由(3-2)式可见,(FeO)对石灰溶解速度影响最大,它是石灰溶解的基本熔剂。其原因是:
1)它能显著降低炉渣粘度,加速石灰溶解过程的传质。 2)它能改善炉渣对石灰的润湿和向石灰孔隙中的渗透。
r 0.83埃rFe3 0.67埃rO2 1.32埃
3)它的离子半径不大(Fe2 ,,),且与CaO同属立方晶系。这些都有利于(FeO) 向石灰晶格中迁移并生成低熔点物质。
4)它能减少石灰块表面2CaO·SiO2的生成,并使生成的2CaO SiO2变疏松,有利石灰溶解。 渣中(MnO)对石灰溶解速度的影响仅次于(FeO),故在生产中可在渣料中配加锰矿;而使炉渣中加入6%左右的(MgO)也对石灰溶解有利,因为CaO-MgO-SiO2系化合物的熔点都比2CaO·SiO2低。
(2)温度 熔池温度高,高于炉渣熔点以上,可以使炉渣粘度降低,加速炉渣向石灰块内的渗透,使生成的石灰块外壳化合物迅速熔融而脱落成渣。转炉冶炼的实践已经证明,在熔池反应区,由于温度高而且(FeO)多,使石灰的溶解加速进行。
(3)熔池的搅拌 加快熔池的搅拌,可以显著改善石灰溶解的传质过程,增加反应界面,提高石灰溶解速度。复吹转炉的生产实践也已证明,由于熔池搅拌加强,使石灰溶解和成渣速度都比顶吹转炉提高。
(4)石灰质量 表面疏松,气孔率高,反应能力强的活性石灰,能够有利于炉渣向石灰块内渗透,也扩大了反应界面,加速了石灰溶解过程。目前,在世界各国转炉炼钢中都提倡使用活性石灰,以利快成渣,成好渣。
由此可见,炉渣的成渣过程就是石灰的溶解过程。石灰熔点高,高(FeO)、高温和激烈搅拌是加快石灰溶解的必要条件。
3.3.2 泡沫渣
在吹炼过程中,由于氧气流股对熔池的作用,产生了许多金属液滴。这些金属液滴落入炉渣后,与FeO作用生成大量的CO气泡,并分散于熔渣之中,形成了气-熔渣-金属密切混合的乳浊液。分散在熔渣中的小气泡的总体积,往往超过熔渣本身的体积。熔渣成为薄膜,将气泡包住并使其隔开,引起熔渣发泡膨胀,形成泡沫渣。在正常情况下,泡沫渣的厚度经常有l~2m乃至3m。
由于炉内的乳化现象,大大发展了气-熔渣-金属的界面,加快了炉内化学反应速度,从而达到了良好的吹炼效果。若控制不当,由于严重的泡沫渣,也会导致事故。
3.3.2.1 影响泡沫渣形成的因素
氧气顶吹转炉吹炼过程中,泡沫渣中气体来源于供给炉内的氧气和碳氧化生成的CO气体,而且主要是CO气体。这些气体能否稳定的存在于熔渣中,还与熔渣的物理性质有关。
SiO2或P2O5都是表面活性物质,能够降低熔渣的表面张力,它们生成的吸附薄膜常常成为稳定泡沫的重要因素。但单独的SiO2或P2O5对稳定气泡的作用不大,若两者同时存在,效果最好。因为SiO2能增加薄膜的粘性,而P2O5能增加薄膜的弹性,这都会阻碍小气泡的聚合和破裂,有助于气泡稳定在熔渣中。FeO、Fe2O3和CaF2含量的增加也能降低熔渣的表面张力,有利于泡沫渣的形成。
另外,熔渣中固体悬浮物对稳定气泡也有一定作用。当熔渣中存在着2CaO·SiO2、3CaO·P2O5、CaO和MgO等固体微粒时,它们附着在小气泡表面上,能使气泡表面薄膜的韧性增强,粘性增大,也阻碍了小气泡的合并和破裂,从而使泡沫渣的稳定期延长。当熔渣中析出大量的固体颗粒时,气泡膜就变脆而破裂,熔渣就出现了返干现象。所以熔渣的粘度对熔渣的泡沫化有一定的影响,但也不是说熔渣越粘越利于泡沫化。另外,低温有利于熔渣泡沫的稳定。总之,影响熔渣泡沫化的因素是多方面的,不能单独强调某一方面,而应综合各方面因素加以分析。
3.3.2.2 吹炼过程中泡沫渣的形成及控制
吹炼初期熔渣碱度低,并含有一定数量的FeO、SiO2、P2O5等,主要是这些物质的吸附作用稳定了气泡。
吹炼中期碳激烈氧化,产生大量的CO气体,由于熔渣碱度提高,形成了硅酸盐及磷酸盐等