Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Если предположить, что железо полностью восстановилось до начала шлакообразования, а марганца в доменной шихте немного (например, при выплавке передельных и литейных чугунов), то первичный шлак должен состоять из пустой породы или из пустой породы и извести. В последнем случае шлак состоит из кремнезема, глинозема, извести, магнезии и небольших количеств закиси марганца.
Однако известь, глинозем и кремнезем, в каких бы пропорциях они ни были взяты, не могут образовать подвижного шлака при температурах низа шахты и распара (1100—1300°). Это следует из диаграмм, приведенных на рис. 94 и 95, а также на рис. 102 и 103. На них видно, что даже при 1300—1400° нельзя получить из SiO2, Al2O3 и CaO подвижного шлака.
Если же известь поступает в шлак позже, то в первичном шлаке должны участвовать только SiO2 и Al2O3. Иногда при полном восстановлении железа некоторое количество закиси марганца и магнезии, реагируя с тремя главнейшими компонентами (SiO2, Al2O3, CaO), могут дать сравнительно текучий расплав. Однако вряд ли в отсутствии магнезии, а также окислов железа и марганца шлак может образоваться в зоне печи выше заплечиков.
Обычно же до нижней части шахты, где температура достигает 1100—1200°, некоторая часть железа остается невосстановленной и в виде FeO вступает в химическое соединение с SiO2, образуя силикаты, растворы которых с окислами железа и кремнеземом переходят в жидкоподвижное состояние при температурах иногда ниже 1200°. Вот почему в большинстве случаев образование первичного подвижного шлака происходит при указанных температурах в нижней части шахты или распара. Степень подвижности расплава зависит от содержания в нем FeO и MnO: чем их больше, тем расплав подвижнее. Количество первичного шлака при этом также различно: оно зависит, главным образом, от температур в разных местах печи и от того, достаточны ли они для расплавления железистых шлаков. Чем выше поднимается зона высоких температур, тем больше будет первичных шлаков с повышенным содержанием окислов железа. Количество первичного шлака зависит также и оттого, сколько FeO и SiO2 может вступить в контакт в твердых фазах, а это зависит не только от количества FeO и SiO2 в данном месте, но и от их дисперсности, тесноты контакта и смешения.
По мере опускания первичный шлак, нагреваясь, изменяется по количеству и составу. При повышении температуры в нем растворяется все большее количество ранее нерастворившихся SiO2, CaO, Al2O3 и MgO.
В нем могут растворяться только те компоненты, которые, омываясь жидким шлаком, находятся в тесном с ним контакте.
Известь и магнезия, растворяясь в шлаке, вытесняют из химических соединений закиси железа и марганца, образуя силикаты кальция и магния. Свободные FeO и МnО, взаимодействуя с твердым углеродом в нижней зоне шахты, распаре и заплечиках, восстанавливаются, давая Fe и Mn.
Таким образом, особенностью промежуточных шлаков является постепенное повышение их температуры, снижение концентрации FeO и MnO и повышение содержания CaO и MgO с полным растворением всех окислов до поступления шлака в горн. При этом до горизонта фурм успевает восстановиться почти все входившее в первичный шлак железо и значительная часть марганца.
На горизонте фурм к шлаку присоединяется зола кокса. В зависимости от количества шлака и золы на уровне фурм, а также от различия в их составе присоединение золы к шлаку может в большей или меньшей мере изменить его состав.
Сера поступает в шлак постепенно, по мере опускания материалов, вступая в соединение с составными компонентами шлака. Окончательное ее содержание в шлаке устанавливается в горне при контакте чугуна со шлаком.
Продукт соединения шлака с золой кокса после растворения в нем серы и несколько измененный в результате окислительных и вторичных восстановительных процессов в горне представляет собой конечный шлак, выпускаемый из печи, — тот шлак, свойства и состав которого обычно принимаются во внимание в расчете шихты.