CC BY
212
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„, (1)
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, (2)
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. (3)
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.
