4. 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

, (6.3‑15)

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 Пас, чрезмерно жидкоподвижные шлаки имеют вязкость <0,1 Пас, а вязкость густых шлаков может достигать 0,8-1 Пас 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.

5. Формирование основных шлаков

Главный компонент основных шлаков СаО. Источником СаО является известняк (СаСО₃), который обжигается при температуре 913^оС по реакции

, (6.3‑16)

в результате получают обожженную известь СаО ( t_{пл СаО} = 2570^оС).

Известь загружают в сталеплавильную печь с шихтой. Переход CаО в шлак представляет большие трудности, т.к. температура сталеплавильной ванны 1620-1650^оС. Необходимым условием перехода извести в шлаковый расплав является снижение температуры плавления извести. Температуру плавления СаО снижают за счет образования легкоплавких растворов или химических соединений СаО с компонентами шлака (FeO, Fe₂O₃). Са²⁺может замещаться Fe²⁺в решетке СаО. При этом образуется легкоплавкий твердый раствор. Аналогично оксидам железа ведут себя и оксиды марганца: MnO и Mn₂O₃.

Следовательно, необходимым условием перехода СаО в шлаковый расплав при формировании основных шлаков является наличие в нем оксидов железа.