Шлаковый режим доменной плавки
Шлаковый режим во многом является определяющим показателем работы доменной печи в силу следующих причин.
1. Температуры начала плавления и расплавления материалов (температурный интервал вязкопластичного состояния материалов) определяет развитие фурменных очагов и газодинамическую напряженность зоны вязкопластичного состояния материалов.
2. Подвижность расплавов на коксовой насадке, характеризуемая зависимостью вязкости шлака от температуры определяет термодинамические и кинетические условия восстановления примесей, а, следовательно, и качество чугуна. Кроме того, этот фактор определяет степень заполнения расплавом коксовой насадки и газопроницаемость слоя в нижней зоне доменной печи.
3. Вязкость конечного шлака определяет процессы накопления гетерогенных включений в шлаковой фазе и процессы десульфурации чугуна.
4. Возможности оперативной корректировки шлакового режима по ходу плавки весьма ограничены. Поэтому расстройства печи, связанные со шлаковым режимом, как правило, продолжительны и приводят к перерасходу кокса и потере производительности печи.
Задача выбора оптимального шлакового режима решается как задачу выбора соотношения различных компонентов железорудных материалов руды, или выбора оптимальной основности шлака.
Конечные шлаки доменной плавки состоят на 95-98 % из СаО, SiO2, MgO и Al2O3. Наилучшие показатели доменной плавки достигаются при следующем составе шлака.
| CaO,% | SiO2,% | MgO,% | Al2O3,% |
| 39-42 | 38-40 | 8-12 | 8-12 |
Шлакообразование в доменной печи - это сложный и многоэтапный процесс, включающий процесс твердофазного минералообразования, последующего размягчения, образования первичного шлакового расплава (характеризуется повышенным содержанием FeO), его изменения по мере движения в коксовой насадке и превращения промежуточного шлака в конечный шлаковый расплав.
Свойства шлака ходе всего процесса шлакообразования, начиная со стадии размягчения, последующей фильтрации первичного шлакового расплава в коксовой насадке и заканчивая получением конечного шлакового расплава, определяются зависимостью характерных температур от его химического состава.
Температура образования первых порций жидких фаз (соответствует началу усадки - температуре начала размягчения) и температура расплавления (температура появления подвижного шлакового расплава) определяется по эмпирическим уравнениям для каждого вида используемого железорудного сырья по соотношениям вида
tнп =а0 +а1 (CaO/SiO2)+а2 MgO-а3 Al2O3-а4 FeO- а5 MnO,
где CaO,SiO2,... - содержание соответствующих оксидов в железорудном материале, % (масс.); а0, а1, а2, а3, а4, а5– эмпирические коэффициенты, различные для температур начала размягчения и температуры плавления.
За температуру расплавления ЖРМ (tр) принимается температура при которой вязкость шлака становится равной 2,5Па•с. При этой температуре шлак начинает вытекать из коксовой насадки, освобождая каналы для движения газов. Температурный интервал плавления (Dtпл.) железорудных материалов составляет:
Dtпл.= tр - tнп
Очевидно, что чем уже температурный интервал зоны вязкопластичного состояния, тем меньше газодинамическая напряженность нижней зоны печи, и тем выше суточное производство чугуна.
Известно, что количество восстановленных оксидов определяется скоростью реакции и временем, в течении которого протекает эта реакция.
Увеличение времени, в течении которого расплав пребывает в области высоких температур приводит к тому, что элементы, восстанавливаемые из шлакового расплава в большей степени восстанавливаются и переходят в чугун.
Скорость фильтрации расплава через слой кокса может быть описана уравнением Пуазейля
Повышение вязкости шлака приводит к снижению скорости фильтрации и увеличению времени его пребывания в зоне с высокой температурой. Это способствует восстановлению примесей. Именно в силу влияния вязкости шлака на процессы восстановления примесей и условия движения газов в зоне первичного шлакообразования важнейшей характеристикой шлаковых систем является зависимость вязкости шлака от температуры (политерма). Сопоставление шлаков с низкой и высокой основностью приводится на рис.13.
Вязкость шлака с основностью 1,05 при температуре превышающей 1300 оС выше, чем у шлака основностью 1,25. Следовательно, этот шлак больше времени будет находиться в зоне восстановления примесей. Потому выплавка низкопримесных чугунов производится на шлаках обладающих хорошей подвижностью при температурах выше 1250 оС.