Способ получения строительных материалов из высокоосновных шлаков металлургического производства Советский патент 1992 года по МПК C04B5/02 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при получении заполнителя и гидравлически активного вяжущего из отходов металлургического производства.

Известен способ получения шлакового расплава смешением высокоосновного доменного шлака с корректирующей добавкой. Корректирующую добавку вводят при температуре 450-500°. Она содержит к весу шлака 32-35% кварцевого песка, 9-11 % магнезита и 2,5-3,0% натрийсодержащих веществ. Этот способ непригоден для шлаков, распадающихся в порошок по силикатному механизму, поскольку этот распад происходит при температуре 1480°, а также непригоден для всех высокоосновных шлаков, поскольку при температуре 450-500° вязкость их столь высока, что исключает возможность равномерного распределения в массе шлака корректирующей добавки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения шлакового расплава, принятый за прототип, где в жидкий шлак добавляют кварцевый песок.

Использование в качестве добавки природного сырья - песка влечет за собой необходимость организации специального передела по сушке песка и существенных энергетических затрат на сушку, т.к. природный песок содержит влагу, а в расплавленный шлак во избежание взрыва не допускается подача влажного материала, кроме того, это экономически невыгодно, т.к. стоимость природного песка 2-6 руб/т плюс стоимость энергозатрат на сушку 1-5 руб/т и технологически малоэффективно из- за низкой реактивной способности песка, который даже в небольшом соотношении со шлаком (например 1:10) неспособен в нем раствориться и при остывании остается в виде непрореагировавших включений.

Ч

S, о

ю сл ы

ы

Целью изобретения является снижение себестоимости строительного материала и повышение его прочности.

Эта цель достигается тем, что в качестве добавки используют кремнеземистые отходы литейного производства с содержанием оксида кремния 70% в количестве 5-30% по массе, причем, в зависимости от того, хотят ли получить вяжущее или заполнитель, жидкий шлак с добавкой после выдержки подвергают резкому охлаждению путем грануляции, либо естественному охлаждению на воздухе.

Способ пригоден для переработки всех высокоосновных шлаков, в том числе мартеновских, электросталеплавильных, конверторных и доменных. Он позволяет ликвидировать опасность силикатного распада шлака и исключить распад в результате поздней гидратации извести, т.к. связывает ее в силикаты кальция и магния. При этом получают вяжущее гидравлического твердения, либо заполнитель, годный к применению не только в дорожном строительстве, но и в бетоне для гражданского и промышленного строительства, а также в производстве различных мелкоштучных строительных материалов.

Добавку вводят в огненно-жидкий шлак после окончания основного процесса получения металла, причем введение добавки может производиться в загрузочное отверстие самой печи, в струю шлака во время его слива, а также непосредственно в шлаковую чашу или шлаковню. Целесообразная длительность периода выдерживания шлака после введения добавки отходов литейного производства до выливания из шлаковой чаши 10-60 мин. Однако длительность сохранения полученным шлаком жид- котекучего состояния, необходимого для полного слива и для эффективной грануляции, превышает 2 часа. Для повышения сте- пени равномерности распределения кремнеземистой добавки в объеме шлака в шлаковой чаше производят барботирова- ние расплава Барботаж шлака производится с помощью кислородного дутья либо во время введения кремнеземистого компонента, либо после его введения. В качестве кремнеземистых отходов литейных производств используют горелую землю. Под этим термином подразумеваются как крупнозернистые отходы литейных форм, так и мелкодисперсная пыль, образующаяся при очистке отливок и удаляемая, как правило, с помощью аспирации. Для более высокой эффективности предлагаемого способа в смесь шлака и горелой земли могут быть введены добавки - зктивизаторы твердения

Для осуществления способа годна любая горелая земля:

на глинистой связке - наличие в связке алюмосиликатов оказывает положительное влияние на повышение гидравлической активности продукта;

на жидком стекле - щелочная среда повышает растворимость SiOa;

на органическом связующем - органика при температуре жидкого шлака (1300- 1800°) выгорает и не оказывает отрицательного воздействия на свойства продукта.

П р и м е р 1. Модификация жидкого

шлака для получения крупного заполнителя

для бетона и для дорожного строительства.

Используют феррованадиевый электросталеплавильный шлак Чусовского металлургического комбината. В исходном виде этот шлак не может быть применен как круп- ный заполнитель, т.к. при охлаждении на воздухе он распадается в порошок вследствие фазового перехода ортосиликата кальция из / -модификации в у-модификацию, который протекает с резким падением плот- ности.

Кремнеземистую добавку вводят в жидкий шлак в двух вариантах:

в электропечь - через загрузочное отверстие с последующим перемешиванием толкушкой;

в струю - во время слива шлака из печи в шлаковню. .

В качестве добавки используют горелую землю (по изобретению) и природный песок (по прототипу). Содержание SI02 в обеих добавках составляло 92%.

После естественного остывания на воздухе шлак измельчают на щековой дробилке с шириной щели 40 мм. Продукт дробления проверяют стандартным методом на устойчивость структуры против распада, на прочность и присутствие продукта распада 1у C2S/ и непрореагировавшей кремнеземистой добавки. Результаты испытаний см. табл. 1.

Как следует из табл. 1, предлагаемый способ позволяет при использовании горелой земли в количестве 5-30% от массы шлака практически полностью исключить распад шлака. Более высокий процент содержания добавки нецелесообразен, т.к. SiOa остается непрореагировавшим. Добиться таких же показателей с применением природного песка не удается. При равных дозировках кремнеземистой добавки прочность щебня, определяемая маркой дробимости, выше в случае применения горелой земли.

П р и м е р 2. Модификация жидкого шлака для получения крупного заполнителя для бетона и для дорожного строительства,

Используют мартеновский шлак металлургического завода Амурсталь (г. Комсомольск-на-Амуре), В исходном виде этот шлак не может быть использован в качестве крупного заполнителя в композициях с гидравлически вяжущим, т.к. шлак содержит переженную известь, и, в частности, перик- лаз, которая при наличии влаги в порах бетона приводит к разрушению структуры.

Кремнеземистую добавку вводят в жидкий шлак в струю - во время слива шлака из печи в шлаковую чашу.

В качестве кремнеземистой добавки по предлагаемому варианту используют 2 вида отхода литейного производства:

1.с содержанием Si02 - 70%

2.с содержанием ЗЮ2 - 67%

по прототипу - природный песок с содержанием Si02-70%. После естественного остывания на воздухе шлак измельчают на . щековой дробилке с шириной щели 40 мм. Продукт дробления проверяют стандартным методом на устойчивость структуры против распада, на прочность и на присутствие свободной извести (CaO. MgO) и непрореагировавшей добавки. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

В соответствии с данными табл. 2, 5%- ной добавкой отхода литейного производства при содержании в нем удается связать в силикаты свободные окислы СаО и MgO и тем избежать их последующего распада при контакте с водой. Уменьшение указанной добавки не обеспечивает полного связывания периклаза и соответственно не ликвидирует полностью распад получаемого продукта. При введении 5% добавки с меньшим содержанием Si02 не удается до конца связать всю свободную известь, что также повлекло наличие в заполнителе определенного количества частиц, способных к распаду при контакте с влагой.

Кремнеземистая добавка по прототипу даже при значительной величине не обеспечивает полной ликвидации в шлаке распада.

П р и м е р 3. Модификация жидкого шлака для получения вяжущего гидравлического твердения.

Используют конверторный шлак Новолипецкого металлургического комбината. В исходном виде шлак не может быть применен в качестве вяжущего, т.к. практически инертен.

Кремнеземистые добавки подают в струю шлака при сливе его из конвертора в шлаковую чашу. Через 30 минут жидкий шлак подвергают грануляции, а затем измельчению на шаровой мельнице по удельной поверхности 4000 см /г.

В качестве добавки используют горелую землю с содержанием литейного цеха Новолипецкого металлургического комбината (по предлагаемому способу) и природный песок с содержанием ,5% (no прототипу).

Из измельченного шлака изготавлива- ; 0 ют образцы-балочки, которые твердеют при трех различных режимах:

1)в автоклаве при давлении 9 атм и температуре 173°С в течение 14 ч;

2)в пропарочной камере при атмосфер- 5 ном давлении и при температуре 95°С в

течение б ч;

3)в камере над водой при атмосферном давлении и температуре 18-20°С в течение 28 суток.

0 После окончания твердения образцы испытывают на прочность при изгибе и сжатии. Результаты испытаний приведены в табл.3.

Как следует из табл. 3, применение

5 кремнеземистых отходов литейного производства по сравнению с природным песком заметно (до двух раз) повышает физико-механические показатели модифицированного шлака как вяжущего.

0 Модификация высокоосновного шлака, кремнеземистыми отходами литейного производства, кроме того, способствовала увеличению длительности сохранения шлаком . жидкотекучего состояния до 2-4 ч, что позво5 ляет внедрить технологию грануляции сталеплавильных шлаков, которая в настоящее время не производится из-за их высокой вязкости и быстрого застывания.

Использование отходов металлургиче0 ского производства, помимо прямого эффекта - получения строительных материалов, позволяет улучшить и является экономически выгодным предприятием. Вместо горелой земли могут быть ис5 пользованы кислые золы, шлаки и бой огнеупорного кирпича из шамота или динаса. Формула изобретения 1. Способ получения строительных материалов из высокоосновных шлаков метал0 лургического производства путем введения , в шлаковый расплав кремнеземсодержа- щей добавки, перемешивания расплава и последующего его охлаждения, отличающийся тем, что, с целью снижения себе5 стоимости строительного материала и повышения его прочности, в качестве добавки используют кремнеземистые отходы литейного производства с содержанием оксида кремния 70% в количестве 5-30% по массе.

2.Способ по п.1,отличающийся тем, что в качестве кремнеземистых отходов литейного производства используют горелую землю.

3.Способ по п. 1,отличающийся тем. что в качестве кремнеземистых отходов литейного производства используют бой огнеупорного кирпича.

4.Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью получения гидравлически активного вяжущего, расплав шлака с добавкой гранулируют, а затем мелют.

5.Способ по пп. 1 и2, обличающийся тем, что, с целью получения заполнителя, расплав шлака охлаждают естественным путем на воздухе.

Сущность изобретения, вводят в шлаковый расплав кремнеземсодержащую добавку. Перемешивают расплав и затем охлаждают, в качестве добавки используют кремнеземистые отходы литейного производства с содержанием оксида кремния 70% в количестве 5-30% по массе. В качестве кремнеземистых отходов линейного производства используют горелую землю или бой огнеупорного кирпича. При получении гидравлически активного вяжущего расплав шлака с добавкой гранулируют, а затем мелют. При получении заполнителя расплав шлака охлаждают естественным путем на воздухе. 4 з.п. ф-лы.

Предложенный способ

ая земля 5

В печь с перемешиванием5 мин.

188 струюО

32 В печь с пере- О нешиванием 5 мин

4,

Ч По предлагаемому способу Горелая земля с

5 15 30 3

О

о о

4,2 Яр25

Др15 Др15 Др15 ДР15 Др 15

+ чngO{jotw§nne табл. 2 ,

n::c: zzr:nz: c:ri::j:: :::tiz.i.85Горелая земля с содержанием

SiQ,; 67Z5 6J/Ь35

По прототипу

6ПрироднЛ песок с содержащем

SiO 70Z158,tЛР35

земля

По предлагаемому способу

3,813,2

6,730,55,9

ТаблицаЗ

собу

3,813,22,6

3,813,2

6,730,55,9

6,3Z9.75,2

1,55,1П2

572М5,6

М15,23,6