Шлаковые строительные материалы

Ведущее место среди искусственных каменных материалов при­надлежит металлургическим шлакам, которые являются побочным продуктом металлургии.
Металлургические шлаки в зависимости от технологического процесса производства металла делят на шлаки черной и цветной металлургии,пишет Топметод. Шлаки черной металлургии могут быть доменные, которые вы­дают при выплавке чугуна из железных руд, и шлаки передельных процессов — сталеплавильные, которые получают при выплавке ста­ли из чугуна.

При производстве различных сортов стали в зависимости от технологии сталеплавильные шлаки могут быть мартеновские, кон­верторные (бессмеровские или томассовские), электросталепла­вильные, ваграночные и др.

Шлаки представляют собой сплав окислов пустой породы, золы топлива и окислов флюсов, образующихся в доменных, мартенов­ских и других металлургических печах как побочный продукт. По­лучаемое при этом количество шлака на 1 т выплавляемого метал­ла составляет при доменном процессе до 80 кг, мартеновском 30, конверторном— 18, ваграночном — 8 кг.

Наибольшую ценность как исходное сырье для производства строительных материалов и полуфабрикатов представляют домен­ные шлаки, затем мартеновские, конверторные и электросталепла­вильные. Ваграночные шлаки вследствие малого их выхода и зна­чительного содержания металла не представляют интереса как сырье для производства каменных материалов.

Доменные шлаки представляют ценный побочный продукт, ко­торый образуется в доменных печах в огненножидком состоянии при выплавке чугуна из железных руд. Химико-минералогический состав шлаков зависит от качества руды, флюсов, топлива и технологического процесса плавки. В со­ставе шлаков имеются SiOz, Аl₂О₃, СаО с примесью MgO, CaS, FeO, МnО и др.

Рисунок-1. Таблица разновидностей шлаков

Таблица разновидностей шлаков

По содержанию некоторых окислов, существенно влияю­щих на качество шлаков, различают такие разновидности(смотри рис-1).
При содержании двух или более указанных окислов шлакам присваивают комплексные наименования.

Шлаки по соотношению основных окислов (CaO, MgO, FeO, МnО) к кислотным (SiO₂, Р₂О₅, TiO₂) характеризуют условным мо­дулем основности (рис-2).

Рисунок-2.Условный модуль основности

Условный модуль основности

Аl₂О₃, представляет окисел, который с основаниями реагирует как слабая кислота, а с кислотами как слабое основание.
Большинство металлургических шлаков имеют модуль основно­сти M= 0,7—1,6, причем шлаки древесно-угольной плавки характе­ризуются модулем меньше единицы.

Доменные шлаки металлургических заводов Донбасса и При­азовья характеризуются следующим химическим составом: СаО 38,5—54,5%; SiO₂ 28,0—41,3; Al₂О₃ 5,5—23,4; MgO 1,0—12,0; МnО 0,4—5,0; FeO 0,3—1,8; SO₃ 0,5—3,0%.
Названные окислы в зависимости от технологии плавки, режи­мов охлаждения расплава образуют псевдоволостонит, мелилит, ге­ленит, сульфиды кальция и марганца, кальцит и другие минералы.

От химико-минералогического состава зависят свойства шлака и расплава, в частности кристаллизационная способность распла­вов. Температура плавления шлаков в зависимости от их химиче­ского состава колеблется в пределах 1200—1800° С.

По вязкости шлаковые расплавы в зависимости от состава и тем­пературы делят на:
Жидкоплавкие с вязкостью более 5 пз;
Нормальные с вязкостью от 5 до 10 пз;
Густоплавкие с вязкостью меньше 10 пз;

По характеру струи выливаемых шлаковых расплавов их делят на «длинные» (кислые) и «короткие» (основные). Шлаковый расплав содержит разное количество растворенных в нем газообразных веществ, которые при понижении температуры выделяются из шлака, при этом объем их увеличивается.

Чем боль­ше вязкость расплава, тем больше затруднений для выделения га­зообразных веществ, наличие которых обусловливает пористую или пемзовидную текстуру шлака.

При медленном остывании расплава шлак приобретает кристал­лическую структуру, а при быстром — стекловидную. При одина­ковых условиях охлаждения доменные шлаки в зависимости от хи­мико-минералогического состава обладают разной способностью к кристаллизации — одни разновидности хорошо кристаллизуются, другие же приобретают стекловатое строение.

По структурно-текстурным признакам шлаки могут быть плот­ные, пористые, ноздреватые, пемзовидные, кристаллические, стек­ловатые и смешанной структуры.

Важной характеристикой доменных шлаков является стабиль­ность их структуры. Шлаки с неустойчивой структурой в результате сложных физико-химических процессов и воздействия влаги и тем­пературы самопроизвольно разрушаются (распадаются), превра­щаясь в раздробленный материал или мучнистый порошок.

Разли­чают следующие виды распада.Силикатный распад выражается в том, что охлаждаемый шлак распадается на отдельные куски или рассыпается в тонкий поро­шок— доменную муку.

Причиной этого распада является возмож­ное превращение двухкальциевого силиката (2CaO-SiO₂ — условно обозначен C₂S) из одной фазы в другую. Двухкальциевый силикат C₂S может быть в полиморфных фазах: высокотемпературные фазы альфа ∝C₂S и бета βC₂S и одну низкотемпературную фазу гамма γC₂S. При температуре 850° С переход фазы ∝C₂S в фазу γC₂S со­провождается уменьшением плотности кристаллов двухкальциево­ го силиката и увеличением их объема на 10%.

При температуре 675° С возможен переход двухкальциевого силиката фазы ∝C₂S в фазу γC₂S, но без увеличения объема. При температуре 300—400° С возможен переход βC₂S в фазу γC₂S  с увеличением объема кристал­лов примерно на 10%. Такое увеличение объема приводит к разру­ шению кусков шлака вплоть до шлаковой муки.

Силикатный распад характерен для основных доменных шла­ков, содержащих окиси кальция свыше 44% при малом количестве Аl₂О₃ и MgO. Предотвратить силикатный распад доменных шлаков можно химическим способом путем введения в шлаковый расплав различных стабилизаторов Mg₂, SiO₄, F₂SiO₄, Са ₃(РО₄)2 и физиче­ским способом — закалкой.

Известковый распад происходит в результате медленной гидра­тации крупинок извести — пережога, что сопровождается увеличе­нием объема и разрушением шлака на куски. Известковый распад присущ мартеновским, конверторным и другим шлакам; у доменных шлаков распад бывает редко.

Сульфидный распад структуры шлаков возникает в результате гидролиза сульфида марганца (марганцевый распад) с образова­нием гидрата окиси марганца, что сопровождается увеличением объема на 24%, или при гидролизе сульфида железа (железистый распад) с образованием гидрата окиси железа с увеличением объе­ма на 38%.

Сульфидный распад разрушает куски шлака на раз­дробленный шлаковый материал. Сульфидный распад проявляется при увлажнении шлаков. По стабильности структуры различают шлаки устойчивой структуры, склонные к распаду, и распадаю­щиеся.

 

*****
РЕКОМЕНДУЕМ выполнить перепост статьи в соцсетях!
*****

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Беларуская моваEnglishFrançaisDeutschКыргызчаLatviešu valodaLietuvių kalbaLëtzebuergeschRomânăРусскийУкраїнська
Optimized with PageSpeed Ninja