Что такое доменный шлак

Что такое доменный шлак

Одним из важнейших компонентов шлаковых цементов является доменный шлак, получаемый при выплавке чугуна; так как в исходной железной руде содержатся глинистые примеси и в коксе — зола, для их удаления в доменную шихту вводят флюсы — карбонаты кальция и магния. В процессе плавки, вступая в химическое взаимодействие с примесями, они образуют шлак, представляющий собой силикатный и алюмосиликатный расплав.
Плотность доменных шлаков в два с лишним раза меньше, чем чугуна, поэтому шлаки в горне домны располагаются над слоем расплавленного чугуна и их периодически удаляют через отдельную шлаковую летку. Небольшая часть шлака, захватываемая расплавленным чугуном, также периодически выпускается, но уже через чугунную летку. На 1 т выплавляемого чугуна приходится примерно 0,6—1 т шлака. Основные оксидные составляющие шлака те же, что и у портландцементного клинкера, по соотношения между ними другие.
Шлаки в зависимости от агрегата, в котором происходит переплавка того или иного чугуна на сталь, называются шлаками бессемеровского или мартеновского чугуна; шлаки специальных чугунов разделяются на фер-рохромовые, ферромаргапцевые и др. Чугуны разделяются на литейные, передельные и специальные. Каждому виду чугуна соответствует шлак определенного состава; при высоком содержании серы в коксе повышают содержание извести в шлаке; для ускорения процесса плавки в состав шихты вводят марганцевую руду, доломит и др., что влияет на химический состав шлака.
Обычно шлак выпускается из домны с температурой 1673—1773 К, при которой он становится жидкотекучим и минимально вязким. Возможность использования шлака для цемента зависит от характера его переработки по выходе из домны. При медленном охлаждении на воздухе в шлаковых отвалах он превращается в плотный камень, причем в зависимости от состава он может постепенно рассыпаться в порошок вследствие так называемого силикатного распада в результате перехода |3-C2S в Y-QS. Распад может вызываться и гидратацией CaS, FeS и MnS (известковый, железный и марганцевый). Нерассыпающиеся медленно охлажденные шлаки дробят и в кусках применяют в дорожном и других видах строительства; для проверки стойкости шлаков во времени используют специальные методы контроля.
Грануляция шлаков. Шлаки, предназначенные для производства вяжущих материалов по выходе из домны, подвергаются грануляции, в результате которой структура их меняется и они становятся мелкозернистыми. Осуществляется это путем резкого охлаждения шлакового расплава водой, иногда с применением механического раздробления еще жидкого или полузатвердевшего шлака. В зависимости от влажности получаемого продукта используют грануляционнные устройства для мокрой либо полусухой грануляции.
У нас часто применяются центральные грануляционные установки для мокрой грануляции большой мощности. Они расположены вне доменного цеха, и жидкий шлак туда доставляют в шлаковозных ковшах с нескольких доменных печей. Существенно влияют на активность шлака условия и температура его образования. Широкое распространение получил и способ полусухой грануляции шлаков. В этом случае разложение сульфидов идет менее активно, чем при мокром способе, и выделяется соответственно меньше сероводорода. Применять мокрогранулированный шлак значительно менее выгодно, чем шлак полусухой грануляции, транспортировка и переработка которого обходятся намного дешевле. В последние годы созданы также гидроударный и гидрожелобной способы полусухой грануляции доменных шлаков. Освоен способ припечной (придоменной) грануляции.
Шлак полусухой грануляции характеризуется более плотной структурой и имеет примерно в 1,5 раза большую среднюю плотность, чем шлак мокрой грануляции. Влажность шлака мокрой грануляции составляет 20—35% (редко 15%), шлака полусухой грануляции — 5—10%; насыпная плотность тех и других шлаков соответственно 400—1000 кг/м3 и 600—1300 кг/м3.
Минералогический состав и структура шлаков. В медленно охлажденных шлаках, содержащих менее 5% MgO, присутствуют преимущественно мелилиты — изоморфный ряд твердых растворов, конечными членами которого являются геленит C2AS и окерманит C2MS2. С повышением содержания оксида магния более 15% вместо твердого раствора образуется только окерманит. В составе шлаков встречаются псевдоволластонит и волластонит (CS), разные модификации C2S, ранкинит — C3S2, мервинит C3MS2, анортит — CAS2 и др. Во многих шлаках имеются CaS, а также FeS и MnS. В связи с тем, что процессы кристаллизации при охлаждении в промышленных условиях не идут до конца и не создаются поэтому условия для физико-химического равновесия, по результатам химического анализа невозможно точно рассчитать ожидаемый минералогический состав шлака.
Доменные шлаки — это материалы с потенциальными вяжущими свойствами; способность к твердению проявляется у них в гранулированном виде, т. е. преимущественно в стекловидном состоянии под действием активизирующих добавок, к которым относятся щелочи, известь, сернокислый кальций и др. Считали, что стекло активно потому, что запас внутренней энергии в нем больше, чем в закристаллизованном веществе того же состава. Исследования показали, что это не распространяется на специальные высокоглиноземистые шлаки. В кристаллическом виде они оказались значительно более гидравличными, чем полностью остеклованные. Сравнение теплот растворения гранулированного и медленно охлажденного обыкновенного доменного шлака одинакового химического состава показало, что запас внутренней энергии больше у остеклованных.
Считается, что минералы, которые в кристаллическом виде обладают явно выраженной гидравлической активностью и способны твердеть, уже не характеризуются в стекловидном состоянии такой активностью, несмотря на больший запас внутренней энергии. Это относится, например, к алюминатам кальция, содержащимся в специальных высокоглиноземистых шлаках. Шлаковые минералы в стекловидном состоянии способны твердеть без активизирующих добавок.
Геленит в стекловидном состоянии гидратируется и затвердевает только под воздействием гидроксида кальция или гипса, то же относится к монтичеллиту и некоторым другим минералам. Анортит, CAS2, как в кристаллическом, так и в полностью остеклованном виде, инертен даже при действии растворов извести и гипса. Таким образом, активность шлака зависит не только от высокого содержания стекла, но и от химического состава как этой фазы, так и кристаллических образований. Для структуры гранулированных доменных шлаков характерна неоднородность стекловидной фазы; наблюдаются включения сульфидов — центров микрокристалли зации, а также участки стекла, отличающиеся по составу от основной массы; встречаются пузырьки газов, под действием атмосферных агентов появляются новообразования.
Жидкий шлак является микрогетерогенным расплавом, в котором имеются области с концентрацией некоторых ионов выше средней, что и обусловливает его неоднородность. Быстрое охлаждение шлакового расплава при грануляции приводит к тому, что он сохраняет структуру, которую имел в жидкорасплавленном состоянии.
Стекло сейчас рассматривают как сложную жидкую переохлажденную систему и характерные особенности структуры жидкости переносят и на структуру стекол. Современные методы исследования тонкой структуры стекол позволяют установить, что структура силикатных (шлаковых) стекол действительно микрогетерогенна, хотя пока еще нет единой общепризнанной теории их строения. В настоящее время распространена теория ионного строения шлаков, по которой жидкий шлак рассматривают как микрогетерогенный расплав, состоящий из простых катионов, анионов, кислорода и серы, а также из комплексных анионов, размер и устойчивость которых зависят от природы катиона.
Степень связанности кремпекислородных комплексов оказывает большое влияние на активность шлаков. В этом свете влияние тех или иных элементов на гидратационпую активность шлаков зависит от положения, которое они занимают при формировании структуры шлака.
Сходство между структурами кристаллических и стеклообразных силикатов заключается в существовании в обоих состояниях непрерывного кремнекисдородного каркаса и в координационном принципе расположения ионов относительно друг друга. Некоторые металлы в структуре силикатного стекла рассматриваются не только как модификаторы, но и как стеклообразователи, причем соотношение между положением катионов определяется его координационным числом, с повышением которого увеличивается доля катиона как модификатора. При этом следует учитывать, что первичным этапом гидратации шлакового стекла является процесс перехода в раствор катионов-модификаторов. Работами последних лет установлено, что само по себе содержание стекловидной фазы не является определяющим фактором в повышении активности шлаков. Полагают, что наиболее высокими вяжущими свойствами обладают шлаки, содержащие 5—20% кристаллической фазы.
Вопрос о целесообразности получать частично закристаллизованный шлак должен решаться в каждом конкретном случае отдельно с учетом химического состава шлака и в первую очередь его основности, так как с последней связан порядок выпадения кристаллических фаз при охлаждении шлака ниже температуры ликвидуса. Грануляция основных шлаков способствует фиксации структуры, в которой наряду со стеклом имеется весьма активная в отношении вяжущих свойств минералогическая фаза, более активная, чем стекло.
При охлаждении кислых шлаков первым кристаллизуется мелилит, а в некоторых специальных шлаках (титанистых) — перовскит и байковит, которые неактивно повышают вяжущие свойства. Поэтому грануляция кислых шлаков при температуре ниже Тл должна снижать их вяжущие свойства. Различный же характер взаимодействия минералов и стекол с водой в процессе гидратации можно объяснить изменением структуры минерала при переходе его в стеклообразное состояние, в частности изменением симметрии металло-кислородных групп и характера их сочленения.
Для возбуждения потенциальных вяжущих свойств стекловидных фаз гранулированных доменных шлаков важна степень их химической метастабильности и способность образовывать при взаимодействии с известью гидратные соединения с характерными цементирующими свойствами. Известную роль в этом процессе играет структура шлакового стекла, поверхность которого покрыта пленкой новообразований, появляющихся под действием влаги и углекислоты воздуха.
Реагирующую поверхность стекла увеличивают микротрещины, образующиеся в результате сильного теплового удара от резкого охлаждения при грануляции, а также от случайных неизбежных механических воздействий. Высокая удельная поверхность тонкоизмельченных шлаков — существенный фактор, повышающий химическую метастабильность шлакового стекла. Таким образом, можно видеть, что химическая метастабильность и соответственно гидравлическая активность шлакового стекла зависят от многих факторов — температуры выпускаемого из доменной печи шлака, его химического состава, характера и скорости грануляции, химического состава стекловидной фазы и кристаллических образований, характеристики поверхностных слоев стекла. В зависимости от коэффициента качества и химического состава доменные гранулированные шлаки подразделяются на три сорта.
Для производства шлакопортландцемента применяют также электротермофосфорные шлаки, получаемые при переработке фосфорных руд. На каждую тонну фосфора образуется 10—14 т шлака. Содержание стекловидной фазы в них достигает более 90% при отсутствии фосфорсодержащих минералов в кристаллической фазе; стекла характеризуются псевдоволластонитовым составом, который обладает гидравлической активностью. Содержание в гранулированном шлаке более 2% Р2О5 приводит к образованию и полимеризации фосфорсодержащих анионных комплексов и понижению активности гидратируемого шлака.
Наличие фтора в составе шлака вызывает образование в структуре стекла группировок SiF4 и повышение активности шлака. Присутствие Р2О5 влияет на показатель светопреломления шлакового стекла и на количество парамагнитных центров.
Эти характеристики позволяют учитывать, в частности, содержание нежелательного оксида марганца. Показано, что вредную роль марганца можно объяснить его физико-химическим воздействием на шлаковое стекло, выражающимся в повышении его химической устойчивости в известковой среде твердеющего цемента. При горячем ходе печи и повышенном содержании глинозема шлаки даже с высоким содержанием МпО, например, от специальных чугунов — ферромарганца, зеркального чугуна — характеризуются значительной активностью. Степень пригодности гранулированного доменного шлака для цементного производства нужно, таким образом, устанавливать преимущественно на основе результатов испытаний образцов шлакопортландцемента, Содержащих при определенном клинкере различные дозировки шлака.
Изучение гидравлической активности синтетических стекол, близких по составу к шлакам, показало, что примерный состав наиболее активных стекол такой: СаО 48—50%, Аl2O3 18—20% и SiO2 30—32% при 5% MgO. Однако возможность выплавки шлаков оптимального состава часто ограничена сырьевыми ресурсами и также тем, что cостав доменной шихты подбирают в первую очередь с учетом факторов, определяющих ход доменной плавки и качество чугуна.
Исследования роли отдельных элементов в формировании структуры шлаков показали, что Аl, Mg, Ti в определенных условиях способны менять свою структурную роль, оказывая значительное влияние на процесс гидратации. Сопоставление данных об изменении координационного состояния алюминия и вяжущих свойств шлаков в зависимости от содержания Аl2O3 позволило установить, что максимум активности шлаков при 18—20% Аl2O3 совпадает с максимальным содержанием комплексов в переохлажденном шлаке.
В последнее время приобрели практическое значение высокомагнезиальные, а также высокотитаповые гранулированные доменные шлаки. Содержание MgO в шлаках возросло вследствие повышения содержания в флюсах доломитизированных известняков, поскольку оксид магния снижает вязкость шлаков и облегчает ход плавки в доменной печи. Исследованиями установлено, что часть оксида кальция в составе шлака может быть заменена без снижения его активности оксидом магния в количестве, зависящем от содержания глинозема. В низкоглиноземистых шлаках (5—6% Аl2O3) оксида магния может быть до 5—6%; в высокоглиноземистых шлаках (15—18% Аl203), выплавляемых у нас в восточных районах, содержание MgO до 17% заметно не отражается на активности шлака.
Обязательным условием применения магнезиальных доменных шлаков является перевод всего оксида магния в состав стекловидной фазы. При недостаточно быстром охлаждении в процессе грануляции, при которой в составе шлака образуется шпинель (MgO-Al2O3), его активность может понижаться, так как весьма необходимый для ускорения твердения глинозем связан в нерастворимом и, следовательно, инертном для гидратации соединении — шпинели. При грануляции высокомагнезиальных шлаков следует прибегать к особо резкому их охлаждению во избежание кристаллизации периклаза, который может вызвать неравномерность изменения объема при длительной гидратации шлакопортландцемента.
С количественным содержанием Аl2O3 в шлаке тесно связана структурная роль Mg в шлаке. Исследования гидратационных свойств синтетических шлаков показали, что допустимая замена СаО на MgO определяется содержанием в них глинозема — с увеличением его количества возрастает допустимое содержание оксида магния. При анализе ИК-спектров были отмечены изменения, связанные с тем, что при содержании 15% Аl2O3 возрастает количество алюминия в октаэдрической координации с внедрением части магния в анионный каркас стекла. При 17% глинозема допустимое содержание оксида магния в шлаке без понижения его активности может также достигать 17%. В четырехкомпонентной системе эти шлаки лежат вне поля кристаллизации периклаза, вредного для цементов, и находятся в области, где первичной фазой кристаллизации являются монтичеллит и шпинель.
Поскольку в некоторых доменных шлаках содержится титан, были изучены особенности его распределения в структуре шлака. Нами установлено, что в шлаке, содержащем до 11 % титана в пересчете на TiO2, вследствие восстановительного характера доменного процесса, находится и ТiО3, в структуре которого титан занимает тетраэдрические позиции, увеличивая полимерность стекла. Образование сложных кремнетитанкислородных комплексов и уменьшение длины связи Ti — О при переходе титана в четверную координацию (содержание TiO2—4%) приводит к изменению адсорбции молекул воды на поверхности шлакового зерна.
Это можно связать с тем, что ион Ti4+ сорбирует воду прочнее ионов щелочноземельных металлов, кроме того, при малом содержании TiO2 частично находится в шестерной координации, при которой расстояние Ti— О достаточно велико, чтобы молекулы воды непосредственно взаимодействовали с ионом Ti4+. При возрастании количества TiO2 титан переходит в четверную координацию, а расстояние Ti — О уменьшается. Это приводит к тому, что адсорбция воды ионами Ti4+ из-за большого экранирования титана кислородом становится менее вероятной.
Выше отмечалось, что определяющим фактором структуры доменных шлаков в связи с их активностью является степень полимеризации кремнекислородных комплексов, зависящая от концентрации анионов кислорода в шлаке. Поэтому была высказана мысль о возможности повышения гидратационных свойств шлака путем применения добавок, способствующих распаду кремнетитанкислородной сетки. Исследования подтвердили, что введение в шлаковый расплав добавки щелочи или щелочесодержащей цементной пыли приводит к разукрупнению кремнетитанкислородных комплексов и к существенному повышению активности гранулированного шлака, что подтвердил промышленный выпуск шлакопортландцемента.

Читайте также:  Простой интерьер для спальни

Гранулированный шлак. Что такое граншлак?

Граншлак — это материал, состоящий из неметаллических многокомпонентных расплавов, которые как пена покрывают жидкий металл при плавлении. Шлак предохраняет металл от вредных воздействий газовой среды доменной печи. Также он обладает абсорбирующими свойствами, удаляя различные примеси из расплавов. Шлаки обладают богатым химическим составом, который содержит в себе различные оксиды кальция, магния, сульфиды серы и марганца

Они подразделяются на шлаки черной и цветной металлургии. В зависимости от типов печей их делят на следующие виды: доменные, сталеплавильные, ферросплавные, ваграночные. Самым шлакообразующими печами являются доменные печи, на выходе около 600- 700 кг с 1 тонны чугуна. В мартеновских печах около 200 – 300 кг на 1 тонну чугуна, в электропечах до 100 кг на 1 тонну чугуна.

Как получают гранулированный шлак. Получение граншлака

Не гранулированный доменный шлак получают путем воздушного охлаждения шлака путем подачи воздушной струи под давлением. Затем охлажденные кристаллы направляются на дробление и грохот-машину для придания форм. Такой шлак используют в дорожном строительстве, в качестве наполнителя бетонных пустот, сельском хозяйстве, а так же в качестве вторичной переплавки.

Гранулированный шлак получают путем внезапного охлаждения водой, паром и воздухом на специальной установке с постепенным переходом на мельницу для дробления. После этого образуются различные зерна крупностью до 10 мм. Гранулированный шлак получают двумя способами: мокрым и полусухим способом. В первом способе на шлак оказывается воздействие водой, который располагается в специальных резервуарах объемом 800 м3. Одним из недостатков данного способа являются расходы на сушку шлака. Если его не высушивать, то влажность составит около 20 — 30% Во втором способе на шлак оказывается воздействие водой, а затем воздухом. Данный метод более экономичен т.к. на выходе получается шлак с влажностью не более 10 %

Читайте также:  Подключение теплового реле к магнитному пускателю 380

Состав гранулированного шлака. Минералогический состав граншлака.

Гранулированный шлак, произведенный на заводе Мечел , обладает следующими характеристиками (содержание химических элементов в %):

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]

Читайте также:  Как пользоваться лан тестером

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]

Ссылка на основную публикацию
Что означают цифры на чертежах
Основная надпись, образующая часть графического документа называемого «чертёж». В основной надписи записываются необходимые сведения такие как: обозначение чертежа, наименование чертежа,...
Черемуха с красными листьями
№ 17(458) от 14.05.2015 [«Аргументы Недели », подготовила Мария ДУТОВА ] Год назад я приобрела на садовом рынке красивый кустик...
Черенки винограда на зиму в землю
Разведение винограда путем нарезки черенков набирает все большую популярность. О заготовке осенью и хранению их до весны пойдёт речь в...
Что отпугивает комаров в домашних условиях
Чтобы эффективно бороться с комарами, следует понимать их особенности жизнедеятельности и способы ведения охоты. Подробные знания, чего боятся комары, помогли...
Adblock detector