Электропроводность высокоглиноземистых и высокохромистых шлаков

УДК 669.168

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ВЫСОКОГЛИНОЗЕМИСТЫХ И ВЫСОКОХРОМИСТЫХ ШЛАКОВ

Е.Н. Акимов, Н.В. Мальков, В.Е. Рощин

Экспериментально исследована электрическая проводимость шлаков производства низкоуглеродистого феррохрома с переменным содержанием оксидов алюминия и хрома. Влияние оксида хрома на электропроводность шлака проявляется сильнее, чем влияние глинозема. Определена зависимость электропроводности от содержания Al2Oз и Cr2Oз.

Ключевые слова: электропроводность, шлак, низкоуглеродистый феррохром.

Шлак в процессе производства низкоуглеродистого феррохрома играет роль участка электрической цепи. От его электрической проводимости зависит количество тепла, выделяемого в шлаковой ванне, длина электрических дуг, удельный расход электрической энергии [1]. На рис. 1 приведен элемент схемы замещения рафинировочной печи. Её анализ показывает, что при увеличении сопротивления шлака увеличивается падение напряжения в шлаке, уменьшается напряжение на электрических дугах. Как следствие - дуги короткие, возможна потеря дугового режима, электроды погружаются в расплав, происходит науглероживание металла.

Цель данного исследования - определение электрической проводимости шлаков производства низкоуглеродистого феррохрома при использовании кремния и алюминия для восстановления хрома из шлака [2].

Обычный шлак силикотермического процесса содержит (мас. %): MgO - 12.. .15; Al2O3 - 3...7; SiO2 - 20.29; CaO - 45.50; Cr2O3 - 3.8; FeO -

0,5...1,5.

Химический состав шлаков силико-алюмино-термического производства, мас. %:

MgO

13,71.14,98

CaO

37,01.41,59

Al2O3

11,7.19,35

Cr2O3

9,2.15,84

SiO2

15,28.19,08

FeO

1,08.2,87

Особенность шлаков опытных плавок заключается в повышенном содержании Al2O3 и Cr2O3. Высокое содержание глинозема в опытных шлаках обусловлено использованием алюминия в качестве восстановителя. Повышенное содержание Cr2O3, по-видимому, объясняется тем, что с увеличением содержания алюминия в расплаве образуются прочные соединения, например Cr2O3-Al2O3. Увеличение Al2O3 и Cr2O3 в шлаке может приводить к нарушению оптимального дугового режима.

Для определения электропроводности шлаковых расплавов применили метод, основанный на измерении электросопротивления жидкости между двумя электродами по схеме вольтметр - амперметр [3]. Готовили синтетические шлаки, основными компонентами которых были Al2O3, SiO2, MgO, CaO, Cr2O3. После взвешивания и дозирования каждого компонента конечную смесь перемешивали в мешалке до получения однородного состава. Эксперименты проводили в печи Таммана с графитовым нагревателем, температуру расплава измеряли вольфрам-рениевой термопарой. Значение электропроводности определяли в интервале температур 1400 .1900 °С через каждые 50 °С.

Экспериментальные данные фиксировали с помощью установки автоматического измерения электропроводности. Состав исследуемых шлаков приведен в табл. 1.

Основность опытных шлаков, определяемую как (CaO + MgO/SiO2 + Al2O3) изменяли в преде-

Рис. 1. Элемент схемы замещения рафинировочной печи: Э1 и Э2 - электрод 1 и 2; Х1 и Х2 - индуктивное сопротивление; Rд1 и Rд2 - сопротивление на дуге; Rшл1, Rшл2, Rшлз - сопротивление шлака; Rм - сопротивление металла

Акимов Е.Н., Мальков Н.В., Рощин В.Е.

Электропроводность высокоглиноземистых и высокохромистых шлаков

Таблица 1

Состав исследуемых шлаков, мас. %

№ шлака MgO AI2O3 SÍO2 CaO Cr2O3 FeO

1 14,51 4,58 26,50 45,4 7,60 1,45

2 13,19 13,25 24,05 41,3 6,91 1,32

3 12,09 20,48 22,05 37,8 6,33 1,21

4 15,9 14,7 18,9 50,5 - -

5 17,7 14,9 17,4 47,0 3,0 -

6 17,18 14,47 16,89 45,63 5,83 -

7 16,54 13,93 16,26 43,93 9,35 -

лах 1,17...2,0, отношение MgO/Al2O3 изменяли в

пределах 0,59.3,17.

Удельную электропроводность вычисляли по формуле

X = K • 1/U„,

где ия - напряжения на измерительной ячейке, В; 1 - ток в измерительной ячейке, А; K - константа измерительной ячейки, см-1; % - удельная элек-

тропроводность, См/см.

Константу измерительной ячейки определяли по формуле

к - %ст • и J1,

где - электропроводность калибровочного расплава при заданной температуре, См/см.

В качестве стандартного расплава для калибровки измерительной ячейки использовали химический чистый CaF2. Зависимость К от температуры описывается уравнением

К = 0,0025 Т - 0,66.

Значения электропроводности экспериментальных шлаков при разной температуре приведены в табл. 2.

Полученная в экспериментах зависимость удельной электропроводности от содержания А1203 и Сг203 в шлаке при 1700 °С представлена на рис. 2.

Зависимость электропроводности от содержания А1203 описывается уравнением X = -0,08-[% А1203] + 6,069, а от содержания Сг203:

Таблица 2

Электропроводность исследуемых шлаков

Номер шлака Значение удельной электропроводности (См/см) при температуре, °С

1900 1850 1800 1750 1700 1650 1600 1550 1500 1450 1400

1 6,54 6,25 5,99 5,78 5,66 5,20 4,94 4,51 4,04 3,35 2,50

2 6,04 5,77 5,55 5,28 5,09 4,65 4,28 3,82 3,29 2,74 2,01

3 5,56 5,23 5,01 4,76 4,37 3,96 3,50 3,07 2,48 2,06 1,57

4 5,65 5,54 5,37 5,19 4,97 4,56 4,28 3,93 3,57 3,13 2,64

5 5,05 4,97 4,81 4,65 4,57 4,20 3,99 3,7 3,44 3,07 2,67

6 4,29 4,20 4,03 3,86 3,70 3,49 3,34 3,17 3,00 2,74 2,38

7 3,85 3,71 3,57 3,43 3,31 3,10 2,99 2,92 2,69 2,50 2,11

Рис. 2. Зависимость электропроводности от содержания А^Оз (прямая 1) и Сг2О3 (прямая 2) в шлаке при 1700 °С

2013, том 13, № 1

187

X = -0,188 [% Сг203] + 4,992.

Как следует из представленных на рис. 2 данных, с увеличением содержания Сг203 и А1203 удельная электропроводность шлаков снижается. Влияние оксида хрома на электропроводность шлака проявляется сильнее, чем влияние глинозема. Это объясняется, по-видимому, тем, что в сложной многокомпонентной системе образуются крупные малоподвижные ионы. При увеличении содержания А1203 в шлаке силикотермической плавки от 4,58 до 20,48 % при использовании комплексного восстановителя электропроводность при 1700 °С уменьшается на 1,29 См/см или на 22,8 %. Электропроводность шлака при 1700 °С с увеличением содержания Сг203 от 0 до 9,83 % уменьшается на 1,66 См/см или на 33,4 %.

Таким образом, экспериментально исследована электрическая проводимость шлаков производства низкоуглеродистого феррохрома с переменным содержанием оксидов алюминия и хрома. Влияние оксида хрома на электропроводность шлака проявляется сильнее, чем влияние глинозема. Зависимость электропроводности от содержания А1203 описывается уравнением

X = -0,08-[% Al2O3] + 6,069, а от содержания Cr2O3, соответственно,

X = - 0,188 [% Cr2O3] + 4,992.

Оптимальное содержание - 3.7 % Cr2O3 и 15.20 % Al2O3 в шлаке алюмо-силикотермического производства низкоуглеродистого феррохрома. Данные могут быть использованы для корректировки технологического режима выплавки низкоуглеродистого феррохрома.

Литература

1. Технология низкоуглеродистого феррохрома / В.Н. Карноухов, В.П. Зайко, Ю.И. Воронов, В.И. Жучков. - Екатеринбург: УрО РАН, 2001. -470 с.

2. Воронов, Ю.И. Особенности выплавки низкоуглеродистого феррохрома с низким содержанием фосфора / В.Н. Карноухов, Е.Н. Акимов // Электрометаллургия. - 2011. - № 1. - С. 4-6.

3. Линчевский, Б.В. Техника металлургического эксперимента / Б.В. Линчевский. - М.: Металлургия, 1992. - 240 с.

Акимов Евгений Николаевич, аспирант кафедры металлургии и литейного производства, ЮжноУральский государственный университет. 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 76. Тел.: (351)2679292. E-mail: lord2003@mail.ru.

Мальков Николай Васильевич, кандидат технических наук, профессор кафедры металлургии и литейного производства, Южно-Уральский государственный университет. 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 76. Тел.: (351)2679161. E-mail: steelmet@susu.ac.ru.

Рощин Василий Ефимович, доктор технических наук, профессор кафедры металлургии и литейного производства, Южно-Уральский государственный университет. 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 76. Тел.: (351)2679161. E-mail: vero@met.susu.ac.ru.

Bulletin of the South Ural State University Series "Metallurgy”

___________________________________________________________2013, vol. 13, no. 1, pp. 186-188

ELECTRICAL CONDUCTIVITY OF HIGH-ALUMINOUS AND HIGH-CHROMIUM SLAGS

E.N. Akimov, N.V. Mal’kov, V.E. Roshchin

Experiments have been conducted to investigate electrical conductivity of slags of low-carbon ferrochrome production with variable content of aluminum and chrome oxides. Influence of chrome oxide on electric conductivity of a slag is stronger than influence of alumina. Dependence of electric conductivity on the content of Al2O3 and Cr2O3 has been also defined.

Keywords: electric conductivity, slag, low-carbon ferrochrome.

Akimov Evgeniy Nikolaevich, post-graduate student of the Metallurgy and Foundry Department, South Ural State University. 76 Lenin avenue, Chelyabinsk, Russia 454080. Tel.: 7(351)2679292. E-mail: lord2003@mail.ru.

Mal’kov Nikolay Vasil’evich, candidate of engineering science, professor of the Metallurgy and Foundry Department, South Ural State University. 76 Lenin avenue, Chelyabinsk, Russia 454080. Tel.: 7(351)2679161. E-mail: steelmet@susu.ac.ru.

Roshchin Vasily Efimovich, doctor of engineering science, professor of the Metallurgy and Foundry Department, South Ural State University. 76 Lenin avenue, Chelyabinsk, Russia 454080. Tel.: 7(351)2679161. E-mail: vero@met.susu.ac.ru.

Поступила в редакцию 13 ноября 2012 г.