» » Молекулярная теория строения шлаков
15.05.2015

Первым плодотворным представлением о строении металлургических шлаков была молекулярная теория строения шлаков, получившая законченную форму и широкое приложение к расчетам реальных шлаковых систем в работах Г. Шенка.
Согласно молекулярной теории строения шлаков, неделимыми структурными единицами шлака являются недиссоциированные окислы: SiO2, Al2O3, СаО, FeO, Fе2О3. Эти окислы вступают во взаимодействие и образуют химические соединения; силикаты, алюминаты, ферриты, образующие вместе с избытком окислов жидкую фазу шлака. С этой точки зрения шлак является сплавом окислов и химических соединений между окислами, в котором могут быть растворены небольшие количества сульфидов, флюорита, сульфатов. Доказательства правдоподобности молекулярной теории строения шлаков видели в ряде данных опыта.
В затвердевших шлаках присутствуют кристаллы химических соединений окислов: фаялит Fe2SiО4, волластонит CaSiO3, шпинель MgAl2О4, анортит CaAl2Si2О8. Диаграммы состояния шлаковых систем указывают на существование химических соединений окислов.
По Н.С. Курнакову, доказательством существования химического соединения в жидкой фазе являются сингулярные точки на кривых состав — свойство на ординате состава химического соединения. Изотермы состав — вязкость системы СаО—SiO2, по исследованиям Херти (рис. 31). имеют хорошо выраженные сингулярные точки при составе сплава, соответствующем соединению CaSiO3.
Опытные данные давали основание считать возможным существование химических соединений в жидком шлаке.
Молекулярная теория дала теоретическое обоснование ряду металлургических процессов. Например, процессы ошлакования фосфора при рафинировании чугуна, возможные только при основных шлаках, объясняются связыванием фосфорного ангидрида в прочные фосфаты свободными сильными основаниями; такой процесс становится невозможным при богатых кремнекислотою шлаках, так как в них не остается свободных оснований.
Молекулярную теорию строения шлаков развивали несколько поколений металлургов, и это наложило определенный отпечаток на терминологию учения о шлаках. Термины: кислый шлак, основной шлак, степень силицирования, моносиликат вытекают из представлений молекулярной теории строения шлаков.
Молекулярная теория строения шлаков

При расчетах равновесий с участием шлаковой фазы окислы считали связанными в наиболее прочные химические соединения — силикаты, фосфаты, ферриты, не вошедший в соединение избыток окисла считали несвязанным компонентом раствора. При расчетах принимали химические соединения недиссоциированными на составляющие окислы, а жидкий раствор свободных окислов и химических соединений окислов — подчиняющимся простым закономерностям идеальных растворов.
Во многих случаях расчет давал качественно правильное описание поведения шлака в металлургическом процессе — полученные расчетом величины имели по крайней мере тот же порядок, что и найденные опытом. Точного совпадения расчетных и опытных величин нельзя ожидать, так как мало вероятно, чтобы сплав окислов точно подчинялся простым закономерностям разбавленных растворов.
В некоторых случаях, например в задаче о распределении серы между сталью и шлаком в процессах передела чугуна, расчет давал совершенно неудовлетворительный результат, противоречащий данным опыта. Это свидетельствует об ограниченной применимости молекулярной теории строения шлаков.