)

5. Массоперенос низших оксидов (FeO) с низшей границы раздела шлак-металл на верхнюю границу газ-шлак осуществляется со скоростью

. (6.3‑10)

Эта стадия завершает процесс массопереноса и делает его бесконечным.

Следовательно, перенос кислорода в шлаке осуществляется (FeO) и окислительная способность шлака определяется:

- содержанием оксидов (FeO) в шлаке;

- условиями массопереноса оксидов железа в шлаке, то есть вязкостью шлака, и интенсивностью перемешивания.

Основность шлака - технологическая характеристика, которая позволяет предвидеть ход обменных реакций с участием шлака и зависит от соотношения основных и кислых оксидов шлака.

Методы оценки основности базируются на представлениях о строении шлаков. Существуют следующие методы оценки:

1. По Герти, основность шлака (В) рассчитывается по уравнению

В = 0,01 {(CaO, %) – 0,83(SiO₂, %) – 0,20(P₂O₅, %)}. (6.3‑11)

Герти допускает в шлаке помимо свободного оксида кальция, кальций других соединений (CaO×SiO₂, 3CaO×P₂O₅). Коэффициенты характеризуют степень диссоциации.

2. По Шейку А = (CaO, %) – 1,96(SiO₂, %) – 0,20(P₂O₅, %)}, (6.3‑12)

где А – выражается в % концентрации свободного оксида кальция. Также допускаются другие соединения кальция.

3. Практическая оценка. Универсальной формой выражения основности шлака (R) явля­ется отношение концентрации основных оксидов к концентрации кислотных и амфотерных оксидов, забирающих часть анионов кислорода.

Обычно пользу­ется более простым отношением

(6.3‑13)

т.е. учитывают только самый сильный основной оксид, оказываю­щий решающее влияние на свойства шлака, и два главных кислот­ных оксида (массовое содержание оксидов выражают в процентах). Такое упрощение является не только удобным для практического использования, но и теоретически оправданным.

При переделе малофосфористых чугунов содержание (Р₂О₅) в шлаке бывает пренебрежимо мало по сравнению с концентрацией (SiO₂), поэтому за показатель основности шлака принимают еще более простое отношение

(6.3‑14)