Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Бедные оловом шлаки получаются при плавке в электропечах богатых подготовленных концентратов, содержащих небольшое количество железа. Во многих случаях при плавке получаются богатые шлаки, содержащие до 15% Sn.
Разнообразие концентратов по химическому и минералогическому составу приводит к необходимости выбирать в каждом случае такие шлаки, с которыми теряется меньше всего олова.
Основными шлакообразующими компонентами оловянной плавки являются SiO2, CaO, FeO и Al2O3, поэтому весьма важно знать диаграммы состояния двойных, тройных и более сложных систем из этих компонентов.
Из них только системы SnO—SiO2 и SnO—SiO2—FeO изучали Кольмейер, Кейзелитц и др., остальные системы не изучены.
Обзор опубликованных работ приведен в книге Мурача. Данные заводской практики и выполненные исследования указывают, что шлаки оловянной плавки должны быть жидкотекучими при выпуске из печи, иметь небольшой удельный вес и невысокую кислотность. Кроме того, при плавке в электропечах существенное значение имеет электропроводность шлаков.
Подробное изучение влияния отдельных компонентов на вязкость и температуру шлаков выполнено Лоскутовым. Кроме этого, исследования вязкости и электропроводности оловянных шлаков выполнены в последнее время Покровским и Катковым.
В первой работе наряду с синтетическими шлаками были испытаны заводские шлаки состава, указанного в табл. 10.
Вязкость этих шлаков при различных температурах показана на рис. 11. При одинаковом составе повышение температуры шлаков с 1200 до 1400° уменьшало вязкость с 160 до 10 пз.
На рис. 12 приведены изотермы вязкости шлаков в зависимости от содержания SiO2, CaO, FeO.
Электропроводность заводских шлаков, а также влияние на электропроводность содержания SiO2, CaO и FeO показаны на рис. 13 и 14.
Согласно данным второй работы, хорошей жидкотекучестью обладают шлаки оловянной плавки при вязкости, не превышающей 10 пз. Электропроводность шлаков электроплавки зависит от соотношения между составляющими шлаков. При электропроводности ниже 0,1 — 0,15 ом-1*см~1 вязкость резко возрастает. Содержание Al2O3 до 22% не оказывает практического влияния на вязкость шлаков и их электропроводность. При содержании выше 22% Al2O3 вязкость шлаков значительно возрастает. Содержание FeO до 25% значительно снижает вязкость шлаков и делает их более короткими.
Исследованию форм нахождения олова в шлаках оловянной плавки посвящена работа Слонимского, в которой показано, что от 70 до 90% Sn находится в шлаке в виде растворенной SnO и меньшая часть олова — в виде корольков металла. Окисное олово отсутствует в большинстве проб шлаков. Застывшие шлаки в основном состоят из магнетита, фаялита, стекловидного вещества и включают корольки олова. Больше всего олова содержится в самой легкой стекловидной фазе, оказавшейся также самой кислой — 11,5% Sn при среднем содержании олова в шлаках 6,88%. Содержание олова в наиболее тяжелых фазах 3,7%. Согласно другим данным, в доработанных шлаках олово распределяется так. в форме закиси 59%, в виде окиси 18% и в виде корольков металла 23%, что несколько расходится с приведенными выше данными.
Распределение железа между оловом и шлаком и содержание при этом олова в шлаке изучали Вольский и Григорович, а также Слонимский. Слонимским была определена условная константа равновесия реакции
С уветичением доли железа в сплаве от 0,1 до 10,6% константа растет от 2,53*10в-3 до 21*10в-3; очевидно, в формулу вместо концентраций должны быть поставлены активности.
Для лучшего отделения корольков металла от жидкого шлака удельный вес шлака, по мнению Тафеля, не должен превышать 3,6.
Весьма большое значение имеет кислотность шлаков: от кислотности зависит вязкость, электропроводность и температура плавления шлаков, а также потери с ними олова. Степень кислотности шлаков оловянной плавки определяется отношением
По данным заводской практики, кислотность шлаков оловянной плавки лежит в пределах 1,25—1,7.
Согласно упомянутой выше работе, при расчете шлаков соотношение SiO2:CaO должно быть равным 1,4. Наиболее жидкотекучи при температуре электроплавки шлаки с 32—35% SiO2. При меньшем содержании SiO2 шлаки становятся «короткими», быстрозамерзающими. Увеличение содержания кремнезема выше 42—45% ведет к повышению вязкости.
Поскольку олово находится в шлаках в основном в виде SnO, при плавке шлаков необходимо обеспечить вытеснение закиси олова и ее восстановление. Выплавке олова из шлаков могут способствовать добавки извести, железного скрапа или свинца. Известь оказывает благоприятное влияние на повышение извлечения олова из шлаков, что расходится с мнением Клэрдинга и Ричардса о трудности восстановления окиси олова вследствие образования устойчивого станната кальция CaO*SnO2.
Плавка шлаков с большим количеством CaO требует высокой температуры (1450—1500°), так как получаются тугоплавкие шлаки, железо при этом восстанавливается и переходит в металл.
Тафелем описана плавка шлаков в шахтной печи с присадкой 40—70% известняка и 27% кокса. При этом содержание олова в шлаке снизилось с 10 до 0,8%. Получаемый металл был сильно загрязнен железом (60%).
При наличии в шихте железа происходит реакция с ошлакованием железа
SnO + Fe = Sn + FeOl
благодаря которой получающееся черновое олово содержит относительно немного железа, но при этом во вторичном шлаке остается свыше 2% Sn, что снижает извлечение олова.
Выплавка олова из шлаков в присутствии свинца была изучена Myрачом и Колосовым, а в последнее время — Баймаковым и Костеловым.
Мурач и Колосов определяли константу равновесия для реакции
Pb + SnO * SiO2 ⇔ Sn + PbO * SiO2.
Они пришли к заключению, что свинец слабо вытесняет олово из силикатов. Однако наличие свинца, хорошо растворяющего олово, облегчает его восстановление. Баймаков и Костелов показали, что для реакции
SnO2 + 2СО = Sn + 2СО2
константа равновесия равна
По этому уравнению можно рассчитать равновесную смесь газов при восстановлении окиси олова в присутствии свинца.
При выборе шлака оловянной плавки для расчетов принимают сумму основных шлакообразующих компонентов в шлаке SiO2 + FeO + CaO равной 65—70%.
При кислотности шлака 1,25 и отношении FeO^CaO=1,5 этим условиям отвечает шлак состава (по основным компонентам) 26% SiO2, 26% FeO и 17% CaO. При большей кислотности повышается содержание SiO2.
По Тафелю, плавку железистых концентратов ведут на шлак состава 31—32% SiO2, 46—52% FeO, 17—22% CaO; при плавке концентратов с высоким содержанием кремнезема — на шлак с 50% SiO2, 25% FeO и 25% CaO.
Мантель приводит состав шлака, по основным компонентам который считался рядовым на заводе Маурер: 33% SiO2, 28% FeO, 28% CaO Средний состав богатых шлаков, получаемых на одном заводе в России, при плавке концентратов в отражательных печах следующий. 6—7% Sn, 27—32% SiO2, 12-14% Al2O3, 14—16% CaO, 18—23% FeO.
При плавке шлаков в электропечах, где условия благоприятны для восстановления железа, в шихту добавляют кремний, чтобы связать железо в ферросилиций и тем отделить основную массу железа от олова.
Систему Sn—Fe—Si изучали Мурач и Лихницкая. Ими было установлено, что расплав Sn—Fe—Si при 1300° расслаивается на два слоя, верхний — ферросилиций, нижний — олово. При этом в ферросилиции содержится всего 1—2% Sn, а в олове содержится незначительное количество примеси кремния.
При недостатке кремния остаток железа образует с оловом соединение FeSn2, а содержание кремния в олове нe превышает 0,5%; при избытке кремния содержание его в олове не превышает 0,4—0,7%.
В зависимости от содержания железа в шихте Мурач рекомендует добавлять кремний в следующей пропорции:
При переработке шлаков в шихту добавляют оборотные материалы: печные выломки, обожженные хвосты, штейн оборотный, измельченный кокс (всего 10—15% от веса шихты), а также 5—6% извести.
При плавке шлаков в электропечи получают черновое олово, содержащее около 97% Sn. Извлечение олова в черновое олово составляет около 55%, в пыль 16% (30% Sn), в оборотные шлаки 24% (1,5% Sn) и в отвальные шлаки 3% (0,24% Sn).
Ниже приводится пример плавки оборотных материалов в электропечи:
Переработка оборотов — шлаков, пыли, съемов, железистых корок, гартлингов позволяет повысить общее извлечение олова при переработке концентратов до 95—97%.