Что такое доменный шлак

Шлак доменный гранулированный: производство, состав, ГОСТ

Гранулированный доменный шлак — это отход металлургического производства. Если быть точнее, то это сырье, которое остается после плавки чугуна в доменных печах.

Что такое шлак и откуда он берется?

Для того чтобы произвести такое сырье, как чугун, в доменную печь необходимо загрузить определенное сырье. Такими материала стали железная руда, флюсовый камень, кокс. На выходе из печи получается всего два вещества — это чугун и шлак. В состав доменного шлака входят такие вещества, как кварц, оксиды алюминия (переработка от железной руды), оксиды кальция и магния (отходы от флюсовых камней). Расплавленный шлак, получаемый на выходе из доменного агрегата, может иметь температуру 1500 градусов по Цельсию, а в некоторых случаях и больше. Естественно, что требуется охлаждение материала. В настоящее время на заводах используют всего 4 основных вида обработки доменного шлака.

• Первый способ предполагает охлаждение сырья обычной холодной водой. Еще эту операцию называют вспучиванием шлака.
• При втором способе используется охлаждение вещества при помощи воздуха.
• Третий способ — это дробление.
• Четвертый — помол.

Главные компоненты материала и результаты обработки

Здесь важно отметить, что от выбора способа обработки доменного шлака будет зависеть то, какое именно вещество получится в итоге, и какими именно свойствами оно будет обладать. Каждый метод придает уникальные качества сырью. Еще одно важное наблюдение заключается в том, что основные оксиды, которые входят в состав шлака — оксиды магния, кальция и алюминия, не встречаются в природе в свободной форме. Другими словами, их не существует, а получить их можно лишь путем переработки шлака и железной руды в доменной печи. Помимо основных оксидов, в состав вещества входит марганец, соединения железа и серы, кварц.

К примеру, если прибегнуть к охлаждению отработанного материала воздухом, то в результате состав доменного шлака получится примерно следующим: силикаты и алюмосиликатные материалы, такие как воластонит, мелилит и мервинит.

Как проходит процесс грануляции?

Процесс грануляции вещества осуществляется методом быстрого охлаждения расплавленного сырья. Здесь важно добавить, что в некоторых случаях может добавляться процесс механического дробления либо все еще жидкого шлака, либо уже наполовину затвердевшего. Основная цель этой операции заключается в том, чтобы переработать большие куски материала в более мелкое зерно, которое будет удобнее перерабатывать в будущем, а также повысить такое качество, как гидравлическая активность. Это очень важная операция, поскольку именно это свойство является важнейшим, так как шлак может использоваться в качестве составляющего компонента для шлаковых цементов, а также может выступать добавкой к портландцементу.

Нужно понимать, что как такового специального производства доменного шлака не существует. Его получают только при переработке руды и прочих веществ в доменной печи.

Способы грануляции

Необходимо знать, что для грануляции отходов производства, то есть шлака, имеются несколько способов, а также устройств, осуществляющих эту операцию. В зависимости от того, какая влажность шлака получается в конечном итоге, и разделяют установки на типы. Бывают установки для мокрой, а также для полусухой грануляции.

Если осуществляется метод мокрой грануляции, то шлак, загружаемый в шлаковозные ковши в раскаленном виде, подается к железобетонным бассейнам, наполненным водой. После этого из ковшей он сливается в эти бассейны по специальным желобам. Небольшое преимущество метода заключается в том, что бассейны разделены на несколько секций. Это позволяет вести процесс охлаждения практически непрерывно. Когда в одну секцию сливается раскаленное вещество, из другой в это же время можно выгружать уже охлажденный доменный шлак. Для отгрузки сырья на заводах имеются грейферные краны, которые подают его сразу в железнодорожные вагоны открытого типа. После этого осуществляется доставка шлака либо на склад, либо сразу к потребителю.

Содержание влаги

Тут стоит отметить, что содержание влаги в материале зависит от общего веса доменного шлака, который проходит процесс гранулирования. Другими словами, чем более пориста структура зерен, тем больше в них остается влаги. Образование пор в затвердевшем гранулированном шлаке происходит из-за воздействия газов. Эти летучие вещества содержатся в расплавленном сырье и начинают испаряться тогда, когда понижается температура шлака, то есть при его охлаждении. Однако здесь важно отметить, что охлаждение и затвердевание материала происходит настолько быстро, что газ не успевает испаряться из шлака. Он остается внутри в виде маленьких пузырьков, которые и создают пористую структуру зерен. Пористость, а из-за этого и влажность шлака также напрямую зависят от тех условий, которые используются непосредственно в процессе охлаждения шлака. То есть от выбора метода зависит не только конечный результат, но и сама структура.

Полусухой метод

Полусухой шлак получается при использовании метода механического дробления, а также отбрасывании в воздух предварительно охлажденного, но в то же время еще не затвердевшего шлака. Таким образом, структура материала получается намного более плотной, что существенно повышает и физический вес примерно в полтора раза, если сравнивать с тем весом, который имел бы шлак, если бы проходил через мокрую грануляцию, имея то же начальное количество вещества. Если говорить о такой характеристике, как влажность, то у мокрого сырья это значение находится в пределах от 15 до 35%, довольно редко 10%. В то время как сухая грануляция сопровождается влажностью шлака в пределах от 5 до 10%. Если сравнивать объемный вес, то при мокром способе обработки он будет в пределах от 400 до 1000 кг/м, а при сухом — в пределах от 600 до 1300 кг/м. Тут стоит добавить, что с повышением температуры доменной плавки будет уменьшаться итоговый вес доменного шлака.

Важно добавить, что большинство заводов использует именно мокрую грануляцию, несмотря на то, что метод обладает рядом недостатков:

• Большой расход топлива на сушку материала перед его поломкой.
• Производительность оборудования по сушке шлака низкая.
• Смерзаемость мокрого шлака в вагонах, складах и других местах хранения в зимнее время.

Доменный шлак ГОСТ 3476-74

В данном стандарте описываются все технические требования, методы испытания и правила приемки, а также способы хранения и транспортировки шлака доменного производства. Один из пунктов государственного документа касается влажности сырья. Говорится о том, что процент влажности должен соответствовать тому, который был согласован заказчиком и поставщиком. Другими словами, можно сказать, что заказчик выбирает метод грануляции материала.

Применение доменного шлака

В связи с увеличением объемов строительства, а также существенным повышением цены на цемент актуальным станвоится вопрос экономии данного материала.

Одним из эффективных вяжущим, который может заменить цемент является тонкомолотый гранулированный доменный шлак.

Доменный шлак хорошо изучен специалистами и является активной минеральной добавкой в цементы, кроме этого данный материал является основным компонентом для получения щлакощелочных вяжущих , а также изделий изготовленных на его основе. Применяя доменный шлак мы решаем экологическую проблему.

Шлак гранулированный доменный получают при обработке огненно-жидких металлургических шлаков водой, происходит резкое охлаждение шлакового расплава и его грануляция-дробление на отдельные мелкие зерна.

Применение доменного гранулированного шлака

Молотый доменный гранулированный шлак, применяется для изготовления растворов и бетонов, при производстве сухих строительных смесей, в гидротехническом, сельскохозяйственном, дорожном строительстве, а также при строительстве промышленных, общественных и жилых зданий, в изготовлении искусственного конгломерата.

Доменный шлак применяется для получения различных видов цемента.Для получения клинкерных цементов шлак используют как добавку, а в бесклинкерны цементах-шлак применяется как основной компонет.

Также этот материал можно применять как частичный заменитель портландцемента при производстве легких бетонов, ячеистых бетонов, и при изготовлении пенополистирольных блоков.

Преимущества доменного шлака

Использованиемолотого гранулированного шлака при изготовлении бетона сокращает расход клинкерного цемента при этом не уменьшает прочностные показатели.

Экономия портландцемента бывае высока от 20до 70%. Процент замещения зависит от, активности портландцемента, состава бетона, состава песка, условий уплотнений бетонной смеси, температуры и прочее.

Электропрогрев увеличивает прочностные характеристики доменных шлаков.

Молотый шлак способствует улучшению структуры бетона и улучшает поверхность изделия за счет того, что он является микрозаполнителем.

Если в бетоне заменить 20-50% портландцемента молотым шлаком, значительно повышается морозостойкость пропариваемого бетона

Свойства молотого шлака.

Высокая реакционная спосбность, высокая водонепроницаемость, высокая адгезия, никая деформативность, низкие усадочные деформации при твердении, сульфастойкость, морозостойкость, повышенная трещиностойкость, повышенная коррозиостойкость, устойчивость до агрессивной среды, плотная и высопрочная структура искусственного камня.

Применение доменного шлака и шлакощелочного цемента

Нужно отметить, чтошлакощелочной цемент широко используется во всем мире. Среди лидеров по производству вяжущего является Япония и Сингапур.

Шлакощелочной цемент имеет ряд преимуществ перед портландцементом: химически устойчив, большая сопротивляемость проникновению хлоридов, имеет повышенную прочность, низкая температура гидратации, удобоукладываемость.

В России и странах СНГ использование шлакощелочного цемента минимально, хотя он не является новым видом строительного материала.

По последним даннымВ Европе цемент используется:

Великобритания-2млн тонн в год

Континентальная Европа-17,7 млн тонн в год:

Развитие производства шлакощелочного цемента признано в Европе приоритетным из-за того, что при производстве не нужен обжиг, соответственно, нет выбросов CO2 и, как следствие – минимальный вред окружающей среде, что нельзя сказать о производстве портландцемента с вреднейшими ротационными или вертикальными печами

Бетон, приготовляемый с использованием добавки молотого доменного гранулированного шлака, стоек к воздействию различных агрессивных сред. В частности он был применен при сооружении двух резервуаров, предназначенных для хранения сжиженного природного газа. Диаметр резервуаров равен 90 м, высота – 35 м.

Общий объем товарного бетона, примененного при строительстве резервуаров, составил 13400 куб.м. Содержание в бетоне молотого доменного гранулированного шлака достигало 66%. Положительный опыт примнения шлакощелочного цемента указанных объектов позволил использовать его при строительстве еще 5 резервуаров для хранения сжиженного газа.

В Блекпуле завершился проект, предусматривающий укрепление берега пляжа и набережной. В этом случае используются сборные железобетонные изделия. Общий объем бетона, предназначенного для их изготовления, равен 23000 куб.м. Содержание в бетоне молотого доменного гранулированного шлака – 50%. Он отличается повышенной стойкостью к воздействию содержащихся в морской воде хлоридов.

В настоящее время на примере Великобритании ежегодно для замены портландцемента в бетоне используется более 2 млн. т молотого доменного гранулированного шлака. При этом выбросы в атмосферу диоксида углерода сокращаются почти на 2 млн. т, что эквивалентно общему объему выбросов 500000 автомобилей в год. Расход электроэнергии сокращается на 2000 ГВт/год. Ежегодная экономия природных сырьевых материалов для приготовления бетона составляет 2,5 млн. т. Потенциальное сокращение объемов захоронений равно 2 млн. т /год. По оценке Научно-исследовательской организацией по строительству (Building Research Establishment) использование шлака примерно в 10 раз благоприятнее для окружающей среды, чем портландцемента.

Доменные шлаки (свойства, состав, применение)

ДОМЕННЫЕ ШЛАКИ, искусственные каменистые массы, получающиеся в качестве отхода при доменном процессе от сплавления содержащейся в руде пустой породы с флюсами шихты (известняки, доломиты, глинистые сланцы, песок, иногда фосфориты и т. д. — смотря по характеру доменного процесса) и золой применяемого горючего (кокс, древесный уголь).

Общие свойства

Доменные шлаки представляют собой сплавы (твердые растворы) силикатов, алюминатов, сульфидов и некоторых солей, особенно фосфатов, различных оснований, гл. обр. кальция, магния, железа, марганца. Получаясь в восстановительном пламени, доменные шлаки содержат свободные закиси кальция, железа и марганца, растворенные, по Джексу (Jex), в смеси анортита (известковый полевой шпат) СаО·Аl₂O₃·2SiO₂ и волластонита CaO·SiO₂. При правильно ведущемся доменном процессе цвет шлаков — светлый («спелые шлаки»): светло-серый, белый, желтоватый, зеленоватый, синеватый и т. д., а при сыром ходе доменной печи — черный, от большого содержания железа. Текстура шлаков тоже изменчива и бывает стекловидной, камневидной и фарфоровидной, в зависимости от состава и быстроты затвердевания доменных шлаков.

Теплота плавления 360—450 Cal, удельный вес доменных шлаков около 2,8, объемный вес и теплопроводность приведены в табл. 1.

Состав доменных шлаков весьма изменчив; предельные количества составляющих доменных шлаков, получающихся при выплавке некоторых сортов чугуна, представлены в табл. 2.

В зависимости от преобладания в составе оснований, фосфорной и кремневой кислот, доменные шлаки бывают основными, фосфатными или силикатными. Наиболее часто доменный процесс дает именно силикатные шлаки.

По числу, выражающему отношение содержания кислорода в кремнекислоте (SiО₂) к содержанию кислорода в основаниях RO (где R — двухвалентный элемент), согласно валовому анализу силикатных шлаков, они разделяются на виды, сопоставленные в табл. 3.

Только две из этих степеней окремнения соответствуют действительным химическим соединениям: моносиликаты — ортосиликатам (например, Ca₂SiО₄) и бисиликаты — метасиликатам (например, CaSiО₃). Схематическое деление табл. 2 особенно хорошо отвечает продуктам металлургии цветных металлов, где содержание Аl₂O₃ в шлаках бывает незначительно. При плавке на коксе доменные шлаки близки к моносиликатам (35—48% СаО, 30—38% SiО₂, 6—18% Аl₂O₃, кроме того MgO, MnO, FeO, CaS); при плавке на древесном угле получаются по преимуществу бисиликаты. Богатые SiО₂ и Аl₂O₃ шлаки близки к стеклам и при быстром застывании получают стекловидную текстуру; они не имеют определенной точки плавления и при нагревании сперва проходят через состояние размягчения и затем тягучести. Наиболее вязки шлаки, содержащие ТiO₂; напротив, основные шлаки (богатые СаО и MgO), несмотря на более высокую температуру плавления, при нагреве обнаруживают меньшую вязкость; при отвердевании, особенно если охлаждение идет медленно, они выкристаллизовываются и приобретают текстуру каменистую; быстрое охлаждение делает шлаки очень хрупкими, подобными портландским цементам.

Несмотря на сложность состава, доменные шлаки во многих случаях могут рассматриваться как системы из трех компонентов — СаО, SiO₂ и Аl₂O₃, поскольку FeO при хорошем ходе процесса по незначительности содержания не имеет значения; содержание окислов других металлов невелико; щелочноземельные окислы, особенно MgO, м. б. пересчитаны на СаО. В отношении доменных шлаков важно знать температуру перехода их из одного состояния в другое. Эта задача сводится к изучению смесей трех главных окислов и распадается на изучение трех двойных систем; диаграммы их представлены на фиг. 1 — по Шеперду и Ренкину (Аl₂O₃—SiO₂), фиг. 2 — по Шеперду, Ренкину и А. Л. Дену (СаО—SiO₂) и фиг. 3 (СаО—Аl₂O₃).

Первая система дает одно химическое соединение (силлиманит), с 1816°, и две евтектики, с температурой плавления около 1600 и 1810°. Вторая система, практически наиболее важная, дает два химических соединения — CaSiО₃ с температурой плавления, 1 540° и Ca₂SiО₄ с температурой плавления 2130° — и евтектики с соответствующими температурами плавления 2015°, 1440° и 1326°:

Третья система дает соединения: ЗСаO·Аl₂O₃, плавящееся с разложением, 5СаO·ЗАl₂O₃, с температурой плавления 1380°, СаО·Аl₂O₃, с температурой плавления 1590° и ЗСаO·5Аl₂O₃, плавящееся с разложением.

Тройная система (фиг. 4) указанных компонентов дает два тройных соединения: CaO·Al₂O₃·2SiO₂ c температурой плавления 1550° и соединение 2CaO·Al₂O₃·SiO₂ с температурой плавления около 1600°.

Применение доменных шлаков

Выход доменных шлаков приблизительно равен по весу выходу чугуна и в 2,5 раза превосходит этот последний по объему. Использование огромного количества доменных шлаков (в 1910 г. мировое производство чугуна и стали выразилось числом 125530000 т, в России — 5390000 т) представляет задачу большого экономического значения.

Применение доменных шлаков основано на использовании различных технически ценных свойств их, а именно: способности отливаться и давать весьма твердый материал, вытягиваться в расплавленном состоянии тонкими и по застывании упругими нитями, давать с известковым раствором затвердевающие цементные массы, образовывать с битуминозными веществами упругие и прочные настилки дорожных полотен, давать растениям усвояемую фосфорную кислоту и т. д. Разнообразие состава доменных шлаков благоприятствует возможности наиболее рационального выбора их в каждом отдельном случае. В табл. 4 сопоставлены применения доменных шлаков и главные требования на соответствующий доменный шлак.

Цементная промышленность . Наиболее широкое применение доменные шлаки находят в цементной промышленности, куда идут более основные шлаки, состоящие из двойных силикатов извести и глинозема, в которых часть извести заменена магнезией и закисью железа, а часть глинозема — окисью железа. Наличие в них аморфной кремнекислоты дает им способность при смешении с известью и водой образовывать нерастворимые в воде гидраты силикатов и алюминатов, служащие в качестве цементов. Доменные шлаки, идущие на гидравлические цементы, должны иметь отношение СаО : SiО₂ не менее 1. Наиболее выгодным отношением СаO : SiO₂ : Аl₂O₃ является 1 : 0,65 : 0,35. Эти доменные шлаки получаются гл. обр. при выплавке литейных чугунов, имеют серый цвет и состав: 25—27% SiО₂, 8—20% Аl₂O₃, до 1,5% Fe₂O₃, 44—52% СаО, 1—2% CaSO₄, до 3% MgO, до 3% МnО, до 3% CaS, до 2% FeO. Гидравличность их значительно повышается гранулированием (см. Грануляция шлака). Измельченный в тонкую муку шлак просеивают и смешивают с порошком гашеной извести (10—15 %, в зависимости от основности). Такой продукт называется шлаковым цементом (пуццолановым цементом). Состав его: 54—60% СаО, 20—25% SiО₂, 0,6—5,0% MgO, 9—15% Al₂О₃ + Fe₂О₃, 0,8—2,6% SО₃. Удельный вес его около 2,8. Шлаковый цемент относится к числу медленно схватывающихся; применяется гл. обр. при постройке фундаментов и в подводных бетонных сооружениях. Сопротивление на разрыв у шлакового цемента без песка менее, чем у портландского, но растворы его с песком обладают нередко большим сопротивлением: сопротивление на разрыв по истечении 7 дней 14—19 кг/см 2 , по истечении 28 дней 20—27 кг/см 2 . Иногда из шлакового цемента формуют кирпичи, которые затем обжигаются в печах до спекания, измельчаются и после просеивания идут в упаковку. Такой продукт называется настоящим шлаковым портландским цементом ; он не уступает по своим качествам настоящему портландскому цементу. Наконец, встречается также т. н. смешанный цемент или железный портландский цемент — смесь настоящего портландского цемента (70%) с гранулированным доменным шлаком (до 30%).

Тепловая изоляция доменных шлаков , будучи во многих случаях весьма пористыми и состоящими, кроме того, из вещества малой теплопроводности, применяются как непосредственно, так и в виде ваты или бетонов в качестве тепловой изоляции. В табл. 1 дана сводка относящихся сюда данных.

Искусственные камни и стекольная масса . Обладая большой твердостью и прочностью, доменные шлаки дают хороший материал для производства искусственного строительного и мостильного камня. Производство ведется либо отливкой (способ Вудворта) либо цементированием (способ Зейдта). В первом случае шлак при температуре около 1700° выливается в открытые сверху раскидные формы из литого чугуна, расположенные по окружности вращающегося горизонтального круга и при вращении его последовательно наполняющиеся расплавленной массой. Затвердевающая отливка поступает в особую печь для отжига, т. к. в противном случае образуются трещины. Стенки форм обмазывают известью, предохраняющей отливку от быстрого охлаждения и обеспечивающей отставание отливки от формы. По твердости этот искусственный камень не уступает граниту. Он применяется в особенности в Англии и идет на мостовые и как массивы для подводных сооружений. Существуют и другие способы отливки шлаковых камней. Для получения цементированных камней гранулированный доменный шлак смешивают с гипсом, известью и окалиной железа; полученная пластическая масса прессуется и с течением времени затвердевает на воздухе. Такие камни обладают твердостью и упругостью, допускают вбивание гвоздей, легко обтесываются, не крошатся и не разрушаются от мороза. С годами прочность и твердость их значительно возрастает (например, в 5 раз по прошествии трех лет сравнительно с камнями двухмесячными).

Доменный шлак идет также на бетонные и другие смеси с различными цементами, в частности, например, с сорелевским магнезиальным (один из видов ксилолита). Вылитый в воду расплавленный доменный шлак, или вспененный струей пара, дает искусственную пемзу, а при других приемах работ — искусственный мрамор. Другое применение доменных шлаков -производство эмалей, глазури и полив для глиняных и металлических изделий, производство искусственных драгоценных камней (на Урале шлифуют различные подходящие по текстуре и цвету шлаки). Доменные шлаки, близкие по составу к стеклам, идут также на стекольные заводы: варка шлаков со щелочами и кремнеземом дает бутылочное стекло. Использование доменного шлака как материала для искусственных силикатов требует предварительного обессеривания его прокалкой докрасна в воздушной струе, отмучиванием и вторичной прокалкой или выветриванием на воздухе.

Искусственное удобрение . Различные шлаки содержат в себе фосфорную кислоту, притом в легко усвояемой растениями форме, и потому служат важным видом сельскохозяйственных удобрений. Наиболее ценен в этом отношении шлак, получающийся при переработке чугуна на сталь при основном процессе по способу Томаса и Гилькрайста — тонкий порошок серо-бурого цвета, носящий название томасова шлака (томасшлак). Он содержит от 8 до 24% (обычно 17—18%) фосфорного ангидрида, в виде тетракальциевофосфорнокислой соли (4СаО·Р₂О₅), растворимой в слабых кислотах. О значительности потребления этого шлака свидетельствуют следующие числа: в 1912 г. в Европе производилось 4 млн. тонн томасова шлака — в Германии 2,5 млн. т, во Франции 679 тыс. т, в Бельгии 534 тыс. т, в Англии 150 тыс. т, в остальных странах 150 тыс. т. Для удобрения применяются также мартеновские шлаки, искусственные фосфаты Уолтера (Wolter) или Уиборга (Wiborgh), а в некоторых случаях доменные. Однако все они содержат меньшее количество фосфорного ангидрида, и потому подмесь их к томасову шлаку считается подделкой.

Получение чугуна . Зерна чугуна в некоторых, особенно древесноугольных, шлаках иногда извлекают обратно путем раздробления шлаков, промывки и переплавки их. Шлак сварочных и т. п. печей поступает для переплавки в доменную печь.

Дорожное строительство . На постройку дорог идут кислые шлаки, которые получаются при выплавке томасова и переделочного чугуна.

А. Ю. Серк, руководствуясь германскими «Руководящими указаниями по производству и поставке доменных шлаков в качестве дорожных строительных материалов» (1928 г.), наметил следующие приемочные технические условия: 1) дорожный шлаковый материал должен отличаться равномерным плотным и мелкокристаллическим сложением; стекловатые куски не должны превышать по весу 5% от общего количества; 2) щебень должен иметь по возможности кубическую форму и острые грани, плоские куски отбрасывают; 3) гигроскопичность шлака д. б. не более 3% по весу; 4) явления распада в шлаковом щебне в общем недопустимы; количество распадающихся кусков во всяком случае не должно превышать 4%; 5) сопротивление сжатию, измеренное на вырезанных из шлака кубиках, должно составлять не менее 1200 кг/см 3 ; 6) вес 1 м 3 мелкого шлакового щебня при размере кусков от 3 до 6 см должен быть не менее 1250 кг.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 7 — 1929 г.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Доменный шлак

Доменный шлак должен быть высушен и размолот перед использованием. Подсчитано, что общие затраты энергии для этой цели составляют около / 5 энергии, требуемой для производства цемента. [1]

Доменные шлаки разлагают при нагревании в НС1 ( уд. Мартеновские шлаки растворяют в НС1 ( уд. Нерастворимые в кислотах шлаки спекают с Na2C03 при 1000 — 1100 С. Ферромар-ганцевые шлаки разлагают с помощью HN03 ( уд. [2]

Доменные шлаки используются для производства следующих видов вяжущих: шлако-портланд-цемента, сульфатно-шлакового цемента и известково-шлакового цемента. Их получают совместным помолом гарнулированного шлака с портландт-це-ментным клинкером и с добавками сульфата кальция и других веществ. [3]

Доменные шлаки , давно применяемые в строительной практике, по химическому составу приближаются к портландцементному клинкеру, отличаясь от него обычно меньшим содержанием оксида кальция. [4]

Доменный шлак — это неметаллический продукт, состоящий в основном из силикатов и алюминатов кальция. Он получается вместе со сталью ( чугуном) в доменной печи в виде расплава и затем охлаждается. При быстром охлаждении водой, паром или воздухом образуется гранулированный шлак, при медленном — комовой. Высокую гидравлическую активность доменный шлак приобретает при очень быстром охлаждении или грануляции водой. Медленно охлаждаемый шлак успевает до некоторой степени закристаллизироваться, и его гидравлические свойства снижаются. [5]

Доменные шлаки , содержащие более 46 % СаО при медленном охлаждении рассыпаются в тонкий порошок, состоящий в основном из двухкальциевого силиката в ум дификации. [7]

Доменные шлаки в строительстве, Киев, Госстройиздат УССР, 1956, стр. [8]

Доменные шлаки , издавна применяемые в строительной практике, по химическому составу приближаются к портланд-цементному клинкеру, отличаясь от него обычно меньшим содержанием оксида кальция. При нормальных условиях с целью интенсификации процессов схватывания и твердения для обогащения шлаки размалывают вместе с известью и портландце-ментным клинкером. Были разработаны известково-шлаковый, шлакопортландский и гипсошлаковый цементы, получившие широкое распространение в строительстве. [9]

Доменный шлак — это неметаллический продукт, состоящий в основном из силикатов и алюминатов кальция, который получается вместе со сталью ( чугуном) в доменной печи в виде расплава и затем охлаждается. При быстром охлаждении водой, паром или воздухом образуется гранулированный шлак, при медленном — комовой. Высокую гидравлическую активность доменный шлак приобретает при очень быстром охлаждении или грануляции водой. Медленно охлаждаемый шлак успевает до некоторой степени закристаллизоваться и гидравлические свойства его снижаются. Шлак, гранулированный небольшим количеством воды ( так называемый шлак сухой грануляции), имеет незначительную активность. Сам по себе шлак, даже гранулированный, в обычных условиях при затворении водой мало активен и для его возбуждения требуется введение ускорителей. Однако при повышении температуры и давления активность шлака настолько возрастает, что его иногда следует применять с замедлителями сроков схватывания. [10]

Доменный шлак — это неметаллический продукт, состоящий в основном из силикатов и алюминатов кальция, полученный вместе с чугуном в доменной печи в виде расплава. При быстром охлаждении шлакового расплава водой, паром или воздухом образуется гранулированный шлак, при медленном — комовый. Высокую гидравлическую активность доменный шлак приобретает в случае быстрого охлаждения водой. Медленно охлажденный шлак успевает в определенной степени закристаллизовываться, и гидравлические свойства его снижаются. Сам по себе шлак, даже гранулированный, в обычных условиях при затворении водой мало активен, и для его возбуждения требуется добавление активаторов. Однако в случае повышения температуры и давления активность шлака настолько возрастает, что его следует применять в смеси с замедлителями сроков схватывания. [11]

Доменные шлаки издавна используются в цементной промышленности для производства специальных строительных цементов. В настоящее время масштабы использования доменного шлака в производстве цементов громадны. [12]

Доменные шлаки , выплавляемые металлургическими заводами СССР, разнообразны по химическому составу, причем выход шлаков, обладающих высокой активностью, далеко не полностью удовлетворяет потребности цементной промышленности. Поэтому цементная промышленность вынуждена применять и менее активные, низкоосновные и кислые шлаки мартеновского чугуна ряда южных и восточных металлургических заводов. Кроме того, современная строительная индустрия нуждается в цементах, обладающих значительной прочностью в первый период твердения, а шлакопортланд-цементы в большинстве случаев являются сравнительно медленно твердеющим вяжущим. [13]

Доменные шлаки образуются при полном расплавлении исходных компонентов шихты руды и кокса в восстановительной среде. Выход доменных шлаков составляет 40 — 60 % массы чугуна. [14]

Доменный шлак применяют для производства шлаковых кирпичей, шлаковых блоков и шлакобетона. Из кислого шлака получают вату, которую вследствие малой теплопроводности применяют в качестве теплоизоляционного материала. [15]

Шлаки в металлургии

Силикатные материалы, получаемые при выплавке из руд металлов, называются металлическими шлаками. Они обладают разными свойствами, в зависимости от процесса их получения, химического состава руды и других факторов. Эти искусственные силикаты состоят из оксидов железа, алюминия, кремния, магния, кальция, серы, марганца и др. В зависимости от процентного соотношения этих окислов, скорости и условий остывания шлаков, они могут получать свойства вулканической пемзы или твёрдого гранита, а также рассыпаться в порошок. Их цвета бывают подобными горным породам: белые, жёлтые, чёрные, зелёные, серые, розовые, серебристые, сиреневые, перламутровые и др. Они могут быть разной плотности, пористости, тяжёлыми или лёгкими. Их удельный вес близок к природным камням. По химическому составу бывают основные, кислые, нейтральные.

Шлаки чёрной металлургии

• Доменные – получают при выплавке чугуна. Представляют собой расплавы силикатные или алюмосиликатные. Из-за низкой плотности (в 2 раза меньше, чем у чугуна) они образуются сверху над расплавленным слоем чугуна и периодически удаляются через летку. Возможность его использования зависит от химического состава и способа выхода из домны. Он может при охлаждении получить свойства плотного камня или постепенно рассыпаться в порошок. Плотный материал используется в качестве щебня, стоимость которого значительно меньше натурального, а свойства не уступают. Для проверки пригодности доменных шлаков в производство щебня проводится специальный контроль его качества.

• Сталеплавильные – побочный продукт при любом способе получения стали в открытых агрегатах. Состоит из нелетучих различных оксидов с меньшей плотностью, чем сталь, которые собираются на поверхности расплава. Их источники: продукты, полученные при окислении примесей, содержащихся в чугуне и ломе, добавочные окислители и материалы, внесённые загрязнения (миксерный шлак, песок) и др. Содержат большее количество оксидов железа (20 %) и марганца (10 %).

• Ваграночные образуются при плавке чугуна в вагранке из продуктов окисления чугуна, золы кокса, остатков в виде пригара формовочной смеси, флюса. Основные составляющие ваграночного шлака – оксиды (80 – 90 %). При таком способе производства получаются в большинстве кислые шлаки с выделением минералов (рудных, мелилитов, пироксенов, анортитов), алюмокремнезернистого стекла.

• Ферросплавные – получают в процессе производства ферросплавов. Различаются по добавленным к железу химическим элементам: хрому, марганцу, кремнию и др.

Шлаки цветной металлургии

Для них характерны: высокое содержание оксидов железа, пониженный состав оксидов магния и кальция. Свойства шлаков цветной металлургии зависят от их химического состава. Отличаются от шлаков чёрной металлургии большим удельным весом, разнообразием, дополнительным содержанием ценных редких металлов. Если при выплавке чёрных металлов выход шлаков на 1 т металла составляет 0,1 – 0,7 т, то в цветной металлургии при получении 1 т металла – 100 – 200 т шлаков.

Способы переработки и применение

Самый распространённый способ переработки – грануляция. Происходит путём охлаждения массы водой, воздухом, паром.

• Мокрый способ. Обработка вытекающего из доменной печи раскалённого шлака сильной струёй воды, подаваемой через специальные насадки. Шлак дробится под напором воды и отправляется в бункер до окончательного охлаждения. Его продувают воздухом, в результате чего он остывает и обезвоживается.

• Полусухой способ. Вытекающий из домны шлак попадает на лопасти вращающегося барабана. Небольшое количество воды, подаваемой в желоб, резко охлаждает и делает шлак твёрдым. Затем он попадает в барабан, где дробится и окончательно остывает, отлетая в сторону.

Гранулируются в основном доменные шлаки, которые в большинстве используются в цементной промышленности. Также в этой отрасли распространено применение шлаков ферросплавов, сталеплавильных, цветной металлургии. Из них производят обладающий высокой химической стойкостью цемент, который можно применять даже в агрессивных средах. Получают путём совместного помола металлургического шлака, гипса и извести. Шлаки также используют в качестве активных добавок к портландцементному клинкеру или вместо глины. В зависимости от взятых пропорций, получают обычный цемент или с повышенной стойкостью.

Шлакощелочные цементы получают при совместном помоле гранулированных шлаков, каустической или кальцинированной соды, жидкого стекла. Такие гидравлические вяжущие водостойкие, термостойкие, с высокой прочностью, биостойкие, устойчивы к коррозии. Изготовленные с их добавлением бетоны выдерживают воздействие нефтепродуктов, слабых кислот, твердеют при низких температурах.

Широко используется в строительстве шлаковый щебень, который успешно заменяет натуральный. Получают его путём дробления отвальных шлаков или литья по специальной технологии. Перед применением он проверяется на устойчивость к распаду.

Материал прочный на истирание, выдерживает высокие и низкие сезонные температуры. Используется в качестве наполнителя для различных видов бетонов.

Для тяжёлых изделий из бетона крупным наполнителем служит отвальный или литой щебень, а для мелкого – гранулированный шлак. Для лёгких изделий предназначен щебень из шлаковой пемзы, которую получают путём вспучивания с применением минеральных газообразователей при быстром охлаждении шлаковой массы. Затем она дробится на фракционный щебень.

Этот материал нашёл широкое применение и в дорожном строительстве как надёжный и при этом дешёвый материал. Используется для подготовки оснований, а также в производстве шлаковых вяжущих для дорожных покрытий, приготовления асфальтобетона.

Способом шлакового литья получают плитки и камни для мощения тротуаров, изготовления бордюров, напольные покрытия для внутренних помещений, трубы, фасадные плиты и другие изделия. Они по многим качествам не уступают железобетонным и стальным аналогам. Их получают при разливе в формы расплавленных металлургических шлаков, поступаемых прямо из доменных печей. Такой производственный процесс очень экономичен – не требуются дополнительные ресурсы на расплавку сырья, его транспортировку и хранение. Технология изготовления проста, литьё таких изделий экономически выгоднее, чем изготовление искусственного камня, а механические свойства мало чем отличаются.

Из металлургических шлаков получаются превосходные материалы – шлакоситаллы. Они состоят из стекловидной аморфной массы и мельчайших стеклянных кристаллов. Бывают разных видов и цвета. Свойства зависят от исходного сырья и технологии изготовления. Процесс происходит в стекловаренной печи. Сырьём служат металлургические шлаки, песок и другие добавки. Шлакоситаллы отличаются высокой прочностью, близкой к чугуну и стали, но при этом они в 3 раза легче. Эти материалы легко обрабатываются и очень востребованы в строительстве. Они хорошо сверлятся, шлифуются, режутся. Широко используются для изготовления прочных изделий и в качестве отделочных материалов: труб, подшипников, оптических приборов, электроизоляторов, мелющих деталей механизмов, химического оборудования, облицовочных плит для фасадов и внутренних стен, напольных покрытий, подоконников, кровли, ограждений балконов и др.

Из металлургических шлаков изготавливают шлаковую вату, которая идёт на производство теплоизоляционных изделий. Из доменных шлаков получают около 80% минеральной ваты. Используются для этого также шлаки цветной металлургии, мартеновские, ваграночные. Выбирается сырьё с оптимальной вязкостью для получения минерального волокна методом вытягивания. В ванных печах или вагранках получают шлаковый расплав, который затем перерабатывается в волокно. Вату изготавливают 3-х типов: для плит повышенной жёсткости, для полусухого прессования изделий, для горячего прессования. На основе минваты получают различные изделия (плиты, цилиндры), где в качестве связующих применяют битумы, эмульсии, синтетические полимеры.