книги из ГПНТБ / Жило, Н. Л. Формирование и свойства доменных шлаков

н. л. жило

ФОРМИРОВАНИЕ И СВОЙСТВА

ДОМЕННЫХ ШЛАКОВ

МОСКВА «МЕТАЛЛУРГИЯ» ТОТА

I Кпктровьны?! ЭЯЗЗйЯЛЯр

незиальные шлаки, рекомендованные В. Е. Васильевым [2] как устойчивые для южных заводов страны, в силу сложившихся сырьевых условий не получили достаточ­ ного распространения.

Более глубокое обогащение железных руд и отсюда увеличение, содержания железа в проплавляемых мате­ риалах обусловило заметное уменьшение выхода шлака. При этом возросла его роль в процессах десульфурации и получении нормируемого содержания кремния в пере­ дельных и литейных чугунах.

Однако в настоящее время выход шлака составляет еще значительную величину и колеблется от 300 до 550 кг/т чугуна и процессы формирования и физико-хи­ мические свойства шлаков оказывают существенное влияние на доменный процесс в целом. От таких физи­ ческих свойств шлаков, как вязкость, температура на­ чала плавления (исходя из твердого состояния) и темпе­ ратура начала кристаллизации (исходя из жидкого состояния), зависят процессы шлакообразования, вос­ становления и десульфурации, ровность схода шихтовых материалов, работа и служба кладки печи, стойкость охладительных средств, фурменных и шлаковых прибо­ ров, отработка, разделение и уборка продуктов плавки

[3, 4].

Поэтому изучению физико-химических свойств шла­ ков издавна уделяли большое внимание. Первое иссле­ дование теплоты плавления шлаков древесноугольной и коксовой плавки было выполнено (Экерманом. Рэнкин и Райт изучили диаграмму состояния тройной системы СаО—А120 з—SiC>2 в 1915 г., а Фейльд и затем Фейльд и Ройстер впервые исследовали вязкость расплавов этой системы. Дальнейшие исследования свойств шлаков бы­ ли выполнены Герти й наиболее фундаментальные ис­ следования вязкости шлаков — Мак-Кеффери с соав­ торами [5].

Большой вклад в изучение физико-химических сйойств доменных шлаков внесен советскими исследователями М. П. Воларовичем, Л. В. Зверевым, В. В. Михайловым,

А. П. Якобсоном, С. ГГ. Лейбой, Е. П. Комарь, А. Д. Со­ кольским, Л. М. Цылевым, В. Г. Воскобойниковым, И. С. Куликовым, А. М. Чернышевым, Г. А. Соколовым, И. И. Гультяем, Г. И. Жмойдиным, А. М. Муратовым,

4

А. А. Гиммельфарбом, В. Г. Манчиискнм, Н. М. Якубцинером и другими. Особое внимание заслуживают ис­ следования вязкости шлаков тройной системы СаО— А120 з—Si02 и четверной системы СаО—MgO—А120 3— Si02, а также температур кристаллизации расплавов четверной системы, выполненные английскими исследо­ вателями [6, 7]. •

Ценные исследования процессов десульфурации были проведены И. С. Куликовым [8].

Несмотря на многочисленные исследования физико­ химических свойств доменных шлаков, полученные дан­ ные в ряде случаев оказываются недостаточными для выбора оптимального состава шлаков в конкретных ус­ ловиях плавки железорудного сырья, так как исследова­ ния относятся главным образом к системам с ограни­ ченным числом компонентов.

Хотя четыре основных составляющих (СаО, MgO, А120 з и Si02) оказывают решающее влияние на свойства шлаков, тем не менее наличие закиси марганца и железа, сернистых соединений, окислов щелочных металлов, ти­ тана и других компонентов в натуральных шлаках вызы­ вает отклонение их свойств по сравнению с трех- и четырехкомпонентными расплавами. Поэтому при установ­ лении рационального состава шлаков с целью придания им оптимальных свойств большое теоретическое и прак­ тическое значение приобретает изучение физико-хими­ ческих свойств натуральных шлаков.

Вопросы выбора рационального состава доменных шлаков и физические свойства шлаковых систем подроб­ но рассмотрены в работах [1, 2, 5].

Свойства натуральных шлаков в тридцатых годах были исследованы Н. В. Руллой. Эти работы для своего времени сыграли определенную роль. Однако с тех пор произошли существенные изменения условий и техноло­ гии доменной плавки и возникла необходимость в изуче­ нии физических свойств доменных шлаков современного периода с целью выбора их оптимального состава.

Фундаментальные исследования процессов доменной плавки, охватывающие и особенности'процессов шлако­ образования в доменных печах большой мощности, вы­ полнены советскими исследователями в 1934—1940 гг. под руководством акад. М. А. Павлова. В пятидесятые и последующие годы эти работы были продолжены кол­ лективами исследователей Института металлургии

,5

Г л а в а I

СОСТАВ И ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ ДОМЕННЫХ ШЛАКОВ

I. СОСТАВ ДОМЕННЫХ ШЛАКОВ

Основу доменных шлаков составляют три главных>> компонента — СаО, Si02 и А120з.,В связи с введением в' шихту доменных печей руд с магнезиальной пустой поро­ дой и применением в качестве флюса доломитизированных известняков или доломита следующим по распрост­ раненности компонентом доменных шлаков является

MgO.

Кроме указанных основных компонентов, в составе доменных шлаков присутствуют закиси железа и мар­ ганца, окислы калия, натрия, титана, хрома, бария и , других элементов. Наряду с этим в состав доменных шла­ ков входят также сульфиды металлов.

Состав гГвыход доменных шлаков даже при выплавкё\ одного и того же вида чугуна сильно разнятся и обу- / словлены химическим и минералогическим составом I пустой породы железных руд, золы кокса, содержанием у серы в шихте, ходом процесса восстановления, ровностью \ хода, тепловым состоянием печи и другими факторамшХ7

На определенных этапах развития доменного прсьТ'-'

7

Применение в шихте доменных печей офлюсованного агломерата и переход на выплавку чугунов с более низ­ ким содержанием марганца и серы в условиях Юга вы­ звали необходимость увеличения основности конечных шлаков по Ca0 :Si02 до 1,2—1,3 (CaO+M gO); Si02 до

1,3—1,35. Содержание глинозема и закиси марганца в шлаках упало до 5,5—6,5 п 0,5—2,5% соответственно, а содержание магнезии возросло до 3,0—3,5 и 5,0%. Умень­ шение количества глинозема произошло в связи с изме­ нением состава пустой породы криворожских руд и уменьшением удельного расхода кокса, а повышение содержания окиси магния связано с задачей улучшения физико-химических свойств шлаковых расплавов с уменьшенным содержанием закиси марганца для повы­ шения их десульфурирующей способности.

-"Доменные шлаки заводов Урала и Востока в тридца­ тые — сороковые годы содержали повышенное количест­

В связи с изменением состава пустой породы желез­ ных руд, использованием руд новых месторождений (Со- коловско-Сарбайских и др.), исключением из шихты мар­ ганцевой руды и благодаря высоким требованиям к ка­ честву выплавляемых чугунов состав шлаков этих заво­ дов изменился в направлении уменьшения содержания глинозема и закиси марганца до 10—16,5% А120 3 и 0,2—

пустой породой Бакальского месторождения с образова­ нием шлаков с высоким содержанием магнезии 16—18%. При этом их основность по CaO:Si02 составляет 0,7—

фторсодержащих добавок позволяет успешно выплав­ лять низкофосфористые чугуны на шлаках с 24—26% MgO.

На Череповецком металлургическом заводе выплавка низкосернистых чугунов осуществляется на шлаках

8

с 10—12% MgO при отношениях CaO:Si02 и (СаО+ -j-MgO) :Si02, равных соответственно 1,0 и 1,3.

В связи с использованием руд с магнезиальной пустой породой при повышенном содержании глинозема Коршу­ новского и Тёйского месторождений содержание окиси магния в шлаках Кузнецкого металлургического комби­ ната и Западно-Сибирского металлургического завода увеличилось до 14—1'6%, а содержание А120з доходит иногда до 18% и CaO:SiO2= 0 ,82-^0,85.

Шлаки Карагандинского металлургического завода характеризуются повышенным содержанием окиси бария

(до 4,6%).

При выплавке природнолегированного чугуна на ОХМК из местных ново-киевских руд образующиеся шлаки содержали повышенное количество окиси алюми­

в зависимости от общего количества шлака. На заводах Урала и Востока в коксе содержится больше золы (11,2—12,1%), чем на заводах Юга (9,5%). Кроме того, зола кокса восточных заводов содержит большую долю указанных четырех компонентов, чем золы южных за­ водов. Следовательно, зола кокса оказывает большее влияние на состав и количество шлака на заводах Урала и Востока и меньшее — на заводах Юга и Череповец­ ком [ 12].

Особо сильное влияние на количество и состав шла­ ка зола оказывает при плавке с низким выходом шлака. Так, при выплавке чугуна на окатышах ССГОКа (ММК) с золой кокса вносится около 30% шлака и под ее влия­

9