Лекция №1 Основные этапы развития сталеплавильного производства



бет43/107
Дата11.12.2021
өлшемі1,98 Mb.
#79128
түріЛекция
1   ...   39   40   41   42   43   44   45   46   ...   107
Байланысты:
Лекция русс (1)

Строение и состав шлака 

После отбора пробы шлака и проведе­ния соответствующего ее анализа мас­тер, ведущий плавку, получает данные о процентном содержании CaO, SiO2, FeO и т. д. При этом не следует забы­вать, что в лаборатории анализируют уже застывшую пробу шлака. Суще­ствуют различные представления о природе жидкого шлака и о взаимо­действии его компонентов, согласно которым в жидких шлаках непосред­ственно в сталеплавильном агрегате между компонентами шлака возмож­ны и ионная, и ковалентная связи. Преобладающей считается ионная связь. Схематически образование ионов при расплавлении компонентов шлака представляют обычно следую­щим образом:

FeO=Fe2+2–. СаО=Са2+2–;

МnО=Мn2+2–. MgO=Mg2++O2–;

(FeO)2·SiO2=2Fe2++SiO44–

(MnO)2·SiO2= 2Mn2++SiO44–;

FeS=Fe2++S2–; MnS=Mn2++S2–;

CaF2=Ca2++2F;

 (CaO)3·P2O5=3Ca2++3PO43– и т.п.

Какое-то количество этих элемен­тарных структурных единиц (ионов) может входить в состав более или ме­нее сложных комплексов или электро­нейтральных молекул оксидов. При­меры катионов: Fe2+, Мn2+, Са2+, Mg2+; примеры анионов: О2–, S2–, SiO44–.PO43–, FeO2, Si2O76–.

Состав ионов может изменяться в зависимости от состава шлаков; так, например, в кислом шлаке возможно присутствие следующих сложных ионов, включающих Si44+ и О2- SiC44-,Si2O76-,Si3O96-,  Si4O128-,Si6O1812-. По мере усложнения размеры (радиусы) ионов увеличиваются (при этом соот­ветственно возрастает вязкость шла­ков). Силы взаимодействия ионов в шлаке зависят от отношения величи­ны заряда иона к его радиусу (чем меньше радиус, тем сильнее данный ион при одинаковой величине заряда). Различие в силе ионов приводит к тому, что наиболее сильные катионы соседствуют с сильными анионами. Например, катион Fe2+ соседствует преимущественно с ионами О2-; та­ким образом, шлак приобретает опре­деленную упорядоченность. Имея в виду ионный характер связей частиц в шлаке, основные реакции между ком­понентами шлака и металла можно выразить в следующем виде:

(Fе2+)+(02–)↔Fеж+[O];

(Fе2+)+(S2–)↔Fеж+[S]

в случае железистого шлака;

[O]+(S2–)↔ [S]+(O2–)

в случае маложелезистого шлака;

(Мn2+)+(O2)↔[Мn]+[O];

 5(Fe2+)+2[P]+8(O2–)↔2(РО43–)+5Fеж.

Для каждой реакции могут быть вычислены соответствующие констан­ты равновесия. Для реальных шлаков, состоящих из многих компонентов, такие расчеты усложняются из-за от­сутствия полных данных об активностях компонентов. Решение облегчает­ся, если принять, что шлак представ­ляет собой совершенный ионный ра­створ, т. е. если принять, что шлак со­стоит только из ионов, что силы взаи­модействия всех анионов и всех катионов равноценны и что ближай­шими соседями являются только раз­ноименно заряженные ионы. Тогда активности компонентов шлака равны их ионным долям: , ,

Число молей тех или иных ионов рассчитывают при этом по данным хи­мического состава шлака. Допускает­ся, что , . , , , и т. д. Присутствие в шлаках Fе2О3, Р2О5 и некоторых других оксидов не учитывается. Одна­ко такой упрощенный подход дает по­ложительные результаты только для ограниченного числа случаев. Предло­женные методы расчета активностей компонентов шлака пока имеют част­ный характер и пригодны для расчетов шлаков лишь определенного состава. Комп­лекс представлений о характере ион­ной связи между составляющими жид­ких шлаков называют ионной теорией шлаков.

Такое название отличает эту теорию от молекулярной теории шлаков, в соответствии с которой шлаки состоят из молекул, причем одна часть компонентов шлака связана в со­единения (силикаты, ферриты и т. п.), а дру­гая часть находится в свободном состоянии. Концентрации свободных компонентов (CaO, MgO, FeO — в основных, SiO2 — в кис­лых шлаках) определяются их избытком по сравнению с количеством, необходимым для образования тех или иных соединений в со­ответствии со стехиометрическим составом последних. Молекулярную теорию шлаков часто связывают с именем немецкого метал­лурга Г. Шенка, разработавшего метод расче­та концентраций свободных оксидов.

Данные анализа проб шлака метал­лурги получают с соответствующим пересчетом на массовый состав; при этом приводится содержание компо­нентов шлака в виде обычных оксидов (FeO, CaO, MnO, SiO2 и т.д.) или в чистом виде [(Fe), (S), (Р) и т.д.]. Со­ставляющие шлак оксиды в соответ­ствии с их химическими свойствами можно разделить на три группы:

1) кислотные (SiO2, P2O5, TiO2, V2O5);

2) основные (CaO, MgO, FeO, MnO);

3) амфотерные (А12О3,  Fe2O3, Cr2O3).

 Из минералогического анализа шла­ков  различных   вариантов  сталепла­вильных процессов следует, что наи­более часто встречающимися соедине­ниями в шлаковых пробах являются:

силикаты — FeO·SiO2, (FeO)2·SiO2, MnO·SiO2, (MnO)2·SiO2, (CaO)2·SiO2, (CaO)3·SiO2, MgO·SiO2, (MgO)2·SiO2, Al2O3·SiO2;

фосфаты — (FeO)3·P2O5, (MnO)3·P2O5, (CaO)3·P2O5, (CaO)4·P2O5, (MgO)3·P2O5;

алюминаты — FeO·A12O3, CaO·Al2O3, MgO·Al2O3;

ферриты — FeO·Fe2O3, CaO·Fe2O3, (CaO)3·Fe2O3, (CaO)m·(Fe2O3)n.
Под основностью шлака понимают отношение массовых концентраций (CaO)/(SiO2) или в случае высоких концентраций фосфора (CaO)/((SiO2)+(Р2О5)). Какой-либо общепринятой градации шлаков в зависимости от их основности нет, однако часто шлаки по признаку основности делят на три группы: низкоосновные — если (CaO)/(SiO2)<1,5; средней основнос­ти - если (CaO)/(SiO2)=1,6÷2,5 и вы­сокоосновные — если (CaO)/(SiO2) > 2,5. Знание основности шлака (для основ­ных процессов) и постоянный конт­роль за этим параметром очень важ­ны, так как с помощью этой характе­ристики шлака обычно определяют важнейшее его свойство — способ­ность извлекать из металла вредные примеси (серу, фосфор) и удерживать их в шлаке.

Характеристикой кислых шлаков может служить отношение (SiO2)/(FeO + MnO) или (SiO2)/(FeO + MnO + СаО), которое называют кислотностью шлака.

Важнейшей характеристикой шла­ка является также величина, называе­мая окисленностью шлака. Под окисленностью шлака обычно понимают способность шлака передавать метал­лу кислород. Роль основного окисли­теля при взаимодействии металла со шлаком принадлежит оксиду железа (FeO). Определенную роль играет так­же и трехвалентное железо (Fe2O3).



Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   39   40   41   42   43   44   45   46   ...   107




©engime.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет