Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Химический состав шлака, по мнению многих металлургов, оказывает основное влияние на потери металлов. Это влияние объясняется рядом причин. Состав шлаков, как указывалось, влияет на растворимость сульфидов и на скорость и равновесное состояние процессов сульфидирования и восстановления. Кроме того, состав шлаков определяет температуру, с которой шлак вытекает из плавильной печи, вязкость, удельный вес и поверхностное натяжение.
Следовательно, изменение состава шлаков должно оказывать влияние на все три вида потерь металлов.
Давно известно благоприятное влияние увеличения содержания кремнезема и вредное влияние повышенного содержания закиси железа па содержание меди в шлаках. Многочисленные лабораторные исследования и наблюдения практических процессов подтверждают это положение.
Статистической обработкой данных практической работы плавильных печей для шлаков различных типов плавки руд меди и никеля установлены зависимости, приведенные на рис. 5—12.
Как видно из диаграмм, характер влияния каждого компонента шлака на содержание в нем меди и никеля одинаков для различных типов плавки в разные периоды. Во всех случаях увеличение содержания кремнезема в шлаках снижает содержание в них меди и никеля, а увеличение содержания закиси железа повышает (рис. 5—8). Поэтому при плавке медных и никелевых руд или концентратов выгоднее работать на более кислых шлаках с минимально возможным содержанием железа. Однако не всегда это может оказаться рациональным и экономически выгодным, если такая работа требует добавки флюсов.
Следует учитывать, что добавка флюсов, помимо удорожания плавки, вызывает снижение производительности печи и увеличение выхода шлака, что, несмотря на снижение содержания металлов в нем, может повысить абсолютную величину потерь. Иногда может оказаться экономически более выгодной плавка бесфлюсовая или с добавкой минимального количества флюсов, несмотря на некоторое повышение содержания металлов в шлаках.
Увеличение содержания окиси кальция (рис. 9, 10) обычно сначала снижает содержание меди и никеля, затем снова повышает, давая минимум на кривой зависимости, соответствующий для различных условий плавки разным содержаниям окиси кальция.
Возможно, что положительное влияние окиси кальция обусловлено образованием большего количества сульфида кальция в шлаках (точнее концентрации ионов Са2+ и S2-), что сдвигает равновесие реакции СаS+МеО*SiO2. При малом количестве растворенных металлов такое влияние ограничено небольшим содержанием окиси кальция и серы в шлаке. Кроме того, окись кальция увеличивает поверхностное натяжение, снижает вязкость и удельный вес вытекающего из печи шлака.
Положение минимума определяется главным образом содержанием закиси железа и окиси магния в шлаках. Чем меньше закиси железа и больше окиси магния, тем выше оптимальное с точки зрения потерь металлов содержание окиси кальция.
Обычно, влияние окиси кальция на содержание меди и никеля в шлаках невелико, поэтому, учитывая выход шлака, стремятся давать в шихту минимальное количество известняка, необходимое для более устойчивой работы печи или переднего горна.
Влияние содержания окиси магния и глинозема в шлаках (рис. 11, 12) показывает, что увеличение их содержания в пределах до 10—12% снижает содержание меди и никеля в шлаках. Практически работа на шлаках с содержанием окиси магния до 20% и выше не вызывала затруднений даже при шахтной плавке и сопровождалась снижением содержания меди и никеля в шлаке. Это подтверждает возможность работы с малыми потерями металлов на высокомагнезиальных и глиноземных шлаках без снижения производительности печи, но с некоторым повышением расхода топлива или электроэнергии.
Немногочисленные исследования влияния состава шлака на содержание в нем свинца при свинцовой плавке методом статистической обработки практических данных показали, что изменение содержания кремнезема практически не оказывает влияния; увеличение содержания закиси железа приводит к некоторому снижению содержания свинца, а повышение содержания окиси кальция до 15% дает резкое снижение, при дальнейшем увеличении его содержание свинца сохраняется постоянным.
Кроме SiО2, FeO, CaO, MgO и Al2O3, в шлаках могут содержаться другие окислы, например Fе3О4, окислы щелочных металлов, ZnO, ВаО, TiO2, МnО и др.
Многочисленные данные указывают, что на потери металлов оказывает значительное влияние присутствие магнетита, увеличивая их вследствие реакции
3Fe3O4 + MeS ⇔ 9FeO + МеО + SO2,
а также вследствие повышения удельного веса шлака и снижения поверхностного натяжения. Имеются разноречивые указания о влиянии окислов щелочных металлов и окиси бария. Значительно увеличиваются потери меди и свинца при высоких содержаниях в шлаках цинка. Присутствие закиси марганца и двуокиси титана иногда снижает потери металлов. Однако содержание этих компонентов редко бывает значительным и их влияние несущественно.
Влияние состава шлаков может быть различным для разных видов потерь металлов и может вызываться различными причинами, поскольку состав шлака определяет многие факторы, как например температуру вытекающего из печи шлака, его вязкость, удельный вес, растворяющую способность, скорость процессов укрупнения механически взвешенных частиц и их отстаивания и т. д.
Содержание окисленных металлов в шлаках связано с количеством растворимых в них сульфидов (железа, кальция, цинка) и скоростью процессов сульфидирования в силикатных расплавах. Увеличение содержания кремнезема и особенно, магнетита должно способствовать повышению содержания окисленных форм металлов вследствие сдвигания равновесия в сторону перехода сульфидов цветных металлов в силикаты, т. е. снижения степени их сульфидирования. Наконец, на величину потерь в виде механически взвешенных мелких частиц металла или штейна большое влияние должны оказывать вязкость и удельный вес вытекающего из печи шлака и его способность ускорять процесс коалесценции частиц, о чем будет сказано далее.