» » Общие представления о процессе шлакообразования
09.06.2015

В доменной печи невосстановившиеся окислы элементов образуют шлак. К ним относятся окислы кремния, кальция, магния, алюминия, марганца, небольшие количества закиси железа, реже — окислы ванадия, а также сульфиды металлов. Железо и марганец восстанавливаются в значительной мере. Поэтому их в доменном шлаке мало. Основными компонентами шлака являются двуокись кремния, известь, глинозем и магнезия, так как кремний восстанавливается в небольшом количестве, а кальций, магний и алюминий при обычной доменной плавке не переходят в металлическое состояние.
В разных местах печи образуются первичный и конечный шлаки, отличающиеся между собой по составу, свойствам и значению. Кроме них, имеются еще промежуточные шлаки — непостоянного состава и свойств, жидкие или пластичные, более или менее подвижные промежуточные вещества, представляющие собою непрерывные переходы от первичного шлака к конечному.
Образованию первичного шлака предшествует спекание и размягчение агломерата или руды, железо которых к этому моменту частично уже восстановилось. Спекание — это сцепление мелких частиц или слипание стенок пор кусковых руд и агломератов. Оно происходит при образовании из невосстановленных окислов таких новых соединений, которые при дальнейшем нагреве дают сцепление, слипание и, наконец, размягчение. При этом температура плавления новых соединений часто превышает на десятки и сотни градусов температуру спекания и размягчения. Следовательно, образование этих соединений, происходит еще в твердой фазе. Первые жидкие фазы в небольших количествах могут образоваться при температурах ниже тех, при которых весь материал переходит в текучее состояние. При этом и начинается спекание.
В зависимости от обстоятельств процесс спекания может протекать при температурах 1100—1200° и ниже, иногда даже при 700—800°. Отмеченная выше задержка восстановления железа в зависимости от состава пустой породы связана со спеканием и размягчением руд: именно это вызывает уменьшение пористости вследствие слипания пор, обволакивания невосстановленных окислов потерявшей первоначальную твердость массой. Эти явления затрудняют дальнейший доступ газа к окислам железа.
Тонкость измельчения, плотность соприкосновения частиц руды, хорошее перемешивание и контакт реагирующих в твердом состоянии веществ, их высокое химическое сродство, достаточная длительность пребывания материалов в печи — все эти факторы благоприятствуют химическому взаимодействию, обусловливая спекание и интенсивное прохождение этого процесса в данной зоне печи. Особенно способствует спеканию при сравнительно низких температурах одновременное присутствие в частично восстановленной руде FeO, MnO и SiO2 при их тесном смешении, а также присутствие в шихте щелочей.
Co спеканием связано «размягчение» руд — процесс, следующий за спеканием, а иногда совершающийся одновременно с ним. При размягчении неизбежно оплавляется хотя бы незначительный участок куска руды, что вызывает ослабление внутренних сил сцепления, делает возможной деформацию куска, усадку слоя мелких материалов, резкое снижение пористости. В зависимости от количества расплавляющихся частиц, интенсивности этого процесса во времени и изменения температур размягчение может быть меньшим или большим. По достижении определенных температур размягчившееся вещество переходит в текучее, подвижное состояние. На размягчение шихты влияют те же условия, что и на спекание, причем температурный интервал (от начала слипания до расплавления всей массы) имеет существенное технологическое значение.
Первичный шлак — это первый подвижной расплав, образующийся в печи. Он движется в печи независимо от шихтовых материалов между кусками, непрерывно изменяя свой состав.
Точно нельзя указать, в какой зоне доменной печи происходит спекание, размягчение и первичное шлакообразование. Процессы могут начинаться при разных температурах и проходить более или менее интенсивно в зависимости от условий. Даже два куска одного и того же материала могут спекаться по-разному, а тем более куски разнородных материалов. Поэтому нет строго постоянных горизонтов спекания, размягчения, плавления. Существующие представления о расположении этих горизонтов условны.
Первичный шлак образуется тогда, когда его компоненты (SiO2, Al2O3, CaO, MgO, MnO, FeO и другие окислы) находятся в тесном контакте, достигли при нагреве достаточно высокой температуры и входят в смесь в таких количественных сочетаниях, что могут, сплавившись, образовать жидкую массу. Некоторых окислов может и не быть в данном месте, а другие, наоборот могут находиться в избытке против того соответствия, которое требуется для расплавления наиболее легкоплавкой эвтектической массы. Поэтому первичного шлака вначале образуется немного.
Ход образования шлака зависит от следующих факторов:
1. Распределение температур и газов в печи. Кривая начала шлакообразования примерно аналогична кривой поверхности равных температур по сечению печи.
2. Флюсовка и распределение в шихте извести, образовавшейся от обжига известняка. Самой лучшей является самоплавкая или самофлюсующаяся шихта, когда в породе руды или агломерата содержатся составные части шлака в нужном соотношении.
3. Дальнейшее движение образовавшегося шлака зависит от очертаний профиля печи в области распара и заплечиков. При этом чем меньше угол наклона заплечиков к горизонту, тем труднее продвижение шлака вниз.