Основы сталеплавильного производства

Размещено на http://www.allbest.ru/

• Лекция 3. Основы сталеплавильного производства
• Содержание
• 1. Классификация сталей, маркировка
• 2. Способы получения стали в твердом состоянии
• 3. Способы получения стали в жидком состоянии (литая сталь)
• 4. Развитие технологических схем производства стали
• 5. Маркировка стали и сплавов
• 6. Шихта сталеплавильных процессов
• 7. Основные задачи получения стали
• 8. Сталеплавильные шлаки
• 9. Технологические свойства шлаков
• 10. Физические свойства шлака
• 1. Классификация сталей, маркировка

сталь шихта сталеплавильный маркировка

Сталью называют сплав на основе железа, содержание которого в сплаве выше, чем содержание любого другого металлического (Мn, Сr, Ni, W, V, Мo и др.) или неметаллического (С, Si, S и Р) элемента, а содержание углерода не превышает 2,14 %.

Сталь обладает разнообразными свойствами: способностью к деформации в нагретом и холодном состоянии, хорошей свариваемостью, хорошей обрабатываемостью резанием, высокими твердостью, пластичностью и износостойкостью, высокой коррозионной стойкостью, способностью выдерживать высокие и низкие температуры.

Классификация сталей

Единой мировой системы классификации стали нет. В России классификация стали и требования к ее составу и качеству обусловливаются соответствующими государственными стандартами и техническими условиями. Полученные тем или иным способом стали чрезвычайно разнообразны по своим свойствам.

Сталь классифицируется по назначению, химическому составу, характеру затвердевания, качеству и способу производства.

1. По назначению. По этому признаку можно выделить следующие основные группы сталей: конструкционные, инструментальные и специальные.

К конструкционным относятся стали для изготовления деталей механизмов и машин, и элементам конструкций. Им предъявляется определенный уровень механических свойств, определяемых при статических и динамических нагрузках.

К инструментальным относятся стали, отличающиеся высокой твердостью, прочностью, износостойкостью, что позволяет изготавливать из них инструмент для обработки давлением или резаньем.

Специальные стали отличаются особыми химическими и физическими свойствами (нержавеющая, трансформаторная, электротехническая, шарикоподшипниковая и т.д.).

2. По химическому составу. Различают стали углеродистые и легированные.

В сталях большинства марок главной полезной примесью является углерод. Такие стали называются углеродистыми. Углеродистые стали, делятся на три подгруппы:

малоуглеродистые содержание углерода в стали до 0,2%;

среднеуглеродистые от 0,3 до 0,8%;

высокоуглеродистые более 0,8%.

В равновесном состоянии (после медленного охлаждения) твердость и хрупкость углеродистой стали увеличивается с повышением содержания углерода. Стали с низким содержанием углерода называют мягкими, с высоким содержанием углерода - твердыми (табл. 3.1).

Углеродистые стали обладают рядом существенных недостатков:

высокой критической скоростью закалки (наименьшей скоростью охлаждения, при которой образуется мартенсит);

плохой прокаливаемостью (глубина проникновения закалки от охлаждаемой поверхности к центру);

низкой антикоррозионной стойкостью и т.д.

Таблица 3.1 Механические свойства углеродистых сталей в зависимости от содержания углерода

Введение в сталь в определенных количествах элементов, называемых легирующими, позволяет устранить указанные недостатки углеродистой стали, а также получить те или иные особые физико-химические и физико-механические свойства, которыми углеродистая сталь не обладает. Такую сталь называют легированной.

Легирующим называют элемент, вводимый в сталь для получения определенных свойств. Элементы, содержание которых в стали связано со способом производства не являются легирующими. Наиболее используются следующие легирующие элементы:

Ni, Mn, Cr - стабилизируют -фазу;

Si - стабилизирует -фазу;

V, Mo - образует дисперсные фазы.

Легированные стали делятся по содержанию легирующего элемента:

на низколегированные - легирующих элементов до 3%;

среднелегированные 3-10%;

высоколегированные более 10%.

Низко- и среднелегированные, как правило, являются конструкционными сталями. Высоколегированные - инструментальные и специальные.

3. По характеру затвердевания сталь подразделяется на кипящую, спокойную и полуспокойную.

Кипящая это сталь, затвердевающая с признаками кипения. Эффект кипения производится образованием газа СО по химической реакции

[C] + [O] = {CO}.(3.1)

Реакция возможна при наличии растворенного кислорода в металле. Из-за повышенного содержания кислорода в металле ([О] ? 0,025%), такая сталь называется малораскисленной.

Спокойная это сталь, затвердевающая без признаков кипения, т.е. сталь с низким содержанием кислорода в металле ([О] ? 0,003%); такая сталь называется глубокораскисленной.

Полуспокойная это сталь, занимающая промежуточное положение по характеру затвердевания и степени раскисленности ([О] ? 0,012%) между спокойной и кипящей сталью.

4. По качеству. Стали обычно делят на группы, различия между которыми заключается в допускаемом содержании вредных примесей (фосфора и серы):

стали обычного качества, в них содержание фосфора и серы допускается до 0,045%;

качественные до 0,035%;

высококачественные до 0,025%;

особовысококачественные фосфора до 0,025%, серы до 0,015%.

5. По способу производства. В основу классификации положено физическое состояние получаемого продукта:

производство стали в твердом состоянии;

в размягченном состоянии;

в жидком состоянии (литая сталь).

2. Способы получения стали в твердом состоянии

Сущность получение железа путем непосредственного восстановления из руд углем или восстановительными газами. Температура процесса 1100^оС. Температурный режим исключает расплавление оксидов пустой породы шихтового материала и расплавление металла. Готовый продукт железа получается в виде губки и называется губчатым железом.

Известны две разновидности процессов получения губчатого железа:

1. Восстановление оксидов железа в подвижном фильтрующем слое; агрегатом для этого служит шахтная печь (объем до 40 м³). Восстановитель - подогретые восстановленные газы, получаемые путем углекислотной конверсии природного газа

CH₄ + CO₂ = 2CO + 2H₂ .(3.2) Эта же реакция используется в процессе Виберга для регенерации отработанных газов.

Степень металлизации руды 86-96%. Чистота губчатого железа определяется чистотой рудного материала.

2. Восстановление в стационарном фильтрующем слое; агрегатом для этого служат периодически действующие реакторы. Восстановитель тот же. Степень металлизации руды 92-98%.

Это основные способы получения сырья для порошковой металлургии железа. Губка подвергается дроблению и сепарации.

Способы получения стали в размягченном состоянии

Особенность процессов протекание восстановления в интервале температур 1250-1350^оС, в котором уже протекает расплавление оксидов пустой породы шихтовых материалов с образованием шлака.

Готовое железо получается в виде размягченных частичек, сваренных между собой.

Готовый продукт этих процессов конгломерат спекшихся частиц металла и шлака, называемый крица. Отделение шлака осуществляется путем нагрева крицы до температур 1100-1200 ^оС и проковки ее на молотах. В процессе проковки происходит отделение жидкого шлака, а также сваривание частиц железа в единый монолит, т.е. готовым продуктом является сварочное железо, которое отличается высокой коррозионной стойкостью.

По существу процессов различают следующие разновидности:

1. Непосредственное восстановление из руд. Процессы протекают в контакте расплавленных материалов, раскаленный уголь, руда и сырое дутье. Этот процесс называется сыродутным. Современный его аналог руднокричный процесс. Осуществляется во вращающихся печах. Недостатки: низкая производительность, низкая степень восстановления железа.

2. Восстановление из чугуна. Путем окисления его примесей. Осуществляется в кричных горнах в контакте раскаленной руды и чугуна. Примеси окислялись за счет кислорода руды.

3. Пудлинговый процесс. На поду плазменно-отражательной печи. Путем перемешивания в ванне жидкого чугуна и железистого шлака. Современный аналог процесс Астон-Байерс. Предварительно продутый в конвертере жидкий металл сливается в шлаковую чашу, заполненную расплавленной рудой при температуре 1250-1350^оС. При контакте капель металла и руды происходит тот же процесс взаимодействия.

3. Способы получения стали в жидком состоянии (литая сталь)

Характерная особенность температура процесса 1600-1650 ^оС. Процессы классифицируют по типу агрегата: конвертерные, мартеновские, электропечные. Сталь соответственно называется конвертерная, мартеновская, электропечная. В настоящее время 99% стали получается в жидком состоянии по двухстадийной схеме «чугун-сталь», то есть на первой стадии получают из руды полупродукт - чугун, а на второй литую сталь. Примерный химический состав чугуна и готовой стали, температуры ликвидуса (t_ликв) и выпуска (t_вып) приведены в табл. 3.2.

Сталь выпускается при температуре t_ликв + t, где t - технологический перегрев металла, необходимый для проведения различных процессов (легирования, внепечной обработки, разливки стали и т.д.), которые связаны с охлаждением стали и t 100-150 ^о.

Таблица 3.2. Характеристика чугуна и сталей

Материал	Химический состав, %	Температура, оС
	C	Si	Mn	P	S	tликв	tвып
Чугун	3,8- 4,5	0,75-1,25	0,6-1,75	0,2-0,3	0,02-0,08	1250	1400
Сталь: спокойная кипящая	0,2-0,8 0,2	0,17-0,37	0,5-0,6 0,25	0,025 - 0,045 -"-	0,015 -0,045 -"-	1480 - 1520	1620-1650

Согласно данным табл. 3.2 можно отметить две технологических задачи, которые необходимо решать при переработке чугуна в сталь:

1) снижение концентрации примесей путем их окисления кислородом;

2) нагрев металла до температуры выпуска.

Рассмотрим сталеплавильные процессы. Их отличие заключается в способе нагрева металла и способе введения кислорода.

В конвертерных процессах высокие температуры, необходимые для процесса развиваются за счет экзотермических реакций окисления примесей. Кислород необходимый для окисления примесей вводится в виде воздуха или технически чистого кислорода.

Мартеновский процесс. Основной источник тепла для нагрева металла сжигание топлива в рабочем пространстве печи. В факеле горения смешиваются воздух, нагретый до температуры 1100-1200 ^оС, природный газ и мазут. Нагрев воздуха проводят с использованием регенерации дымовых газов.

Основным источником кислорода для окисления примесей является газовая фаза рабочего пространства печи это продукты горения топлива (СО₂, СО, Н₂О, О₂^изб).

Дополнительным источником кислорода в процессе является кислород оксидов железной руды (агломерат или окатыши) и технически чистый кислород.

В электросталеплавильном процессе задача нагрева металла решается за счет преобразования электрической энергии в тепловую. В зависимости от способа преобразования энергии различают печи дуговые, индукционные, сопротивления и электронно-лучевые. Наиболее распространенный агрегат дуговая сталеплавильная печь, где электрическая энергия преобразуется в тепловую в электрической дуге (температура дуги более 3000 ^оС).

Основной источник кислорода для окисления примесей это кислород оксидов железной руды и технически чистый кислород.

Дополнительный источник - кислород газовой фазы.

4. Развитие технологических схем производства стали

Особенности современного этапа сталеплавильного производства:

применение кислорода для интенсификации мартеновского и электродугового процессов;

широкое использование в целях повышения качества стали способов внепечной (ковшевой) обработки жидкой стали синтетическими шлаками или шлаковыми смесями, вакуумом, инертными газами в сочетании с микролегирующими порошками или без них, а также способов переплава стали в особых условиях (электрошлакового, вакуумно-дугового, электронно-лучевого, плазменно-дугового, вакуумно-индукционного).

Существенным недостатком всех современных сталеплавильных агрегатов является периодичность действия, что исключает их полную автоматизацию. В настоящее время в России и в ряде других стран ведутся широкие исследования по созданию сталеплавильных агрегатов непрерывного действия (САНД).

Переход к эксплуатации САНД, несомненно, будет означать новый этап в развитии производства стали, т.к. позволит обеспечить:

повышение производительности и улучшение условий труда благодаря возможности полной автоматизации;

повышение качества стали с гораздо меньшими затратами материально-сырьевых и топливно-энергетических ресурсов благодаря возможности более глубокого рафинирования металла;

резкое сокращение вредных выбросов в окружающую среду.

5. Маркировка стали и сплавов

В стандартах развитых стран насчитывается около 2000 марок стали, при этом почти 1500 марок относятся к категории специальных.

В российских стандартах каждая марка стали имеет обозначение, состоящее из букв и цифр. Первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Каждый элемент обозначают присвоенной ему буквой (табл.3.3), а цифры после них отражают среднее содержание элемента в процентах.

Таблица 3.3.

Маркировка стали производится в зависимости от назначения и гарантируемых характеристик.

1. Углеродистые стали

1.1. Углеродистая сталь общего назначения, подразделяется на группы:

Группа А поставляется по механическим свойствам, включает марки: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6.

Группа Б поставляется по химическому составу, включает марки стали - БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6.

Группа В поставляется по механическим свойствам и с дополнительными требованиями по химическому составу, включает стали марок ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.

Буквы «Ст» означают «сталь», цифры от 0 до 6 - условный номер марки в зависимости от химического состава стали и механических свойств. Буквы «Б» и «В» означают группу стали, группа «А» в обозначении марки стали не указывается. Для обозначения степени раскисления к обозначению марки стали сразу после номера марки добавляют индексы: «кп» кипящая сталь, «пс» полуспокойная, «сп» спокойная, например: Ст3кп, БСт3пс, ВСт3сп.

Требуемый химический состав и механические свойства марки стали приводятся в ГОСТах, например, сталь марки БСт3сп содержит, %: углерода 0,14-0,22; марганца 0,40-0,65; кремния 0,12-0,30; фосфора менее 0,04; серы менее 0,05; хрома менее 0,30; никеля менее 0,30; меди менее 0,30; мышьяка менее 0,08.

1.2. Сталь углеродистая конструкционная Сталь качественная, подразделяется по химическому составу на две группы:

Группа I - стали с нормальным содержанием марганца; включает марки стали 05кп, 08кп, 10кп, 10, 15кп, 15, 20кп, 20, 25, …, 60.

Группа II - стали с повышенным содержанием марганца; включает марки 15Г, 20Г, 25Г, …, 60Г.

Двухзначные цифры в начале марки определяют среднее содержание углерода в сотых долях процента, например, сталь марки 05кп содержит 0,05% углерода.

1.3. Сталь углеродистая инструментальная. Подразделяется на группы: качественная (марки У7, У8Г, …, У13) и высококачественная (У7А, У8А, У8ГА, …, У13А). Цифры обозначают содержание углерода в десятых долях процента.

2. Легированные стали

В зависимости от химического состава и свойств легированная сталь подразделяется на качественную, высококачественную (в конце марки отмечают буквой «А»), и особовысококачественную, которые содержат разные количества фосфора и серы. В зависимости от назначения: конструкционная, инструментальная (быстрорежущая и легированная), коррозионностойкая, жаропрочная, шарикоподшипниковые и пр.

Пример1: сталь марки 20Х2Н4А конструкционная содержит, %: углерода 0,16-0,22; марганца 0,30-0,60; кремния 0,17-0,37; хрома 1,25-1,65; никеля 3,25-3,65;фосфора менее 0,025; серы менее 0,025.

Пример2: сталь марки Р18 инструментальная быстрорежущая сталь (цифры после буквы «Р» обозначают содержание вольфрама в целых единицах), содержит, %: углерода 0,7-0,8; марганца менее 0,40; кремния менее 0,5; хрома 3,8-4,4; вольфрама 17-18,5; ванадия 1,0-1,4; молибдена менее 1,0; фосфора менее 0,03; серы менее 0,03.

6. Шихта сталеплавильных процессов

Для производства стали используются разнообразные материалы, состоящие из двух основных частей:

1. Металлосодержащая часть: лом, чугун, ферросплавы, металлизованное сырье.

2. Неметаллическая часть: флюсы (известь, известняк, плавиковый шпат, боксит); окислители (железная руда, кислород); карбюризаторы (электродный бой, отсев кокса).

Металлосодержащая часть шихты

Чугун является одной из главных частей металлической шихты, он составляет в мартеновском производстве 40-60%, в конвертерном 75-80%, в электросталеплавильном - до 10% (на современных печах до 30%).

В сталеплавильном производстве применяют передельный чугун, содержащий, %: С до 4,9; Si 0,5-1,2; Mn 0,2-1,0; S 0,05; P 0,2. Жидкий чугун применяют в сталеплавильном производстве на заводах с полным металлургическим циклом (где есть доменная печь). Подают чугун в обогреваемых миксерах емкостью 1300-2500 т, куда его заливают из чугуновозных ковшей. В миксерах чугун усредняется по химическому составу и температуре. Из миксера жидкий чугун переливают в ковш и заливают в сталеплавильные печи (конвертеры, мартеновские печи).

Если на заводе нет доменного производства, то в сталеплавильных печах используют твердый чугун в виде чушек, который получают в доменных цехах на разливочных машинах конвейерного типа.

Стальной лом, загружаемый в сталеплавильные печи, включает: отходы металлургических заводов (брак, обрезь прокатная) 50%, отходы машиностроительных заводов (стружка, отходы штамповки) 20%, отслужившие срок металлоизделия (металлоконструкции, рельсы) 30%.

Лом подготавливают на заводах, базах вторчермета, производят его разбивку, резку, пакетирование, сортировку по маркам (легированные отходы), отделение цветных металлов и т.д.

Металлизованные материалы (окатыши) получают восстановлением железа из богатых концентратов (степень металлизации 90%).

Ферросплавы - сплавы различных элементов с железом и другими элементами, предназначены для легирования, раскисления, модифицирования и рафинирования. Часть раскисляющих и легирующих материалов представляют собой металл в чистом виде без содержания железа и других элементов (Al, Ni, Cr), остальные в сплаве с железом (Fe-Si, Fe-Mn,…) и с другими элементами (Si-Ca). Получают ферросплавы в доменных и электрических (руднотермических, рафинировочных и индукционных) печах, плавильных горнах.

Неметаллическая часть шихты

Флюсующие добавки:

известняк (СаСО₃ 93%; S 0,01%); известь, получаемую путем обжига известняка, применяют сразу после обжига, т.к. при взаимодействии CaO с водой образуется Ca(OH)₂ (гашеная известь);

боксит (состав, %: Al₂O₃ 20-60; Fe₂O₃ 15-45; SiO₂ 2) применяется для снижения температуры плавления основных оксидов шлака;

плавиковый шпат состоит из CaF₂ 90% (флюорит), снижает вязкость шлака.

Окислители агломерат железорудный, железорудные окатыши, окалина предназначены для окисления примесей чугуна (С, Mn, Si, P); должны содержать по возможности большее количество оксидов железа и меньшее количество серы, фосфора, кремния.

Газообразные окислители воздух, технический кислород, водяной пар.

Карбюризаторы предназначены для науглероживания металла, когда в шихте мало чугуна, это электродный бой, отсев кокса, углеродистые аноды, катоды.

7. Основные задачи получения стали

Сталь получают путем осуществления ряда механических операций, множества сложных физико-химических и физических процессов, проводимых в определенной последовательности или определенном сочетании, направленных на достижение конечной цели плавки.

Конечная цель плавки в любом агрегате сводится к получению жидкой стали с заданным химическим составом (марки) и температурой при минимальных затратах трудовых, материально-сырьевых и топливно-энергетических ресурсов.

Наиболее трудной задачей является получение заданного химического состава готовой стали, т.к. необходимо осуществлять большое число сложных физико-химических и физических процессов. Большинство из них трудно управляемы, а некоторые вообще не поддаются управлению.

В целях снижения ресурсоемкости плавки необходимо максимальное совмещение различных процессов во времени и пространстве. Однако при определенных требованиях к качеству стали полное совмещение всех процессов исключено, поэтому принято деление плавки на части как по характеру протекания частных процессов, так и по месту их проведения.

По характеру плавку принято подразделять на две основные части, проводимые последовательно и часто в разных рабочих объемах:

рафинирование металла удаление избыточного количества примесей, содержащихся в исходном металле. Основная задача удаление избыточных углерода и фосфора. Этот этап проводят в сталеплавильных печах;

раскисление-легирование металла удаление избыточных кислорода, серы и газов (водорода и азота) из готовой стали, легирование и модифицирование, доведение химического состава стали до заданных маркой значений. Этот этап чаще всего проводится вне сталеплавильной печи в агрегате комплексной обработки стали (АКОС).

Это деление связано с тем, что процессы рафинирования и раскисления не совместимы. Рафинирование в основном проводят путем окисления примесей, а главная цель раскисления удаление из металла растворенного кислорода.

Нагрев металла до заданной температуры является второй по трудности задачей при выплавке стали. Важно обеспечить синхронное проведение нагрева металла и окислительного рафинирования, поскольку на конечной стадии рафинирования из металла удаляется только углерод, то в этот период плавки главная задача сводится к синхронизации процессов обезуглероживания и нагрева металла.

Таким образом, управление плавкой стали сводится к регулированию большого числа физико-химических и физических процессов, из которых основное место занимают реакции окисления различных химических элементов.

8. Сталеплавильные шлаки

Все сталеплавильные процессы осуществляются при тесном взаимодействии металла и шлака. При этом шлаки являются неизбежным побочным продуктом любого современного способа производства стали в открытых агрегатах. Формирование шлака определенного состава, физических и химических свойств является необходимым условием получения качественной стали, так как:

1. Шлак является средой, которая воспринимает и прочно удерживает вредные примеси (фосфор и серу).

2. Шлак - среда, которая определяет темп доставки кислорода газовой фазы к металлу и тем самым определяет скорость удаления примесей и производительность процесса.

3. Шлак изолирует металл от проникновения в него вредных газов (N₂ и H₂).

4. Шлак является средой, которая регулирует темп нагрева металла.

Таким образом, химический состав шлака, его химические и физические свойства определяют качество готового металла и производительность процесса.

Источники формирования шлака:

продукты окисления железа и его примесей (FeO, Fe₂O₃, SiO, P₂O₃, MnO);

продукты разрушения огнеупорной кладки футеровки (SiO₂, CaO, MgO);

шлакообразующие присадки: известь, известняк, кварцевый песок, боксит, шамотный бой (CaO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃);

- твердые окислители: железная руда, агломерат, железорудные окатыши (Fe₂O_3, SiO₂, Al₂O₃, CaO).

Таким образом, главными молекулярными компонентами сталеплавильных шлаков являются: FeO, MnO, MgO, CaO - основные; Al₂O₃, Fe₂O₃ - аморфные; SiO₂ - кислотные.

Шлаки, преимущественно состоящие из основных оксидов, называются основными. Они образуются в агрегатах с основной футеровкой. Тоже и в

концентрацией свободных оксидов a_(Fe3O4)= (Fe₃O₄)_св, a_(FeO) = (FeO)_св.

9. Технологические свойства шлаков

К основным технологическим свойствам шлака относят окисляющую способность и основность.

Окисляющая способность определяет способность шлака передавать кислород газовой фазы металлу. Процесс передачи кислорода металлу сложный, многостадийный. Выделим основные стадии:

1. Растворение кислорода газовой фазы в шлаке, то есть растворение представляет собой процесс окисления от низших оксидов к высшим. Этот процесс протекает на границе раздела газ-шлак и приводит к объединению низших оксидов и обогащению высших.

2. Обогащение сопровождается растворением высших оксидов и их переносом на границу раздела металл-шлак со скоростью, которая определяется дифференциальным уравнением

,(3.3)

где коэффициент массопереноса; (Fe₃O₄) концентрация высших оксидов на границе раздела газ-шлак; (Fe₃O₄) концентрация высших оксидов на границе раздела шлак-металл; F_уд удельная поверхность.

3. Высшие оксиды, доставленные вследствие массопереноса к границе шлак-металл восстанавливаются до низших по реакции

(3.4)

Полученное (FeO) частично растворяется в металле, а частично переносится диффузионным путем на верхнюю границу.

4. Растворение (FeO) в металле происходит по схеме

(3.5)

5. Массоперенос низших оксидов (FeO) с низшей границы раздела шлак-металл на верхнюю границу газ-шлак осуществляется со скоростью

.(3.6)

Эта стадия завершает процесс массопереноса и делает его бесконечным.

Следовательно, перенос кислорода в шлаке осуществляется (FeO) и окислительная способность шлака определяется:

содержанием оксидов (FeO) в шлаке;

условиями массопереноса оксидов железа в шлаке, то есть вязкостью шлака, и интенсивностью перемешивания.

Основность шлака технологическая характеристика, которая позволяет предвидеть ход обменных реакций с участием шлака и зависит от соотношения основных и кислых оксидов шлака.

Методы оценки основности базируются на представлениях о строении шлаков. Существуют следующие методы оценки:

Универсальной формой выражения основности шлака (R) является отношение концентрации основных оксидов к концентрации кислотных и амфотерных оксидов, забирающих часть анионов кислорода.

Обычно пользуется более простым отношением

(3.7)

т.е. учитывают только самый сильный основной оксид, оказывающий решающее влияние на свойства шлака, и два главных кислотных оксида (массовое содержание оксидов выражают в процентах). Такое упрощение является не только удобным для практического использования, но и теоретически оправданным.

При переделе малофосфористых чугунов содержание (Р₂О₅) в шлаке бывает пренебрежимо мало по сравнению с концентрацией (SiO₂), поэтому за показатель основности шлака принимают еще более простое отношение

(3.8)

10. Физические свойства шлака

К важнейшим физическим свойствам шлаков следует отнести плавкость и вязкость.

Под плавкостью шлаков понимают температуру перехода их в жидкое состояние. Как отмечено ранее, компонентами шлаков являются тугоплавкие оксиды. Температура плавления каждого оксида типа (МеО) 1700 ^оС, в то время как температура плавления шлаков должна быть меньше 1500 ^оС.

Плавкость шлаков может быть ниже температуры плавления чистых оксидов за счет образований между компонентами шлаков легкоплавких растворов или легкоплавких химических соединений. В связи с этим существенное значение имеют диаграммы состояния шлаковых систем. В шлаках возможно образование разнообразных легкоплавких компонентов.

Вязкость шлака является важнейшим из динамических свойств, которое определяет массообменные процессы. Повышенная вязкость шлака затрудняет тепло- и массоперенос в шлаке, вызывает замедление всех процессов нагрева и рафинирования металла, приводит к излишнему угару раскисляющих и легирующих присадок, уменьшает выход годной стали. Вязкость шлака зависит от его температуры и состава.

В общем виде влияние температуры описывается уравнением

 , (3.9)

где коэффициент динамической вязкости шлака; А предэкспоненциальный множитель; Е энергия активации вязкого течения.

Значения вязкости нормальных шлаков по ходу плавки обычно находятся в пределах 0,1-0,3 Пас, чрезмерно жидкоподвижные шлаки имеют вязкость <0,1 Пас, а вязкость густых шлаков может достигать 0,8-1 Пас и более. Такая высокая вязкость характерна для кислых шлаков, насыщенных SiO₂.

Реальные сталеплавильные шлаки всегда являются гетерогенными, так как в шлак непрерывно поступают твердые частицы из футеровки. Кроме того, введенные в ванну флюсы часто продолжают растворяться практически до конца плавки. Компонентами шлака, резко повышающими его вязкость, прежде всего являются МgО (более 10-12 %) и Сr₂О₃ (более 5-6 %); эти компоненты при содержаниях выше указанных пределов обогащают шлак мелкодисперсными частицами.

Вязкость основных шлаков существенно снижается при введении 2-5 % CaF₂, 5-7 % AI₂O₃, 5-7 % Na₂O или К₂О.

Размещено на Allbest.ru

...