Состав и физико-химические свойства шлаковых расплавов

Для качественного суждения о химических свойствах шлаков технологи пользуются отношением концентраций оксидов, обладающих основными свойствами (основных оксидов), и оксидов, обладающих кислотными свойствами (кислых оксидов), которое называют основностью (обратное отношение – кислотностью шлака).

В зависимости от состава шлаки подразделяют на основные, в которых преобладают основные оксиды, и кислые, в которых преобладающими компонентами являются кислые оксиды.

Шлаки подразделяют на две группы:

– окислительны е – при повышенном содержании в них оксидов железа;

 – раскислительные (восстановительные) – при малых содержаниях оксидов железа.

Как основные, так и кислые шлаки могут быть либо окислительными, либо раскислительными.

В зависимости от состава шлака и его структуры меняются (при постоянной температуре) физико-химические свойства: плотность, вязкость, поверхностные свойства, диффузия компонентов.

Плотность и мольный объем шлака являются структурно-чувствительными свойствами. При изменении состава изменяется координационное число частиц (число ближайших соседей), что приводит к изменению плотности. Влияние температуры на плотность шлака обусловлено изменением амплитуды колебания частиц в узлах квазирешетки расплава.

Поверхностные свойства. В большинстве бинарных оксидных систем поверхностное натяжение линейно меняется с изменением состава, в частности уменьшается при добавлении SiO₂.

Вязкость является важной кинетической характеристикой расплава, имеющей большое практическое значение. Увеличение вязкости приводит к затруднению перемешивания расплава. Вязкость шлаковых расплавов изменяется, как правило, в пределах 0,1 – 1,0 Па×с, что примерно на два порядка больше вязкости жидких металлов. Это объясняется наличием в шлаках сравнительно крупных структурных единиц течения (кремнекислородных комплексов, например). Зависимость вязкости от температуры описывается уравнением

                                     (1)

Диффузия. В ионных расплавах, каковыми являются расплавленные шлаки, диффузионный поток ионов обусловлен не только градиентом концентрации, но и электростатическими силами взаимодействия ионов. Количественная связь коэффициента диффузии i -го иона D_i и коэффициента вязкости расплава h определяется соотношением:

                                       (2)

где