Шлаковый режим доменной плавки. Процессы образования шлака в доменной плавке

Шлаковый режим — это процессы шлакообразования и свойства образующихся шлаков.

Шлаковый режим связан с химическим составом продуктов плавки, развитием теплового и газодинамического режимов.

Цель управления шлаковым режимом — получение чугуна требуемого химического состава и шлака с надлежащими свойствами в ходе всего процесса шлакообразования.

Шлакообразование. Структуру противоточной области можно разделить по агрегатному состоянию на 3 зоны:

1) верхняя сухая (от верха колошника до низа шахты);

2) зона размягчения (распар и низ шахты);

3) нижняя зона (заплечики) — шихта представлена коксовой насадкой со стекающим по ней расплавом.

В процессе шлакообразования выделяют стадии:

1) размягчение ЖРС;

2) образование первичного шлакового расплава;

3) фильтрация шлака через коксовую насадку;

4) получение конечного шлака, состав которого изменяется за счет присоединения золы кокса.

В верхней сухой зоне получают развитие процессы твердофазного минерального образования, а именно — образование твердых растворов и различных минеральных фаз из оксидов, входящих в состав ЖРС. Процессы минералообразования имеют ярко выраженный характер при наличии в шихте флюсующих добавок, поэтому наилучшие показатели доменной плавки достигаются при проплаве однородной, предварительно обработанной шихты. В данном случае реакции в твердых фазах, начальные этапы процессов шлакообразования, формирование свойств оксидных расплавов — все это выносится за пределы ДП и зарождается на стадии подготовки ЖРС.

Вторая противоточная зона — зона когезии — зона первичного шлакообразования. Тут ЖРС, что находится между слоями кокса, постепенно, под действием теплоты из потока переходит из твердого в размягченное состояние. Появление шлака начинается с образования на поверхности рудных частиц капель первичного расплава. По мере развития нагрева и восстановления возрастают объемы первичного железистого расплава, проходит его обособление и отделение от массы размягченных частиц рудных материалов. Этот железистый расплав за счет образования легкоплавких оксидных эвтектик в присутствии FeO и щелочных соединений и образует основную массу первичного шлака.

N. B. Эвтектика — это смесь двух и более твердых фаз, одновременно выкристаллизовывающихся из раствора или сплава при постоянной и наиболее низкой (из возможных) температуре.

С плавлением наиболее легкоплавких эвтектик начинается процесс образования первичных шлаков. Отличительная особенность первичных шлаков — высокое содержание FeO (10-20%). Содержание основных шлакообразующих компонентов (CaO, SiO2, AI2O3, MgO) в них пропорционально их средневзвешенному составу железорудной части шихты (без флюса), то есть соотношение данных компонентов не изменяется и основность первичного шлака равна основости железорудной части шихты.

В третьей зоне при фильтрации первичного шлака состав его изменяется, образуя промежуточный шлак (продукт преобразования первичных шлаков за счет растворения в них всех оксидов пустой породы, взаимодействия углерода кокса с FeO и трудновосстановимыми оксидами). Состав промежуточного шлака различен по высоте коксовой насадки; основность промежуточного шлака — выше, чем основность железорудной части шихты.

Но основность конечного шлака получается всегда меньше основности железорудной части шихты (за счет присоединения золы кокса).