close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Общая характеристика металлургических шлаков..pdf

код для вставкиСкачать
Вісник ПДАБА
До 80 річчя Придніпровської державної академії будівництва та архітектури
2. Пащенко А. А. Физическая химия силикатов / Пащенко А. А. – К. : Вища школа, 1977.
– 384 с.
3. Пащенко А. А. Вяжущие материалы / Пащенко А. А., Сербин В. П., Старческая Е. А.
– К. : Вища школа, 1985. – 440 с.
4. Корнеев В. И. Красные шламы – свойства, складирование, применение / Корнеев В.
И., Сусс А. Г., Цеховой А. И. – М. : Металлургия, 1991.–144 с.
5. Производство глинозема: 2-е изд., перераб. и доп. / [Лайнер А. И., Еремин Н. И.,
Лайнер Ю. А., Певзнер И. З.]. – М. : Металлургия, 1978. – 344 с.
6. Приходько А. П. Складирование отходов глиноземного производства / А. П.
Приходько, Н. С. Сторчай // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та
архітектури. – 2005. – № 6. – С. 31 – 34.
7. А. с. 1495321 А1. СССР. МКИ С О4 В 7/00. Вяжущее / К. В. Петриченко, А. П.
Приходько, В. Н Пунагин, В. А. Селезень, В. А. Утков, И. М. Бастрига, В. В. Колохов (СССР).
– № 4285156/31-33; заявл. 15.07.87; опубл. 23.07.89, Бюл. № 27.
8. Приходько А. П. Использование бокситового шлама алюминиевой промышленности в
комплексном шлакощелочном вяжущем / А. П. Приходько, В. Н. Пунагин, В. Е. Онищенко //
Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. – 2001. – № 2. – С. 39
– 46.
9. Пат. 43115А Украина, МКИ С О4 В 7/14. В’яжуче / Приходько А. П., Онищенко В. Е.;
заявитель и патентообладатель Приднепровская государственная академия строительства и
архитектуры. – № 2001021282; заявл. 22.02.2001; опубл. 15.11.2001, Бюл. № 10.
10. Приходько А. П. Тяжелые, легкие и ячеистые бетоны с использованием отходов
промышленности Приднепровья / А. П. Приходько, В. А. Еременко, А. К. Карпухина, В. А.
Мартыненко // Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в
строительстве. Сб. науч. трудов. Вып. 1 – Днепропетровск : ПГАСА. 2005. – С. 15 – 23.
11. Пат. 31754 Украина, МПК С 04 В 38/00 Сировинна суміш для отримання ніздрюватого
бетону / Приходько А. П., Сторчай Н. С.; заявитель и патентообладатель Приднепровская
государственная академия строительства и архитектуры. – № u 2007 12268; заявл. 25.04.2008;
опубл. Бюл. № 8.
12. Пат. 34907 Украина, МПК С 07 С 7/00. Сировинна суміш для отримання
портландцементного клінкеру / Большаков В. І., Приходько А. П., Савин Ю. Л.,Савин Л. С.,
Баранов Ю. Д. Лисенко С. В., Шматков Г. Г.; заявитель и патентообладатель Приднепровская
государственная академия строительства и архитектуры. – № u 2008 04169; заявл. 02.04.2008;
опубл. 26.08.2008. Бюл. № 16.
13. Пат. 34911 Україна, МПК С 04 В 28/02 (2008.01). Бетонна суміш / Большаков В. І.,
Приходько А. П., Савин Ю. Л., Савин Л. С., Баранов Ю. Д. Лисенко С. В.,Шматков Г. Г.;
заявитель и патентообладатель Приднепровская государственная академия строительства и
архитектуры. – № u 2008 04196; заявл. 03.04.2008; опубл. 26.08.2008. Бюл. № 16.
14. Пат. 34906 Украина, МПК С 04 В 28/00. Будівельний розчин / Большаков В. І.,
Приходько А. П., Савин Ю. Л., Савин Л. С., Баранов Ю. Д., Лисенко С. В., Шматков Г. Г.;
заявитель и патентообладатель Приднепровская государственная академия строительства и
архитектуры. – № u 2008 04168; заявл. 02.04.2008; опубл. 26.08.2008, Бюл. № 16.
УДК 504.064.4:669.181.28
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТАЛУРГІЙНИХ ШЛАКІВ
С. А. Щербак, д. т. н., проф., Н. В. Калиниченко, асп., М. О. Єлісєєва, асп.
Ключові слова: металургійний шлак, хімічний склад шлаків, структуроутворення шлаків,
будівельні матеріали на основі шлаків, використання металургійних шлаків.
Постановка проблеми. Основна маса відходів металургійного виробництва утворюється у
вигляді шлаків. Згідно [1], шлаки – це продукти високотемпературної взаємодії палива, руди,
плавнів та газового середовища.
Металургійні шлаки є сировинним матеріалом для будівельної промисловості. Проте для
розробки технологічних рішень з переробки металургійних шлаків і отримання на їх основі
якісних будівельних матеріалів необхідне чітке визначення і розуміння процесів формування
23
№ 2 – 3 лютий – березень 2010
До 80 річчя ПДАБА
шлакових розплавів і структуроутворення з них твердих шлаків. Вивчення механізмів
структуроутворення як самих шлаків, так і матеріалів на їх основі, дозволить управляти
процесами структуроутворення і одержувати будівельні матеріали із заданими властивостями.
Мета. Проаналізувати загальну характеристику металургійних шлаків та способи
використання їх у будівельній промисловості.
Основна частина. За даними хімічного аналізу, основними шлакоутворювальними
оксидами є оксиди шести елементів – СаО та ін. Типовий хімічний склад металургійних шлаків
представлений у [2 – 5 ].
Однак, хімічний склад металургійних шлаків та їх структура можуть змінюватися залежно
від складу порожньої породи, виду металу, який виплавляється, особливостей самого
металургійного процесу, умов охолодження та деяких інших.
Загалом металургійні шлаки підрозділяють на шлаки чорної та кольорової металургії.
Шлаки чорної металургії залежно від процесу й типу печей ділять на доменні, сталеплавильні
(мартенівські, електропаливні, конверторні), вагранкові та шлаки виробництва феросплавів. З
вище на приведених видів найбільший вихід мають доменні шлаки, в яких на 1 т чавуну вихід
складає 0,6 – 0,7 т, при виплавці сталі мартенівським способом – 0,2 – 0,3 т, а в електропечах –
0,1 – 0,04 т [1].
За своєю природою шлаки відіграють одну з важливих ролей у фізико-хімічних процесах
металургійного виробництва. Вони захищають метал від шкідливої дії газового середовища та
очищають від небажаних домішок [6].
Відомо [1; 7; 8], що на фізичні властивості шлакових розплавів значно впливає їх хімічний
склад. Це впливає й на структуру та властивості вже затверділих шлаків. Так, наприклад, якщо
збільшувати вміст оксиду кальцію, отримаємо підвищення температури плавлення шлаків та
зниження текучості. А при вмісті певної кількості MgO, MnO, FeO, SiO3 в’язкість шлакового
розплаву зменшується. До збільшення в’язкості шлакових розплавів призводять підвищення
вмісту в них кремнезему вище 40 %, а також алюмінію Al2O3 [1].
Металургійні шлаки широко використовуються як сировина для будівельних матеріалів.
При цьому важливою характеристикою їх хімічного складу є співвідношення в них кислих та
основних оксидів – модуль основності (Мо), який обчислюється за формулою:
Mo 
CaO  MgO  .
SiO2  Al 2 O3 
Відомо [1; 7; 9 – 11], що при М0 > 1 шлаки належать до основних, а при М0 < 1 — до
кислих.
Іншим критерієм є модуль активності (Ма), який виражає співвідношення глинозему та
кремнезему (%)[7; 12]:
Ma 
Al 2 O3
.
SiO2
З підвищенням модуля основності та модуля активності у більшості випадків зростає
гідравлічна активність [7; 12].
Про активність шлаку судять [12; 13] за так званим коефіцієнтом якості (К), який
запропонував П. П. Будников [14]. Цей коефіцієнт відображає вміст компонентів шлаку, що є
найбільш істотним. Він залежить від вмісту (%) оксидів кальцію, алюмінію, магнію та
двооксидів кремнію, титану [12]. Він виражає собою відношення суми оксидів кальцію, магнію
та глинозему до суми кремнезему, оксиду титану та марганцю.
При вмісті MgO до 10 % коефіцієнт якості встановлюють за формулою:
СаО  Аl 2O3  MgO .
К 
SiO2  TiO2
При вмісті ж MgO більше 10 % – за формулою:
СаО  Аl2O3  10
.
К
SiO2  TiO2  ( MgO  10)
Високоактивними шлаками [13] вважаються ті, у яких коефіцієнт якості вище 1,9, а
активними і менш активними – відповідно 1,6 та нижче.
Залежно від коефіцієнта якості та хімічного складу шлаки поділені на три сорти [7; 12; 15].
Авторами [16] було розглянуто класифікацію з урахуванням впливу окремих компонентів
на гідравлічну активність доменних шлаків. Тут уводяться такі поняття як «носій» та «збудник»
24
Вісник ПДАБА
До 80 річчя Придніпровської державної академії будівництва та архітектури
активності. Носіями активності у шлаках є силікати та алюмосилікати кальцію. Їх гідратація
зумовлює твердіння шлакових в’яжучих. Але, як правило, носії активності в шлаках самі по
собі інертні і для активації процесу їх гідратації необхідні збудники.
У ролі збудників у більшості випадків виступає сульфід кальцію, кількість якого залежить
від загального вмісту сірки в шлаці та від наявності в ньому активніших до сірки катіонів
марганцю і заліза.
Ця класифікація враховує те, що гідравлічна активність шлаку при одному і тому ж
хімічному складі шлаку буде різко відрізнятися залежно від умов охолодження (грануляція або
повільне охолодження) та віку («старіння» шлаку).
Шлакові розплави – це, в основному, сплави силікатів та алюмосилікатів кальцію [15].
Саме тому вони є цінним сировинним матеріалом для виробництва будівельних матеріалів.
Властивості металургійних шлаків та матеріалів на їх основі вивчалися такими авторами як
О. В. Волженський, В. Д. Глуховський, В. І. Большаков, С. М. Рояк, О. П. Нікіфоров,
П. В. Кривенко, Г. В. Пухальський, Д. Бернал, Л. Блондіо та ін.. [7; 8].
Встановлено [15], що для розробки технологічних рішень для переробки металургійних
шлаків, а також для виробництва якісних будівельних матеріалів на їх основі необхідне
визначення та розуміння процесів формування шлакових розплавів, а також
структуроутворення з них твердих шлаків. Саме вивчення механізмів структуроутворення
шлаків та матеріалів на їх основі дозволить управляти процесами утворення структури та
отримувати будівельні матеріали з необхідними властивостями.
Рис. 1. Приклад структури доменного шлаку Дніпродзержинського заводу.
Кристали фаяліту 2FeO · SiO2. (збільшення 96.) [17]
25
До 80 річчя ПДАБА
№ 2 – 3 лютий – березень 2010
Рис. 2. Характерні склади доменних шлаків систем CaO – SiO2 – Al2O3 та CaO – SiO2 – MgO
26
Вісник ПДАБА
До 80 річчя Придніпровської державної академії будівництва та архітектури
Оксиди, які входять до складу шлаків, можуть утворювати різноманітні мінерали. У [1]
вказано, що в шлаках може існувати до сорока подвійних і потрійних сполук, головне місце
серед яких займають силікати, алюмосилікати, алюмінати та ферити.
В основних шлаках переважаючими кристалічними фазами є 2СаО · SiO2 і 2СаО · Аl2O3 ·
SiO2, а в кислих – СаО · SiO2 і СаО · Аl2O3 · 2SiO2. Однак відомо [15], що в основних шлаках
можуть утворюватися структури типу СаО · SiO2 та СаО · Аl2O3 · 2SiO2, а в кислих – 2СаО ·
SiO2 і 2СаО · Аl2O3 · SiO2. Проте, окрім силікатів та алюмосилікатів, до складу шлаків можуть
входити сполуки сірки (СаS, MnS, FeS та ін.). Наявність таких сполук найбільш характерна для
шлаків, що тривалий час перебувають у відвалах.
Зазвичай хімічний склад металургійних шлаків виражається вмістом різних оксидів і сірки
(% по масі), що не відображає складної хімічної організації шлаків та утрудняює аналіз
стехіометричних закономірностей. Щоб вивчити стехіометричні закономірності [18], були
перераховані склади шлаків на молекулярні. Потім визначили атомний вміст кисню та
середньоатомну валентність (Вср). Всі ці дані свідчать про впорядковану структуру шлакового
розплаву.
Хімічні аналізи [19] доменних шлаків передільного та ливарного чавуну показують, що
переважаючими оксидами в них є SiO2, Аl2O3 і СаО, що складають понад 90 %. Тому
орієнтовно доменні шлаки розглядають як потрійну систему СаО–SiO2–А12O3. З інших оксидів
металів, окрім СаО, які можуть зустрічатися в доменних шлаках у помітних кількостях, слід
відзначити MgО.
Магнезійні доменні шлаки можна практично розглядати як чотирьохкомпонентну систему
СаО–SiO2–А12O3–МgО [20]. В такій системі теоретично можливі 22 сполуки, які ділять на
чотири групи: вільні оксиди, алюмінати, силікати, алюмосилікати.
Графічно такі системи можна представити таким чином (рис. 2) [20].
Для застосування шлаків у будівництві та при виробництві будівельних матеріалів
необхідно звернути увагу, що залежно від галузі застосування, треба використовувати шлаки,
які різняться за своїм мінералогічним складом, стійкістю та гідравлічною активністю. Так,
наприклад, для виробництва шлаколитих виробів або шлакової пемзи використовують шлаки з
високим ступенем структурної стійкості, а вже для виробництва гранульованих шлаків та
в’яжучих – шлаки з високою гідравлічною активністю [15; 21].
Структура шлаків – визначальна характеристика якості будь-яких будівельних матеріалів (а
саме механічної міцності та довговічності). При схожому хімічному складі металургійних
шлаків механічна міцність будівельних матеріалів, які отримують на їх основі, може
змінюватися залежно від характеру кристалічних новоутворень та самої структури виробів.
Однак структура штучного каменю, який утворюється зі шлакових розплавів, визначається
комплексом чинників [7; 15; 21]: природою окремих структуротвірних мінералів, ступенем
закристалізованості, розмірами і формою кристалів, наявністю склофази, співвідношенням і
просторовим розподілом кристалічної склофази.
Механічна міцність та хімічна стійкість матеріалів залежать в основному від повноти
закристалізованості маси, густини структури, які визначаються розмірами, формою та
взаємним зчепленням кристалів зі склофазою.
Висновки:
1. Кожному виду будівельних матеріалів, які отримують зі шлакових розплавів,
характерні різні хімічні склади, ступінь стійкості та якості.
2. Для отримання шлаколитих виробів та шлакової пемзи більш придатні кислі і довгі
шлаки, що забезпечують максимальну хімічну стійкість, ливарні якості і спучуваність.
3. Для виробництва гранульованих шлаків для цементної промисловості та в’яжучих –
основні короткі шлаки, що забезпечують максимальну гідравлічну активність.
ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Дворкин Л. И. Строительные материалы из отходов промышленности: учебносправочное пособие / Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин. – Ростов н/Д. : Феникс, 2007. – 368 с.
2. Шлакопортландцемент: вяжущие на основе шлаков. – Интернет ресурс. –
http://www.vashdom.ru/articles/akpr_33.htm
3. Никопольские ферросплавы / [М. И. Гасик, В. С. Куцин, Е. В. Лапин и др.]. –
Днепропетровск : „Системные технологии”, 2004. – 272 с.
27
До 80 річчя ПДАБА
№ 2 – 3 лютий – березень 2010
4. Большаков В. И. Возможности использования отходов промышленности при
изготовлении строительных материалов / В. И.Большаков, Н. В.Калиниченко, С. А.Щербак. //
Строительство, материаловедение, машиностроение. Сб. науч. тр. Вып. 48, ч.3, (серии
«Стародубовские чтения»). – Днепропетровск, ПГАСА, 2009. – С. 255–259.
5. Металургія марганцю України / [Б. Ф.Величко, В. О. Гаврилов, М. І. Гасик та ін.]. – К. :
Техніка, 1996. – 472 с.
6. Большая советская энциклопедия. – Интернет ресурс. – bse_lib.com.
7. Щербак С. А. Научные основы управления структурой строительных материалов на
основе металлургических шлаков: дисс. д-ра техн. наук: 05.23.05 / Щербак Святослав
Андреевич. – Днепропетровск, 2000. – 345 с.
8. Никифоров А. П. Тяжелые бетоны на шлакосодержащих вяжущих с комплексными
модификаторами / Никифоров А. П. – Днепропетровск : „Пороги”, 1996. – 232 с.
9. Общая характеристика отходов. – Интернет ресурс. – www. housestroika.ru / materialyi –
iz – othodov - metallurgii / obshaya – harakteristika – othodov. html.
10. Будівельне матеріалознавство: Підручник / [Кривенко П. В., Пушкарьова К. К.,
Барановський В. Б. та ін.] – К.: ТОВУВПК «ЕксОб», 2004. – 704 с.
11. Пащенко О. О. В’яжучі матеріали: Підручник / О. О. Пащенко, В. П. Сербін,
О. О. Старчевська. – К. : Вища школа., 1995. – 416 с.
12. Волженский А. В. Минеральные вяжущие вещества: (технология и свойства). Учебник
для вузов / Волженский А. В., Буров Ю. С., Колокольников В. С. – 3-е изд., перараб. и доп. –
М. : Стройиздат, 1979. – 476 с.
13. Доменные шлаки в строительстве: Труды Совещания по комплексному использованию
доменных шлаков в строительстве / Ред. Кол. А. Б. Виткуп и др. – К. : Госстройиздат УССР,
1956. – 450 с.
14. Устойчивость и активность шлаков. Вторичные строительные материалы. Технологии
строительных материалов из отходов разборки зданий и металлургии. – Интернет ресурс. –
http://s-center.ru/2009/06/ustojchivost-i-aktivnost-shlakov/
15. Металлургические шлаки в строительстве: для научных работников, инженеров и
студентов высших технических учебных заведений. / [В. И. Большаков, В. З. Борисовский,
В. Д. Глуховский и др.]. – Днепропетровск, 1999. – 114 с.
16. Комплексная переработка и использование металлургических шлаков в строительстве /
[В. С. Горшков, С. Е. Александров, С. И. Иващенко, И. В. Горшкова]. – М. : Стройиздат, 1985. –
273 с.
17. Коновалов П. Ф. Атлас микроструктур цементных клинкеров, огнеупоров и шлаков /
Коновалов П. Ф., Волконский Б. В., Хашковская А. П. – М. : Госстройиздат, 1962. – 208 с.
18. Гиндис Я. П. Технология переработки шлаков. / Гиндис Я. П. – М. : Стройиздат, 1991.
– 280 с.
19. Элинзон М. П. Шлаки как заполнитель для легких бетонов. – М. : Гос. издательство по
стройарх. и строй. материалам, 1959. – 195 с.
20. Slag atlas. – 2nd ed. – Dusseldorf: Verl.stahleisen GmbH, 1995 – 616 p.
21. Напрямки і перспективи використання відходів металургійної, гірничорудної та
хімічної промисловості в будівництві. / [В. І. Большаков, Г. М. Бондаренко, А. І. Головко та
ін.]. – Дніпропетровськ : „Gaudeamus”, 2000. – 140 с.
УДК 666:699.86
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОРИСТЫХ
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
В. Н. Деревянко, д. т. н., проф., Л. А. Потийко, асп.
Ключевые слова: энергосбережение, теплоизоляция, пористый, газообразование,
термодинамика.
Постановка проблемы. В условиях постоянно повышающихся цен на энергоносители
резко возрастает спрос на теплоизоляционные материалы.
Применение теплоизоляционных материалов позволяет сохранять и экономить тепловую
энергию и обеспечивает защиту горячих и холодных поверхностей от потерь тепла и холода,
28
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
22
Размер файла
755 Кб
Теги
шлаков, pdf, характеристика, металлургические, общая
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа