2. Образование шлака в доменной печи. Состав и свойства шлака. Серопоглотительная способность шлака.

Помимо чугуна, в доменной печи образуется шлак, в который переходят не восстановившиеся оксиды элементов, т.е. СаО, MgO, АI2О3, Si02 и небольшое количество МnО и FеО, причем СаО специально добавляют к железорудной шихте для получе­ния жидкого шлака.

Основу пустой породы большинства руд так же, как и основу золы кокса, составляют Si02 и А12О3, температура плавления которых (соответственно 1710 и 2050 0С) выше температур в доменной печи, в связи с чем они в печи расплавиться не могут. Поскольку доменная печь не приспособлена для удаления твердых продуктов плавки, необходимо перевести оксид Si02 и А12О3 в жидкую фазу, что достигается добавкой в шихту агломерации флюса ­известняка, вносящего оксид СаО, который, взаимодействуя с Si02 и А12О3, образует легкоплавкие химические соедине­ния. Последние при температурах доменного процесса расп­лавляются, переводя пустую породу и золу кокса в жидкую фазу - шлак, который периодически выпускают через летки, освобождая печь от непрерывно поступающих сверху невос­станавливаемых оксидов. Другой важной функцией, шлака яв­ляется десульфурация.

Основными стадиями сложного процес­са шлакообразования в доменной печи являются: нагрев и размягчение железосодержащей части шихты, ее плавление, стекание в горн первичного шлака с изменением его соста­ва, присоединение к нему золы кокса, формирование оконча­тельного состава в горне.

При опускании в печи шихтовых материалов сохраняется их слоевое расположение (чередование слоев агломерата и кокса), и материалы остаются твердыми до поступления в участки печи с температурами около 1000.-1100 0С, где на­чинается пластичная зона.

В верхних наружных слоях этой зоны происходит размягчение и переход в плас­тичное состояние железосодержащих материалов со слипанием отдельных кусков в : скопления; в толще зоны, где темпера­тура выше, начинается и протекает плавление, а ниже нее(где температуры составляют около 1200-1250 0С) оксидная фаза и восстановленное железо находятся в расплавленном состоянии и твердым остается лишь кокс. Эта зона пластич­ности или зона первичного шлакообразования может быть разной по форме и толщине и располагаться на разной высо­те в зависимости от распределения шихтовых материалов и газового потока по сечению печи, расхода кокса и теплово­го состояния горна и печи, расхода дутья, состава и проч­ности агломерата и его восстановимости и ряда других фак­торов.

Формирующаяся ниже зоны пластичности жидкая оксидная фаза - расплавленные пустая порода агломерата и окатышей и не восстановившиеся оксиды FeO и МnО - образует первич­ный шлак. По составу он отличается от конечного шлака в горне, в первую очередь более высоким содержанием FеО (до5-15 %) и МnО. Первичный шлак каплями стекает в горн че­рез слой кокса ("коксовую осадку"), при этом изменяется его состав. В результате прямого восстановления железа и марганца в шлаке уменьшается содержание FеО и МnО, и он становится более тугоплавким. На горизонте фурм к шлаку присоединяется зола кокса (в основном SiO2 и Аl2О3), Придвижении капель (особенно в горне) в шлак переходит сера. В районе горна в результате восстановления кремния не­сколько уменьшается количество SiO2в шлаке.

Конечный шлак на 85-95 % состоит из SiO2, Аl2О3 и СаО и содержит, %: 38-42 SiO2, 38-48 СаО, 6-20 Аl2О3, 2-12 MgO, 0-26 РеО, 1-2 МnО и 0,6-2,5 серы (в основном в виде CaS). Температура шлака несколько выше температуры чугуна и составляет 1400-1560 0C.

Состав шлака, его физические свойства, основность и количество оказывают существенное влияние на ход доменной плавки и показатели работы печи.

Однако для выбора состава шлака недостаточно знать эти температуры, так как некоторые из сплавов становятся хо­рошо подвижными при температуре, значительно превышающей температуру плавления. Например, самый легкоплавкий сплав - СаО AI2O3 . 2Si02, содержащий примерно 62 % Si02, 14 % Al2O3 и 24 % СаО, температура плавления кото­рого равна 1170 0C, приобретает хорошую текучесть лишь при нагреве до 1600 0C. Поэтому необходимо учитывать дан­ные о вязкости шлаков.

Вязкость - это внутреннее трение, препятствующее течению жидкости; она является величиной, обратной текучести. Единицей вязкости является Па*с (1 Па*с = 1 Н *с/м2 = 1 пуаз), Т.е. за единицу вяз­кости 1 Па*с принимают вязкость такой жидкости, в кото­рой сила в 1 Н, приложенная к площади жидкости в 1 м2 (т.е. 1 Па), находящейся на расстоянии 1 м от другой та­кой же площади, вызывает перемещение жидкости со ско­ростью 1 м/с. Вязкость существенно понижается с ростом температуры.

Для нормальной работы доменных печей вязкость шлака должна составлять 0,3-0,6 Па*с.

Основность шлаков явля­ется их важной технологи­ческой характеристикой. Ее выражают величиной отноше­ния содержания основных ок­сидов в шлаке к содержанию кислотных: CaO/Si02.