RU2023693C1

RU2023693C1 - Process for manufacture of slag pumice

Info

Publication number: RU2023693C1
Authority: RU
Inventors: Я.Ш. Школьник; Н.В. Орининский; С.А. Агафонов; А.А. Дерябин
Priority date: 1992-09-18
Filing date: 1992-09-18
Publication date: 1994-11-30

Abstract

FIELD: manufacture of constructional materials. SUBSTANCE: this process for manufacture of slag pumice includes such steps as making slag melt porous using water, subjecting melt to vibration at frequency of 650 to 850 oscillations per minute and crushing porous stock at liquidus temperature T_liq of 50 to 150 C and impact energy of 150 to 300 kJ. EFFECT: more sophisticated technique. 3 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано для производства шлаковой пемзы из жидких доменных шлаков. The invention relates to the metallurgical industry and can be used for the production of slag pumice from liquid blast furnace slag.

Известен способ производства шлаковой пемзы, включающий поризацию шлакового расплава водовоздушным потоком. Способ имеет ряд существенных недостатков. Так, взаимодействие шлаковой струи с высоконапорным водовоздушным потоком приводит к повышенному выходу песка (фракции 0-5 мм). Опыт эксплуатации шлакопемзовой установки на Новолипецком металлургическом комбинате показал, что в готовом продукте содержится примерно поровну граншлака и пористого щебня. Процесс поризации жидкого шлака практически не поддается регулированию, в результате получается материал, неоднородный по насыпной плотности. Кроме того в период поризации образуется большое количество парогазовых выбросов (≈1200 м³/т шлака), содержащих сернистые соединения. Их очистка требует значительных затрат [1].A known method for the production of slag pumice, including the porization of the slag melt by a water stream. The method has several significant disadvantages. Thus, the interaction of a slag stream with a high-pressure water-air flow leads to an increased output of sand (fractions 0-5 mm). The operating experience of the slag pumice plant at the Novolipetsk Metallurgical Combine showed that the finished product contains approximately equal amounts of granulated slag and porous gravel. The process of porous liquid slag is practically uncontrollable; as a result, a material that is inhomogeneous in bulk density is obtained. In addition, a large amount of gas-vapor emissions (≈1200 m ³ / t of slag) containing sulfur compounds is formed during the porous period. Their cleaning requires significant costs [1].

Известен способ производства шлаковой пемзы, разработанный канадской фирмой "Нэшнл слэг". Способ предусматривает первоначально обработку жидкого шлака струями технологической воды. Затем частично охлажденный и вспученный шлак поступает на виброжелоб, где происходит окончательное формирование его пористой структуры. После этого вспученная пиропластичная масса разбивается на гранулы лопастным барабаном [2]. A known method for the production of slag pumice, developed by the Canadian company "National Slag". The method involves initially processing liquid slag with jets of process water. Then, partially cooled and expanded slag enters the vibratory gutter, where its porous structure is finally formed. After this, the expanded pyroplastic mass is broken into granules with a blade drum [2].

Недостатками способа являются большая плотность шлаковой пемзы (800-950 кг/м³), высокий расход воды (до 1 м³/т расплава, что приводит к образованию до 1000 м³/пара) и преобладание мелких фракций (менее 5 мм) в готовом продукте. Это является следствием того, что начало поризации расплава осуществляют до попадания его на виброжелоб. Кроме того, в способе отсутствуют четкие рекомендации по параметрам работы виброжелоба и температуре дробления поризованной массы.The disadvantages of the method are the high density of slag pumice (800-950 kg / m ³ ), high water consumption (up to 1 m ³ / t of melt, which leads to the formation of up to 1000 m ³ / pair) and the predominance of fine fractions (less than 5 mm) in finished product. This is a consequence of the fact that the beginning of the melt porosity is carried out before it enters the vibratory gutter. In addition, the method does not have clear recommendations on the parameters of the vibratory chute and the crushing temperature of the porous mass.

Наиболее близким к предлагаемому является способ производства шлаковой пемзы, предусматривающий вспучивание шлакового расплава водой непосредственно на вибропоризаторе и последующее дробление поризованной массы лопастным барабаном. Частота колебаний вибропоризатора находится в пределах 500-600 в минуту, амплитуда 10-20 мм [3]. Closest to the proposed is a method for the production of slag pumice, which involves the expansion of the slag melt with water directly on a vibrator and subsequent crushing of the porous mass with a blade drum. The vibration frequency of the vibrator is in the range of 500-600 per minute, the amplitude of 10-20 mm [3].

Недостатком способа является то, что получаемая шлаковая пемза имеет относительно высокую (700-800 кг/м³) насыпную плотность и недостаточное количество стекловидной фазы, что снижает эффективность использования пемзы в легких бетонах. Кроме того готовая продукция имеет высокое содержание фракции > 40 мм. Это является следствием того, что параметры вибрации шлакового расплава, температура начала дробления поризованной массы и энергия дробления не являются оптимальными.The disadvantage of this method is that the resulting slag pumice has a relatively high (700-800 kg / m ³ ) bulk density and an insufficient amount of the vitreous phase, which reduces the efficiency of using pumice in lightweight concrete. In addition, the finished product has a high fraction content> 40 mm. This is a consequence of the fact that the vibration parameters of the slag melt, the temperature of the onset of crushing of the porous mass, and the energy of crushing are not optimal.

Цель изобретения - снижение насыпной плотности шлаковой пемзы и получение материала с требуемым фракционным и фазовым составом (соотношение кристаллической и стекловидной фаз) для эффективного использования пемзы в легких бетонах. The purpose of the invention is to reduce the bulk density of slag pumice and obtaining a material with the desired fractional and phase composition (ratio of crystalline and glassy phases) for the effective use of pumice in lightweight concrete.

Цель достигается тем, что производство шлаковой пемзы осуществляют путем поризации шлакового расплава водой с одновременной его вибрацией и последующим дроблением поризованной массы на гранулы. При этом вибрацию расплава осуществляют с частотой колебания в пределах 650-850 в минуту, а дробление поризованной массы на гранулы производят при температуре Т_ликв. = (50-150)^оС с энергией удара 150-300 кДж. Указанные параметры являются оптимальными, установлены экспериментально и обеспечивают высокое качество шлаковой пемзы, как заполнителя легких бетонов.The goal is achieved by the fact that the production of slag pumice is carried out by porousizing the slag melt with water with simultaneous vibration and subsequent crushing of the porous mass into granules. In this case, the melt is vibrated with a vibration frequency in the range of 650-850 per minute, and crushing of the porous mass into granules is carried out at a temperature of T _liquor . = (50-150) ^о С with impact energy of 150-300 kJ. The indicated parameters are optimal, established experimentally and provide high quality slag pumice as a filler of lightweight concrete.

Поризация шлакового расплава является результатом образования в его объеме газовых пузырьков и их стабилизации. При обработке шлака водой пузырьки в нем появляются в результате испарения воды и выделения растворенных газов при охлаждении расплава. Увеличить скорость и полноту выделения газовой фазы из расплава можно было бы за счет увеличения количества воды, подаваемой на поризацию. Однако этот путь ограничен, так как приводит к резкому повышению объема пара и вредных сернистых соединений, а также увеличению доли песка в шлаковой пемзе. Porization of slag melt is the result of the formation of gas bubbles in its volume and their stabilization. When slag is treated with water, bubbles appear in it as a result of evaporation of water and evolution of dissolved gases during cooling of the melt. It would be possible to increase the rate and completeness of the evolution of the gas phase from the melt by increasing the amount of water supplied to the porization. However, this path is limited, as it leads to a sharp increase in the volume of steam and harmful sulfur compounds, as well as an increase in the proportion of sand in slag pumice.

Известна дегазация расплавов при вибрации. Ее эффект зависит от плотности расплава, температуры и параметров вибрации. Вибрация без одновременного снижения температуры не приводит к заметной поризации расплава. Known degassing of melts during vibration. Its effect depends on the density of the melt, temperature and vibration parameters. Vibration without a simultaneous decrease in temperature does not lead to appreciable melt porosity.

Сочетание же одновременной подачи в объем шлакового расплава воды и его вибрации способствует интенсивной поризации расплава. Экспериментально установили, что при частоте вибрации расплава ниже 650 в минуту объемная масса пемзы возрастает за счет снижения интенсивности выделения газовой фазы. Превышение частоты колебаний выше 850 в минуту также приводит к увеличению объемной массы пемзы за счет того, что скорость выделения газа из расплава превышает скорость нарастания вязкости, в результате чего фиксации газовых пузырьков в расплаве не происходит, а наблюдается его дегазация. The combination of simultaneous supply into the volume of slag melt of water and its vibration contributes to intense porosity of the melt. It was established experimentally that at a melt vibration frequency below 650 per minute, the bulk mass of pumice increases due to a decrease in the intensity of evolution of the gas phase. Exceeding the oscillation frequency above 850 per minute also leads to an increase in the bulk mass of pumice due to the fact that the rate of gas evolution from the melt exceeds the rate of increase in viscosity, as a result of which gas bubbles are not fixed in the melt, but its degassing is observed.

Оптимальный интервал температуры дробления поризованной массы расплава на гранулы в пределах Т_ликв = (50-150)^оС объясняется достижением в пемзе благоприятного соотношения стекловидной и кристаллической фаз, которое играет существенную роль в свойствах заполнителей легких бетонов. В частности, оно влияет на теплопроводность бетона и характер сцепления заполнителя с растворной частью бетона. С увеличением доли стекловидной фазы, особенно в поверхностном слое заполнителя, эти показатели улучшаются. С другой стороны, наличие кристаллической фазы в заполнителе повышает его прочностные свойства. Экспериментально установили, что приемлемое соотношение количеств стекловидной и кристаллической фаз достигается при дроблении поризованной массы при температуре Т_ликв. = (50-150)^оС. С увеличением основности исходного шлака интервал дробления смещается в сторону более высоких температур.The optimum temperature range for the crushing of the porous mass of the melt into granules within T _liquor = (50-150) ^о С is explained by the achievement in pumice of a favorable ratio of vitreous and crystalline phases, which plays a significant role in the properties of aggregates of lightweight concrete. In particular, it affects the thermal conductivity of concrete and the nature of adhesion of the aggregate with the mortar part of concrete. With an increase in the proportion of the vitreous phase, especially in the surface layer of the aggregate, these indicators improve. On the other hand, the presence of a crystalline phase in the aggregate increases its strength properties. It was experimentally established that an acceptable ratio of the amounts of vitreous and crystalline phases is achieved by crushing the porous mass at a temperature T _liquor. = (50-150) ^о С. With an increase in the basicity of the initial slag, the crushing interval shifts toward higher temperatures.

Экспериментально установлено, что энергия удара для дробления поризованной массы на гранулы должна находиться в пределах 150-350 кДж. Снижение ее ниже 150 кДж увеличивает долю частиц фракции 40 мм, которые недостаточно охлаждаются в полете и приводят к спеканию гранул. Увеличение же энергии удара сверх 300 кДж приводит к переизмельчению готового продукта и увеличению доли мелких фракций пемзы (песка). It was experimentally established that the impact energy for crushing the porous mass into granules should be in the range of 150-350 kJ. Lowering it below 150 kJ increases the fraction of particles of the 40 mm fraction, which are not sufficiently cooled in flight and lead to sintering of the granules. An increase in impact energy in excess of 300 kJ leads to over-grinding of the finished product and an increase in the proportion of fine fractions of pumice (sand).

Результаты влияния параметров вибрации шлакового расплава, температура дробления поризованной массы и энергии дробления на качество и фракционный состав получаемой пемзы, которые позволили установить оптимальные их значения, приведены в табл.1,2,3. The results of the influence of the vibration parameters of the slag melt, the crushing temperature of the porous mass and the crushing energy on the quality and fractional composition of the resulting pumice stone, which made it possible to establish their optimal values, are given in Tables 1,2,3.

На чертеже представлена схема предлагаемой установки. The drawing shows a diagram of the proposed installation.

Установка включает приемную ванну 1, вибропоризатор 2, выполненный в виде металлического желоба с форсунками для подачи технологической воды, установленного на раму грохота 3, направляющий лоток 4, вращающийся лопастной барабан 5 для дробления поризованной массы на гранулы. The installation includes a receiving bath 1, a dipstick 2, made in the form of a metal chute with nozzles for supplying process water mounted on the screen frame 3, a guide tray 4, a rotating blade drum 5 for crushing porous mass into granules.

Шлак из ковша сливают в шлаковую ванну, из которой он поступает на вибропоризатор с частотой колебания 650-850 в минуту, где он одновременно подвергается обработке водой, подающейся из форсунок. В данном случае за счет барботирования осуществляется равномерный контакт всего объема расплава с поризующим реагентом. Порции воды, стекающие из отверстий, пронизывают слой расплава, частично охлаждая и повышая его вязкость. Водяные пары, а также заключенные в шлаке газы, встречая противодействие вязкого расплава, вспучивают его. При достижении температуры поризованной массы Т_ликв = (50-150)^оС она по направляющему лотку поступает на вращающийся лопастной барабан. Массы каждой лопасти барабана и линейная скорость вращения должны обеспечивать энергию удара по массе поризованного расплава в пределах 150-350 кДж. При ударе лопасти вспученная пиропластичная масса дробится на гранулы. Во время полета гранулы за счет сил поверхностного натяжения принимают округлую форму, охлаждаются и попадают на промежуточный склад, формируя штабель гравия. Высокая скорость гранул в полете обеспечивает переход части жидкой фазы в стеклообразное состояние.Slag from the ladle is poured into a slag bath, from which it enters the vibrator with an oscillation frequency of 650-850 per minute, where it is simultaneously treated with water flowing from the nozzles. In this case, due to sparging, uniform contact of the entire melt volume with the pores is carried out. Portions of water flowing from the holes penetrate the melt layer, partially cooling and increasing its viscosity. Water vapor, as well as gases enclosed in the slag, encountering the reaction of a viscous melt, swell it. Upon reaching the porous mass _Licv T = temperature (50-150) ^C she enters via the guide chute onto a rotating blade drum. The masses of each drum blade and the linear rotation speed should provide impact energy over the mass of the porous melt in the range of 150-350 kJ. Upon impact of the blade, the expanded pyroplastic mass is crushed into granules. During the flight, the granules take a rounded shape due to surface tension forces, cool and fall into an intermediate warehouse, forming a stack of gravel. The high speed of the granules in flight ensures the transition of part of the liquid phase to a glassy state.

Способ производства шлаковой пемзы обеспечивает получение материала с равномерной мелкопористой структурой и объемной плотностью в пределах 550-650 кг/м³ для фракции 5-10 мм, 95% гранул имеют размер менее 40 мм, поэтому получаемый материал не требует дополнительного дробления. Формирование в структуре пемзы до 50% стекловидной фазы на 20-25% снижает расход цемента при использовании ее для производства бетонов.The method of producing slag pumice provides a material with a uniform finely porous structure and bulk density in the range of 550-650 kg / m ³ for a fraction of 5-10 mm, 95% of the granules have a size of less than 40 mm, so the resulting material does not require additional crushing. The formation in the structure of pumice to 50% of the vitreous phase by 20-25% reduces the consumption of cement when using it for the production of concrete.

Claims

METHOD FOR PRODUCING SLAG PUMPUS by porous slag melt with water and its vibration and crushing of the porous mass into granules, characterized in that the melt is vibrated at a frequency of 650 - 850 vibrations / min, and the porous mass is crushed at a temperature T _liquid. -50 - 150 ^o With impact energy of 150 - 300 kJ.