Характеристика металлургических шлаков

Металлургические процессы сопровождаются образо­ванием шлаков. Шлаки представляют собой преимуще­ственно расплав оксидов, покрывающий поверхность жидкого металла. В процессе плавления шихты начина­ется окисление железа и других содержащихся в ней элементов: кремния, марганца, хрома и т. д. В образую­щемся расплаве частично растворяется футеровка печи. Кроме того, с шихтой в печь вносится песок, миксерный шлак, ржавчина, которые, расплавляясь, также перехо­дят в шлак. Поэтому, даже если не принимать специ­альных мер по наведению шлака, поверхность металла с после расплавления покрывается слоем жидкого шлака.

В каждый момент плавки шлак должен обладать определенными физико-химическими свойствами, чтобы обеспечить протекание в сталеплавильной ванне необхо­димых процессов. Для обеспечения требуемых свойств шлака в печь периодически загружают разнообразные шлакообразующие материалы (флюсы), твердые окис­лители, иногда и металлические добавки, например по­рошок ферросилиция, а также разнообразные углерод­содержащие материалы (молотый кокс, электродный бой и т. д.). Таким образом, шлак образуется из про­дуктов физико-химических процессов, протекающих в сталеплавильных ваннах, специально добавляемых флюсов и случайно попадающих материалов. По химическим свойствам оксиды, образующие шлак, делятся на три группы:

1. кислотные (SiO₂, P₂O₅, TiO₂, V₂O₅);
2. основ­ные (CaO, MgO, FeO, MnO);
3. амфотерные (Al₂O₃, Fe₂O₃, Cr₂O₃, V₂O₃).

Преобладание в шлаке оксидов пер­вой группы делает его кислым, преобладание оксидов второй группы — основным. Решающее влияние на свой­ства шлака оказывает содержание CaO и SiO₂. Поэтому за меру основных или кислотных свойств шлака прини­мают соотношение процентных содержаний оксида каль­ция и кремнезема: (%CaO)/(%SiO₂). Это соотношение называют основностью шлака. Ниже приводится при­мерный состав различных типов электропечных шлаков, %:

Результаты изучения минералогического состава твердых шлаков показывают, что в них содержатся многочисленные сложные химические соединения:

• силикаты — FeO·SiO₂;  (FeO)₂·SiO₂; MnO·SiO₂; CaO·SiO₂;
• фосфаты — (FeO)₃·P₂O₅;    (CaO)₃·P₂O₅;
• ферриты — FeO·Fe₂O₃; CaO·Fe₂O₃;
• тройные соединения — CaO·FeO·SiO₂; 3CaO·FeO·2SiO₂;
• алюминаты — FeO·Al₂O₃; CaO·Al₂O₃;
• сульфиды — CaS и т. д.

Сложные соединения при определенной температуре диссоциируют на простые оксиды, например (FeO•SiO₂)=(FeO)+(SiO₂). Поэтому в шлаковых системах должны непрерывно проходить процессы как образования сложных соединений, так и их распада. Однако современные методы исследования не позволяют изучить соединении и расплавленных шлаках. В связи с этим существуют два представления о строении шлака — молекулярном и ионном.