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.