3.3. Образование ваграночного шлака и его влияние на свойства чугуна и стойкость футеровки

3.3.1. Образование ваграночного шлака.

Как и во всяком металлургическом процессе, состав и свойства ваграночного шлака оказывают большое влияние на характер плавки и свойства получаемого металла.

Количество и состав ваграночного шлака зависят от режима плавки, качества исходных шихтовых материалов и флюсов, от конструкции вагранок.

Источниками образования шлака в процессе плавки в вагранке являются:

– угар элементов: приблизительно 10…35% Si, 15…50% Мn, и 0,25…1,5% Fe. При этом образуется 1…2% шлака от веса металла;

– оплавление футеровки: 0,4…4,0% веса металла (обычно считают 1…2%);

– песок, приставший к чушкам штыкового чугуна (при немеханизированной разливке), в количестве 0,3…2%, а также окислы, покрывающие поверхность лома, стружки и штыкового чугуна (0,25…0,75%). При применении в шихте неочищенных литников и бракованных отливок пригоревшая к ним песчаная смесь образует дополнительное количество шлака – до 2% веса металла;

– зола топлива, переходящая в шлак в количестве 1…2% веса металла (в коксовых и коксогазовых вагранках);

– флюсы, добавляемые для понижения вязкости шлака, в количестве 3…4% веса металла.

Следовательно, всего образуется 6…8% шлака от веса металла.

Приведенные данные можно использовать с учетом особенностей каждой конкретной плавки. При этом расчетный состав конечного шлака, полученный с учетом принятых исходных данных, довольно точно совпадает с фактическим его составом. Конечный ваграночный шлак состоит главным образом из кремнезема SiО₂, извести СаО, глинозема Аl₂О₃, магнезии MgO, закиси железа FeO, закиси марганца МnО, щелочей K₂О и Nа₂О и некоторых других составляющих (сернистых и фосфористых соединений).

Кремнезем SiO₂, являющийся главной составной частью кислого ваграночного шлака (40…55% его веса), образуется из золы кокса, песка, огнеупорной футеровки и выгорающей части кремния шихты.

Источником получения второй основной части шлака – окиси кальция СаО, составляющей 20…30% веса кислого шлака, является известняк. Единственная практическая возможность влиять на конечный состав, шлака во время плавки – добавить то или иное количество флюсов. Глинозем Аl₂O₃ поступает в шлак в количестве 5…15% (так же как и 0,5…5% магнезии) главным образом из золы топлива, флюса и оплавленной футеровки.

Таким образом, три химические составляющие (кремнезем, окись кальция и глинозем) образуют в сумме 80…90% всей массы шлака.

Окислы железа и марганца поступают в шлак в результате выгорания этих элементов в процессе плавки металла, а также из окислов, находящихся на поверхности стружки, лома и чушкового чугуна. Они находятся в шлаке в следующем количестве: 2…10% MnO, 3…15% FeO. Конечное содержание FeO в шлаке характеризует не только величину угара железа, но и таких элементов, как марганец и кремний.

О работе вагранки можно судить по составу и свойствам шлаков. Изменяя состав шлаков, можно регулировать ход ваграночной плавки. Например, при получении холодного чугуна, когда образуются черные сильно железистые шлаки, увеличивают коксовую колошу. Качественные шлаки должны иметь оливково-зеленую окраску. При хорошо поставленном контроле за составом шлака можно вовремя заметить появление железистых шлаков и принять меры к исправлению хода плавки в вагранке.

Щелочи К₂О и Na₂O поступают в шлак в небольшом количестве (0,2…0,5%) главным образом из золы топлива.

Ваграночные шлаки содержат также некоторое количество механически запутавшихся более или менее крупных корольков чугуна и его микроскопических включений. Это легко проверить при растирании шлака в порошок и извлечении из него магнитом железа. Потери в шлаке чугуна составляют 0,2…0,3%. Эти потери тем больше, чем больше вязкость шлаков.

Даже присутствие сравнительно небольшого количества окислов железа и марганца в ваграночном шлаке сильно сказывается на его внешнем виде, придавая ему темный, почти черный цвет. Кислый характер шлака из-за наличия в нем кремнезема является причиной его стекловидного состояния.