Определение физико-химических свойств шлака

 

Пересчитываем состав шлака с фактического на 4 и 3 компонента и результаты заносим в таблицу 6.

 

Таблица 6 - Химический состав четырех- и трехкомпонентного шлака

Составляющие	Содержание в шлаке
	Фактическое	Пересчет на 4 к.	Пересчет на 3 к.
SiO2	40,71	41,13	40,13
Al2O3	9,187	9,282	9,282
CaO	44,569	45,029	RO = 49,6
MgO	4,512	4,558
∑	98,978	100	100

 

%, %

%, %

 

Полученный при плавке шлак проверяется на десульфурирующую способность, вязкость, плавкость. Десульфурирующая способность шлака. Для представления о распределении серы между чугуном и шлаком, проводим оценку десульфурирующей способности по методам А.Н. Рамма и И.С. Куликова. По эмпирической формуле А.Н. Рамма для получения чугуна с содержание 0,017 % серы содержание оснований в шлаке должно быть равно

 

 

где (Al₂O₃), (S) - соединения глинозема и серы в шлаке, %;

[Si], [S] - содержание кремния и серы в чугуне, %;

n - относительное количество шлака.

 

 (12)

 

Фактически в шлаке содержится оснований

о_факт = (CaO) + (MgO) + (MnO) + (FeO) =

= 44,569+4,512+0,595+0,252=49,93%, (13)

 

Т.к. Ro_фак  Ro_тр следовательно, шлак по Рамму обладает достаточной десульфурирующей способностью.

Для контроля проверим десульфурирующую способность шлака по методу И.С. Куликова.

Для расчета L⁰ _s И.С. Куликов предложил формулу

 

 (14)

 

где f _{[s] -} коэффициент активности серы;

p _{[co] -} парциальное давление оксида углерода в горне, атм.

 

 (15)

 (16)

 

где (CaO), (MgO), (MnO), (SiO₂), (Al₂O₃) - содержание окислов в шлаке, %.

 

 

Ход реакции десульфурации зависит от активности серы в металле. В случае много компонентных систем (чугун) для определения коэффициента активности используют формулы, справедливые для определенных диапазонов концентрации. При этом следует учитывать влияние на коэффициент активности всех элементов присутствующих в чугуне.

Суммарное влияние состава чугуна на коэффициент активности серы складывается из влияния отдельных элементов. Для передельного чугуна это удобно определить, через "эквивалентное" содержание углерода по формуле

 

 (17)

 

Найденное [С] _экв подставляем в уравнение (18) и получают значение коэффициента активности серы в чугуне данного состава

 

 (18)

 

Определяем эквивалентную концентрацию углерода и коэффициент активности серы

 

4,99

 

Полученные значения подставляем в формулу (14) и определяем равновесный коэффициент распределения серы

 

17,418

 

Здесь парциальное давление оксида углерода в горне равно

 

 атм.

 

где p_д - избыточное давление горячего дутья, атм (находится в пределах 2,5-4,5 атм)

Требующийся коэффициент распределения серы

 

 (10)

 

что составляет от равновесного 12,47 100/17,418 = 71,59 %. Степень использования десульфурирующей способности шлака по Куликову составляет 30-60%, значит, полученный шлак обладает достаточной десульфурирующей способностью. Таким образом, шихта обеспечивает получение шлака обладающего согласно экспериментальным и эмпирическим зависимостям достаточной десульфурирующей способностью.

Вязкость шлака

Вязкость шлака определяем по диаграммам Мак-Кефффери при температурах 1773 К и 1673 К. В данном случае для опредения вязкости шлака необходимо польтзоваться четверными диаграммами CaO-MgO-SiO₂-Al₂O₃. Содержание основных компонентов берем в пересчете на четыре компонента (таблица 6). Для того чтобы найти вязкость шлака содержащего 41,13 % SiO₂ необходимо найти вязкость шлака при содержании SiO₂ 40% и 45 % и затем произвести пересчет (таблица 7).

 

Таблица 7 - Вязкость шлака, Па с

Содержание SiO2 в шлаке, %	Температура, К
	1773	1673
40	0,33	0,69
45	0,45	0,98

 

Получаем, что вязкость шлака при температуре 1773 К составляет 0,357 Па с, а при 1673 К - 0,755 Па с.

Вязкость шлака при коксовой плавки при температуре 1773 К колеблется от 0,2 до 0,8 Па с, т.е. полученный шлак не препятствует нормальной работе печи.

Вязкость шлака при 1673 К определяется с целью контроля. Вязкость шлака считается нормальной если вязкость при Т=1673 К примерно в два раза больше чем при 1773 К.

Температура кристаллизации.

Для определения температуры кристаллизации (плавления) шлака используем диаграммы состояния системы CaO-MgO-SiO₂-Al₂O₃. Для шлака с содержанием 9,187 % Al₂O₃ необходимо найти температуры кристаллизации шлака при содержании 5 и 10 % Al₂O₃, а затем произвести перерасчет. При содержании 5% Al₂O₃ температура кристаллизации составляет 1400 К, а при 10% - 1500 К. Соответственно температура кристаллизации шлака с содержанием 9,187 % Al₂O₃ составляет 1484 К.