Воздействие шлаков на огнеупоры

Прежде чем жидкий шлак начнет взаимодействовать с огнеупорной футеровкой, необходимо, чтобы он смочил керамику. В противном случае на поверхности огнеупорного материала возникают изолированные капли шлака. В данном разделе не будем подробно рассматривать теорию поверхност­ного натяжения, а ограничимся лишь самыми общими замечаниями по дан­ному вопросу. Смачивание происходит тогда, когда поверхностное натяже­ние жидкости (т. е. границы раздела жидкость – воздух) больше, чем по­верхностное натяжение границы раздела между огнеупорным материалом и жидким шлаком. Это условие, как правило, выполняется для жидких шлаков и не выполняется для жидких металлов. Последние редко смачи­вают огнеупорную футеровку.

Интенсивность взаимодействия между расплавленным шлаком и огне­упорным материалом зависит от флюсующей активности шлака, т. е. от способности шлака понижать температуру плавления огнеупорного материала. Оксиды кальция и алюминия имеют различную флюсующую актив­ность по отношению к динасовому кирпичу. Как видно из соответствующих участков диаграмм состояния систем СаО–SiO₂ (рис. 11.8) и Аl₂О₃–SiO₂ (рис. 20.3, а), добавление ~4 мол. % А1₂О₃ достаточно для понижения температуры плавления SiO₂ (температуры ликвидуса) от 1720 до 1595 °С. К такому же понижению температуры плавления SiO₂ приводит добавле­ние >30% СаО. Еще более резко изменяется температура плавления SiO₂ при введении добавок Na₂O или К₂О (рис. 20.3,6). Кривая ликвидуса в этих системах круто понижается до ~800°С. Приведенные на рис. 20.3, б данные относятся к системе Na₂O–SiO₂. В области, богатой оксидом кремния, система K₂O–SiO₂ полностью аналогична приведенной.

Используемый для футеровки доменных печей дннасовый кирпич должен быть устойчив к действию больших количеств расплавленных оксидов же­леза. В условиях окислительной газовой среды устойчивыми при высоких температурах оксидами железа являются фазы Fe₃O₄ (магнетит) и Fe₂O₃ (гематит). Рассмотрим, например диаграмму состояния системы Fe_:3O₄ – SiO₂ (рис. 20.3, г). Видно, что она характеризуется высокими температурами ликвидуса и наличием широкой области расслаивания в жидкой фазе. В восстановительной же атмосфере устойчивым оксидом железа является FeO (вюстит), который взаимодействует с SiO₂ с образованием низкоплав­кого силиката Fe₂SiO₄. Согласно диаграмме состояния системы FeO–SiO₂, (рис. 20.3, в), температура плавления этого соединения составляет ~ 1200°С.