В зависимости от сорта чугуна относительное количество шлака на разных заводах составляет при выплавке передельного чугуна 0,683 - 0,305 и литейного 0,410 т/т чугуна. Обычно спуск шлака осуществляют периодически через каждые 2 - 3 ч и всего на долю доменного шлака приходится свыше 70 % от общего количества получаемых металлургических шлаков.

Вопрос переработки доменных шлаков очень важен, поскольку шлак - ценное сырье для производства строительных материалов; при переработке уменьшаются земельные территории, занимаемые шлаковыми отвалами, извлекается и возвращается в металлургическое производство металл.

Доменным шлакам в основном присущи вяжущие свойства и поэтому их используют как добавки к цементам. В последние годы тех-нологическое использование доменных шлаков значительно расширилось. Их успешно применяют для производства щебня, граншлака, пемзы, шлаковаты и сельскохозяйственных удобрений.

Щебень из доменных шлаков по ГОСТ 3344 - 83 в зависимости от физико-механических свойств предназначается для устройства всех видов покрытий, оснований и подстилающих слоев дорожных одежд. Нулевую фракцию (0-5 мм) - шлаковую мелочь, обладающую вя-жущимл свойствами, применяют для устройства монолитных шлакобетоныых оснований и покрытий.

Щебень из доменного шлака для изготовления бетона па ГОСТ 5587 - 76 подразделяется на фракции 5 - 10; 10 - 20; 20 - 40 и 40 - 70 мм, а для дорожного строительства классифицируется на фракции (ГОСТ 3344 - 83) 0 - 5; 5 - 10; 10 - 20; 20 - 40; 40 - 70 и 70 - 120 мм. По соглашению сторон возможна поставка щебня лотре-бителю в виде смеси нескольких фракции.

Если щебень поставляется для производства минеральной ваты (ГОСТ 18866 - 73 ), он подразделяется на два сорта: первый - с крупностью зерен 40-100 мм, второй 20 - 100 мм. Насыпная плотность щебня для производства тяжелого бетона должна быть не менее 1100 кг/ м³, а для минераловатного производства - не менее 1000 кг/м³ (иногда допускается > 800 кг/м³).

В завлсимости от области применения щебня к нему предъявляются определенные требования. Так, щебень для бетонов и дорожного строительства должен быть морозостоек - обладать способностью после насыщения водой выдерживать многократные попеременные замораживания и оттаивания без значительного снижения прочности при образовании трещин, расслаивании и выкрашивании. Морозостойкость оценивается показателем Мрз и характеризуется величиной, показывающей число циклов замораживания с последующим оттаиванием. Щебень имеет показатели Мрз 15, 25, 50, 100, 150, 200 и 300. Например, щебень с показателем Мрз 150 способен сохранить прочность при числе циклов не менее 150; для бетонов обычно используют щебень с показателем Мрз 300.

Щебень также должен быть устойчивым против всех видов распада, не терять массу более 5 %, не содержать посторонних примесей; содержание металла должно быть не более 2 % (для изготовления минеральной ваты). Если щебень идет для изготовления бетонов, важным показателем является прочность на сжатие, определяемая испытанием образцов (ГОСТ 8269 - 64). Этот показатель зависит от химического состава, газонасыщенности и способа производства шлака и составляет 700 - 900 кг/см² для бетонов и 15 кг/см² для минеральной ваты.

Формирование необходимой структуры и текстуры щебня достигается изменением скорости слива расплавленного шлака, толщины получающегося при этом слоя его и скорости охлаждения. Наибольшее распространение получил способ, при котором шлак сливают в траншеи, размещаемые у доменных печей или на шлаковых отвалах.

Неоднократно предпринимались попытки производить слив шлака в мульды различной формы и размеров с искусственным охлаждением шлака (ВISRА - Великобритания, "Азовсталь"), однако пока этот способ не обеспечивает высокой прочности щебня вследствие образования микротрещин при быстром охлаждении слоя, особенно на дне мульд.

Если территория под печами в доменном цехе позволяет разместить траншеи для слива шлака, это дает возможность отказаться от шлаковозных ковшей и транспортных средств, позволяет снизить себестоимость производства щебня. Однако на старых металлургических предприятиях ограниченность территории вынуждает размещать траншеи в местах шлаковых отвалов.

Так как качество щебня в большой степени зависит от скорости охлаждения, оптимальная толщина слоя шлака при сливе в траншею должна составлять 100 - 200 мм. Так, при толщине слоя 100 мм и объеме шлака из 8 шлаковозных ковшей ~ 100 м³ площадь траншеи должна быть ~ 1000 м². С учетом протяженности состава из 8 шлаковозов длина траншеи должна быть не менее 80 м.

Полезная толщина разрабатываемого слоя шлака равна высоте реза экскаватора (4-5 м), что и определяет минимальную глубину траншеи. Обычно в траншею сливают с учетом оптимальной толщины каждого слоя до 25 - 40 партий шлаковозов, на что требуется 3 - 4 сут. Каждый слой охлаждается на воздухе 20 - 30 мин, а после этого иногда поливается водой до достижения слоем температуры 50 - 60 ^oС. Естественно, при этом повышается влажность щебня, влияющая на рассев его. Чем выше влажность, тем больше в щебне мелочи (0-5 мм). Так, при увеличении влажности разрабатываемого щебня с 6 - 8 до 10- 12 % содержание мелочи повышается от 10 - 15 до 20 - 25 %. Следует иметь в виду, что при водяном охлаждении снижается также механическая прочность щебня.

Охлажденный щебень подвергают дроблению с целью придать кускам шлака определенную крупность и освободитъ вкрапления металла от шлака для облегчения извлечения их магнитной сепарацией. Степень дроблеяия определяется отношением максимального размера кусков до и после дробления, а эффективность - массой дробленого шлака на единицу мощности дробильного агрегата (кг/кВт). Для дробления шлаков используются щековые, конусные, валковые, роторные и другие дробилки. Щековые дробилки (производительностью < 500 т/ч) нашли наибольшее применение из-за сравнительно невысоких эксплуатационных расходов.

После дробления производится сортировка шлака на грохотах на классы по крупности. Материал, который при грохочснии проходит через отверстия решета, называют подрешетным продуктом, а остающийся на решете - надрешетный продуктом (верхний класс). Эффективность грохочения е (%) определяется отношением массы подрешетного продукта к массе материала этой крупности в исходном продукте: е * 10000(а - V)/а(100 - V), где а - содержание подлежащего отсеву мелкого класса в исходном миериале, %; V - содержание мелкого класса в надрешетном продукте, %.

Эффективность грохочения зависит от конструкции грохота, свойств материала и условий грохочения и составляет 50 - 98 %.

Технологическая схема переработки шлака в щебень и необходимый комплект оборудования выбирают исходя из вида шлака, его физико-механических свойств, производительности установки, а также требуемой крупности товарных фракций щебня. Принципиальная технологическая цепочка переработки шлака в щебень включает следующие этапы: расплавленный шлак из шлаковозов сливается в траншеи, где охлаждается и затем экскаватором через самоходный бункер-питатель с помощью ленточных конвейеров или автомобильного транспорта подается в дробилки и затем на грохоты. Сортированный щебень транспортируется по фракциям в штабеля готовой продукции, из которых через лотковые ви6розатворы отпускается в транспорт потребителя. Всего на щебень в настоящее время перерабатывается до 20 % доменного шлака.

При грануляции шлаковый расплав быстро охлаждают, получая мелкозернистую стеклообразную продукцию. Известны три принципиально различных способа грануляции шлака: мокрый, полусухой и сухой. Водяная грануляция доменноого шлака получила наибольшее распространение. Она основана на свойстве раскаленных шлаков растрескиваться под действием термических напряжений, а также рабрызгиваться за счет микровзрывов при соприкосновении расплава с водой с образованием гранул шлака.

Грануляция шлака в бассейнах - самый старый и простой способ. Однако гранулированный шлак, полученный мокрым способом, при сливе из ковша в заполненный водой бассейн содержит 25 - 30 % влаги, которая не только является балластом, но и при хранении и транспортировке в зимнее время затрудняет и удорожает погрузку и выгрузку, является причиной смерзания масс. Расход воды при такой грануляции составляет около 3 м³/т, и для сушки продукта перед помолом требуется дополнительная затрата тепла (топлива).

Полусухая грануляция прогрессивна, поскольку расход воды меньше (до 2 м³/т гранулята), влажность продукта ниже (7 - 15 %), а производительность больше. В настоящее время наибольшее практическое применение имеют гидрожелобной и барабанный способы.

Технологическая схема грануляции шлака на гидрожелобных установках включает следующую цепь аппаратсв: шлакоприемную ванну, желоб длиной от 3 до 20 м, установленный с уклоном от 5 до 15^o, сопловые насадки диаметром 9 - 15 мм для подвода воды в желоб под давлением 0,15 - 0,5 МПа. Под действием напора воды шлаковая пульпа с желоба транспортируется либо в бассейн, либо непосредственно на склад. Наряду с большим преимуществами гидрожелобная грануляция не обеспечивает нормальных экологически:х требований (затопление и обводнение прилегающей территории, наличие вредных парогазовыx выбросов).

При барабанной грануляции имеется шлакоприемная ванна, под которой проложен широкий лоток со щелевыми соплами для подачи воды под струю шлака с давлением 0,2- 0,5 МПа в количестве 0,8 - 1,0 м³/т шлака. С лотка шлак с водой подается на лопастной грануляционный барабан длиной 1,5 - 2,0 и диаметром 1,2 - 1,4 м. При вращении барабана со скоростью 250 - 600 об/мин лопасти разбивают поток шлака и воды на мелкие час: щы шаровидной формы и отбрасывают их на 20 - 40 м. Готовая продукция отгружается грейферным краном потребителю.

Все барабанные установки в основном аналогичны, различен лишь способ подвода охлаждающей воды. Например, на заводе фирмы "Дофаско" (Канада) барабан, вращающийся со скоростью 300 об/мин, имеет полую ось, через которую в него подводится вода. Затем вода через отверстия в стенках барабана выбрасывается наружу, гранулируя стекающий на поверхность барабана шлак. Недостатками барабанного способа грануляции являются наличие вращающихся механизмов (частые ремонты) и пониженное качество продукции (образуется большое количество шлаковых волокон).

Общими недостатками мокрых и полусухих способов грануляции являются несовершенсгво систем оборотного водоснабжения, загрязнение окружающей среды, получение гранулированного шлака повышенной влажности, потери физического тепла шлака. Эти нестатки могут быть устранены путем снижения расхода воды на грануляцшо за счет совершенствования систем подачи воды (оптимизация скорости истечения при использовании сопел различных конструкций и подбора давления; разработка оптимальных конструкций желобов, барабанов с целью интенсификации процесса дробления и охлаждения расплава и т.п.) и улучшения систем оборотного водоснабжения (интенсификация осаждения взвесей и охлаждения воды). Снизить потребление воды и влажность готового продукта можно также при применении водовоздушного способа грануляции, при котором начальная стадия дробления и охлаждения шлака осуществляется при использовании небольшого количества воды (до 0,5 м³ /т шлака), а окончательная грануляция осуществляется за счет подачи сжатого воздуха (до 100 м³ /т).

С целью снижения вредного влияния, особенно на атмосферный воздух (выбросы сероводорода, сернистого ангидрида и серной кислоты), установки грануляции необходимо снабжать системой улавливания парогазовых выбросов (сооружение зонтов, оборудование местными отсосами) и нейтрализовать их [например, известковым молоком Са(ОН)₂] не только в газоочистных установках, но и путем подачи известкового молока в воду, идущую на грануляцию.

Снижение влажности гранулированного шлака может быть достигнуто путем: разработки технологии грануляции, обеспечивающей получение продукции повышенной плотности с малым выходом мелких фракций; обезвоживания шлака при вылеживании в высоких бункерах и штабелях или за счет продувки слоя шлака потоком газа, направленным сверху вниз; диспергирования расплава с помощью механических или пневматических грануляторов.

При мокром и полусухом способе грануляции физическое тепло шлака в основном расходуется на испарение воды и безвозвратно теряется. Известно, что температура скачиваемого шлака достигает 1350 - 1400 ^oС; энтальпия его при этой температуре равна 1680 -1800 кДж/кг, что дает потерю тепла со шлаком в тепловом балансе доменной плавки около 3,5 - 5 %.

Возможная схема использования тепла шлака при водяной грануляции приведсна на рис. 7.1. Грануляция шлака, стекающего из шлакоприемника 1, осуществляется не только при погружении струи шлака в бассейн 2, но и при механическом и термическом воздействии на нее "отработанной" воды из "грязного" контура. Гранулированный шлак непрерывно удаляется из бассейна наклоным ленточным скребковым транспортером 3. Вода в контуре теплового потребителя 5 подогрезается "грязной" водой первого контура в водоводяном бойлере 4. Недостатком зтой схемы является невысокая эффективность водоводяного бойлера из-за сравнительно низкой температуры "грязной" воды (менее 100 ^oС, так как бассейн сообщается с атмосферой и поэтому нагрев воды ограничен температурой кипения воды 100 ^oС). Другим недостатком является то, что вода первичного контура загрязняется не только механически (взвесями), но и химически, поэтому первый контур труб и циркуляционный насос работают в тяжелых условиях из-за абразивного износа и сернокислотной коррозии.

Грануляцию шлака пытались осуществить и контактньм способом (без смешивания шлака и воды). П.К.Аксютиным была предложена схема (рис. 7.2), в которой расплавленный шлак из шлакоприемника 1 по легке 2 перетекаег в шлаковую ванну 5. В ней вращается барабан 4, наружная поверхность которого образована навитой в виде змеевика трубой 5 с входом и выходом в нее воды по оси барабана. Змеевиковая труба снаружи залита чутуном, на гладкую охлаждаемую поверхность которого налипает расплавленный шлак, образуя корку застывшего шлака толщиной от 2 до 15 мм (в зависимости от скорости вращения барабана). Поскольку барабан погружен на треть диаметра в расплавленный и подогреваемый за счет электроэнергии 6 шлак, вода, подаваемая циркуляционным насосом, в змеевиковой трубе нагревается и превращается в пар.

Шлаковая корка на поверхности барабана охлаждается на пути от расплава шлака в ванне до ножа шлакоснимателя 7, и гранулированный шлак сбрасывается в бункер готовой продукции. Меняя скорость вращения барабана, можно изменять толщину шлаковой корки, а следовательно, и производительность установки как по грануляционнму шлаку, так и по получаемому пару.

Воздушная грануляция шлака по схеме, предложенной Н.А.Семененко (рис. 7.3), происходит внутри большого бункера во встречном потоке вдуваемого снизу холодного воздуха. Гранулированный шлак выдается из нижней части камеры-бункера. При начальной температуре шлака 1200 - 1300 ^oС холодный воздух в процессе движения вверх нагревается до 800 - 900 ^oС, а затем используется в котле-утилизаторе змеевикового типа с принудительной циркуляцией пароводяной смеси. Влажный пар из барабана-сепаратора, пройдя через пароперегреватель, перегревается до 450 ^oС и при давлении до 4 МПа отправляется потребителю. Расчеты показывают, что при воздушной грануляции 100 т/ч шлака и его охлаждении от 1300 до 200 ^oС можно получить до 50 т/ч пара энергетических параметров, достаточного для обеспечения работы турбогенератора мощностью 10 МВт. Грануляционные установки с утилизацией тепла шлака технологически и конструкционно сложны и пока находятся в стадии разработки и внедрения.

Переработка шлаков вообще и грануляция его в частности решают проблему экологии в доменном производстве, так как более половины объема шлаков гранулируется, что значительно сокращает площади земельных угодий, отчуждаемых под шлаковые отвалы. Вместе с тем водный и воздушный бассейны на некоторых действующих установках продолжают загрязняться.

Оборотные воды систем грануляции шлаков, как правило, имеют температуру 45 - 75 ^oС, содержат взвешенные вещества (до 2 г/л), обладают щелочной реакцией (рН 9 - 11) и высокой жесткостью (18- 34мг-экв/л).

Загрязняющими воду веществами являются известь (гидратная щелочность 0,8 - 2,6 ммоль/л), сероводород (15 - 175 мг/л), тиосульфаты (300 - 1000 мг/л) и аммиак (20 - 100 мг/л) при общей минерализации до 5,15 г/л. Сброс такой воды в водоемы общественного пользования вызывает их тепловое, химическое и механическое загрязнение, а сброс в источники питьевого водопользования недопустим. Контакт оборотной воды с атмосферой в отстойниках и лотках способствует окислению гидросульфидов в тиосульфаты, а сброс ее в любые водоемы запрещен.

Длительное пребывание высокощелочной воды в резервуарах сопровождается также поглощением углекислоты из атмосферы с образованием кристаллического осадка карбоната кальция в коммуникационных трубопроводах. Радикальным средством защиты водоемов от загрязнения стоками шлакоперерабатывающих установок является создание надежных замкнутых систем оборотного водоснабжения.

При контакте шлакового расплава с водой происходит интенсивное ее испарение, и в результате гидролиза сульфидов в парогазовой смеси появляются токсичные серосодержащие газы (сероводород, сернистый ангидрид, элементарная сера). В зависимости от состава шлака и условий работы грануляциониых установок удельные выбросы сероводорода колеблется от 0,23 до 2,0 кг/т шлака, что намного превышает допустимые нормы по концентрации. Применение поверхностно-активных веществ (ПАВ) от производства целлюлозы в качестве сероподавляющего реагента при грануляции позволяет значительно снизить интенсивность выбросов за счет создания в приемном бункере грануляционных установок мощного пенного слоя. Подача известкового молока в воду перед насосами также способствует выделению сернистых соединений в атмосферу.

Шлаковой пемзой называют пористый материал, получаемый из шлаков при вспучивании в процессе охлаждения воздухом или водой. Образование пор в жидком охлаждающемся шлаке сопровождается увеличением вязкости одновременно с выделением газов, которыми насыщен шлак в горне доменной печи, а также газов, образующихся при разложении сульфидов шлака (СаО, МgS, МnS, FеS), особенно при контакте их с водой: RS + Н₂O = RO + Н₂S и 2Н₂S + 3O₂ = 2Н₂O + 2SO₂. Очевидно, сероводород в данном случае является одним из основных агентов, способствующих образованию пор в шлаке, а вода способствует разложению сульфидов и охлаждению шлака, т.е. увеличению газоудерживающей способности шлака. Чем лучше организован контакт воды и шлака, тем успешнее идет процесс образования пор и тем выше качество шлаковой пемзы.

Качество пемзы оценивается плотностью (в куске и объемной насыпной массе), пористостью, механической прочностью, морозостойкостью, теплопроводностью, жаростойкостью и др. Плотность шлаковой пемзы в куске косвенно характеризует размер и равномерность распределения пор. Объемная насыпная масса - основной показатель шлакопемзового щебня и песка как заполнителей для бетонов.

где р_ш - плотность исходного шлака, кг/м³.

Механическая прочность шлаковой пемзы влияет на общую прочность легких бетонов, поэтому шлаковая пемза оценивается по ГОСТ 9760 - 86, в котором имеется классификация щебня по прочности.

Несмотря на значительное количество пор и большое за счет этого водопоглощение (60 - 75 %), шлаковая пемза обладает сравнительно высокой морозостойкостью (Мрз > 15) и при этом потеря массы непревышает 10 %. Важным показателем шлаковой пемзы является стойкость против всех видов распадов (особенно силикатного). Потеря массы пемзы не должна превышать 5 %.

Теплопроводность шлаковой пемзы зависит как от количества пор, так и от структуры их. Чем ниже теплопроводность, тем меньше масса шлакопемзобетонных конструкций, меньше расход заполнителей и вяжущих для бетонов. Некоторые пемзы имеют коэффициент теплопроводности 0,173 - 0,200 Вт/(м * град), а бетон с пемзовым заполнителем способен выдержать рабочую температуру до 700 ^oС.

Известны несколько способов получения шлаковой пемзы: бассейновый, струйный, траншейный, гидроэкранный, гидрокарбонатный и воздушно-барботажный. Технологическая схема бассейнового способа получения пемзы состоит из одного - двух бассейнов-ванн, в которых сливаемый из ковшей шлак при 1260 - 1320 ^oС обрабатывается водой при расходе ее 0,2 - 0,4 м³/т шлака под давлением 0,08 - 0,1 МПа.

При интенсивном охлаждении увеличивается вязкость шлака, а образующийся пар и выделяющиеся газы вспучивают толщу шлака в ваннах. Кристаллизованная и вспученная масса шлака охлаждается в течение 3 - 5 ч до 100 - 150 ^oС на промежуточном складе. Со склада шлакопемзовая масса транспортируется на дробильно-сортировочный комплекс, где осуществляются первичное и вторичное дробление (обычно на валковых дробилках) и сортировка на грохотах. Готовая продукция (шлакопемзовый щебень и песок) системой транспортеров распределяется по штабелям, откуда отгружается потребителям. Преимуществом бассейнового способа является высокая производительность установки за счет быстрого (в течение 1,5 - 3,0 мин) слива шлака, а недостатком - возможность взрывов при попадании в ванну с водой расплавленного чугуна из шлаковозов.

Получекие шлаковой пемзы в струйных аппаратах основано на использовании кинетической энергии для эжекции, перемешивания и дробления компонентов. В струйном аппарате (рис. 7.4) струя энергоносителя 2 (сжатый воздух или пар) эжектирует воду 3, в образующаяся эмульсия с высокой кинетической энергией воздействует на струю стекающего из приемной камеры 1 шлака, разбивая его, вспучивая и охлаждая. Вспученный шлак 4 с высокой кинетической энергией вылетает из аппарата в виде снопа раскаленных гранул, ударяется о водоохлаждаемый экран 5, конгломерируется и опадает с него в виде плоских кусков на пластинчатый транспортер 6. Во время движения на транспортере полученная пемза слипается, окончательно охлаждается, образуя застывшую массу шириной 60 - 80 и толщиной 15 - 30 см. Эта масса передается на дробление и сортировку, а полученньхй песок фракции 0 - 5 мм и шлакопемзовый щебень фракций от 5 до 60 мм транспортируются в соответствующие штабеля. Такого типа установки работают на ряде предприй как в нашей стране (например, КМК и др.), так и за рубежом. Струйные аппараты обладают следуюищми преимуществами: относительная долговечность из-за отсутствия движущихся частей, контактирующих с расплавленньм шлаком; простота конструкции, обусловливающая. дешевизну изготовления и обслуживания.

Гидроэкранный способ является разновидностью получения пемзы с помощью струйных аппаратов. При этом слособе расплавленный шлак из ковша сливается через приемную воронку в футерованный желоб, в котором он многочисленньми струями воды разбивается на капли. Шлаководяная масса ударяется о водоохлаждаемый экран в конце желоба, где и происходит процесс вспучивания. Вспученная масса стекает на второй желоб, ле дополнительно подвергается воздействию водяных струй. Поризованная тестообразная масса со второго желоба поступает на пластинчатый транспортер, которым окончательно сформованные глыбы пемзы подаются на промежуточный склад. После 48-ч охлаждения пемза транспортируется на дробление, сортировку и складирование по фракциям.

Достоинством гидроэкранного способа производства шлаковой пемзы является сравнительная простота, надежность работы вспенивающего агрегата и возможность изготовлекия пемзы нз распадающихся доменных шлаков. Пемза имеег равномерную мелкопористую структуру с умеренной плотностью. К недостаткам указанного способа можно отнести сравнительно большой расход воды (не менее 1 м³ воды на 1 м³ шлакового расплава) невысокую производительность из-за длительного слива шлака (около 15 мин), сложность конструкции и недостаточную стойкость пластинчатого транспортера.

Наиболее простым и надежным слособом получения шлаковой пемзы является траншейный. Траншеи устраиваются так же, как и при получении шлакового щебня. Отличие состоит в подводе охлаждающей технологической воды, которую подают через эвольвентные сопла, расположенные группами и обеслечивающие при сливе шлака тонкий распыл воды по всей поверхности траншеи, что способствует получению относительно мелкопористого продукта. По окончании слива шлака и выдержки его для окончательной кристаллиздции в течеяие 1,5 ч на воздухе его обильно поливают водой из колонок, так что следующий слой шлака сливают в траншею на увлажненную поверхность предьщущего.

Пористый шлак из заполненной траншеи отгружают на транспортеры для последующего дробления и сортировки. Для первичного дробления обычно используют щековые или роторные дробилки, а для вторичиого - двухвалковые. После рассева на грохотах по фракциям готовый продукт системой транспортеров подают на открытый склад для хранения и отгрузки потребителям.

Гидробарабанный способ производства шлаковой пемзы из доменного шлака позволяет получать шлаковую пемзу, отличающуюся легковесностью, достаточной механической прочностью, однородной мелкопористой структурой, высокой морозостойкостью и устойчивостью против силикатного распада. При этом способе шлак из ковша сливают в приемный желоб, с которого он попадает в камеру (поризатор), где подвергается воздействию струй воды, выходящей из гидронасадки под давлением до 0,8 МПа. Вслсдствие резкого охлаждения и увеличения вязкости шлак вспучивается и эта масса из поризатора попадает на вращаюшийся барабан, оборудованный лопастями. Масса шлака разбивдется лопастями на отдельные гранулы и отбрасьвается на площадку вблизи барабана. При этом происходит частичное слипание гранул, переформирование пор в более мелкие, однородные.

Опыты показали, что можно снизить плотность шлаковой пемзы, улучшить ее структуру и зерновой состав, если, например, в технологическую воду ввести известняковую эмульсию, песчаные и иловые фракции или некоторые шламы - отходы производства и т.п. Особенно следует обратить внимание на энерготехнологическое использование шлакового расплава в тех случаях, когда вблизи имеются тепловые потребители. В качестве принципиальной схемы энерготехнологического использования тепла шлакового расплава при получении пемзы можно рассмотреть установку, приведенную на рис. 7.5

Шлак из печи 1 в поризаторе 2 за счет барботажной продувки расплава сжатым холодным воздухом с газообразующей пылью размолотого известняка, подаваемого питателем из бункера 5, охлаждается с увеличением вязкости и вспучивания. Последующее охлаждение шлака с продолжением вспучивания происходит сначала в формователе 3, а затем в камере-охладителе 4. При этом пемза охлаждается до 200 ^oС, а воздух в охладителе и поризаторе нагревается до 460 - 550 ^oС и может быть использован в качестве горячего дутья в самом печном агрегате или другими тепловыми потребителями. Энерготехнологическое использование шлака только от одной печи объемом 1300 м³ позволит экономить до 60 - 70 т у.т/сут, или до 20 тыс.т у.т/год.

В настоящее время нашей промышленностью выпускаются пемзы с насыпной плотностью 600 - 800 кг/м³, маркой по прочности П75-П125, объемом межзерновых пустот 0,48 - 0,55 %, теплопроводностью в засыпке 0,18 - 0,28 Вт/(м * град), морозостойкостью более 15 циклов.

Производство шлаковой пемзы, (так же, как и гравия) сопровождается образованием в парогазовой смеси сернистых соединений (сероводород и сернистый газ в соотношении до 1:10), намного превышающих ПДК. При выгрузке поризованной массы, а также в период охлаждения ее образуется пыль с размером частиц 25 - 40 мкм (55 %) и > 40 мкм (31 %), содержание которой доходит до 3 - 4 г/м³. Поэтому при решении вопросов защиты воздушного бассейна необходимо учитывать возможность локализации выбросов. Например, при траншейно-брызгальном способе эту проблему не решить из-за больших плошадей пылегазовых выделений, а над гидроэкранными и другими компактными установками можно смонтировать паросборники и местные отсосы с последующей очисткой в громоздких и неэкономичных скрубберах.

Снижения выделения вредных выбросов можно достичь, интенсифицируя охлаждение пемзы еще до начала вылеживания ее на площадке, а также используя безводные способы производства шлаковой пемзы.

В настоящее время минераловатные изделия как тепло- и звукоизоляционные материалы широко используются в строительстве. Теплоизоляционные свойства минеральной ваты и изделий из нее обусловлены их структурным строением - высокой пористостью. Например, минераловатный войлок на синтетической связке имеет объемную массу 50 - 300 кг/м³ и X = 0,125 - 0,209 кДж/(м* ч * град).

Выпускаемая заводами минеральная вата на 80 - 90 % состоит из волокон диаметром до 7 мкм, длиной 2-10 мм, содержит шаровидные или грушевидные корольки, ухудшающие ее свойства. Сырьем для производства минераловатных изделий являются кислые доменные шлаки, богатые кремнеземом и глиноземом, а также ваграночные и мартеновские шлаки. Минеральную вату получают, воздействуя энергоносителем (газообразным или механическим) на струю силикатного расплава. При этом происходят распад струи расплава на элементарные струйки, их фонтанирование из капель и вытяжка.

При производстве минераловатной продукции с целью экономии топлива желательно вести процесс из первичных жидких шлаков (без вторичного переплава холодного шлака в вагранках, ванных и других печах). Шлак из шлаковозного ковша сливают в печь-шлакоприемник, куда вводят необходимые добавки и дополнительно разогревают шлак до 1400 - 1450 ^oС, затрачивая на это до 11 - 16 кг у.т/м³ минераватных плит.

На рис. 7.6 представлена технологическая схема производства минераловатных плит. После слива шлака из ковша 1 и подогрева его в ванной печи 2 шлак поступает в центрифугу 4 для раздува и смешивания с распылекной связкой 3. Сырой минераловатный ковер после полимеризации 5 и высушивания 6 раскраивается ножницами 7 на мерные плиты и транспортируется на склад для отправки потребителю. Волокнообразование может осуществляться дутьевьм, центробежным или комбинированным способом. При использовании первого способа на струю перегретого шлакв диаметром 3 - 10 мм воздействуют под углом 10- 20^o высокоскоростньм потоком пара или сжатого воздуха (дьмовых газов) для разделения струи и вытягивания волокон из тонких струек. При центробежном способе волокна образуются за счет воздействия на струю или пленку шлака центробежных сил (центрифуга). Около 85 % минераловатной продукции в стране получают комбинированным (центробежно-дутьевым) методом с использованием центрифуги перегрстого до 400 ^oС пара, так как при его истечении из сопел получается наибольшая скорость. Расход пара 1,2- 1,4 т/т ваты.

В качестве связки при производстве минераловатной продукции чаще всего используют фенолформальдегидные смолы (фенол С₆Н₅ОН с формальдегидом НСОН), которые хорошо растворяются в воде, слирте, щелочах, а при нагреве до 180 - 200 ^o С теряют растворимость в воде и переходят в твердое неплавкое состояние (полимеризуются). Приготовление связки заключается в перемешивании одной объемной части фенолоспирта с 2 - 4 объемами воды. Такая связка при расходе 9-12 кг/м³ ваты распылением наносится на волокно в камере волокноосаждения. Толщина минераловатного ковра о камере полимеризации регулируется величиной зазора между верхним и нижним транспортерами. Полимеризация и сушка ковра осуществляются продуктами сгорания топлива, циркулирующими из подподовых топок. Задача теплотехников - добиться снижения потерь тепла (особенно с уходящими из камеры газами) путем рациональной организации рециркуляции газов как в самой камере, так и у материала. Задачей экологов и химиков является отыскание "чистой" связки, безвредной для здоровья как производственников, так и потребителей минераловатной продукции. Задача технологов - получение минераловатных изделий с более высокими прочностными показатслями (> 0,4 кг/см² ) с объемной массой до 200 - 250 кг/м³ и регулируемым диаметром волокон (8-2 мкм).

Шлаки содержат соединения фосфора - фосфаты, а также микроэлементы, которые благоприятно влияют на развитие растений. Кроме того, наличие в шлаке до 60 % СаО не только способствует питанию растений, но и снижает кислотность почвы, разрыхляет ее, способствуя удержанию влаги, возбуждает жизнедеятельность полезных микроорганизмов. Магний и другие микроэлементы принимают участие в фотосинтезе.

Известно, что при использовании удобрений окисленность почв увеличивается. Для нейтрализации кислых почв обычно используют молотую известь и доломит, расход которых можно значительно снизить, применяя для этой цели металлургические шлаки с Мо > 1 и содержанием СаО и МgO> 43 %. Ресурсы таких шлаков - более 20 млн.т/год.

В доменных шлаках СаО связана с SiO₂ и Аl₂O₃ в силикаты и алюмосиликаты, которые легко разлагаются в почве. Однако в настоящее время сами шлаки редко применяются как известковые удобрения, а используются для переработки на удобрения, в частности для получения измельченной муки.

Использование доменных шлаков в качестве известьсодержащих удобрений известно давно. Доказана эффективность применения доменных шлаков в сельском хозяйстве в виде гранул, так как влияние извести шлака длится 10 - 15 лет и за этот срок крупные зерна успевают разложиться. Крупнозернистый гранулированный шлак получают на большинстве заводов за пределами доменного цеха - на установках бассейнового или гидрожелобного типа. Такой шлак отличается повышенным содержанием частиц размером 1 мм, а также наличием частиц размером 2,9 - 10 мм, не пылит, не подвергается слеживанию, может вноситься в почву как в зимних, так и в летних условиях и дешевле известковой муки, полученной из доменного шлака.