|
8.5. Shlak eritmalarining yopishqoqligi
Metallurgik ishlab chiqarishda shlaklarning yopishqoqligi katta ahamiyatga
ega. Yopishqoqlikning qiymatiga metallurgik reaksiyalarni kinetika va
eritmalardagi massa o‘tkazish jarayonlari bog‘liqdir. Yopishqoqlik metallarni shlak
bilan isrofgarchiligiga katta ta’sir qiladi, chunki bu omilga likvatsiya orqali
fazalarni bo‘linishi bog‘liqdir.
Yopishqoqlik oqim mexanizmini ko‘rib chiqganda shuni aniqlash mumkinki,
yopishqoqlik koeffitsientining qiymati birinchi darajada eritmadagi moddalarning
o‘lchamlariga bog‘liqdir.
Shlak eritmalarida eng katta birliklar bu kremniy kislorod komplekslardir.
Ularni tuzilishi va o‘lchamlari shlakni yopishqoqlik oqimini tarkibga bog‘liqligini
aniqlovchi xususiyatdir. Shlak qanchalik nordonroq bo‘lsa, shunchalik kremniy
kislorod komplekslarini o‘lchamlari kattaroq bo‘ladi va ularni yopishqoqligi xam
oshadi. Shlakdagi boshqa kislotali oksidlar (AI
2
O
3
, R
2
O
5
, TiO
2
) miqdorligini
oshishi, yopishqoqlik qiymatini o‘sishga olib keladi. Frenker ko‘rsatganidek,
yopishqoqlik haroratga eksponenta qonuni bilan bog‘langandir:
= V exp (E
n
/ Rt)
(8.5.1)
bunda: V - eksponenta oldidagi doimiy koeffitsient; E
n
- yopishqoqlik oqimini
aktivlik energiyasi.
Har xil shlaklar uchun harorat oshishi bilan eritmani yopishqoqligini
kamayishi xarakterlidir. Shlak eritmalarini yopishqoqligiga haroratga bog‘liqligi
har xildir. Amaliyotda metallurgik shlaklar nordon (>40% SiO
2
) va asosli (<40%
SiO
2
) guruhlarga bo‘linadi: nordon shlaklarda, yirik kremniy kislorod anionlarini
kam harakatchanligi kristallizatsiya jarayonini qiyinchilik bilan o‘tishiga olib
keladi. Buning natijasida likvidus harorati yetib kelganda shlak o‘zini o‘ta
175
sovitilgan eritma kabi ta’riflaydi. Shlakning yopishqoqligi haroratning pasayishi
bilan asta sekin ko‘payib boradi (8.3-rasm, 1-chiziq).
8.3-rasm. Nordon (1) va asosli (2) shlak yopishqoqliklarini haroratga
bog‘liqligi.
Kremniy dioksidini miqdorligi kam bo‘lgan asosli shlaklar o‘zlarini mutlaqo
boshqacha tutadilar. Bunday eritmalarda kremniy-kislorod anionlari oddiy
turkimida mavjuddir. Shlaklarning harakatchanligi yuqori. Likvidus harorati
yetilganda, shlak tezlik bilan kristallanadi va eritmadan qiyin eriydigan moddalar
ajralib chiqadi. Shlakning geterogen holatiga o‘tishi yopishqoqlikni zudlik bilan
o‘sishiga olib keladi (8.3-rasm, 2-chiziq).
Moddani eritmada siljishi uchun kerakli bo‘lgan energiyani aktivlik energiyasi
deb aytiladi. Uni qiymati suyuqlikning tuzuvchilarni o‘lchamlaridan va siljayotgan
moddaning turiga bog‘liqdir. Shlakning yopishqoqligi va aktivlik energiyasiga
asosan shlakning nordonligi ta’sir qiladi. Nordonlik oshishi bilan kremniy kislorod
komplekslarini o‘lchamlari kattalashadi va u bilan yopishqoqlik ham oshadi.
Masalan, suyuq kvartsning aktivlik energiyasi judayam katta (600 kDj/mol), uning
yopishqoqligi esa millionlar paskalni tashkil qiladi. Shunday katta yopishqoqlik
kremniy dioksidini erigandan keyin o‘zini qattiq uch tarafli turini saqlashini
qo‘shimcha tasdiqlaydi.
Uch tarafli turni buzilishidan keyin eritmani yopishqoqligi ham kamayadi.
Binarli silikatlarning aktivlik energiyasi, agarda ularda 12 % Me
2
O yoki 20% MeO
bo‘lsa, 140 va 240 kJ/molga kamayadi. Agarda eritmaga 2 valentli metall oksidi
qo‘shilsa bir valentli metall oksidiga nisbatan, yopishqoqlik va aktivlik energiyasi
T
176
yuqoriroq bo‘ladi. Bu ikki valentli metalni kislorod bilan ko‘prik aloqa tuzishi
bilan bog‘liqdir. Eritmaga bir valentli metall oksidi qo‘shilsa bunday ko‘priklar
kuzatilmaydi.
Bir xil zaryadli kationlar yopishqoqlikni kiymatiga taxminan o‘xshash ta’sir
qiladi. Lekin baribir yopishqoqlikni pasaytirishga qanday oksid qo‘shilishi katta
ahamiyatga ega. Real metallurgik jarayonlarning harorat o‘zgarish masofasi
judayam kaltadir. Bir tomondan metallurgik agregatlarni o‘tga chidamli
futerovkasini mustahkamligi, ikkinchi tomondan, quvvatning sarfi va bir qator
boshqa omillar bilan bog‘liqdir.
Shuning uchun qattiq eriydigan magniy oksidini ko‘shish, eritmani likvidus
chizig‘idan harorat o‘sishiga deyarli ta’sir qilmaydi va shlak to‘liq erish
qobiliyatiga ega emasdir. Agarda vyustit ko‘shilsa, shlakni umumiy erish harorati
pasayib, uning harorati oshib yopishqoqlikni qiymatini pasayishiga olib keladi.
Amaliyotda har xil jarayonlar uchun o‘ziga mos yopishqoqlik qiymatlari
aniqlangan. Masalan, shaxtali erishga bu qiymat 1 - 2
10
4
Pa, yallig‘ pechda eritish
uchun yopishqoqlikni qiymati 1 - 1,5
10
3
Pa tashkil qiladi.
Agarda shlaklarda 50%dan ziyodroq SiO
2
bo‘lsa, ularning yopishqoqligi
1
10
3
Pa dan ko‘proq bo‘ladi. Yopishqoqlikni qiymatini kamaytirish uchun uning
tarkibiga ohak, yoki temir rudali flyuslar qo‘shiladi (CaO, FeO). Kompleks tashkil
qiluvchi kationlar (A1
4+
, A1
3+
) eritmani yopishqoqligini oshirishadi.
Shlak eritmasiga ikki valentli metall oksidini qo‘shish, (temir, magniy va
kaltsiy) agarda eritma gomogen tarkibida qolsa yopishqoqlikni kamaytiradi.
Agarda oksid qo‘shilganda erish harorati oshsa va undan qiyin eriydigan modda
ajralib chiqsa, shlakning yopishqoqligi o‘sadi.
Hozirgi davrda asosiy pirometallurgik jarayonlar uchun shlak eritmalarini
yopipshqoqligi yaxshi o‘rganilgan. Metallurgiyaga muhim bo‘lgan FeO - CaO -
SiO
2
sistemasini uch komponentli yopishqoqlik diagrammasi tuzilgan (8.4-rasm).
Erish harorati va quymani yopishqoqligi orasida bir-biriga bog‘liqligi ko‘rinib
turibdi. Oson eriydigan shlak, bir xil o‘lchash haroratida (1300°C), kamroq
yopishqoqlikga ega. Bu diagramma metallurgiklar uchun optimal shlak tarkibini
177
tanlashga imkon yaratadi. Masalan, mis ishlab chiqarishda, shlakning tarkibi
quyidagicha bo‘lishlari mumkin: 30-40 % SiO
2
, 10-30 CaO va 25-45 FeO. Bunday
eritmani tarkiblari yopishqoqlikning past qiymatlariga javob beradi.
1-1100
0
C; 2-1150
0
C; 3-1200
0
C; 4-1250
0
C; 5-1300
0
C; 6-1350
0
C;
7-1175
0
C; 8-1135
0
C
8.4-rasm. Oksidlangan nikel rudalarni shaxtali pechda eritish jarayoni
shlaklarining yopishqoqlik izotermalari.
Pirometallurgik jarayonlarning amaliyotida ko‘pincha geterogen shlak
eritmalari bilan ish olib borishga to‘g‘ri keladi. Metallurgik jarayon haroratlarida,
bir xil oksidlarning erishi cheklangandir. Masalan, Fe
3
O
4
, ZnO, MgO, Cr
2
O
3
metallurgik agregatlarning haroratlarida erish qobiliyatlari cheklangandir.
Miqdorligi ko‘payganda ular qattiq modda turida ajralib chiqadi. Eynshteyn
qoidasiga binoan, bunday geterogen shlaklarning yopishqoqligi o‘sadi:
=
o
(1+2,5
)
(8.5.2)
bunda
0
- gomogen eritmaning yopishqoqligi
Y
opi
shqoql
ik
Y
opi
shqoql
ik
P
P
SiO
2
ni shlakdagi miqdori, %
MgO ni shlakdagi miqdori, %
CaO ni shlakdagi miqdori, %
FeO ni shlakdagi miqdori, %
178
- dispergerlangan qattiq moddaning hajmini sistemaning umumiy hajmiga
nisbatligi.
Do'stlaringiz bilan baham: |
