Состав, свойства и роль шлака в процессе производства стали

Роль шлаков в процессе производства стали исключительно велика. Шлаковый режим, определяемый количеством, составом и свойствами шлака, оказывает большое влияние на качество готовой стали, стойкость футеровки и производительность сталеплавильного агрегата. Шлак образуется в результате окисления составляющих металлической части шихты, из оксидов футеровки печи, флюсов и руды. По свойствам шлакообразующие компоненты можно разделить на кислотные (SiO₂; P₂O₅; TiO₂; V₂O₅ и др.), основные (CaO; MgO; FeO; MnO и др.) и амфотерные (А1₂О₃; Fe₂O₃; Cr₂O₃, V₂O₃ и др.) оксиды. Важнейшими компонентами шлака, оказывающими основное влияние на его свойства, являются оксиды SiO₂, CaO.

Важнейшими свойствами шлака являются основность (кислотность) и окислительная способность шлака. Простейшей оценкой основности может служить соотношение содержащихся в шлаке (СаО) и (SiO₂), взятых в процентах по массе или мольных долях. Для основных шлаков (СаО)/(SiO₂) > 1; для кислых шлаков (CaO)/(SiO₂) < 1. Шлаки с отношением (CaO)/(SiO₂)~1 называют нейтральными.

Содержание в шлаке оксидов железа, в частности FeO, определяет его окислительную способность.

Важнейшими физическими свойствами шлака являются его вязкость и плотность. Вязкость шлака зависит от химического состава и температуры. От вязкости шлака в значительной степени зависит его активность. Главным фактором, влияющим на жидкоподвижность шлака при постоянной температуре, является его основность. С повышением основности жидкоподвижность шлака уменьшается.

Шлак выполняет несколько важных функций в процессе выплавки стали:

- связывает все оксиды (кроме СО), образующиеся в процессе окисления примесей чугуна. Удаление таких примесей, как кремний, фосфор и сера, происходит только после их окисления и обязательного перехода в виде оксидов из металла в шлак. В связи с этим шлак должен быть надлежащим образом подготовлен для усвоения и удержания оксидов примесей;

- во многих сталеплавильных процессах служит передатчиком кислорода из печной атмосферы к жидкому металлу;

- в мартеновских и дуговых сталеплавильных печах через шлак происходит передача тепла металлу;

- защищает металл от насыщения газами, содержащимися в атмосфере печи.

Изменяя состав шлака, можно очищать металл от таких вредных примесей, как фосфор и сера, а также регулировать по ходу плавки содержание в металле марганца, хрома и некоторых других элементов.

Для того, чтобы шлак мог успешно выполнять свои функции, он должен в различные периоды сталеплавильного процесса иметь определенный химический состав и необходимую текучесть (величина обратная вязкости). Эти условия достигаются использованием в качестве шихтовых материалов плавки расчетных количеств шлакообразующих - известняка, извести, плавикового шпата, боксита и др.