Особенности кислого и основного процессов

Шлак – одна из основных фаз, участвующих в металлургическом процессе, поэтому его состав и свойства существенно влияют на ход плавки и свойства получаемого металла.

Источником образования ваграночного шлака служит угар таких элементов, как Si, Mn, Fe, проплавление футеровки, загрязнение шихты (песок и посторонние примеси), зола топлива, флюсы. Всего шлака может быть 5–10% от массы металла.

В состав шлака входят оксиды: CaO, SiO₂, Al₂O₃, MnO, FeO, MgO. Могут входить и оксиды других металлов: Cr₂O₃, TiO₂, V₂O₃, P₂O₅, K₂O₅, Na₂O, а также сульфиды FeS и т.д. Основные составляющие шлака: кремнезем SiO₂, глинозем Al₂O_3, оксид кальция CaO. Кислотность шлака характеризуется степенью кислотности:

С_к= ,

где ∑ КО – сумма кислотных оксидов, % по массе;

∑ОО – сумма основных оксидов, % по массе.

Шлак считают сильноосновным при С_к ≤0,5, основным С_к =1,0-1,5, кислым при С_к =1,5-3,0 и сильнокислым при С_к ≥ 3,0.

Величина обратная С_к называется основностью:

С₀ = .

Для определения основности шлака иногда применяют упрощенное выражение:

С₀ = или С₀ = ,

где N_CaO и N_SiO2 – мольные доли оксидов.

Состав шлака зависит от типа футеровки, количества и состава флюсов. Различают кислый и основной процессы плавки. Состав шлака следующий, %: SiO₂ = 40–60; Al₂O₃ =10–20; CaO+MgO =10–30.

При основном процессе футеровка магнезитовая или хромомагнезитовая, в качестве флюса 7-10% известняка. Получается шлак следующего состава, % : SiO₂ = 20 – 30, Al₂O₃ = 5 – 10, CaO = 40 – 50, MgO = 10 –15.

Главное преимущество основного процесса в возможности удаления из металла до 40–50% серы и 30–40% фосфора.

В основных шлаках имеется свободная окись кальция, что способствует удалению серы по реакциям (8.18, 8.19). Десульфурация тем эффективнее, чем выше соотношение CaO/SiO₂ в шлаке, выше температура и меньше содержание FeO в шлаке.

Плавку в вагранках, как правило, проводят при кислых шлаках, т.к. этот процесс проще, футеровка дешевле.

В зависимости от состава шлак может иметь различную температуру плавления и вязкость. При высокой вязкости даже жидкий шлак может нарушить ход плавки, т.к. могут образовываться настыли, особенно над фурмами, где температура несколько ниже. Вязкий шлак плохо разделяется с металлом, в шлаке могут оставаться включения металла – корольки, а это безвозвратные потери металла. Вязкость шлака должна быть 0,3–0,8 Па∙с.