§ 2. Шлаки сталеплавильных процессов

Роль шлаков в процессе производства стали исклю­чительно велика. Шлаковый режим, определяемый ко­личеством, составом и свойствами шлака, оказывает большое влияние на качество готовой стали, стойкость футеровки и производительность сталеплавильного аг­регата. -Шлак образуется в результате окисления со­ставляющих металлической части шихты, из оксидов футеровки печи, флюсов и руды. По свойствам шлако – образующие компоненты можно разделить на кислотные (SiO2, P2O5, TiO2, V2O5 и др.), основные (CaO, MgOr FeO, MnO и др.) и амфотерные (Al2O3, Fe2O3, Cr2O3, V2O3 и др.) оксиды. Важнейшими компонентами шлака, оказывающими основное влияние на его свойства, явля­ются оксиды SiO2 и CaO. Важнейшими свойствами шла­ка являются основность (кислотность) и окислительная способность шлака.

Простейшей оценкой основности может служить со­отношение содержащихся в шлаке CaO и SiO2, взятых в процентах по массе или в мольных долях. Низкооснов­ные шлаки имеют (Ca0)/(Si02) < 1,5; шлаки средней основности имеют (Ca0)/(Si02) = 1,8-^2,2. Шлаки с (Ca0)/(Si02)>2,5 называют высокоосновными. При переделе шихт с повышенным содержанием фосфора следует пользоваться выражением (CaO)/(Si02+P205)-

Составы кислых шлаков характеризуются их кислот­ностью, выражаемой отношением (Si02)/(Fe0 + Mn0). Содержание в шлаке оксидов железа, в частности FeO,. определяет его окислительную способность. Из физичес­ких свойств шлака важнейшими являются его вязкость – и плотность. Вязкость шлака зависит от химического состава и температуры. От вязкости шлака в значитель­ной степени зависит его активность. Главным фактором, влияющим на жидкоподвижность шлака при постоянной температуре, является его основность. С повышением основности жидкоподвижность шлака уменьшается.

Для изучения процессов, протекающих с участием: шлаков, важно знать их строение. В настоящее время? в металлургии существует две теории расплавленных, шлаков: молекулярная и ионная.

Молекулярная теория возникла на основании данных о химическом и минералогическом составе застывших шлаков. Согласно этой теории, расплавленные шлаки образуются из молекул оксидов и соединений из окси­дов. При этом оксиды, входящие в соединения, называ­ются связанными, а остальные — свободными. В хими­ческих процессах между металлом и шлаком участвуют только свободные оксиды, которые определяют реакци­онную способность шлака. Например, окислительная способность шлака должна определяться концентрацией FeO, не связанной с другими соединениями. Аналогично способность шлака поглощать вредные примеси (напри­мер, серу и фосфор) определяется содержанием в шла­ке свободного CaO. Молекулярная теория шлаков позво­ляет правильно описывать процессы, протекающие между металлом и шлаком, и осуществлять термодинами­ческие расчеты. Но вместе с тем на основании этой тео­рии нельзя судить о структурной модели шлакового рас­плава.

Согласно ионной теории, шлаки сталеплавильных процессов состоят из положительно или отрицательно заряженных частиц. Жидкий шлак представляет собой расплав, состоящий из катионов Fe2+, Mn2+, Ca2+, Mg2+ и анионов О2-, S2", SiO*", POJ-, AlOf-, AlO^, FeO2-, FeO2", F-и т. д.

Многие качественные выводы о характере взаимо­действия в расплавах по обеим теориям одинаковы. Од­нако ионная теория дает более правильное представле­ние о строении шлака и позволяет найти количествен­ные соотношения между концентрациями свободных и связанных оксидов.