Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Вязкость шлаков разного состава при различной температуре исследовалась многими учеными, и в настоящее время хорошо известен характер изменения величины вязкости шлаков в зависимости от их состава и температуры.
Известно, что при одинаковых температурах вязкость шлака снижается, если увеличить содержание FeO, Na2О, MnO, CaF (до 3%). CaO (до 6—11%). и повышается, если увеличить содержание (SiO2, Al2O3, MgO, CaO (выше 10—11%). При содержании 10% ВаО вязкость наивысшая, при увеличении ее содержания до 20% значительно снижается; присутствие ВаО делает шлаки короткими.
Вязкость вытекающего из печи шлака оценивается двумя моментами: во-первых, температурой начала жидкотекучести шлаков, или так называемой температурой каплепадения шлаков, когда шлак размягчается настолько, что может оторваться под влиянием силы тяжести, и, во-вторых, характером изменения вязкости с температурой.
Уже было отмечено, что снижение вязкости при повышении температуры происходит по более или менее крутой кривой (см. рис. 2). Чем круче кривая, тем короче шлак, тем выше его жидкоплавкость при одной и той же степени перегрева.
Наиболее длинные шлаки — с высоким содержанием кремнезема, фосфорного ангидрида и окиси натрия (см. кривые 5, 7. 8, 9 рис. 2). Наиболее короткие шлаки — основные, с высоким содержанием закиси железа и особенно окисей кальция и магния (см. кривые 2, 3, 4. 10).
Поскольку величина вязкости сказывается на скорости коалесценции мелких частиц штейна и оседания этих частиц, естественно ожидать получения более бедных шлаков при снижении их вязкости. Однако оказалось, что те рекомендации, которые вытекали из сравнения величины вязкости шлаков разного состава при средних температурах плавки, не оправдались. Это видно хотя бы из сопоставления влияния состава шлаков на вязкость (см. рис. 2) и на содержание металлов (см. рис. 5—12). Действительно, повышение содержания кремнезема увеличивает вязкость шлаков, но снижает содержание в них меди, никеля и кобальта. Например, Карсакпайский медеплавильный завод работает на очень вязких шлаках отражательной плавки, содержащих более 50% кремнезема, и получает шлаки беднее, чем на других заводах. Повышение содержания закиси железа снижает вязкость, но резко увеличивает потери металлов. Некоторые никелевые заводы работают на шлаках, содержащих 15—20% окиси магния, и получают бедные по никелю шлаки.
Все эти наблюдения заставили многих металлургов отказаться от мысли о непосредственной связи потерь металлов с величиной вязкости шлаков. Так, Ф.М. Лоскутов указывает, что «для снижения потерь меди в шлаках нужно не столько уменьшение вязкости шлака во время отстаивания, сколько изменение его химического состава в сторону повышения кислотности».
Несоответствие между влиянием состава шлаков на их вязкость и на содержание в них металлов в основном объясняется тем, что степень перегрева шлаков в печах очень мало меняется при одинаковом режиме плавки. Эту степень перегрева, составляющую обычно 150—200°, следует считать от температуры образования шлаков в печи, т. е. от температуры каплепадения первичного шлака, образующегося в зоне плавления шахтной, отражательной или электрической лечи. Этим объясняется более высокая температура, с которой из печи вытекают тугоплавкие, например магнезиальные, шлаки.
Поэтому и не удается достичь произвольного изменения температуры и вязкости шлаков, вытекающих из печи, без соответствующего изменения их состава.
Если по кривой зависимости вязкости шлаков от температуры откладывать постоянную разницу температур в 150—200° от тон температуры, при которой шлак достигает подвижности, достаточной для каплепадения (80—100 пуазов), то станет ясно, что короткие, например магнезиальные, шлаки окажутся более горячими и жидкими, чем более длинные.
Делались попытки снизить вязкость различных шлаков добавкой в плавку натриевых солей, фосфатов или плавикового шпата. Эти попытки не могли дать положительного эффекта, так как при этом получались легкоплавкие и длинные шлаки; температура, с которой они вытекали из печи была низкой и фактически вязкость таких шлаков повышалась, и от таких добавок отказывались.