Все о доменном шлаке

Потребителям очень важно выяснить, что же это такое — доменный шлак. Правильная глубокая характеристика не может ограничиться знакомством с плотностью гранулированного шлака, с его отличиями от сталеплавильного, с весом 1 м3 и химическим составом. Обязательно надо выяснять еще, каково использование отсевов дробления и какие частные виды такой продукции бывают.

Название «доменный шлак» относится к специфическому виду искусственных каменных масс. Они появляются как побочный результат производства доменных плавок металла — отсюда и общее название. Пустая порода сплавляется с флюсами, содержащимися в шихте, вот так и появляется шлаковая продукция.

Текстура шлакомассы тоже отличается в широких пределах. Известны варианты:

• камнеподобные;
• стеклоподобные;
• похожие на фарфор.

Поскольку даже на одном предприятии, получающем сырье от стабильного круга поставщиков, технологические нюансы могут меняться, закономерно, что в разных случаях свойства и состав шлака тоже довольно существенно отличаются. Часто можно прочитать, что этот продукт близок химически к цементу. И подобное утверждение не лишено оснований. Однако оксида кальция в шлаковой массе несколько меньше, а вот диоксида кремния, оксида алюминия и других подобных соединений — явно больше.

Стоит отметить, что оксиды присутствуют обычно не в чистом виде, а как часть других соединений. Также, поскольку технологический процесс подразумевает резкое остужение обрабатываемой массы, химический состав шлака включает алюмосиликатное стекло. Оно отличается впечатляющей способностью к реакции с другими веществами. Отдельная важная тема — удельный вес 1 м3 доменного шлака, он же – насыпная плотность, по сути (иногда эти понятия разводят, но они все равно остаются тесно взаимосвязаны по понятным причинам). Этот показатель может варьироваться от 800 до 3200 кг, в зависимости от исходного сырья, методов обработки и иных технологических тонкостей.

На практике же большинство шлаков весит, однако, не менее 2,5 и не более 3,6 г на 1 см3. Иногда он даже легче расплавленного металла. Ничего удивительного — иначе невозможно было бы четко и грамотно отделять шлаковую массу от основного продукта металлургических комбинатов. На доменный шлак действует даже специальный ГОСТ 3476, принятый в 1974 году.

В стандарте нормированы:

• содержание окиси алюминия и некоторых других веществ;
• доля не подвергшихся полноценной грануляции фрагментов;
• номинальный размер стандартной партии (500 тонн);
• требования к тестированию образцов, отбираемых от каждой привезенной партии отдельно;
• процедура повторного тестирования при сомнительных или неоднозначных показателях;
• требования к хранению и перемещению готовой продукции.

Стандартизированный уровень теплопроводности доменных шлаков принимается равным 0,21 Вт/ (мС). Это вполне приличный показатель, и все же худший, чем у минеральной ваты. Потому такой утеплитель придется класть более толстым слоем. В характеристике поставляемой партии товара обязательно должен быть указан такой параметр, как лещадность. Чем больше доля гладких зерен, тем меньше «сцепка» между ними, а также труднее приготовить раствор и скрепить им массу.

Стоит отметить, к сожалению, что экологичность доменного шлака вызывает большие сомнения. Применение его в прямом контакте с окружающей средой, например, при дорожном строительстве, обуславливает серьезные риски, прежде всего, способствует распространению тяжелых металлов. Но если исключить размывание массы почвенными, талыми водами и осадками, то проблема в значительной мере решается. Потому отказываться от использования шлаковой продукции точно не стоит — это в любом случае лучше прямого выбрасывания ее. Однако надо обращать внимание на условия применения.

Главная специфика состоит в том, что такой продукт получают совсем по другой технологии. И потому его химический состав, а оттого, разумеется, и свойства, сильно отличаются. Сталеплавильный отход плотнее и заведомо не пригоден как простой минеральный заполнитель или утеплитель. Однако его иногда применяют как балласт при дорожном строительстве или как заполнитель асфальтобетонных смесей.

Изготовление шлака связано с выплавкой в специальной печи, к примеру, чугуна. Нужное нам вещество покидает доменный агрегат, будучи прогретым как минимум до 1500 градусов. Потому, чтобы можно было с ним работать, необходимо шлак остудить. Ждать, пока это произойдет естественным образом, было бы слишком долго. Потому практикуют:

• вспучивание (или иначе, подачу холодной воды);
• обдув струями воздуха;
• дробление или помол на специальном оборудовании.

Стоит обратить внимание, что метод обработки прямо влияет на состав и характеристики готового продукта. Об этом знают все грануляторщики, и потому они учитывают такой момент, когда ставится определенная задача. Скажем, при воздушном охлаждении в шлаке будут преобладать силикаты и алюмосиликаты. В отдельных случаях шлак еще и дробят механически — эту процедуру применяют либо пока он еще жидкий, либо после частичного застывания. Крупные куски перерабатывают в мелкие зерна таким образом, что улучшает дальнейшее выполнение работ и повышает качество готового продукта.

Выработка гранул может производиться различными методами, с применением специфических устройств. Известны системы для влажной и полусухой грануляции. В мокрой методике шлак загружают в бассейны из железобетона, наполненные водой.

Принято делить бассейны на ряд секторов. Такой подход обеспечивает беспрерывность производства процедуры. Как только в одну часть сливают разогретое сырье, другая уже готова выгружать остуженный шлак. На современных предприятиях выгрузка производится грейферными кранами. От пористости зависит количество остаточной воды, а сама пористость определяется особенностями охладительного процесса.

Чтобы сделать полусухой шлак, обычно прибегают к механическому дроблению. Похожий эффект достигается за счет отбрасывания в воздух остуженного, но еще не до конца застывшего шлака. В итоге материал получается плотнее и тяжелее, по сравнению с подвергшимся мокрой грануляции. Влажность готового продукта будет составлять 5-10%. Чем больше температура плавки, тем легче будет готовый продукт.

Металлургический доменный шлак получают при выплавке чугуна. В зависимости от фракции и от насыпной плотности такой продукт считают пористым либо плотным изделием. Пористым признают щебень удельной насыпной плотности ниже 1000 кг на 1 м3 и песок удельной насыпной плотности ниже 1200 кг на 1 м2.

В процессе охлаждения вещество может:

• сохранять аморфность;
• кристаллизоваться;
• подвергаться частичной кристаллизации.

Молотый шлак вырабатывают из гранулированных сортов путем дополнительного измельчения. В зависимости от целевой задачи туда могут вводить гидрофобную добавку. Обычно продукт соответствует техническим условиям, принятым в 2013 году. Отвальный шлак вырабатывается как отход. Ценность его непосредственно для металлургического производства невелика, однако появляются уже технологии переработки отвальной массы.

Используют доменный шлак достаточно широко. Его основная область применения — получение строительных материалов. Пока что такая сфера развита неравномерно в разных регионах страны. Однако сокращение расстояний перевозки стройматериалов до строительных объектов можно только приветствовать. За границей в дорожном строительстве применяют не только доменный, но и сталеплавильный шлак, но это уже тема для отдельного разговора.

Простой отвальный продукт способен быстро схватываться, что делает его аналогом цемента. Постепенно расширяется применение такой массы в отсыпке дорожных полотен. Также во многих местах стремятся упрочнять опорные площадки фундаментов. Появляются разработки по использованию отсевов дробления в качестве основного компонента бетона. Есть уже и ряд публикаций, в которых такой опыт поощряется.

Шлаковый щебень вырабатывают, дробя отвальный шлак и пропуская его через грохоты. На конкретное применение влияет, прежде всего, фракция материала. Отработано использование такого продукта в качестве:

• наполнителя прочных бетонных смесей;
• подушки балласта на рельсовых путях;
• средства укрепления откосов;
• материала для пирса и причала;
• средства обустройства площадок.

Гранулированным шлаком пользуются при получении шлакоблоков. Нужен он и для теплоизоляции. Иногда доменный шлак используют для дренажа: в этом качестве он быстро деградирует, превращается в песок, но все же исправно работает. Гранулированная масса может использоваться и для пескоструйных работ.