Источниками шлакообразования при плавке в кислой вагранке являются:
• песок и формовочная смесь на поверхности кусков шихты (2 % массы металла);
• оксиды железа, кремния, марганца, образовавшиеся в результате угара элементов шихты (1...2 %);
• частицы оплавившейся футеровки (0,4...3 %);
• зола кокса (1...2 %);
• флюсы, вводимые с целью понижения вязкости шлака.
На практике эти источники образуют шлак. Шлак такого состава имеет низкую вязкость, около 2 Па-с. Для легкого удаления шлака из вагранки его вязкость должна быть 0,3...0,8 Па-с. Снижение вязкости шлака обеспечивается введением флюса — известняка. Расчет необходимого расхода флюса можно провести с использованием диаграммы вязкости шлака.
В зоне плавления, расположенной, как правило, в редукционной зоне холостой колоши, свободный кислород отсутствует, и преобладающее значение имеет С02. Окислительные процессы протекают по тем же реакциям, но при значительно больших скоростях. Это объясняется тем, что поверхность взаимодействия С02 с металлом многократно возрастает в результате появления капель и струй металла.
В зоне перегрева чугуна, располагающейся частично в редукционной и в кислородной зонах, окисление элементов происходит как по реакциям с участием С02, так и свободным кислородом.
Наряду с вышеприведенными первичными реакциями протекают реакции вторичные, в которых окислителем является FeO. Моноксид железа хорошо растворяется в жидком металле и передает свой кислород более активным элементам чугуна.
Эти экзотермические реакции идут более длинным путем, чем первичные, но с большей скоростью, так как протекают во всем объеме капель и струй металла, а не на их поверхности.
Реакции окисления легирующих элементов протекают с выделением теплоты, поэтому с повышением температуры они замедляются. Раскислительная способность углерода при повышении температуры возрастает, что приводит к более полному восстановлению оксидов из шлака, стекающего по кускам кокса, по эндотермическим реакциям.
Поэтому при высокотемпературном режиме плавки угар элементов снижается. Этим объясняется первая часть одного из принципов, сформулированных литейщиками прошлого, — «плавь горячо, лей холодно ».