5.1. Классификация металлургических топливных шлаков.

Металлургическими шлаками называют силикатные системы, получаемые в виде отходов при выплавке металлов. Структура и плотность шлаков зависит от химико-минералогического состава и скорости охлаждения расплава. При медленном охлаждении образуется плотная кристаллическая структура, при быстром — пористая стекловидная. Различают шлаки текущего выхода и отвальные. Отвальный шлак получается в результате слива шлакового расплава в отвал с последующей его разработкой. Он представляет собой кусковой материал с крупностью отдельных кусков до 100—150 мм, содержит посторонние примеси, а также продукты распада в виде порошкообразных включений. Классификацию шпаков черной металлургии можно проследить по экотехнологической схеме производства черных металлов (рис 5.1).

Первое место по объему и значению для строительной индустрии принадлежит доменным шлакам, получаемым в качестве неизбежного побочного продукта при выплавке чугуна из железных руд. Значительно меньшие масштабы имеет применение сталеплавильных шлаков, которые в зависимости от способа выплавки подразделяются на мартеновские, конверторные и электрс-сталеплавильные. При выплавке черных металлов образуются также ферросплавные шлаки, которые подразделяются в зависимости от элемента, добавляемого к железу для получения ферросплава: феррохром, ферросилиций, ферротитан и др. Шлаки, формируясь из пустой породы, флюсов, продуктов окисления расплава, футеровки печей, имеют сложный химический и фазовый состав. По соотношению главнейших окислов — SiО₂ , СаО , Al₂O₃ , МgО — устанавливают основность и активность шлаков.

Модуль основности определяют по отношению:

M₀= (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)

По M₀ шлаки подразделяются на основные M₀>1и кислые M₀<1.

Модуль активности определяют по отношению:

M_a=Al₂O₃/SiO₂

Шлаки считаются активными, если М_a> 0,25.

В некоторых случаях определяют модуль кислотности:

M₀= (SiO₂+Al₂O₃)/(CaO+MgO)

При М > 1,2 шлаки относятся к сверхкислым.

По содержанию окислов в процентах, определяющих главнейшие свойства шлаков, их подразделяют на следующие виды:

кремнистые SiO₂ > 40

глиноземистые Al₂O₃>15

известковые CaO > 50

магнезиальные МgO > 10

железистые FeO > 5

марганцевистые МgO > 5

фосфористые P₂O₅

титанистые TiO₂> 5

сернистые CaS > 5

Химические составы доменных шлаков на заводах, использующих руды одного бассейна, довольно близки (табл. 5. 1). Так, для заводов центрального района Европейской части России характерны основные шлаки с модулем основности М₀>1, сравнительно низким содержанием глинозема; они высокосернистые, маломагнезиальные, с переменным содержанием окислов марганца. Доменные шлаки предприятий Урала и Сибири, работающие на малосернистом Кузнецком коксе, имеют более, низкую основность и относятся преимущественно к кислым. 'Они содержат больше глинозема, окислов магния, меньше серы. Химический и фазовый состав сталеплавильных шлаков более сложен, чем доменных, что обусловлено наличием легирующих элементов, раскислителей, влиянием огнеупорной футеровки печей и др. факторов.

Характерной особенностью шлаков черной металлургии является неустойчивость структуры, склонность их к распаду. Структура шлака обуславливается, главным образом, его химическим составом и режимом охлаждения. Удаление доменных шлаков в виде жидких расплавов при одновременном быстром охлаждении водой или сжатым воздухом позволяет получать их преимущественно в стекловидном гранулированном состоянии. Химический и минералогический состав доменных гранулированных шлаков довольно постоянен, устойчив во времени, что гарантирует высокое качество получаемых на их основе материалов. Сталеплавильные шлаки отличаются значительными колебаниями химического состава: от ультраосновных с М₀=4 до ультракислых с М₀=0..1. Медленное охлаждение способствует практически полной кристаллизации и отсутствию в их составе стекла. Они подвержены распаду в результате перекристаллизации отдельных фаз.

Устойчивость структуры шлаков против всех видов распада характеризуется потерей массы в процентах при пропаривании проб шлакового щебня в автоклаве в течение 10 ч., и по этому показателю они делятся на группы в соответствии с табл. 5. 2.

Таблица 5.1.