СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ШЛАКОВОЙ ПЕМЗЫ Российский патент 1994 года по МПК C04B5/00 

Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано для производства шлаковой пемзы из жидких доменных шлаков.

Известен способ производства шлаковой пемзы, включающий поризацию шлакового расплава водовоздушным потоком. Способ имеет ряд существенных недостатков. Так, взаимодействие шлаковой струи с высоконапорным водовоздушным потоком приводит к повышенному выходу песка (фракции 0-5 мм). Опыт эксплуатации шлакопемзовой установки на Новолипецком металлургическом комбинате показал, что в готовом продукте содержится примерно поровну граншлака и пористого щебня. Процесс поризации жидкого шлака практически не поддается регулированию, в результате получается материал, неоднородный по насыпной плотности. Кроме того в период поризации образуется большое количество парогазовых выбросов (≈1200 м³/т шлака), содержащих сернистые соединения. Их очистка требует значительных затрат [1].

Известен способ производства шлаковой пемзы, разработанный канадской фирмой "Нэшнл слэг". Способ предусматривает первоначально обработку жидкого шлака струями технологической воды. Затем частично охлажденный и вспученный шлак поступает на виброжелоб, где происходит окончательное формирование его пористой структуры. После этого вспученная пиропластичная масса разбивается на гранулы лопастным барабаном [2].

Недостатками способа являются большая плотность шлаковой пемзы (800-950 кг/м³), высокий расход воды (до 1 м³/т расплава, что приводит к образованию до 1000 м³/пара) и преобладание мелких фракций (менее 5 мм) в готовом продукте. Это является следствием того, что начало поризации расплава осуществляют до попадания его на виброжелоб. Кроме того, в способе отсутствуют четкие рекомендации по параметрам работы виброжелоба и температуре дробления поризованной массы.

Наиболее близким к предлагаемому является способ производства шлаковой пемзы, предусматривающий вспучивание шлакового расплава водой непосредственно на вибропоризаторе и последующее дробление поризованной массы лопастным барабаном. Частота колебаний вибропоризатора находится в пределах 500-600 в минуту, амплитуда 10-20 мм [3].

Недостатком способа является то, что получаемая шлаковая пемза имеет относительно высокую (700-800 кг/м³) насыпную плотность и недостаточное количество стекловидной фазы, что снижает эффективность использования пемзы в легких бетонах. Кроме того готовая продукция имеет высокое содержание фракции > 40 мм. Это является следствием того, что параметры вибрации шлакового расплава, температура начала дробления поризованной массы и энергия дробления не являются оптимальными.

Цель изобретения - снижение насыпной плотности шлаковой пемзы и получение материала с требуемым фракционным и фазовым составом (соотношение кристаллической и стекловидной фаз) для эффективного использования пемзы в легких бетонах.

Цель достигается тем, что производство шлаковой пемзы осуществляют путем поризации шлакового расплава водой с одновременной его вибрацией и последующим дроблением поризованной массы на гранулы. При этом вибрацию расплава осуществляют с частотой колебания в пределах 650-850 в минуту, а дробление поризованной массы на гранулы производят при температуре Т_ликв. = (50-150)^оС с энергией удара 150-300 кДж. Указанные параметры являются оптимальными, установлены экспериментально и обеспечивают высокое качество шлаковой пемзы, как заполнителя легких бетонов.

Поризация шлакового расплава является результатом образования в его объеме газовых пузырьков и их стабилизации. При обработке шлака водой пузырьки в нем появляются в результате испарения воды и выделения растворенных газов при охлаждении расплава. Увеличить скорость и полноту выделения газовой фазы из расплава можно было бы за счет увеличения количества воды, подаваемой на поризацию. Однако этот путь ограничен, так как приводит к резкому повышению объема пара и вредных сернистых соединений, а также увеличению доли песка в шлаковой пемзе.

Известна дегазация расплавов при вибрации. Ее эффект зависит от плотности расплава, температуры и параметров вибрации. Вибрация без одновременного снижения температуры не приводит к заметной поризации расплава.

Сочетание же одновременной подачи в объем шлакового расплава воды и его вибрации способствует интенсивной поризации расплава. Экспериментально установили, что при частоте вибрации расплава ниже 650 в минуту объемная масса пемзы возрастает за счет снижения интенсивности выделения газовой фазы. Превышение частоты колебаний выше 850 в минуту также приводит к увеличению объемной массы пемзы за счет того, что скорость выделения газа из расплава превышает скорость нарастания вязкости, в результате чего фиксации газовых пузырьков в расплаве не происходит, а наблюдается его дегазация.

Оптимальный интервал температуры дробления поризованной массы расплава на гранулы в пределах Т_ликв = (50-150)^оС объясняется достижением в пемзе благоприятного соотношения стекловидной и кристаллической фаз, которое играет существенную роль в свойствах заполнителей легких бетонов. В частности, оно влияет на теплопроводность бетона и характер сцепления заполнителя с растворной частью бетона. С увеличением доли стекловидной фазы, особенно в поверхностном слое заполнителя, эти показатели улучшаются. С другой стороны, наличие кристаллической фазы в заполнителе повышает его прочностные свойства. Экспериментально установили, что приемлемое соотношение количеств стекловидной и кристаллической фаз достигается при дроблении поризованной массы при температуре Т_ликв. = (50-150)^оС. С увеличением основности исходного шлака интервал дробления смещается в сторону более высоких температур.

Экспериментально установлено, что энергия удара для дробления поризованной массы на гранулы должна находиться в пределах 150-350 кДж. Снижение ее ниже 150 кДж увеличивает долю частиц фракции 40 мм, которые недостаточно охлаждаются в полете и приводят к спеканию гранул. Увеличение же энергии удара сверх 300 кДж приводит к переизмельчению готового продукта и увеличению доли мелких фракций пемзы (песка).

Результаты влияния параметров вибрации шлакового расплава, температура дробления поризованной массы и энергии дробления на качество и фракционный состав получаемой пемзы, которые позволили установить оптимальные их значения, приведены в табл.1,2,3.

На чертеже представлена схема предлагаемой установки.

Установка включает приемную ванну 1, вибропоризатор 2, выполненный в виде металлического желоба с форсунками для подачи технологической воды, установленного на раму грохота 3, направляющий лоток 4, вращающийся лопастной барабан 5 для дробления поризованной массы на гранулы.

Шлак из ковша сливают в шлаковую ванну, из которой он поступает на вибропоризатор с частотой колебания 650-850 в минуту, где он одновременно подвергается обработке водой, подающейся из форсунок. В данном случае за счет барботирования осуществляется равномерный контакт всего объема расплава с поризующим реагентом. Порции воды, стекающие из отверстий, пронизывают слой расплава, частично охлаждая и повышая его вязкость. Водяные пары, а также заключенные в шлаке газы, встречая противодействие вязкого расплава, вспучивают его. При достижении температуры поризованной массы Т_ликв = (50-150)^оС она по направляющему лотку поступает на вращающийся лопастной барабан. Массы каждой лопасти барабана и линейная скорость вращения должны обеспечивать энергию удара по массе поризованного расплава в пределах 150-350 кДж. При ударе лопасти вспученная пиропластичная масса дробится на гранулы. Во время полета гранулы за счет сил поверхностного натяжения принимают округлую форму, охлаждаются и попадают на промежуточный склад, формируя штабель гравия. Высокая скорость гранул в полете обеспечивает переход части жидкой фазы в стеклообразное состояние.

Способ производства шлаковой пемзы обеспечивает получение материала с равномерной мелкопористой структурой и объемной плотностью в пределах 550-650 кг/м³ для фракции 5-10 мм, 95% гранул имеют размер менее 40 мм, поэтому получаемый материал не требует дополнительного дробления. Формирование в структуре пемзы до 50% стекловидной фазы на 20-25% снижает расход цемента при использовании ее для производства бетонов.

Сущность изобретения: способ производства шлаковой пемзы включает поризацию шлакового расплава водой, вибрацию расплава осуществляют с частотой 650 - 850 колебаний в минуту, а дробление поризованной массы производят при температуре T_ликв= (50-150)^°C с энергией удара 150 - 300 кДж. 3 табл., 1 ил.

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ШЛАКОВОЙ ПЕМЗЫ путем поризации шлакового расплава водой с одновременной его вибрацией и дробления поризованной массы на гранулы, отличающийся тем, что вибрацию расплава осуществляют с частотой 650 - 850 колебаний/мин, а дробление поризованной массы производят при температуре T_{ликвид.}-50 - 150^oС с энергией удара 150 - 300 кДж.