Процеси шлакоутворення
Шлак – це оксидна система, яка є продуктом плавлення порожньої породи рудного матеріалу, флюсу та золи коксу.
До складу шлаку, що випускається з печі, входять оксиди кремнію, кальцію, магнію, алюмінію, сульфіди металів, а також невеликі кількості монооксиду заліза та марганцю (FeO, MnO).
Процес шлакоутворення починається з твердофазного мінералоутворення.
Як відбувається процес спікання?
При нагріванні багатофазних систем ще в твердій фазі можуть утворитися хімічні сполуки, температура плавлення яких нижче, ніж температура плавлення окислів, що їх складають. Утворення хімічних сполук супроводжується виділенням тепла, що називається тепловим ефектом шлакоутворення. В основі цих хімічних сполук знаходяться, як правило, 5 оксидів:
(2.3-48)
Конкретний склад продуктів твердофазних реакцій, що протікають при утворенні шлаку, залежить від температур та складу шихтових матеріалів. При нагріванні до 800 ... 1200 О, ці хімічні сполуки можуть утворювати рідку фазу, в той час як весь матеріал ще знаходиться в твердому вигляді. Внаслідок цього відбувається спікання, тобто фізичне злипання частинок оксидів.
Як при твердофазному спіканні, так і при спіканні за участю рідких фаз (розплаву) відбувається зменшення пористості рудних матеріалів (за рахунок заростання пор), просочування пор розплавом, утворення манжет із розплаву та обволікання рудних шматків розплавом. Це ускладнює доступ відновлювального газу до невідновлених оксидів заліза, уповільнюючи перебіг відновлювального процесу.
З подальшим підвищенням температури відбувається розм'якшення рудних матеріалів. Цей процес слідує за спіканням або відбувається одночасно з ним. При розм'якшенні неминуче оплавлення хоча бнезначної ділянки рудного матеріалу (тобто поява рідкої фази), що викликає послаблення внутрішніх сил зчеплення частинок рудного матеріалу, уможливлює деформацію шматка. Усадка шару матеріалів призводить до зниження пористості та скорочення обсягу міжкускових просторів.
При досягненні певних температур розм'якшена речовина перетворюється на текуче, рухомий стан, тобто. утворюється рідкий шлак, який впроваджується між шматками коксу та перешкоджає руху газів. Що, своєю чергою, гальмує процеси відновлення.
Залежно від інтенсивності протікання розм'якшення може бути швидким або проходити на великій ділянці висотою печі і у великому температурному інтервалі. Чим ширший температурний інтервал розм'якшення, тим більшу частину печі по висоті займає в'язка непроникна для газів маса, що заповнює порожнечі між шматками коксу. Це ускладнює рух газу вгору та розподіл їх за перерізом печі. Тому інтервал розм'якшення має бути якомога вужчим.
Температурний інтервал шлакоутворення визначається температурою початку розм'якшення руди та температурою повного розплавлення шлаку.
Температура повного розплавлення шлаку визначається складом шлаку, що вийшов. Цим параметром можна керувати, додаючи матеріали, що флюсують.
У міру опускання шихтових матеріалів печі утворюються первинні, проміжні і кінцеві шлаки, що відрізняються за складом і властивостями і мають різне значення для процесу отримання чавуну.
Первинний шлак- це перший рухливий розплав, що утворюється в печі на поверхні або всередині шматків розм'якшеного рудного матеріалу, при розплавленні найбільш легкоплавких хімічних сполук або сумішей евтектичного складу. Основною особливістю первинного шлаку єнаявність у ньому високого змісту FeO, висока основність, мала кількість.
При попаданні проміжного шлаку в горн печі склад шлаку формується остаточно - утворюється кінцевий шлак. Процес формування кінцевого шлаку характеризується наступним: у шлак переходить основна маса золи коксу, що згорає у фурм. У цьому основність шлаку знижується. Тут же (в горні печі) при взаємодії зі шлаком крапельок чавуну, що проходить через нього, остаточно переходить в шлак сірка. Відновлення марганцю та кремнію, що протікає в горні печі, призводить до зниження вмісту їх оксидів у шлаку.
Таким чином, шлак, що накопичується в горні над чавуном, набуває свого остаточного складу.
Склад доменного шлаку визначається видом чавуну, що виплавляється, складом сирих матеріалів, прийнятою технологією доменної плавки та іншими факторами.
Середній склад кінцевих доменних шлаків наведено у таблиці: