«Черный нищий» ждет своего часа. Н.А.Мезенин. Занимательно о железе

Металл и шлак - два основных продукта металлургического производства. Первому, как принцу в сказке, все почести и слава; другому, как нищему, никакого внимания. Шлак, этот «черный нищий», вызывал у металлургов только досаду и заботу о том, как бы его сбыть на свалку с меньшими затратами. И так продолжалось веками.

Металлургический комбинат "Днепроспецсталь" (Запорожье) намерен увеличить объем добычи скрапа на своем участке шлаковых отходов в районе балки "Средняя" (Вольнянский район Запорожской области) на 5 - 10 %, или на 0,1 - 0,2 тыс. т. до 2,3 - 2,4 тыс. т. в месяц до 2009 года (metallurgy.at.ua).

В нашей стране сейчас запасы доменных шлаков в отвалах превышают 500 млн. т. Ежегодно эти «запасы» растут; ведь на каждую тонну выплавленного чугуна приходится почти 700 кг шлака.

Нельзя сказать, что металлурги не пробовали использовать шлаки. Эпизодические сообщения появлялись в различных технических изданиях прошлого века. «Журнал мануфактур и торговли» в 1853 г. сообщал:

«Кунингем, мастер на железоделательном заводе в Глазго, предложил недавно извлекать пользу из доменных шлаков, которые до сих пор составляли ни к чему не годный громоздкий хлам, от которого всякий завод с радостью готов избавиться.

С этой целью расплавленные шлаки при самом выходе из печи выпускаются в наполненные водой резервуары, где от быстрого охлаждения они растрескиваются и распадаются на части».

Полученные таким способом шлаки использовались на строительстве дорог, а после химической переработки они даже «служат отличным удобрением для земли».

Заводчик Робинсон, в Ньюкастле, перерабатывал шлаки в расплавленном виде «в более или менее значительные плиты, которые употребляются для кровли домов и на другие поделки».

«Горный журнал» также неоднократно сообщал о примерах полезного применения шлаков. Так, в 1865 г. в нем писали:

«Открытие практического и экономического способа употребления шлаков из доменных печей составляет один из важных вопросов для заводчиков. Хотя время от времени делались попытки приготовления из шлаков рыночных изделий, и многие помнят интерес, возбужденный прекрасными образцами искусственных мраморов, сделанных из доменных шлаков Д. Смитом из Филадельфии, но до сих пор изобретения эти не приняли характера правильного производства».

Тут же сообщалось, что директор железных заводов Эбв-Вёль г-н Парри взял привилегию на изобретение. Вместо превращения доменных шлаков в порошок толчением Парри предлагает пускать из-под желоба, по которому шлаки вытекают из печи, струи пара или перегретого пара; можно также употреблять струи воздуха или воды».

Так была сформулирована идея грануляции шлака.

Имеются сведения об использовании шлаков и в России. На одном из заводов в Екатеринославле в конце XIX в. ежедневно формовалось до 40 000 кирпичей из доменных шлаков. Шлаки для этого гранулировали и смешивали с известью.

Но наиболее планомерное и массовое использование шлаков началось в XX в.

В 1824 г. Джон Аспдин в Лондоне и Егор Челиев в Москве одновременно изобрели портландцемент (силикатцемент).

Для выпуска 1 000 т его требуется: 1 500 т известняка, 500 т мергеля, 40 т гипса, 110 т антрацита, 110 т каменного угля. Расходуется огромное количество минерального сырья. А мировое производство цемента растет с каждым годом. Если в 90-х годах XIX в. производство цемента во всем мире составляло 10 - 12 млн. т, то в 1967 г. оно достигло 481 млн. т.

Понятен поэтому интерес специалистов к новым, более распространенным и дешевым сырьевым материалам.

Вместо глины (или мергеля) при производстве цемента можно использовать диатомит, трепел, глинистые сланцы, а также доменные шлаки. Быстро охлажденные металлургические шлаки заменяют часть клинкера в цементах. Такой цемент, содержащий от 20 до 80 % шлака, устойчив от воздействия минерализованных вод, обладает высокой прочностью.

Шлак можно использовать и для создания более высококачественных цементов, например глиноземистого цемента, но главным образом для выпуска шлакопортландцемента: он получается путем совместного помола цементного клинкера и гранулированного доменного шлака. Количество шлака составляет 30 - 75 % от массы цемента. Стоимость цемента за счет использования шлака на четверть ниже обычного.

По сравнению с портландцементом шлакоцемент медленно схватывается и медленно твердеет в первые дни. Однако он имеет дополнительное преимущество - повышенную стойкость в растворах солей, что является важным качеством для многих строительных сооружений.

Обратите внимание на эти два состава:
21% SiO₂, 5% Al₂O₃, 5% Fe₂O₃, 63% CaO и
38% SiO₂, 10% Al₂O₃, 1% FeO, 50% CaO.

Это - химические составы высокопрочного портландцемента и доменного шлака. Специалисты давно обратили внимание на это поразительное сходство и многие настойчиво искали способ превращения шлака сразу в цемент. Одни увеличивали количество извести в шихте доменной печи при плавке, другие добавляли известняк или известь в ковш с жидким шлаком, третьи даже переплавляли шлак с известью в электропечи. Но все это не давало нужных результатов.

Осенью 1942 г. этой проблемой занялся молодой советский ученый В. В. Серов. И два года спустя он предложил оригинальный конвертерный способ обогащения жидких доменных шлаков для получения плавленого цементного клинкера. Первый в мире опытный конвертер, сконструированный Серовым, был построен из бросовых материалов в угольном отделении Невьянского цементного завода, куда была эвакуирована лаборатория. Здесь и были получены первые десятки килограммов плавленого клинкера. В 1946 г. В. В. Серов погиб во время автомобильной катастрофы, не успев закончить опытов. О продолжении опытов рассказывал на страницах «Экономической газеты» журналист А. Гудимов.

Соратники Серова, вернувшись с фронтов Отечественной войны, принялись за сооружение новой конвертерной установки для продолжения исследований. Их поддержали академик И. П. Бардин, профессор Б. Скрамтаев. Для создания крупного конвертера потребовалось шесть лет. Экспериментальная проверка установки в 1956 - 1960 гг. подтвердила возможность технического осуществления способа В. В. Серова. Впервые в мире жидкий доменный шлак был превращен в сотни тонн добротного плавленого портландцементного клинкера. Удалось создать и плавленый глиноземистый цемент, необходимый для жаропрочных бетонов и для катализаторов высокотемпературных процессов.

Результаты обнадеживали. Технологическая схема производства цементного клинкера была проще благодаря исключению операций по грануляции шлака, сушке шлака и размолу сырьевой смеси.

Изобретение Серова продолжало доказывать свое право на жизнь. У него выявились новые возможности. В 60-х годах ученые ЦНИИЧМ провели на Тульской конвертерной установке плавку известково-глиноземистого сталерафинировочного шлака - и добились успеха. Они выяснили, что эти шлаки дважды можно использовать для рафинирования стали, а в третий раз из них можно получать клинкер глиноземистого быстротвердеющего цемента.

Тульский филиал ЦНИИЧМ провел восстановительную плавку железорудных концентратов для прямого получения жидкого металла.

Сотрудники института «Гипроникель» провели на конвертере восстановительные плавки окисленных никелевых руд на штейн и ферроникель. Выявились новые, более эффективные пути в технологии производства. В 1965 - 1966 гг. в конвертере проводили опытные плавки по получению каменного литья.

Имеются конструктивные предложения для того, чтобы повысить технико-экономическую целесообразность нового способа. Например, пока что у водоохлаждаемого конвертера тепловой к.п.д. около 25 %. Конвертер предлагают заменить котлоконвертерным плавильным агрегатом, где тепло, отнимаемое от расплава и высокотемпературных продуктов сгорания, будет использоваться более полно. Тепловой к.п.д. повысится до 70 - 75 %. Стойкость нового агрегата при воздействии высоких температур должна быть намного выше.

Использована публикация:
Мезенин Н.А. Занимательно о железе. М. "Металлургия", 1972. 200 с.
стр. 160 - 165.

Web-сайт “Термист” (termist.com)
Термомеханическое упрочнение арматурного проката

Отсутствие ссылки на использованный материал является нарушением заповеди "Не укради"

Главная	О сайте	Стандарты	Технология	Устройства
Лаборатория	Библиотека	Глоссарий	Желтые страницы	Обратная связь

«Черный нищий» ждет своего часа

(Часть 1)