книги / Снижение экологической нагрузки при обращении со шлаками черной металлургии

4 1

2

3

Рис. 6.15. Схема центробежно-дутьевого способа получения минеральной ваты:

1 – струя расплава; 2 – лоток; 3 – вращающаяся чаша; 4 – кольцевое сопло [3]

3

4

Рис. 6.16. Схема фильерно-центробежно-дутьевого способа получения особо тонкого минерального волокна:

1 – плавильный агрегат; 2 – струя расплава; 3 – кольцевая горелка-сопло; 4 – фильерный барабан [3]

251

Из центробежных способов наиболее простым является однодисковый (см. рис. 6.14, а). Струя расплава, попадая в канавку на краю горизонтально вращающегося диска, смачивает его, вовлекается во вращение и под действием центробежных сил сбрасывается с кромки диска, расщепляясь при этом на струйки, затвердевающие в виде волокон. Данный способ, обеспечивающий высокое качество продукции, не нашел широкого применения изза малой производительности (до 350 кг/ч). Однако этот недостаток может быть устранен путем ускорения вращения центрифуги. Как показали исследования, производительность диска пропорциональна квадрату его линейной скорости.

Многовалковые центрифуги с центральной распределительной чашей (см. рис. 6.14, б) применяются в США и Франции и позволяют получать 2 т и более минеральной ваты в 1 ч с выходом до 90 % волокна из расплава. В России нашли применение вертикальные многовалковые центрифуги (см. рис. 6.14, в). Первый валок, вращающийся со сравнительно небольшой скоростью, отбрасывает весь расплав в виде струек

ибрызг на боковую поверхность второго валка, который перерабатывает часть расплава в волокно, а часть передает на третий

ичетвертый валки, завершающие технологический процесс. Наибольшее распространение получил центробежно-

дутьевой способ фирмы «Стиллит-Франсез» (см. рис. 6.15): расплав, поданный на вращающуюся водоохлаждаемую чашу центрифуги, сбрасывается с ее кромки в виде пленок, струй и капель, которые, подвергаясь воздействию энергоносителя, расщепляются на элементарные струйки, затвердевающие в виде волокон. Такие центрифуги просты в эксплуатации и позволяют перерабатывать до 2,0–2,5 т расплава в 1 ч с выходом волокна до 80 %. Расход пара или воздуха при этом должен быть в пределах 1,2–1,4 т на 1 т ваты.

Весьма перспективным является фильерно-центробежный способ с газовым отдувом (см. рис. 6.16), разработанный фирмой «Сен-Гобен» (Франция). Расплав из вращающегося

252

подогреваемого фильерного барабана выбрасывается в виде тонких струек, которые раздуваются в волокно горячими газами из кольцевой горелки-сопла. Этот способ позволяет получить вату с волокнами диаметром 1–2 мкм, не содержащую корольков, но вследствие невысокой стойкости фильерного барабана и сравнительно небольшой его производительности способ широко не применяется.

В зависимости от назначения изготавливают вату трех типов: для производства плит повышенной жесткости из гидромассы, плит горячего прессования, полусухого прессования марки 200 и других изделий на синтетическом связующем – типа А; для плит марок 50, 75, 125, 175, цилиндров, полуцилиндров на синтетическом связующем, матов, шнуров и волокна – типа Б; для плит на битумном вяжущем – типа В. Содержание органических веществ в вате должно быть не более 2 %. Технические показатели ваты указаны в табл. 6.7.

Таблица 6 . 7

Качественные показатели шлаковой ваты [4]

253

Допустима изоляция поверхностей с температурой не более 700 °С. На основе минеральной ваты изготавливают изделия различной формы с использованием в качестве связующих синтетических полимеров, битумов, эмульсий и паст. Основными видами изделий являются мягкие, полужесткие и жесткие плиты, цилиндры, полуцилиндры (табл. 6.8).

Таблица 6 . 8

Физико-механические свойства изделий из минеральной ваты [4]

Основная масса изделий применяется для тепловой изоляции ограждающих конструкций, трубопроводов, звукоизоляции.

6.4. Шлаковое литье

Огненно-жидкие шлаки металлургической промышленности представляют собой ценное сырье для получения различных литых шлаковых материалов и изделий (мелкоштучных, крупнораз-

254

мерных фасонных изделий и труб и др.). Технология их производства проста и в общем виде может быть представлена в следующей последовательности: металлургическая печь, загрузочный ковш, миксер (с подогревом) для шлакового расплава, литейные формы, печь для кристаллизации и отжига изделий, место для их сортировки, склад готовой продукции. В производстве литых материалов и изделий используются кислые доменные или любые другие шлаки, не склонные к силикатному распаду.

Качество литых шлаковых изделий зависит от многих факторов: вида и химического состава шлака, температуры расплава, скорости заливки его в формы, длительности охлаждения, режима отжига и др. Отклонения от оптимального режима технологии изготовления изделий приводят к возникновению в них трещин. Литые шлаковые изделия обладают высокой прочностью.

Из расплавленных металлургических шлаков отливают разнообразные изделия: камни для мощения дорог и полов промышленных зданий, тюбинги, бордюрный камень, противокоррозионные плитки, трубы и др.

Литые изделия из шлакового расплава экономически более выгодны, чем каменное литье; при этом они приближаются к последнему по механическим свойствам. Средняя плотность литых изделий из шлака достигает 3000 кг/м3, а предел прочности при сжатии – 500 МПа.

По износостойкости, жаростойкости и ряду других свойств шлаковое литье превосходит железобетон и сталь. Литые изделия из шлака эффективнее, чем сталь, в различных футеровках, например бункерах и тачках для транспортирования абразивных материалов (руд, агломерата, щебня, песка и т.д.). Их срок службы в 5–6 раз больше срока службы стальной футеровки. На каждой тонне плит, литых из шлака, экономят не менее 2–3 т металла.

Не менее эффективна литая брусчатка для дорог и полов промышленных зданий. Срок службы автомобильных дорог из шлаколитой брусчатки между капитальными ремонтами в 2 раза больше, а эксплуатация дешевле, чем асфальтовых. Из шлака

255

отливают тюбинги для водонепроницаемых креплений горных выработок, жаростойкие блоки с температурой службы до 1100–1200 °С, химически стойкие изделия.

Производство литых изделий. В производстве литых из-

делий (рис. 6.17) применяют расплавы нераспадающихся, обычно кислых доменных, мартеновских, медеплавильных, никелевых и других шлаков.

Огненно-жидкие шлаки загружают в специальный миксер, где они подогреваются для дегазации, а затем сливают в ковш и подают на литейную площадку к подготовленным формам, где отливки и затвердевают.

1

2

Рис. 6.17. Схема производства литых труб центробежным способом: 1 – шлаковозный ковш; 2 – ванная печь; 3 – дозатор; 4 – центробежная машина; 5 – гидравлический толкатель; 6 – печь отжига; 7 – стенд контроля [4]

При затвердении, кристаллизации и последующем охлаждении отливок усадка шлака составляет 7 % от объема, что вызвано изменением температуры и фазовыми превращениями. Неравномерное распределение температур, колебания химического состава шлака приводят к возникновению напряжений которые могут превышать предел прочности литья на растяжение и приводить к образованию трещин. Термические напряжения в изделиях снимают в специальных печах для кристаллизации и отжига.

Для уменьшения напряжений и ликвидации усадочных явлений в отливках создают жесткий каркас наполнителя, в качестве которого используют кусковые шлаки. При отливке небольших плоских изделий количество наполнителя составляет

256

10–25 % от объема, и он в основном расплавляется, аккумулируя тепло. В массивных изделиях наполнитель составляет до 40–60 % от объема изделия и оплавляется лишь частично, снижая усадку и улучшая условия кристаллизации шлака. При этом возможно в широких пределах изменять среднюю плотность изделий, а также улучшать условия работы форм и значительно сокращать сроки охлаждения отливок.

Крупные изделия для снижения внутренних напряжений армируют стальной арматурой. Поскольку коэффициент термического расширения шлака меньше, чем стали, при остывании изделий стальная арматура плотно стягивает отливку, препятствуя образованию трещин. Армированные шлаколитые изделия можно применять вместо сборных железобетонных; они превосходят последние по прочностным показателям. Однако недостатками этих изделий являются некоторое снижение прочности стали при высокой температуре шлакового расплава, а также сравнительно высокая трудоемкость изготовления.

Для получения пористого шлакового литья выполняют поризацию шлакового расплава. С этой целью, например, на дно формы насыпают увлажненную коксовую мелочь или обрабатывают расплав водой. Из поризованного шлакового расплава формуют изделия разнообразных конфигураций. В зависимости от степени поризации средняя плотность литых изделий колеблется

вдиапазоне350–1500 кг/м3 припрочностинасжатие1,5–30,0 МПа. Шлаковые стекла. Металлургические шлаки применяют

вкачестве основного сырья при получении шлаковых стекол, а также как добавки, интенсифицирующие процессы стекловарения.

Отмечено благоприятное влияние добавок на осветление стекломассы благодаря наличию в них тонкодисперсных частиц сульфидов натрия и кальция, которые усиливают выделение газов.

Образующийся сернистый газ активизирует массообмен в проваривающейся шихте и тем самым способствует быстрейшему силикатообразованию при температуре на 30–35 °С ниже обычной. Рекомендуется использовать до 9 % добавки шлака

257

для производства листового стекла. При этом выработочные и эксплуатационные свойства стекла не ухудшаются. Отработаны технологии получения шлаковых стекол для изготовления декоративных плит и стеклокрошки.

Сигран. Перспективным материалом является сигран. Этот декоративно-отделочный материал разработан в МХТИ им. Д.И. Менделеева на основе металлургических шлаков(табл. 6.9).

Таблица 6 . 9

Свойства сиграна [4]

Характерной особенностью сиграна, имеющего по всему объему оранжево-коричневый цвет, являются включения в его массе поликристаллических агрегатов неправильной формы иного цвета. По внешнему виду он напоминает природные отделочные материалы – гранит, мрамор. Установлено, что на структуру сиграна влияет структура исходного стекла и режим его термообработки. Варьируя количество добавок и режим термообработки, можно получать сигран с различными размерами агрегированных частиц (от 2 до 5 мм). При этом меняется и структура этих частиц.

Получены авантюриновые стекла на основе шлаков металлургических производств, декоративный эффект в которых достигнут за счет оксидов Сu, Сr, Fe, Pb. Многие известные составы авантюриновых стекол не нашли широкого применения из-за дороговизны применяемых сырьевых материалов. Для массового производства подходят лишь хромовые авантюриновые стекла.

258

Проведенные исследования показали возможность удешевления авантюриновых стекол за счет использования до 60 % шлака в шихте. Наблюдается тенденция дальнейшего увеличения содержания шлака в стекле. Предложено авантюриновое стекло на основе высокожелезистых шлаков. Оно обладает хорошими декоративными и физико-химическими свойствами: микротвердость – 50–62 МПа, щелочеустойчивость – 93,5–97,0 %, температура размягчения – 620–650 °С, показатель преломле-

ния – 1,587–1,596.

Всесторонние исследования авантюриновых стекол на основе шлаков позволили, например, внедрить на Херсонском заводе стеклоизделий состав авантюринового стекла, разработанный в Днепропетровском химико-технологическом институте. Сырьем для этого стекла является феррохромовый шлак с подшихтовкой кварцевым песком и содой.

Состав шихты на 100 кг стекла (кг):

Авантюриновое шлаковое стекло является разновидностью марблита – облицовочного материала на основе глушеных стекол, изготавливаемого в виде плит непрерывным прокатом. Марблит можно получать различной окраски с использованием доменного, медеплавильного и других видов шлака.

6.5.Бетоны на основе шлаков

Внастоящее время разработаны и применяются в строительстве разнообразные виды бетонов с применением как вяжущих, так и заполнителей на основе металлургических шлаков. Стоимость изделий из шлаковых бетонов на 20–30 % меньше, чем традиционных. В зависимости от вида шлаковых заполнителей изготавливают бетоны с различной средней плотностью ρ0:

−особо тяжелые (ρ0 > 2500 кг/м3) на некоторых шлаках сталеплавильного производства и цветной металлургии;

−тяжелые (ρ0 = 1800…2500 кг/м3) на литом и отвальном шлаковом щебне, песке и гранулированном шлаке;

−легкие (ρ0 < 1800 кг/м3) на шлаковой пемзе (крупный заполнитель) и гранулированном шлаке (мелкий заполнитель).

Параллельно с крупнозернистым бетоном используют мелкозернистые шлаковые бетоны, где заполнителем является гранулированный шлак.

В зависимости от структуры различают обычные плотные, крупнопористые и ячеистые шлаковые бетоны. Последние являются особенно эффективными.

По назначению шлаковые бетоны бывают:

−конструкционные или общего назначения;

−конструкционно-теплоизоляционные, применяемые при возведении ограждающих конструкций;

−гидротехнические;

−дорожные;

−теплоизоляционные;

−кислотостойкие;

−жаростойкие.

260