АКТИВНОСТЬ КОМПОНЕНТОВ ШЛАКА
Для расчета активности компонентов шлака используют методику, разработанную В. А. Кожеуровым, приведенные выше тройные диаграммы или полуэмпирические формулы. Чаще всего приходится сталкиваться с необходимостью расчета активности такихкомпонентов шлака, как FeO, CaO, SiO2. При расчетах активности а(Fео) прежде всего учитывают состав шлака (кислый или основный).
Исследования показали, что содержание (FeO) в кислом шлаке, насыщенном кремнеземом, пропорционально концентрации кислорода в металле [O]/(FeO) = const = Lo, откуда [О] = Lo(FeO), т. е. если вдвое увеличить содержание (FeO), то вдвое возрастает и [О]. Другими словами, активность a(FeO) в кислом шлаке пропорциональна ее концентрации, поэтому при определении <2(FeO) B кислом шлаке в качестве стандартного состояния обычно принимают кислый шлак, содержащий 1 % FeO. Для такого шлака fl(FeO) = 1- Тогда при содержании в кислом шлаке 2 % (FeO) «(FeO) = 2, а при 3 % (FeO) a(Fe0) = 3 и т. д.
Для основных шлаков расчеты активности FeO более сложны, т. е. a(FeO) = 
(FeO)(FeO)- Коэффициент активности (FeO) зависит от многих факторов, но главным образом от основности шлака. Влияние основности шлака на коэффициент активности FeO показано на рис. 9.5. Это влияние обычно объясняют следующим образом: при введении СаО в шлак в нем образуются сложные силикаты кальция (CaO)2*SiO2 и (CaO)4*SiO2. Это приводит к значительному уменьшению общего числа молекул. При одном и том же массовом содержании FeO в шлаке мольная доля FeO тем больше, чем меньше общее число молекул, содержащихся в шлаке. Таким образом, повышение основности шлака до 1,6-1,8 приводит к увеличению мольной доли FeO при одной и той же массовой концентрации FeO в шлаке и, следовательно, ведет к увеличению активности FeO. При дальнейшем увеличении содержания СаО в шлаке весь кремнезем оказывается связанным в силикаты кальция. Избыточный оксид кальция связывается с оксидом железа Fe203 в ферриты кальция. Это приводит к уменьшению активности FeO в шлаке.
Рис. 9.5.Зависимость коэффициента активности FeO в шлаке от его основности при 1600°С
Рассуждая таким же образом, можно принять, что кислотные оксиды (SiO2, P2O5) взаимодействуют с FeO и таким образом понижают а(Fео). Вместе с тем если увеличивать содержание СаО и МпО в шлаке, то они образуют с SiO2 более прочные силикаты, чем силикаты железа, вытесняют FeO из силикатов, в результате чего а(Fео) увеличивается. Как правило, компонентами шлака любого сталеплавильного процесса являются кремнезем и оксид кальция СаО. Для оценки активности этих компонентов в качестве стандартного состояния принимают обычно чистый кремнезем SiO2, чистый оксид СаО или шлак, насыщенный SiO2 или СаО. Когда раствор насыщен каким-либо веществом, активность этого вещества в растворе может быть принята равной единице.
Например, на заключительной стадии плавки в кислой печи шлак обычно насыщается кремнеземом, частицы Si02 начинают выпадать из раствора и при 55-60 % SiO2 шлак становится гетерогенным. Величину а(SiO)2 в таком шлаке принимают равной единице. При уменьшении концентрации SiO2 в шлаке а(SiO)2 уменьшается (рис. 9.6).
В основных шлаках состояние насыщения шлака оксидом кальция достигается реже. Кроме СаО основные шлаки содержат обычно значительные количества такого кислотного оксида, как SiO2 (иногда также и Р2О5), в результате происходит образование силикатов кальция и активность СаО уменьшается. В высокоосновных шлаках а(SiO)2 ничтожно мала, так как при избытке СаО все количество SiO2 связано в прочные силикаты кальция. Для изменения активности компонентов шлака обычно используют простые приемы. Например, для повышения а(СаO) в шлак вводят известь, для повышения а(FеО) — железную руду и т. д.
Рис. 9.6.Активность SiO2 в кислом шлаке
Однако влиять на активность компонентов в шлаке и на технологию плавки можно и другими способами. В качестве примера приведем следующий технологический прием, который иногда используют при плавке качественной стали в мартеновских печах: введение в конце плавки в высокоосновный шлак некоторого количества боя шамотного кирпича (шамот состоит в основном из SiO2 и А12О3). В высокоосновном шлаке СаО связан в прочные силикаты, а избыток СаО — в менее прочные ферриты кальция. При введении в такой шлак шамотного боя входящий в его состав кремнезем разрушает ферриты кальция (CaO)3*Fe2O3 + + SiO2 + Fe = (CaO)3*SiO2 + 3(FeO) с образованием более прочных силикатов кальция на фоне роста активности оксидов железа.
Химический анализ проб показывает, что после присадок шамота в шлаке заметно возрастает содержание SiO2 и А12О3 и одновременно заметно снижаются основность шлака и содержание железа. Снижение содержания железа в шлаке объясняется следующим: в момент ввода шамота возрастает активность оксидов железа. Следствием повышения а(FеО) является интенсивное расходование оксидов железа на обезуглероживание ванны (FeO) + С = СОГ + Fe, и в пробе шлака, отобранной из печи через несколько минут, фиксируется снижение содержания железа, а в пробе металла — снижение содержания углерода. Таким путем добиваются ускорения обезуглероживания ванны и снижения содержания оксидов железа в шлаке в случае, когда из опасений получить металл с повышенной окисленностью технологические инструкции строго регламентируют содержание оксидов железа в шлаке.
В кислом шлаке, насыщенном кремнеземом, оксиды железа связаны в силикаты железа. Если в такой шлак ввести некоторое количество извести (СаО), то имевшиеся в шлаке силикаты железа разрушаются и образуются более прочные силикаты кальция (FeO)2*SiO2+2(СаО) = =(CaO)2*SiO2 + 2(FeO). В результате активность оксидов железа в шлаке возрастает и соответственно возрастает интенсивность окислительных процессов (в частности, возрастает скорость окисления углерода).
Эти примеры показывают, что ускорение протекания окислительных процессов необязательно связано с такими операциями, как введение железной руды или продувка кислородом. Большое значение имеет и изменение активности компонентов шлака путем изменения его состава.
Дата добавления: 2015-06-22; просмотров: 1341;