Способ получения глиноземистого цемента из высокоглиноземистых доменных шлаков Советский патент 1937 года по МПК C04B7/32 C04B7/147 

При получении плавленого r-iiiiioiJCMiiс.гого цемента в электрических п яомепных печах расилавы-шлакн обычно подвергаются охлаждению в изложницах и на илитах, в частиости таким сиособом охлаждались шлаки при оиытах на Кабаковском заводе в 1935 г. Считалось, что охлаждение шлаков с равиовесиой и полной кристаллизацией является техноло111чески наиболее простым и дающим наилучший эффект в отношеини гидрав.ческнх свойств глиноземистого цемента; более медленное охлаждение, с одной стороиы, и с другой быстрое охлаждение, нриводящее к остекловываипш шлаков, к понижению активности цемента.

Вопросы оптнмального режима охлаждения расплавов, соответствуюи;их но своему химическому составу клинкеру глино:имистого цемента и, в частиости охлаждения доменных высокоглииоземистых шлаков, сОвершенно не освещены в литературе. Получепиые в указанных обычных условиях охлаждения, так называемые, вьгсокоизвестковистые клиикеры глиноземистого цемента (СаО ) при испытаниях давали более низкие показатели механической прочности, чем малоизвестковистые составы (СаО ). Поэтому (читалось и считается в настоящее время, что оптимальными по механическим свойствам являются цементы с содержанием СаО не более при SiOj до 8«/о и А1,0з 50-53 /о.

Процесс дробления высокоглиноземистых шлаков, охлажденных обычным снособом. всегда ослоясняется большим износом рабочих частей дробильных агрегатов, вследствно высокой абразивности шлаков, нормальиая же работа мельничных агрегатов требует предварительного мелкого дробления. Поэтому дробление шлака в жндком состоянии струей воздуха (сухая грануляция), исключающее механическое дробление, нредставляется наиболее рациоиальным.

Преднолагалось, что вследствие высокой кристаллизационной способности раснлаво} клинкера глиноземистого цемента способ охлаждения нутем грануляции (наровой или воздушной) приведет к ненолиому остекловыванию шлака и к потере им вяжущих свойств.

Ыеизбежиое частичное остекловыванио И1лака ири сухой грануляции не считалось вредным, так как ири этом успевает кристаллизироваться моноалюминат кальция и остекловываются лишь второстеиенные комионенты клинкера. На основании этого предполагалось, что гидраилические свойства гранулированного кысокоглиноземнстого шлака будут не хуже, чом у обычно охлажденных шлаков.

Предлагаемый снособ нолучення глиноземистого цемента из высокоглпноземистых, доменных шлаков, .основанный па нижеприводимых данных исследования, .заключается в том. что указанные шлаки : содержанием свыше 4б/о извести нодвергают воздушной или паровой гранул.яции и затем размолу.

При медленном охлаждении шлаков кристаллизация происходит полностью, причем ход ее и конечные продукты соответствуют схеме Ранкина.

При резком охлаждении составы, соответствующие глиноземистому цементу, могут быть частично или целиком остеклованы в зависимости от химического состава, переохлаждения и скорости охлаждения, но вследствие высокой кристаллизационной способности указанных составов полученный нродукт (гранулят) не должен быть целиком остеклован. Так как для глиноземистого цемента наиболе(; ценным является соединение (aUAl..(:):;, а остальные мннералы менее ценны и инертны, и так как составы глиноземистого цемента находятся в ноле устойчивости (лЮЛЦО:. то при известной исходной температуре и скорости охла)|;дения возможно получение продукта с частично выкристаллнзовавшимся1аОА120з и остеклованной остаточной жидкой фазоГг.

Такой продукт должен ) обладать цементными свойствами моноалюмниатиых глиноземистых цементов.

При опытах, проведенных авторами, состав высокоглнноземнстых шлаков, подвергнутых резкому охлаждению путем разбрызгивапня нх струей пара, колебался п следующих пределах

СаО - 40 - 44% SiOo - 7% ALO:, 49 - 56%,

т. е. получались так называемые «известковистые высокоглппоземистые шлаки, выплавка которых более экономична в смысле расхода: топлива, чем выплавка «малоизвестковистых шлаков.

Опыты но грануляции проводились следующим образом. Часть расплавленного шлака при выпуске из доменной печи направлялась в ковш и, после непродолжительной выдержки (по условиям онытов от 20 до 5 мин.), расплав выпускался при температуре-1550-1600, т. е. без иереохлаждепия, тонкой струей через отверстие в ковше у дна его и пульверизировался струей воздуха (Р до 6 атм.) или нара (Р до 12 атм.). Всего было проведено 28 опьгтов по грануляции, в результате которых получены два вида .продуктов: гранулят и шлаковая вата, нрнчем образование носледней, как оказалось, зависит от давления воздуха ил1г пара.

По химическому составу были опробованы преимущественно высокоизвестковпстые составы (сорт Б пли «оживнтель), с содерж.анием ВЮ, от 3 до , СаО от 40 до 45% и в меньшем количестве малоизвестковистые составы (сорт А): SiOo от 4 до , СаО от 36 до 40в/о.

Предварительные петрографические исследовапия показал1, что шлаковая вата в основном (около SOVo) состоит из отекла, а зерна грапулята обнаруживают мелко кристаллическое строение и содержат лишь небольшое количество стекла.

Па основании одновременного получения кристаллических зереи и ваты, а также и температурных замеров можно заключить, что степень остскловывания завнснт от резкости грануляции п кристаллизация происходит в период грануляции.

При лабораторном иомоле па заводе установлено что грануляторы и, и особенности, вата размалываются легк медленно о.клажденного кускового 1нлака (в 1,5- ЛО раза по времени), что технологически .та.ет не только новынгенив производительности цементных мельниц за счет .(езагрегированности гранулята. но и за счет легкой размалываемости.

Физико-механические иснытання свойств гранулнроваиного глиноземистого цемента (но ОСТ 5157) ноказали, что все виды гранулятов (паровой, воздушный, вата н др.), кроме одного образца ваты М 700 с содержанием СаО - 36,50/0, обладают вяжущими свойствами и по механической прочности (до семидневных испытаний включительпо) удовлетворяют требованиям ОСТ 3709.

Песмотря на то, что в гранулятах встречается, а в вате преобладает стекло, цементные свойства от этого не понижаются, а даже новышаются (схватывание, прочность на разрыв и т. д.), что подтверждает возможность и целесообря-ч«ость резкой грануляции л опровергает взгляд на понижение гидравлической активности частично остеклованных составов глиноземистого цемента. Полностью остеклованный продукт нолучить при опытах Hf удалось.

Цементные свойства гранулированных известковых составов несколько нриближаются к не гранулированным моноалюминатиым цементам сорта А, что следует из некоторого понижения нормальной густоты цементного теста у гранулятов. даже тонко размолотых, что характерно для цементов сорта Л по сравнению с не гранулированными нробами, даже более грубо размолотых ( случаев). | Сроки схватывания, замедлены и интервал между началом и концом схватывания болыно у гранулятов ( иенытайных), что также характерно для i цементов сорта А. После ненродолжительного вылеживания сроки схватывания 1гпогда замедляются, становясь стандарт)ыми. по это следует нодтвердить более положительными и массовыми испытаинями.

Характер кривых роста ирочности на сжатие у гранулятов аналогичен не гранулированным. Характер кривых роста прочности на разрыв у гранулированных глиноземистых более плавный. Случаи 1-пижепия прочпости встречаются значительно роже и количественно менее резко выражены, тогда как у параллельных не гранулированных нроб особенно заметно ладенио дрочшстн, последнее различие приближает характер нрочпостн )ia раз- : рыв у гранулятов к прочности цементов | сорта: А.

Иснытанпя цементных свойств грапулироваппьтх малонзвестковистых шлаков j сорта. А показали, что сроки схваты- j вания последних замедлены по сравнению

€ не Г1)анулированными. а характер кривых парастапия прочности резко не измепяется.

Абсолютпые показатели прочпости на слгатие и в особенности на разрыв у граиулироваппых глиноземистых цементов выше, чем у не граиулнроваииых цементов (90-ЭБ /о случаев). После вылеживания временное сопротивление сжатию и разрыву резко не изменяется, в ряде случаев даже повышается; отдельные случаи иопижеиия вообще свойственны глиноземистым цементам.

Иснытание па разрыв в чистых образцах показало зпачительную усадку иоследпих.

Таким образом, исследование свойств грапулированпых глиноземистых цементов показало, что грануляция:

а)технологически осуществляется .; егкО:

б)не ухудшает, а улучшает свойства глиноземистого цемента..

в)дает возможность вынлавлять несколько более известковистые шлаки, облегчая тем самым работу доменной печи.

г)исключает предварительное дробление перед помолом и облегчает последний, давая значительный экоио5гнческий эффект.

В процессе опытов устаповлепо было, что применение воздуха для разбрызгивания 1)авноценно нрименению пара, однако прнмонение носледпего депгевле.

f ) е д м е т п 3 о б р е т е н и я.

Способ нолучепня глиноземистого це.«ента из высокоглиноземистых домеипых шлаков, отличающийся тем, что известному воздушному пли наровому гранулирова пгю иодвергают шлак, содержащий не менее iOVo окиси кальция, носле чего гранулированный ньяак размалывают.