Руслан Рафикович Шартдинов, младший научный сотрудник лаборатории стали и ферросплавов
Россия, 620016, Свердловская обл., Екатеринбург, ул. Амудсена, 101
Ruslan R. Shartdinov, Junior Researcher of the Laboratory of Steel and Ferroalloys
101 Amundsena Str., Yekaterinburg 620016, Russian Federation
Анатолий Алексеевич Бабенко, д.т.н., профессор, ведущий научный сотрудник
Россия, 620016, Свердловская обл., Екатеринбург, ул. Амудсена, 101
Anatolii A. Babenko, Dr. Sci. (Eng.), Prof., Chief Researcher of the Laboratory of Steel and Ferroalloys
101 Amundsena Str., Yekaterinburg 620016, Russian Federation
Алена Геннадьевна Уполовникова, к.т.н., старший научный сотрудник лаборатории стали и ферросплавов
Россия, 620016, Свердловская обл., Екатеринбург, ул. Амудсена, 101
Alena G. Upolovnikova, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher of the Laboratory of Steel and Ferroalloys
101 Amundsena Str., Yekaterinburg 620016, Russian Federation
Артем Николаевич Сметанников, младший научный сотрудник лаборатории стали и ферросплавов
Россия, 620016, Свердловская обл., Екатеринбург, ул. Амудсена, 101
Artem N. Smetannikov, Junior Researcher of the Laboratory of Steel and Ferroalloys
101 Amundsena Str., Yekaterinburg 620016, Russian Federation
Влияние основности и содержания оксида бора на вязкость, температуру кристаллизации, фазовый состав и структуру безфтористых шлаков системы СаО – SiO2 – B2O3 – 12 % Cr2O3 – 3 % Аl2O3 – 8 % МgO в диапазоне содержания оксида бора от 3 до 6 % и основности 1,0 – 2,5 были изучены посредством вибрационной вискозиметрии, термодинамического моделирования фазового состава (HSC Chemistry 6.12 (Outokumpu)) и рамановской спектроскопии. Было установлено, что физические свойства изучаемых шлаков главным образом зависят от баланса между степенью полимеризации структуры, природы связи в ней и фазового состава. При низкой основности (примерно 1,0) шлаки являются «длинными» и рост содержания оксида бора с 3 до 6 % делает их более легкоплавкими, снижая температуру кристаллизации шлака с 1340 до 1224 °С, а вязкость – с 1,0 – 0,8 примерно до 0,25 Па·с при температуре 1600 – 1660 °С, несмотря на значительное усложнение структуры, отражающееся в росте показателя мостикового кислорода BO с 1,10 до 1,49. С повышением основности шлаки из «длинных» переходят в «короткие». Растет содержание оксида кальция, который, являясь донором свободных ионов кислорода (O2–), выступает в роли модификатора структуры шлака. При основности B = (CaO/SiO2) = 2,5 шлаки обладают более простой структурой (BO = 0,50 – 0,53) относительно шлаков с основностью 1,0, при этом добавление оксида бора усложняет ее лишь незначительно (рост показателя BO с 0,50 до 0,53). Увеличение концентрации B2O3 понижает температуру кристаллизации с 1674 до 1605 °С и вязкость – с 1,0 до 0,3 Па·с при температуре 1660 °С в результате образования легкоплавких соединений (2CaO·B2O3 ).
The effect of basicity and content of boron oxide on viscosity, crystallization temperature, phase composition, and structure of the СаО – SiO2 – B2O3 – 12 % Cr2O3 – 3 % Аl2O3 – 8 % МgO fluorine-free slag system in the range of boron oxide content 3 – 6 % and basicity 1.0 – 2.5 is studied by vibrational viscometry, thermodynamic phase composition modeling (HSC Chemistry 6.12 (Outokumpu)), and Raman spectroscopy. It was found that physical properties of the studied slags mainly depend on the balance between the degree of structure polymerization, nature of the bond with it, and phase composition. With a low basicity of 1.0, slags are “long” and an increase in the content of boron oxide from 3 to 6 % makes them more fusible, reducing the crystallization temperature of the slag from 1340 to 1224 °C, and its viscosity from 1.0 – 0.8 to ~0.25 Pa·s at 1600 – 1660 °C, despite the significant complication of the structure, reflected in the growth of the bridging oxygen index BO from 1.10 to 1.49. With an increase in basicity, slags transfer from “long” to “short” and the content of calcium oxide increases, which, being a donor of free oxygen ions (O2–), acts as a modifier of the slag structure. Thus, with a basicity of B = (CaO/SiO2) = 2.5, slags have a simpler structure (BO = 0.50 – 0.53) relative to slags with a basicity of 1.0, while the addition of boron oxide complicates it only slightly (an increase in BO from 0.5 up to 0.53). Increasing the concentration of B2O3 lowers the crystallization temperature from 1674 to 1605 °C and the viscosity from 1.0 to 0.3 Pa·s at 1660 °C as a result of the formation of low-melting compounds (mostly 2CaO·B2O3).
The authors declare that there are no conflicts of interest present.