Флюсы

Флю́сы (пла́вни) в металлургии — неорганические вещества, которые добавляют к руде при выплавке из неё металлов, чтобы снизить её температуру плавления и облегчить отделение металла от пустой породы.

Печь для обжига известняка и производства извести, Англия, XIX век

Склад известняка

Флюсами, или плавнями, называются примеси, прибавляемые при выплавке металлов с целью образования шлака надлежащей степени плавкости. Впрочем, часто флюсами называются также примеси, прибавленные с целью разложить то или другое металлическое соединение или растворить металл или его соединения в массе прибавленного вещества и так далее (см. шлаки и шихта). Выбор флюса зависит от рода плавки и от состава руд.

Применение

Например, если руда богата глинозёмом и кремнезёмом, флюс должен быть известковым (содержащим известь) или магнезиальным (содержащим магнезию) — этот случай имеет место на 90 % всех чугуноплавильных заводов. Чистый известняк состоит из 56 % извести и 44 % угольной кислоты. Чтобы ввести в шихту 100 частей извести, требуется 178,6 частей известняка. Конечно, можно прибавлять в печь и прямо известь, но это делается сравнительно редко потому, что известь обладает низкой прочностью и, разрушаясь, ухудшает свойства шихты. Известняки, содержащие окаменелости, иногда содержат много фосфора, что часто нежелательно, поскольку фосфор является вредной примесью в большинстве сталей; поэтому предварительный анализ известняков составляет существенную необходимость. Лучше всех мраморовидные, кристаллические известняки; мел применяется редко. Доломит, содержащий в среднем 60 % углекислого кальция и 40 % углекислого магния, находит себе также применение при плавке — он даёт более легкоплавкие шлаки, чем чистый известняк. В доменном производстве главная цель применения флюсов — это связать кремнезём железной руды. Естественно, что чем меньше сам известняк содержит кремнезёма, тем лучше. Кварц и другие минералы, содержащие кремнезём, — песчаники, роговые обманки, гранаты, полевые шпаты, базальты и т. д. — применяются при рудах, очень богатых основаниями. Силикаты легче чистого кварца вступают в соединения и плавятся. Плавиковый шпат действует на шлаки чрезвычайно разжижающим образом. Температура плавления шлака им также сильно понижается. Дороговизна его и разъедание им стенок печи мешают его рядовому применению. В домну (доменную печь) плавиковый шпат вводится в случае расстройства хода печи; иногда его засаживают в какое-нибудь определённое место печи, чтобы удалить образовавшиеся там настыли. Глинистые сланцы применяются в виде флюса при сильно известковистых рудах. Железо присаживается при плавке свинцовых, сурьмяных, ртутных руд главным образом для разложения руды (например, по уравнению: PbS + Fe = Pb + FeS). Руды мышьяка и сурьмы служат плавнями при плавке на кобальт и никель. Свинец служит для собирания золота и серебра при плавке медных руд. Металлические окислы присаживаются для различных целей: при пудлинговании — при рафинировании меди — для разделения металлов; для образования жидких шлаков — как сильные основания (плавка меди) и т. д. Шлаки того же или другого процесса служат также флюсами; действие их зависит от их состава.

Применение в чёрной металлургии

Введение флюсов в состав агломерата или в доменную печь необходимо для понижения температуры плавления пустой породы железной руды или агломерата и золы кокса, а также для перевода их в легкоплавкий жидкий шлак, который легко выходит из печи. Химический состав флюса определяют в зависимости от состава пустой породы и золы топлива. Если в пустой породе и в золе много кремнезема (кислого компонента), а зола загрязнена серой, то в печь или в шихту для агломерации добавляют основные флюсы, то есть вещества, содержащие известь. Оксид кальция, имеющий щелочной характер, нейтрализует кремнезем и связывает серу. Если в пустой породе руды содержатся оксиды кальция и магния, приходится прибегать к добавке кислых флюсов, содержащих кремнезем. В первом случае используют известняк, во втором случае — кварциты. Процесс изменения состава материала с целью получения заданной плавкости смеси называют офлюсованием.

Наиболее распространённым флюсом для доменного и агломерационного производства является известняк. Основную массу известняка составляет кальцит СаСO₃. При нагревании известняк разлагается с образованием извести и углекислого газа: СаСО₃=СаО+CО₂. Образовавшаяся известь и является шлакообразующим компонентом. Широкое применение имеет доломитизированный известняк, представляющий собой изоморфную смесь кальцита СаСО₃ и доломита СаСО₃•MgCO₃. Применяют его для повышения в шлаке содержания MgO до 6—8 %, что увеличивает его подвижность и устойчивость физико-химических свойств при изменении температуры и состава.

Известняк для доменной плавки должен быть кусковатым (крупность 25—60 мм), прочным, не образовывать мелочи, а главное не содержать серы, фосфора и кремнезема. Эти примеси вредны, так как кремнезем снижает флюсующую способность известняка, а сера и фосфор частично переходят в чугун, ухудшая его качество. Для успешной плавки некоторых сортов железных руд в доменные печи вводят глинозёмсодержащие минералы, которые относят к группе нейтральных флюсов. Наибольшее количество глинозёма содержит боксит.

См. также

• Основность (в металлургии)

Литература

• Линчевский Б. В., Соболевский А. Л., Кальменев А. А. Металлургия чёрных металлов: Учебник для техникумов — 2-е издание, перераб. и дополн. — Металлургия, 1986. — 360 с. — 12700 экз.
• Пожидаев Ю. В., Кривошеина Н. Г. Подготовка и переработка минерального сырья: учеб. пособие. — Москва: СибГИУ, 2005. — 187 с. — ISBN 5-7806-0215-8.
• Флюс, в металлургии // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.