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.

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

t_нп =а₀ +а₁ (CaO/SiO₂)+а₂ MgO-а₃ Al₂O₃-а₄ FeO- а₅ MnO,

где CaO,SiO₂,... - содержание соответствующих оксидов в железорудном материале, % (масс.); а_0, а_1, а_2, а_3, а_4, а₅– эмпирические коэффициенты, различные для температур начала размягчения и температуры плавления.

За температуру расплавления ЖРМ (t_р) 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 (Dt_пл.) железорудных материалов составляет:

Dt_пл.= t_р - t_нп

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.