Доменные шлаки

Доменные шлаки представляют собой вторичный продукт (отход) получаемый при выплавке чугуна из руд.

Доменные шлаки по своему химическому составу напоминают цементный клинкер (портландцемента). В них преобладают окислы:30-50% CaO; 28-30% SiO2; 8-24% Al2O3; 1-3 % MnO; 1-18 % MgO, общее содержание которых достигает 90-95 %.Гидравлическая активность шлаков характеризуется модулями основности (М0) и активности(Ма).Модуль основности представляет отношение содержащихся в шлаке основных окислов ( в %) к сумме кислотных окислов:

М0=(% CaO+%MgO)/(%SiO2+%Al2O3)

В зависимости от модуля основности различают основные шлаки, у которых М0≥1 и кислые, имеющие М0<1. Более активные-основные шлаки. Гидравлическая активность доменных шлаков возрастает при увеличении обеих модулей -модуля основности и  модуля активности, определяемого по формуле:  Ма= Al2O3/SiO2.

Гидравлическая активность шлаков возрастает с увеличением значений обоих модулей, при этом чем выше оказывается модуль активности, тем быстрее твердеет шлак в измельченном состоянии. Надо иметь в виду, что шлаки одного и того же химического состава могут быть активными или почти совсем не обладать способностью образовывать гидравлическое вяжущее вещество.

Это зависит от структуры шлака, получаемой охлаждением. При медленном охлаждении шлака значительная часть его успевает выкристаллизоваться в виде различных устойчивых минералов, которые не обладают вяжущими свойствами. При быстром охлаждении шлаков кристаллизация затруднена и шлаки приобретают преимущественно стекловидную (аморфную) структуру.

При такой структуре составляющие шлака находятся в неустойчивом неравновесном состоянии и активность их значительно выше, чем у закристаллизованных шлаков. Поэтому для повышения активности шлаков, применяемых для изготовления цементов, все огненно-жидкиешлаки подвергают резкому охлаждению.

При этом они гранулируются, т. е. образуют в виде мелких зерен гранулы очень пористой структуры. Гранулированные доменные шлаки получают на установках мокрой, полусухой и сухой грануляции. При мокром способе грануляции количество стекловидной фазы оказывается наибольшим — 40…95%. Но при мокрой грануляции получается высокая влажность шлака (до 40%), поэтому применение шлаков мокрой грануляции в производстве шлаковых цементов несколько удорожает последние за счет большого расхода топлива на сушку шлака (до 80 кг условного топлива на 1 г сухого гранулята).

Качество шлака, полученного при мокрой грануляции, пока выше, чем шлаков, полученных другими способами. Лучшие технико-экономические показатели имеют шлаки при полусухой грануляции их. Этот метод заключается в первичном охлаждении жидкого шлака водой и окончательном охлаждении его воздухом. Влажность шлака полусухой грануляции составляет 5…10%.

Рисунок-1. Установка для полусухой грануляции жидкого шлака:

1-ковш; 2-приемная ванна; 3-грануляционный желоб; 4-барабан; 5-приемная площадка

Для полусухой грануляции используются барабанные грануляторы, гидроударные установки и грануляционные мельницы. При этом способе грануляции на установке с барабаном (рис. 1) жидкий шлак из шлаковозного ковша сливается в приемную ванну и далее поступает на наклонный грануляционный желоб, в который через специальные сопла подается вода под давлением до 0,6 МПа из расчета 0,7… 1,5 м3 на 1 т шлака.

Сильно охлажденный шлак вместе с водой поступает на грануляционный барабан, где дробится и отбрасывается на площадку склада. При полете частицы шлаки интенсивно охлаждаются воздухом. При сухой грануляции поток шлакового расплава разбивается сильной струей воздуха или пара на мелкие капли, охлаждающиеся далее воздухом. Влажность гранулированного таким образом шлака составляет 0…5%.

Доменные шлаки используются в качестве активной минеральной добавки при производстве шлакопортландцемента.