Лабораторный практикум по дисциплине “Высокие технологии” (Определение вида металлургических шлаков по внешним признакам. Агломерация с использованием отходов металлургического производства)

Лабораторная работа № 1

“Определение вида металлургического шлака

по внешним признакам”

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Под шлаком в широком смысле понимается минеральная масса, подвергшаяся высокотемпературной обработке в тепловом агрегате и являющаяся побочным продуктом основного технологического процесса. По агрегатному состоянию шлаки могут быть жидкими, спекшимися и сыпучими. Металлургические шлаки получаются в доменных печах при выплавке чугунаиз руд, в мартеновских печах или конвертерах в процессе передела чугуна в сталь, в электропечах при расплавлении скрапа и получении высококачественной стали, при выплавке ферросплавов — в рудно-термических печах, а также в других печах цветной металлургии.

Топливные шлаки получаются в основном в топках энергетических установок при сжигании твердого (каменный и бурый уголь, горючие сланцы, торф, дрова и пр.) или жидкого (мазут) топлива. Шлаки классифицируют по виду технологического процесса (доменные, сталеплавильные, ферросплавные, энергетические) и как особый класс — шлаки цветной металлургии. Каждый вид шлака характеризуется определенными физическими или физико-химическими свойствами: вязкостью, прочностью, пористостью, плотностью, температурой плавления, составом и т.д.

Технологические шлаки черной и цветной металлургии принято классифицировать по основности (В=). При В < 1 - шлаки кислые, при В > 1 — основные. В большинстве своем шлаки черной металлургии — основные. Основность (или кислотность) шлака необходимо знать, так как от нее зависят текучесть шлака и температура его плавления — важные показатели при переработке шлака /1/.

Важным показателем, характеризующим изделия из шлака, является его распад. Распад шлака опасен в случае изготовления из него штучных изделий и бетонных конструкций, так как при этом резко снижается их прочность. В шлаковых отвалах увеличивается количество пылевидных фракций, что способствует загрязнению окружающей среды. Распад шлака сопровождается увеличением его объема на 10 - 12 % и вызывается полиморфными превращениями 2СаО • SiO₂из b - в g -модификацию при температуре 675 °С. Однако шлак определенного состава способен распадаться и при гораздо более низких температурах (290 - 300 °С).

Устойчивость шлака против распада может достигаться заменой части известняка (в агломерационной или доменной шихте) доломитом или доломитизированным известняком. Внеагрегатную стабилизацию шлака можно осуществлять при температурахне ниже 1300 °С введением в него различных порошкообразных добавок (песка, глины, колошниковой пыли, фосфат-шлака, фторапатита и др.).

Плотность шлаков р (т/м³) в зависимости от присутствия оксидов элементов с большойили малой атомной массой и их состава колеблется для доменных жидких шлаков от 2,66 до 2,74 т/м³. Плотность (объемная масса) жидкого шлака принимается равной 2,2 т/м³. Плотность гранулированного сталеплавильного шлака 3,22 — 3,52 т/м³, насыпная плотность 1,14 — 1,68 т/м³, а для гранулированного угольного (энергетического) шлака эти показатели равны соответственно ~ 2,5 и 1,1 —1,3 т/м³ /1/.

Важным показателем свойств шлаков является химический состав. Доменные шлаки образуются в результате соединения пустой породы руд, золы топлива (кокса) и флюсов. Состав доменных шлаков зависит от вида используемого сырья, качества сжигаемого топлива и сорта получаемого чугуна. В общем объеме получаемых доменных шлаков 93 — 94 % занимают шлаки, образующиеся при выплавке передельных и литейных чугунов, и б - 7 % - при выплавке доменных ферросплавов.

Доменные шлаки состоят более чем из 15 компонентов. В заводской практике при анализе шлаков обычно определяют семь