Лекции по"Технологии металлургического производства"

Электропроводность шлаков возрастает с температурой. В большинстве  случаев χ резко падает (в 100 раз) при затвердевании. Электропроводность шлаков возрастает с увеличением  концентрации основных оксидов, однако, χ увеличивается быстрее числа ионов Ме⁺⁺ - числа переносчиков электричества. Т.к. электропроводность определяется не только числом переносчиков, но и их подвижностью, то описанное явление означает, что подвижность ионов сильно возрастает при уменьшении содержания  SiO₂.

Влияние на электропроводность шлаков оказывает размер катионов, вводимых в шлак. Катионы с меньшим ионным радиусом (Fe⁺², Zn⁺², Mn⁺²) увеличивают электропроводность шлаков больше, чем катионы с большим радиусом иона (Са⁺²). О влиянии размеров ионов на электропроводность говорит и то, что если компоненты образуют химическое соединение, то электропроводность этого соединения будет ниже, чем у более электропроводного оксида, вступающего в соединение.

Плотность шлаков - имеет очень большое значение в металлургической практике. Чем больше разница между плотностью шлака и основного продукта плавки, тем лучше и быстрее происходит разделение жидких фаз. Плотность шлаков можно определить исходя из правила аддитивности и она колеблется в пределах 2,8–4 г/м³. Плотность основных шлаковых компонентов (ρ, г/см³): FeO - 3.7, CaO - 3.6, SiO₂ - 2.6, Al₂O₃ - 4.8.

Химические свойства шлаков. Окислительно-восстановительный потенциал шлака определяет возможность выделения металлов из оксидов шлака. Чем выше окислительный потенциал шлака, тем труднее из него выделить металлы. Потенциал реального шлака равен ≈ 0,345 в.

Поверхностное натяжение. Имеет очень большое значение при разделении продуктов плавки. Может регулироваться различными добавками. Влияет на показатели разделения жидких фаз (шлака и металла). Повышение кислотности шлака приводит к уменьшению поверхностного натяжения.

Закон распределения элементов  между жидкими фазами. Если на ванну металла (Ме) поместить шлак, содержащий свободный оксид МеО, то через некоторое время в металлической ванне обнаруживается МеО. Переход МеО из шлака в металл будет происходить до установления равновесия с константой распределения: или .

Это выражение закона распределения  Нернста для разбавленных растворов.

То же самое произойдет и с металлом: . ( : Аu = 1000-2000; Ag = 400-500; Cu = 50; Si = 0.01-0.04).

Потери металлов в шлаке. Величина потерь металла в шлаке зависит от состава и температуры шлака, характера процессов плавления шихты и разделения жидких фаз. Существуют три вида потерь металла в шлаках:

1. Химические потери. Шлаковая фаза содержит в растворе оксиды извлекаемого металла.
2. Физические потери. Шлак содержит в себе растворенные металлы или сульфиды (при плавках на штейн).
3. Механические потери. Шлаковая фаза может механически увлекать с собой не отделившиеся капельки другой, ценной фазы (металла или штейна) и выносит их с собой из плавильного агрегата в отвал.

Химические  потери возникают в результате не завершённости основных реакций. При восстановительной плавке это: MeO + C = Me + CO (CO₂) и MeO + Me₁ = Me₁O + Me; при плавке на штейн: MeO + FeS' (CaS) = MeS + FeO (CaO).

Значительное содержание оксида извлекаемого металла в шлаке  свидетельствует о серьезных  нарушениях технологии и условий плавки: недостатке восстановителя или сульфидизатора; очень быстром проведении процесса, когда время протекания основных реакций сокращено.

К химическим потерям  приводит окисление металла шлаком: (Me₁O)_шл+[Me]=(MeO)_шл+[Me₁]

Физические  потери возникают в результате растворимости сульфидов и металлов в шлаке, и их величина зависит от состава шлака и всегда повышается с повышением температуры шлака. При охлаждении и затвердевании шлака эти сульфиды выпадают в форме самостоятельной сульфидной фазы, диспергированной в массе шлака. Снижение потерь от растворения в шлаке сульфидов достигается работой на кислые и маложелезистые шлаки, при возможно более низкой температуре.

Механические  потери, т.е. потери вследствие незавершенности процесса отстаивания более тяжелой ценной фазы от шлака, зависит от соотношения плотностей разделяемых фаз, вязкости шлаковой фазы и продолжительности процесса отстаивания. Механические потери редко наблюдаются при плавках на металл, т.к. большое различие в плотностях, что не препятствует ликвации. При плавках на штейн механические потери – основной вид потерь.

Литература: 2 осн. [140-171], 6 осн. [109-119, 125-134], 4 осн. [151-193], 5 осн. [215-243], 19 доп. [153-170], 18 доп. [92-103, 112-119], 9 доп. [76-80], 5 доп. [196-205], 4 доп. [101-103], 7 доп. [83-94], 6 доп.  [58-78], 8 доп. [58-66].

Контрольные вопросы:

1. Чем обусловлено высокое (до 20%) содержание магнетита в конвертерном шлаке?
2. Почему введение в шлаковый расплав катионов - сеткообразователей уменьшает поверхностное натяжение?
3. О чем говорит отрицательное или положительное отклонение молярного объема расплава от правила аддитивности?
4. Как и почему меняется плотность жидкого шлака с ростом температуры?
5. Какой расплав и почему имеет большую вязкость: SIO₂; SiO₂-CaO или SiO₂-Na₂O?
6. Как меняется вязкость шлака при выпадении из него твердой фазы? Какая зависимость отражает это изменение?
7. Чем объясняется более резкое снижение вязкости шлака при добавлении окислов щелочных металлов в CaF₂ по сравн<span class="dash041e_0431_044b_0447_043d_044b_0439