> Техника, страница 93 > Шлаки

Шлаки

Шлаки, камневидные вещества различного состава, образующиеся от сплавления разнородных окислов и получающиеся в качестве отхода при огневых (металлургических) процессах выплавки, рафинировки, переплавки, сварки, а иногда и нагревания металлов (железа, чугуна, стали, меди и др.). В состав III. обычно входят окислы получаемого (или нагреваемого) металла, окислы его примесей, соединения пустой породы руд, часть разъеденной (растворенной) III. огнеупорной футеровки печей, а также соединения, вносимые флюсами, или веществами, специально добавляемыми для получения Ш. определенного химич. состава и физических свойств. Окислы (Si0₂, А1₂0₃, СаО, MgO, FeO, Fe₂0₃, MnO, P₂0₆, Ti0₂ и т. д.) и другие соединения, входящие в состав металлургических Ш., почти совершенно нерастворимы в металле и обычно обладают по сравнению с ним значительно меньшим уд. в (2,0— 4,0—уд. в Ш. против 6,8—7,2—уд. в жидкого чугуна и стали). Это обстоятельство является большим преимуществом и широко используется металлургией, так как дает возможность при процессах плавки получить шлаки в виде верхнего более легкого слоя, расположенного на более тяжелом нижнем слое расплавленного металла. Для возможности легкого удаления III. из печи и для хорошего отделения его от металла необходимо иметь Ш. достаточно текучие, подвижные или жидкоплавкие при заданных t° металлургии, процес-

са. Трудноплавкие, густые и малоподвижные Ш. являются одной из причин неправильного хода металлургии, печей, их пониженной производительности и целого ряда оперативных неполадок (загромождение полости печи, образование настылей, козлов, ухудшение химии, взаимодействия, затруднение передачи тепла, увеличение потерь металла в Ш. и т. д.). Толщина слоя Ш. и его теплопроводность играют весьма важную роль во всех процессах нагревания металла на поду пламенных печей (например печей мартеновских). В этом смысле особо следует отметить III., обладающие способностью сильно пениться при вскипании метал-лич. ванны. Покрывая поверхность металла толстым (пухлым), плохо проводящим тепло слоем, такие Ш. сильно затрудняют нагревание металла, расстраивают нормальный ход плавки, снижают производительность печи и служат причиной преждевременного выхода ее из строя.

Кроме чисто физич. свойств Ш. весьма важное значение имеют его химич. свойства. Взаимодействия между газообразными веществами (газовая фаза), жидкими (расплавленными) растворами—Ш. и металлом (жидкая фаза)—и твердыми материалами (твердая фаза) являются физико-химической сущностью всех металлургии. процессов. Процессы химич. взаимодействия, происходящие в жидкой фазе между двумя несмешивающимися слоями, Ш. и металлом, играют в металлургических операциях весьма существенную, а иногда и превалирующую роль. Поэтому химич. состав Ш. является одним из главных факторов, определяющих состав и качество получаемого металла. Химич. составом и относительным количеством Ш. определяется в значительной степени и то количество примесей вредных (или полезных), к-рое можно удалить из металла в Ш. или, наоборот, восстановить из Ш. в металл. В этом смысле и следует понимать старые поговорки мастеров-практйков: «Постарайся получить хороший шлак, а хороший металл получится сам собой», «Без хорошего шлака нельзя добиться хорошего металла» и т. д.

На скорость протекания реакций взаимодействия между III. и металлом также оказывает существенное влияние подвижность или жидкоплавкость III. Чем подвижнее Ш., тем выше его реакционная способность и тем быстрее, при всех прочих равных условиях, будут протекать процессы взаимодействия между Ш. и металлом. Однако стремление получить жидкоплавкие Ш. не всегда бывает осуществимо по причинам чисто экономии, характера. Кроме того жидкоплавкость Ш. должна иметь свои пределы, т. к. слишком подвижные Ш. могут оказывать сильное разъедающее воздействие на огнеупорную футеровку (набойку или кладку) металлургии, печей. По этой причине химич. состав Ш. должен быть согласован с составом и характером огнеупорного материала набойки печи, т. к. в противном случае вследствие разъедания (растворения) футеровки состав Ш. или его жидкоплавкость будет меняться в худшую сторону.

Ш. черной металлургии представляют собой переменного состава сплавы соединений, co-

стоящих из окислов основного и кислотного характера с преобладанием того или иного в зависимости от характера тех реакций, которые необходимо провести в металлич. ванне для получения заданного состава и качества металла. Сообразно с этим Ш. разделяются обычно на кислые и основные. В зависимости от состава Ш. выбирается и характер огнеупорной футеровки металлургии, агрегатов, *то есть кислая футеровка допускает работу на кислых Ш., основная футеровка на Ш. основных. Между Ш. и огнеупорными материалами существует довольно заметное количественное различие в смысле процентного содержания составляющих их соединений. Обычные Ш. отличаются от огнеупорных материалов более низкой 1°_пл%вследствие большего числа разнородных компонентов, входящих в их состав. Огнеупорные же материалы обычно состоят из одного, реже из двух однородных по своему химич. характеру соединений; остальные компоненты, добавляемые для получения механич. прочности, содержатся в таком незначительном количестве, что не могут существенно повлиять на t°_njltогнеупорного материала. Т. о. огнеупорные материалы являются конечными звеньями тех длинных цепей, в которых мы можем расположить все разнообразные по своему составу вещества, охватываемые общим понятием Ш. Для более наглядного сопоставления в таблице 1 приводятся анализы нескольких типичных кислых и основных Ш. и огнеупорных материалов.

Ш. играют весьма важную роль в процессах окисления и удаления примесей, например при переделе чугуна в сталь на поду пламенных печей (смотрите Железо, Железо в металлургии, и Мартеновское производство). При этом процесс фришевания (окисления) примесей идет не только за счет кислорода газовой фазы (дымовых газов или продуктов горения), но и за счет кислорода руды, специально добавляемой в шихту для получения сильно окислительного III., содержащего высокий % окислов железа. Гораздо реже приходится иметь дело со Ш. восстановительного характера (смотрите Доменное производство и Электрометаллургия). Густые малоактивные Ш. могут служить б. или м. надежной изоляцией от окислительного действия газообразной среды на металлич. ванну. Кроме чисто химич. воздействия состав Ш. и зависящая от него ί°_ηΛφ III. оказывают весьма сильное влияние на состав металла во всех тех процессах, £°-ный режим которых определяется ί°_ηΛ. Ш. (например t° в горне доменной печи и зависящий от нее состав выплавляемого чугуна).

Процессы получения чугуна и стали должны преследовать цель возможно более полного извлечения металла с наименьшими его непроизводительными потерями в шлак. Железо может попадать в шлак или в виде окислов: FeO; Fe₂0₃; Fe₃0₄ или в виде механически взвешенных частиц (корольков металла), увлекае-

Таблица 1.—Химический состав шлаков и огнеупорных материалов.

Наименование		SiOa	р2о5	А120з	СаО	MgO	FeO-Ь +Бе20з	МпО	CaS
Огнеу- i	Динас..	95,0	1 _	2,5	1,8	0,2 0,5	0,5	_	_
норные 1	Η амот.	57,0	—	40,0	0,5		2,0	—	—
мате-	Магнезит.	2,0	—	2,5	1,0	93,0	1,5	—	—
риалы	ДОЛ( мит.	3,0	—	2,5	57,0	38,0	1,5 0,5	—	—
Шлаки	Доменный.	33,0	—	10,0	48,0	2,0		1,5	5,0
	Бессемеровский.	58,0	—	3,5	0,3	0,2	20,0	18,0	—
	Мартеновский.	22,0	1,5	3,0	43,0	8,0	10,0	12,0	0,5

мых вместе со Ш. Потеря металла в виде окислов определяется физико-химич. условиями протекания данной металлургии, операции. Иногда по чисто технологии, условиям процесса бывает неизбежно или необходимо полу-чение сильно железистых Ш., то есть Ш., содержащих высокий % окислов железа, например сварочные и пудлинговые Ш. с содержанием £(Fe0+Fe₂0₃)=65—75%. Это создает большие потери металла и значительно уменьшает выход годного продукта. При выплавке высокомарганцовистых сплавов (ферроманган, зеркальный чугун) в доменных печах получаются марганцовистые Ш. с высоким содержанием окислов марганца. Железистые и марганцовистые Ш. обычно используются в качестве оборотных продуктов доменной плавки. Механич. потери железа, запутавшегося в Щ. в виде мелких метал л ич. корольков, зависят гЛ. обр. от густоты (вязкости) III. и от характера протекающих химич. реакций. Металлич. железо может извлекаться из Ш. механич. путем (магнитная сепарация). Однако эта операция требует предварительного измельчения, размола или грануляции Ш., что далеко не всегда может окупиться выгодами использования полученного из Ш. мелкого металлич. скрапа.

Соответствующий химич. состав и физич. свойства Ш. могут быть получены или исправлены путем своевременной добавки флюсов (смотрите). Из чисто экономии, соображений количество флюсов, добавляемых в шихту металлургии. печей, должен быть возможно минимальным, а использование соединений (CaO, MgO, CaF₂и пр.), вносимых ими в Ш., должен быть возможно более полным. Т. о. для успешного и экономичного протекания металлургии, операций существенное значение имеют следующие свойства Ш.: 1) текучесть, или жидкоплавкость, 2)

3) химии, состав, 4) относительное количество (вес ΙΪΙ. по отношению к весу металла), 5) содержание окислов железа, марганца и других соединений, которые м. б. использованы при переплавке (извести, магнезии и т. д.), 6) содержание вредных и нежелательных примесей (серы, фосфора, окислов хрома и т. д.), 7) содержание механически увлеченного металлич. железа.

В современном заводском х-ве Ш. не являются уже отбросами производства, а в зависимости от их количества, химич. состава и физич. свойств могут рассматриваться как побочные продукты, пригодные для дальнейшего использования или в металлургии. печах (оборотные Ш.) или при выполнении строительных работ и изготовлении строительных материалов (производство цементов, бетонных камней, шлакового кирпича и т. д.). Для последних целей идут гл. обр. доменные Ш. (коксовой плавки), полученные в результате восстановительных процессов и содержащие незначительное количество металлич. окислов. Ш. же передел ь-н ы е—мартеновские, бессемеровские, сварочные, а также кричные и пудлинговые (из старых отвалов), то есть Ш., полученные в результате окислительных металлургии, процессов, обычно могут с выгодой переплавляться в шихте доменных печей как оборотные продукты. Таким же путем используются обычно и марганцовистые доменные Ш., полученные при выплавке ферромангана. Передельные Ш. (тома-совские и мартеновские), содержащие большое количество фосфорной кислоты (124-24% Р₂0₅), обычно применяются в качестве сельскохозяйственного удобрения и известны под названием томасшлака или фосфатшлака (смотрите Томаеиро~ вапие, Мартеновское производство и Доменные шлаки). Сравнительно реже Ш. черной металлургии используются для извлечения из них более ценных металлов—ванадия, титана и т. д.

При суждении о металлургии. Ш. необходимо иметь в виду, что состав Ш. может оставаться постоянным, но может и меняться по мере протекания данной металлургии, операции. В одних случаях такое изменение происходит внутри печи и не имеет внешних видимых проявлений (например изменение состава Ш. в различных горизонтах зоны шлакообразования доменной печи). В других случаях можно не только наблюдать за изменением состава Ш.,. но и удалять Ш. из плавильной печи на любой стадии его образования. Так например, в печи мартеновской по мере хода плавки мы получаем различного состава Ш.: начальные, спускные, промежуточные, конечные. Меняя количество и состав Ш., удаляя III. из печи частично или полностью, добавляя флюсующие вещества и вводя на место спущенного новый Ш. иного состава, мы можем направлять химич. реакции в желательную для нас сторону и доводить содержание вредных примесей в металлич. ванне до минимальных пределов, практически возможный для £°-ных условий данного процесса. Работа со спуском Ш. практикуется особенно успешно для борьбы с фосфором, хромом и серой при производстве качественной стали в мартеновских и электрич. печах. Однако она вызывает излишние расходы, увеличивает потерю железа в Ш., уменьшает выход годного“ и окупается далеко не всегда.

Классификация Ш. черной металлургии, их химический состав, о т-носительноеколичествоивозмож-ности их использования. Для более систематич. рассмотрения Ш. черной металлургии их рационально разбить на две группы сообразно с их химич. составом и с характером тех металлургич. процессов, в результате которых они получаются. К первой группе можно отнести Ш. доменные, ко второй—Ш. передельные. Первая группа—доменные III.—представляет собой систему, состоящую гл. обр. из трех компонентов: Si0₂; А1₂0₃ и СаО (или вернее суммы CaO + MgO). Окислы черных металлов (FeO и МпО) входят в эту систему в незначительных количествах (1,5—2—4%), и только при выплавке марганцовистых чугунов или высокомарганцовистых сплавов содержание МпО в Ш. заметно повышается (до 10—15%). Плавкость доменных Ш. является одним из главных факторов, регулирующих режим работы доменной печи и состав выплавляемого чугуна. Пользуясь исследованиями плавкости Ш., можно всегда подобрать состав шихты, а следовательно и состав Ш., соответствующий работе печи на данный сорт чугуна. Классич. руководящими данными по вопросу о плавкости Ш. до последнего времени были исследования Окермана, широко известные металлургам по диаграмме Гау-Бабю. В виду трудности определения t°_nл, шлаков вследствие их вязкости, особенно заметной у ΙΠ. кислых, обычно пользовались приближенным методом и определяли не 1°_пл,₉ а теплоту плавления Ш., то есть то количество тепла (Cal/кг). к-рое содержит Ш. в жидком (расплавленном) состоянии. Последние америк. исследования дают более полную картину с количественным определением вязкости или степени жидко-плавкости доменных Ш. различного состава. при различных t°. Согласно диаграмме плавкости системы Si0₂-f СаО+А1₂0₃ (смотрите Доменные шлаки, фигура 4) имеется два минимума, один из которых соответствует кислым доменным III. древесноугольной плавки, а второй—более основным III. доменных печей, работающих на минеральном топливе, сообразно с чем происходит разделение доменных Ш. на две подгруппы:

1) кислые древесноугольные Ш. и 2) основные ΙΠ. коксовой плавки. Существенное различие Ш. этих двух типов заключается в том, что основные III. коксовых печей способны удерживать в виде CaS значительное количество серы и тем самым позволяют вести работу доменных печей на минеральном (сернистом) топливе. Так, при работе на сильно сернистом донецком коксе, содержащем до 1,8—2,2% серы, Ш. наших южных доменных печей обычно имеют в своем составе до 5—7 % CaS, что возможно только при их сильной основности. Работа на чистом в отношении серы минеральном топливе (сибирские каменные угли, кузнецкий кокс с 0,4—0,6%S) возможна при Ш., которые по своему химич. составу мало отличаются от кислых Ш. древесноугольной плавки. Благодаря этому грань между указанными двумя подгруппами доменных III. почти совершенно сглаживается. Для более наглядного сравнения химич. состав и характеристика типичных доменных Ш. приводятся в таблице 2.

0,40—0,60 при рудах среднего качества, до 0,85 при бедных, требующих основного флюса.

Основные Ш. коксовой доменной плавки имеют камневидный (реже эмалевидный) излом и могут применяться в качестве материалов для изготовления шлакового кирпича, шлакового цемента, для строительных и дорожных работ. При высоком содержании извести доменные Ш. при охлаждении постепенно трескаются и рассыпаются в мелкий порошок (обычная картина на наших юж. з-дах), что объясняется перекристаллизацией структурных составляющих III. и вызванными ей объёмными изменениями. Утилизация такого Ш. возможна при условии его мокрой или сухой грануляции. Согласно герм, нормам для изготовления шлакового цемента состав доменного Ш. должен удовлетворять соотношению:

СаО + MgO +1 з А1₂0 з ^

Si0₂ + ^z/3 А1₂0₃ ’

а содержание в нем МпО не должен быть выше 5%. В связи с успехами в области изготовления цементов нормы эти за последнее время несколько расширены. Частичная замена извести магнезией увеличивает жидкоплавкость основных доменных Ш. Уже при содержании 10% MgO III. становятся хорошо подвижными в жидком состоянии. Вследствие добавки больших количеств известкового флюса относительный вес Ш. при коксовой плавке бывает обычно значи-

Т а б л. 2.—С остав в % и ха рактеристика доменных шлаков.

	Район	Руда	Горючее	Сорт чугуна	Si02	А12Оз ;	! FeO	МпО	СаО	MgO	CaS	i Щело чи
1 Я £ я	Швеция	Магн. же л.	Древ, уголь	Литейный	60,5	2,7	2,0	2,5	28,5	3,0		0,8
О ”	»	» »	> »	»	47,1	2,4	2,0	2,7	27,7	17,5	0,2	—
£ Ч ^ Η	Юж. Урал	Бакальск.	» »	Передел	51,6	10,1	0,5	8,5	19,4	5,4	—	1,5
0.*ч	» »	»	» »	»	48,1	10,5	1,6	5,5	27,5	5,6	—.	1,2
к Э -	» »	Белорецк.	> »	»	50,6	10,3	1,2	0,4	34,6	2,3	—	0,6
4) Я К к	Ср. Урал	Гороблаг.	» »	»	42,8	21,8	0,6	2,0	25,9	5,4	—	2,0
ν >&	» »	Высоко гор.	» »	»	40,6	28,8	2,5	3,6	15,3	8,6	—	0,6
gft	» »	»	» т>	Бессем.	86,5	27,2	1,2	8“, 9	19,7	5,9	—	0,6
м ^	Сев. Урал	Богослов.	» »	Передел	34,3	29,8	2,4	1,6	30,9	1,0	—	_
§ Я	Забайкалье	Балячинск.	» »	Литейный	46,0	12,9	1,2	1,1	3,7	34,0	—	_
	Центр, обл.	Косог. з-да	Торф	Передел	38,5	8,7	0,9	1,7	46,6	1,0	2,53	—
	» »	Выкс. з-да	Торф.коке	» i	42,6	12,4	2,3	1,7	36,5	3,1	0,7	—
1 о	Ср. Урал	Высокогор.	1 Сиб. кам. уг. !	Передел ;	24,4	28,9	1,4	! 0,4	39,0	6,6
И	» »	»	Сиб. кокс >	»	35,4	19,3	0,9 I	0,8	27,5	13,9	1,9	—
Я о	Сибирь	Магнитогор.	» » i	» !	38,2	14,7	0,6	0,7	39,5	Μ	2,2	—
§я 1		Криворожск.	Дон. кокс !	Мартен.	36,5	10,7	0,9	3,1	41,1	Μ	5,6	—
К да	»	»	» » I	Бессем.	33,1	10,4	0,3	1,3	48,2	1,9	4,8	• —
а я	»	»	» » 1	Литейный	30,6	12,9	0,6	0,5	45,3	2,0	6,9	—
в ч	»	»	» » Ϊ	Зерк. !	31,6	10,4	—	5,2	45,3	2,2	4,8	_
’Я я о	»	»	» »	FeMn	29,9	10,1	0,5	8,8	42,5	3,1	4,6	_
И iS	»	»	У> »	FeSi	28,8	23,2	0,6	0,8	38,3	2,0	6,2	_
У И	»	»	» »	FeSi	39,0	13,0	0,9	0,7	38,5	1,5	6,0	_
Я да О *н	»	Халил.	» »	Передел	22,0	29,5	1,4	0,4	^0,2	1,7	6,4	—
Я о	США	Верхи, оз.	Пенс, кокс	Мартен.	34,5	14,8	0,5	0,9	43,5	2,0	3,5	—
	»	» »	Коннесв. »	Бессем.	, 35,5	9,8	0,5	0,8	47,0	4,2	2,0	—
К сЗ	Зап. Герм.	Минетт	Русский »	Томас. i	! 30,5	19,5	2,0	0,8	42,3	2,0	2,3	—
Я	» »	Мин.и шве дек.	» »	»	ί 32,8	12,4	1,9	3,9	39,5	4,2	4,5	—
а	Англия	Кливл.	Англ. »	Литейный	27,7	26,7	—	—	31,4	10,3	4,0	—

Кислые доменные Ш. древесноугольной плавки при быстром охлаждении имеют стекловидный или эйалевидный излом и по своей хрупкости мало пригодны в качестве строительного материала (идут на отливку крупных камней для мостовых, для заборов и других неответственных сооружений).Частично они м. б. использованы для производства шлаковой ваты и в качестве добавок к цементам при измельчении и размоле. Количество доменных Ш. древесноугольной плавки зависит от богатства руды и состава ее пустой породы. Обычно на 1 вес. единицу чугуна приходится Ш.: 0,25 при богатых самоплавких рудах,

тельно выше, чем при плавке древесноугольной. На 1 вес. единицу чугуна приходится доменного шлака: 0,40 при очень богатых рудах, 0,60 при рудах богатых, 1,00 при самоплавких бедных рудах, 1,50 при бедных рудах, требующих добавки флюса.

При современном крупном масштабе доменного производства вопросы уборки больших количеств Ш. вырастают в важную проблему. На целом ряде з-дов приходится занимать большие площади дорогих земельных участков под шлаковые отвалы и затрачивать большие суммы на отвоз Ш. Уже с этой точки зрения вопросы утилизации доменного Ш. заслуживают самого внимательного изучения, т. к. при правильной постановке этого вопроса вместо огромных отвалов бесполезного балласта народное х-во может получить млн. т строительных материалов. Особо стоит вопрос об утилизации доменных Ш., полученных при выплавке титаномаг-нетитов и содержащих значительные количества окислов титана. При восстановительной атмосфере доменной плавки титанистые Ш. могут быть достаточно тугоплавкими вследствие образования окислов титана низших степеней, а также трудноплавких карбидов и нитридов титана. Это сильно затрудняло промышленную эксплуатю титаномагнетитов с проплавкой их в доменных печах. В настоящее время вопрос этот близок к практич. разрешению. Доменные Ш. с высоким содержанием титана (25—30% ТЮ₂) могут служить сырьем для лакокрасочной и других отраслей пром-сти, использующих окись титана.

Передельные Ш. охватывают большое разнообразие Ш., образующихся при процессах получения железа и стали, при процессах переплавки чугуна, при нагревании стальных слитков и т. д. Общее весовое количество этих Ш. значительно меньше (раза в 3—4) по сравнению с количеством доменных Ш. Передельные Ш., за очень малым исключением, довольно резко отличаются от Ш. доменных повышенным содержанием окислов черных металлов (FeO, МпО) и низким содержанием глинозема (А1₂0₃). Из числа кислотных окислов в передельных Ш. следует отметить Si0₂, Р₂0₅ и реже Ti0₂; из числа основных—СаО, а также MgO, FeO, Μη О. Полуторные окислы А1₂0₃, Fe₂0₃, Сг^0₃ в зависимости от состава Ш. могут играть роль или слабой кислоты (в основных Ш.) или слабого основания (в Ш. кислых). Ш. передельные, также как и доменные, м. б. разделены на две подгруппу: 1) кислые передельные Ш. и 2) основные передельные Ш. Резкая граница между указанными двумя подгруппами несколько сглаживается благодаря наличию большого разнообразия промежуточных железистых Ш., приближающихся в пределе к Ш. кислого или основного характера. Кислые Ш. относятся к типу бисиликата RO · Si0₂ и обычно бывают кислее теоретич. состава, удовлетворяя в общем ф-ле: R0-Si0₂-fnSi0₂ + R₂0₃-3 (R0 Si0₂). Основные Ш. подходят к типу моносиликата (R0)₂Si0₂ и удовлетворяют по своему составу общей ф-ле: (R0)₂Si0₂-fR0-fRS + R₂0₃. Кислые Ш. не требуют для своего образования известкового флюса, т. к. обычно роль оснований в них играют окислы черных металлов (FeO и МпО). В тех же случаях, когда по ходу кислого процесса требуется применение извести, флюс Этот расходуется в очень ограниченных количествах (смотрите Флюсы). Передельные III. очень редко имеют повышенное содержание глинозема. В одних случаях это происходит за счет естественного разъедания глиноземистых (шамотных) стен плавильного агрегата (смотрите Тигельный процесс), в других случаях глиноземистые добавки (бокситы, бой шамотного кирпича, глина и т. д.) производятся специально для увеличения % содержания в Ш. глинозема и для соответственного понижения содержания окислов железа. Повышенное содержание глинозема в передельных Ш. не является недостатком. Наоборот, в процессах производства стали и при кислых и при основных Ш. повышенное содержание глинозема следует считать обстоятельством, благоприятствующим улуч

шению качества стали (понижение содержания окислов железа в Ш. и соответственное понижение концентрации закиси железа, растворенной в металле). Отсутствие дешевых глиноземистых флюсов не дает однако возможности пользоваться этим средством в широком масштабе. Следует иметь в виду, что заводские анализы часто преувеличивают (в 2—3 раза) содержание глинозема в передельных III. В кислых передельных Ш. окислы железа (FeO) и марганца (МпО) в большей своей части прочно соединены с кремнекислотой в виде бисиликатов (FeO-Si0₂ и Mn0-Si0₂), вследствие чего кислые Ш. обладают значительно меньшей реакционной (окислительной) способностью по сравнению с основными Ш., в которых большая часть окислов железа остается свободной. Отсюда можно сделать вывод, что интенсивные процессы окисления примесей ванны производительнее вести на основных Ш., для получения же ответственных сортов стали (то есть стали с наименьшим содержанием остаточного кислорода) предпочтительнее работать на Ш. кислых.

Кислые передельные Ш. не могут служить для целей удаления вредных примесей (фосфора и серы). Этим они отличаются в невыгодную сторону от Ш. основных. Основные передельные Ш. способны поглощать довольно значительные количества ангидрида фосфорной кислоты (Рг0₅) при условии достаточного содержания окислов железа в III., то есть при наличии процессов окислительных. При сильно железистых Ш. и низких t° образуется малоустойчивая фосфорножелезная соль (Fe0)₃P₂0₅, в виде которой фосфор м. б. легко переведен из металла в шлак (пудлинговый процесс, начальные и спускные Ш. основного мартеновского процесса). Для более прочного закрепления фосфорной кислоты в Ш. необходима флюсовка ее достаточным количеством извести при высоких t° (возможность работы на известковых Ш.) и при наличии окислов железа в Ш. Образующаяся при этом фосфорнокальциевая соль (Са0)₃Р₂0₅, или вернее (Са0)₃Р₂0₅Са0, является прочным соединением и может служить для окончательного удаления фосфора. Перевод фосфора из металла в Ш. путем образования того и другого соединения является огромным преимуществом работы на основных Ш. и широко практикуется при получении железа и стали пудлинговым, томасовским и основным мартеновским процессами, дающими главную массу передельных III. Удаление серы (в виде CaS) при помощи основных передельных Ш. также возможно, но с значительно меньшим успехом, чем удаление фосфора. Объясняется это тем, что передельные III. обычно имеют достаточно высокое содержание окислов железа, способствующее удалению фосфора, но препятствующее б. или м. полному переходу в Ш. серы, т. к. для успешного протекания реакций образования CaS требуется наличие восстановительных процессов. Указанное обстоятельство и является главной причиной того, что современная металлургия стремится перевести большую часть серы в основной доменный Ш. во время восстановительного (доменного) процесса и оставляет по возможности минимальное количество серы для перевода в основные передельные Ш. при окислительных процессах передела чугуна в сталь. По этой же причине для получения высококачественной стали в электропечах приходится вести процесс в два периода: первый—с окислительным (железистым) Ш. для удаления фос-

Тип шлака					Химический состав			шлаков в	%			Количество шлака в % от веса металла	Способы утилизации шлака
			Si02	Р2О5	ΑΠ03	СаО	MgO	Fe203+ 4-FeO	MnO	Cr203	S
		Тигельные	44,0—	сл. —	16,0—	1,0—	СЛ. —	6,0—18,0	3,0—	сл. —		2—5	В отвал; очень
			60,0	0,2	32,0	3,0	0,5		10,0	4,5			малое количество
		Бессемеров-	48,0—	сл. —	2,0-	0,5—	0,2—	10,0—25,0	10,0—	—	—	8—12	Переплавка в до
		ские	60,0	0,2	5,0	1,5	0,5		15,0				менных печах
		Мартенов-	52,0—	сл. —	0,5—	0,5—	0,2—	20,0—30,0	10,0—	—	—	5—8	В отвал; в каче
	3	ские	58,0	0,2	5,0	8,0	0,5		20,0				стве баласта
X		Миксерные	80,0—	0,1—	3,0—	7,0-	2,0—	5,0—15,0	12,0—	—	0,6—	1—2	В отвал; много
			50,0	0,5	10,0	10,0	5,0		25,0		6,0		серы
		Ваграноч-	85,0—	1,0-	5,0—	10,0—	0,2-	5,0— 8.0	2,0—	—	0,2 -	3—8	В отвал; в каче
		ные	56,0	2,0	15,0	28,0	2,5		15,0		0,4		стве баласта
		Кричные	7,0—	0,1—	0,1—	0,5—	СЛ. —	80,0—90,0	0,8^-		СЛ. —	10	Старьте отвалы;
			11,0	0,5	0,3	3,0	0,2		10,0		0,05		для баласта;
	а?	Пудлинго	15,0—	1,0—	0,2—	0,5—	сл. —	65,0—85,0	1,δ-	—	—	8—12	в доменные пе-
	3	вые	25,0	2,5	0,5	0,7	0,2		ΐΟ,0				1 чи для утили
	о	Сварочные	28,0—	0,Ι	0,7—	0,5—	0,Ι	65,0—72,0	1,0—	—·	—	2—5	зации при вып-
	В со		32,0	Ο,5	2,5	1,5	Ο,5		2,0				) лавке чугуна
	аг £	Миксерные	12,0—	0,5—	0,5—	15,0—	2,0—	25,0—40,0	25,0—	—	СЛ. —	3—8	В отвал; б а ласт;
	аз		25,0	1,5	1,0	25,0	3,0		35,0		0,2		в доменные печи
	й	Мартенов	15,0—	1,0-	1,0—	18,0—	5,0—	30,0—55,0	10,0—	—	СЛ. —	0,8	В отвал; в до
		ские (нача	20,0	3,0	2,5	30,0	8,0		15,0		0,2		менные печи
		льные спу
		скные)
<v
3
в и		Мартен о век.	10,0—	16,0—	1,0—	43,0—	4,0—	5,0— 7,0	5,0—	—	0, Ι	10—15	Сел.-хоз. удоб
и		(1-го пер.	12,0	24,0	2,0	48,0	6,0		10,0		Ο, 2		рение; в домен.
о /—i		фосфор)											печи
		Мартенов-	12,0—	5,0—	1,0—	40,0—	4,0—	10,0—17,0	5,0—	—	0,Ι	8—15	В отвал; в до
		сьие (2-го	3-6,0	•8,0	2,0	48,0	8,0		12,0		Ο,5		менные печи
	3	пер.)
	«	Мартенов	15,0—	1,0—	1,5—	40,0—	6,0—	8,0—15,0	7,0—	—	0,Ι	8—20	В отвал; в до
	к	ские (конеч	23,0	3,5	3,5	50,0	10,0		Ιδ,Ο		Ο,5		менные печи
	н о	ные)
	аз	Томасовские	, 8,0—	16,0—	0,8—	44,0—	2,0—	8,0—20,0	5,0—	—	0, Ι	18—25	Сел.-хоз. удобр.
	со		10,0	24,0	3,0	50,0	5,0		8,0		Ο, 2
	в	Хромистые	18,0—	1,0—	2,5—	25,0—	5,0—	12,0—26,0	8,0—	5,0—	0,Ι	25—40	В отвал; для
		(халилов-	24,0	2,0	5,0	40,0	8,0		15,0	15,0	ο,2		строит, целей
		ские)
		Электро	15,0—	СЛ. —	0,2—	45,0—	1,5—	0,5— 2,5	0,Ι	сл. —	0,Ι	3—8	В отвал; очень
		плавки	22,0	0,2	0,5	62,0	3,5		Ο,5	0,2	Ο, 50		малое колич.

фора и второй—с восстановительным (карбидным) Ш. для удаления серы. Вопросы удаления серы при помощи основных передельных Ш. значительно осложняются тем обстоятельством, что Ш. эти обладают способностью поглощать сернистые соединения (H₂S, S0₂) из газовой фазы (дымовых газов) и передавать серу металлу. Это ведет к тому, что при работе на сильно сернистом топливе вместо удаления серы из металла в III. возможно одновременное обогащение серой и металла и III. за счет поглощения серы из продуктов горения. Борьба с серой при помощи большого количества спускных (сменных) Ш. возможна, но она затруднительнее и дороже, чем борьба с фосфором, т. к. сильно основные известковые Ш. образуются в конце плавки, а потому спуска их обычно стараются избегать. Для удобства сравнения химич. состав наиболее типичных передельных Ш. и их характеристика даны в таблице 3.

Лит.: Липин В., Металлургия чугуна, железа и стали, т. 1, Л., 1925; т. 2, вып. 1—2, Л., 1930; т. 3, ч. 2, Л., 1927; Карнаухов М., Металлургия стали, ч. 1, Л., 1924; ч. 2, вып. 1, Л., 1925; ч. 2, вып. 2, Л., 1926; ч. 2, вып. 3, Л., 1929; Павлов М., Расчет доменных шихт, Л., 1933; «МС», 1932, 7—8 и 11—12; Таль А., Отливка до| ожно-строительных изделий из ишаков, «Журн.руеск.-ге^м.вести, техн. реконструкции», 1934, 1 (библиог! афич. литерату} а по вопросам ис-нользования шлаков для отливки изделий). М. Пильник.

Ш. цветных металлов. 1. Ш. медной плавки на штейн. Ш. должен отвечать следующим требованиям: иметь низкую ί°_ηΛ., чтобы расход топлива был минимальный; быть жидкоплавким, не вязким, с сравнительно невысоким уд. в для возможно более полного отделения от штейна. Глиноземистые Ш. отличаются большей вязкостью, которая делается особо заметной в присутствии окиси цинка. Ш., содержащие значительное количество MgO, ZnO, растворенной Fe₂0₃ и ферритов, очень тугоплавки. Наличие большого количества FeO, ZnO, ВаО повышает уд. в Ш. и делает его отделение от штейна затруднительным. Для хорошего отстаивания Ш. от штейна разница в их уд. в не должен быть ниже 1,5—2,0. Шлак должен быть отвальным, содержать мало металла. Ш. должен быть по возможности самоплавким, иными словами на его образование необходимо расходовать минимум флюсов.

Для медной плавки наиболее подходящими Ш. являются железисто-силикатные. Из последних наиболее низкой t⁰Mm обладает шлак от моно- (2Fe0*Si0₂) до бисиликата железа (FeO SiOg). Более высокое содержание Si0₂ делает Ш. тугоплавкими, что связано с большим расходом топлива. С другой стороны, повышение содержания Si0₂ уменьшает растворимость Cu₂S в Ш. и понижает уд. в последних. При плавке кремнистых руд с целью уменьшения содержания меди в Ш. % SiO_a в последних бывает до 40% и выше несмотря на больший при этом расход топлива. Обратное действие оказывает закись железа. Вследствие большего уд. в железистых Ш. и повышенной способности последних растворять Cu₂S процент меди в них выше, чем“в кремнистых Ш. При плавке цинковистых руд необходимо работать на сильно железистых Ш., т. к. FeQ способствует растворению ZnO, делая Ш. более жидкоплавкими. Наличие большого количества СаО повышает Ь°_пл, понйжает растворимость Cu₂S и уменьшает уд. в III. СаО вытесняет ZnO. В сумме СаО + MgO+ZnO не должны превышать 30%. MgO повышает t°_njl% Ш., делая его вязким. Особо заметно вредное влияние MgO при одновременном присутствии большого количества СаО и ZnO. Окись цинка делает Ш. тугоплавким. При работе с сильно железистыми Ш. количество ZnO м. б. доведено до 30%. А1₂0₃ при содержании выше 12% делает Ш. вязким. МпО делает Ш. жидкоплавким. Медь в отвальном шлаке находится в виде механически запутавшихся корольков штейна (25% меди в HL), частью в виде ошлакованного силиката меди (ок. 7,5% меди), либо в виде растворенной в Ш. полусернистой меди (67,5%). Необходимо стремиться в первую очередь к получению состава HL, обладающего минимальной растворимостью по отношению к Cu₂S. Чем больше FeO и меньше СаО и Si0₂ в Ш., тем сильнее растворимость Cu₂S в последних. Чем богаче медью штейн, тем больше потеря меди в Ш. за счет механически увлекаемого штейна. На практике не рекомендуется поэтому получать штейн с содержанием выше 40—50% меди. Ш. нормальной плавки на штейн содержит: 50—54% СаО-Ь +(FeO + ZnO); 36—40% Si0₂; 0,2—0,3% Си. Средняя уд. теплота Ш. медной плавки 0,17. Скрытая теплота плавления ок. 50 Cal.

2.Ш.ОТ бессемерования штейнов. В первый период конвертирования до получения белого мата (Cu₂S) Ш. состоит гл. обр. из железистых силикатов, степень окрем-нения которых зависит от t° процесса. Нормально состав конвертерных ΙΠ. колеблется от моно- до полуторасиликата железа. Вследствие интенсивности окисления сульфида железа вдуваемым воздухом образуется некоторое количество Fe₂0₃ и Fe₃0₄, растворяющихся в III. Конвертерные Ш. обыкновенно содержат много меди (1—2%) как механически запутавшейся, так и в силикатном, ошлакованном виде. Средний состав конвертерных Ш.: 27—42% Si0₂, 48—56% FeO, 5—7% А1₂0₃. Конвертерные Ш. должны быть достаточно жидкоплавки. При втором периоде бессемерования, при конвертировании белого штейна, Ш. получается мало. Этот шлак состоит преимущественно из силиката закиси меди. Конвертерные Ш. поступают обратно в переплавку вместе с исходными медными продуктами.

2. Ш. свинцовой шахтной плавки состоят преимущественно из железистых и известковых силикатов, включающих в себе окислы и сульфиды нек-рых металлов. Окислы находятся в Ш. в растворенном состоянии, сульфиды—в растворенном либо суспендированном состоянии. Состав Ш. свинцовой плавки колеблется от моно- до бисиликата, представляя собой эвтектич. смесь из бисиликатов легких металлов и моносиликатов тяжелых металлов. Основные требования, предъявляемые к Ш. медной плавки, остаются в силе и для свинцовых Ш. Последние должен быть достаточно жидкоплавкими и иметь уд. в 3,4—3,6 для хорошего отделения от штейна и шпейзы. Чрезмерная тугоплавкость Ш. связана не только с увеличенным расходом топлива, но и ве дет к большим потерям свинца и серебра на улетучивание. Ферриты, шпинели и другие соединения, растворяющиеся в Ш. и увеличивающие тугоплавкость последних, особо нежелательны. С другой стороны, при чересчур легкоплавких Ш. уменьшается восстановительная способность печи, что ведет к большому переходу силиката свинца в III. Так как свинцовые руды содержат почти всегда цинк, желательно работать на сильно железистых Ш., способствующих ошлакованию ZnO, хотя отстаивание таких Ш. от штейна и шпейзы затрудняется вследствие высокого уд. в HI. Кроме того при работе с сильно железистыми Ш. имеется опасность образования железистых настылей и жуков в горне от частично восстановленного ди мвталлич. состояния железа. Наиболее высокой Р_пЛш (1 270°) обладает моносиликат железа, затем идет полуторасиликат (1 120°) и наконец бисиликат (1 110°). Замена FeO окисью кальция понижает t°_nit железистого Ш. При постепенной замене Fed окисью кальция в моносиликате железа получаются два минимума“ при 16% СаО (1 170°) и 36% СаО (1 130°); в по-луторасиликате получается минимум при 12% СаО (1 060°); в бисиликате—при 8%СаО(1 030°) Известковые Ш. более текучи, чем железистые при той же степени окремнения; они способствуют растворению глинозема и уменьшают количество образующегося штейна вследствие перехода CaS в III. СаО уменьшает растворимость ZnO в Ш. При содержании 9—12% ZnO СаО должен быть более 16%. Замена FeO окисью марганца повышает t°_ni Ш., причем последние делаются более жидкоплавкими. МпО уменьшает растворимость ZnO, MgO, BaS в ItL При замене FeO глиноземом Ш. остаются жидкими до тех пор, пока содержание А1₂0₃ не превысит ³/₈количества FeO. MgO делает шлак вязким, повышает его; MgO допускается до 5%* вредное действие MgO увеличивается в присутствии ZnO. Замена окиси кальция окисью бария понижает Ш. Однако последние делаются при этом густыми, тягучими, тяжелыми. СаО можно заменять глиноземом (до ³/₄СаО) с небольшим снижением t°_njl Ш. Вязкость Ш. при этом увеличивается. Замена СаО окисью цинка делает III. вязкими. Окись цинка может находиться в Ш. либо в растворенном виде либо в виде силикатов цинка. При 24% СаО в Ш. ZnO не растворяется в последнем, образуя пену. Уменьшение Si0₂ способствует переходу ZnO в Ш.; увеличение Si0₂ переводит Zn в штейн. Глинозем в Ш. амфотерен, играя роль основания или кислоты, в зависимости от кислотности или основности III. Есть предположение, что А1₂0₃ нейтрален и находится в Ш. в растворенном состоянии, придавая последним густую консистенцию. Растворимость сульфидов в Ш. возрастает с увеличением t° и с увеличением основности Ш.; серы в последних содержится максимум 2,5—3,0%. На практике t _ПЛ III. свинцовой шахтной плавки колеблется в интервале 1 100—1 200°. Нормальный состав Ш. следующий: 36% FeO; 28% Si0₂; 16% СаО; 12% ZnO. ’ ^/о

Нормальное содержание свинца в Ш. колеблется от 1 до 1,5%. Большая часть свинца в Ш. представляет механически запутавшиеся частицы штейна; реже свинец находится в Ш. в виде корольков металла. Для более полного отделения свинца от Ш. последние обыкновенно подвергаются^ отстаиванию в передних горнах. Нормальный Ш. при падении оставля-

-ет за собой тонкую нить; основной Ш. падает быстро в виде круглых капель. Кремнистые Ш. более вязки, чем основные. В свежем изломе Ш. имеет чаще всего смоляной и стеклянный блеск. Хорошо составленный Ш. имеет склонность к кристаллизации. Избыток закиси железа способствует образованию крупных кристаллов; избыток СаО дает зернистую структуру. При быстром охлаждении Ш. делаются аморфными. Теплоёмкость Ш. 0,17—0,20. Скрытая теплота плавления 40—50 Cal.

Лит.: Гофман Г., Металлургия свинца, пер. с англ., М.—Л., 1932; Мостович В., Металлургия меди, Томск, 1931 (литогр.); Ванюков В., К вопросу о сродстве элементов, Варшава, 1915; Пентегов В., Распределение меди между шлаком и штейном пиритной плавки, Владивосток, 1921; Френкель В., Краткий курс металлургии, М., 1927; Hofman Н., General Metallurgy, Ν. Y., 1913; G- u i 1 1 e t L., Traits de m6tal-lurgie g6n6rale, P., 1921; Hofman H.; Metallurgy of Copper, Ν. Y., 1924; T a f e 1 V., Lehrbuch d. Metallhut-tenkunde, В. 1—2, Lpz., 1927—1929; В a b u L., Trait6 th^oretique et pratique de mdtallurgie gdndrale, t. 1, P., 1904; Fulton Ch., Principles of Metallurgy, Ν. Y., 1910; Doelter C. u. Leitmeier H., Handb. d. Mineralchemie, В. 1, Dresden, 1912; Juptner H., Constitution of Slags, «Journal of the Iron a. Steel Institute», L., 1909; Juptner H., Kenntniss d. Schlacken, «Oesterreichische Ztschr. fur Berg- u. Huttenwesen», W., 1902, B. 50; M e t h e s i u s, Die Entstehung d. Schlacken, «Berg- u. Huttenwesen Ztg», B. 63, 1904. Д. Чижиков.