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.
