Граншлак

Установка для виробництва граншлаку у Австралії у 1930-х роках.

Шлак завжи був побічним продуктом металургійного виробництва. Доменні печі на зламі 19 і 20 століть виплавляли 1 т шлаку на 1 т чавуну. Велика кількість шлаку завжди викликала проблему його утилізації. Він переважно вивозився у відвали, де й накопичувався. В наш час (2017), завдяки впровадженню збагачення залізних руд вихід шлаку становить 200—500 кг на 1 т чавуну.[1] Перше комерційне використання ганульованого шлаку відноситься приблизно до 1859 року, коли його почали застосовувати для виробництва цегли. У 2-ій половині 19 століття були відкриті в'яжуючі властивості граншлаку і наприкінці 19 століття його вперше було використано при виробництві цементу. З кінця 1950-х років з доменного граншлаку почали виготовляти мелений гранульований шлак, який почали широко використовувати у виробництві бетонів у суміші з портландцементом.[2]

Доменний гранульований шлак являє собою дрібнозернистий сипкий матеріал у вигляді склоподібних або кристалічних гранул з середнім розміром 2-8 мм. За своїм виглядом нагадує пісок. Щільність шлаку, залежно від складу, становить 2,8 — 3 г/см³.

До 2000-х років властивості доменного граншлаку регулювалися ГОСТ 3476-74, пізніше — ДСТУ Б В.2.7-261:2011 «Шлаки доменні та електротермофосфорні гранульовані для виробництва цементів. Технічні умови», який було замінено на ДСТУ Б В.2.7-302:2014 «Шлак доменний гранульований для цементів, бетонів і будівельних розчинів», прийнятий Міністерством регіонального розвитку, будівництва та житлово-комунального господарства України. Цей стандарт встановлює вимоги до хімічних і фізичних властивостей гранульованого доменного шлаку.[3]

Установка припічної грануляції шлаку на одній з доменних печей Тіссайдського металургійного заводу, Англія.

Гранульований доменний шлак одержують з рідкого гарячого доменного шлаку швидким охолодженням у струмені води. Шлак, з якого виготовляють граншлак, є побічним продуктом доменної плавки і складається з пустої породи залізної руди.

Під час випуску продуктів плавки з доменної печі виходять рідкий чавун і шлак. Рідкий шлак по шлаковому жолобу спрямовується до шлаковозів і далі — до установки грануляції шлаку, що може знаходитись на відстані кількох кілометрів від печі. На багатьох доменних печах існують установки припічної грануляції шлаку, які встановлюються безпосередньо біля печі. В цьому випадку шлаковози не використовуються, рідкий шлак стікає до установки й піддається грануляції біля печі.

Вихід шлаку на сучасній доменній печі становить 200—500 кг на 1 т чавуну. Доменна піч великого об'єму виплавляє 8000-12000 т чавуну на день, відтак річний вихід шлаку на такій печі становить понад 1 млн т.[1] Оскільки світове виробництво доменного чавуну становить біля 1,1 млрд т на рік, то річне світове виробництво шлаку може оцінюватися у кілька сотень мільйонів тон. Далеко не весь шлак піддається грануляції, частина його використовується в іншій спосіб, наприклад, охолоджується без води, внаслідок чого одержують відвальний шлак. Вирізняють три способи грануляції: мокрий, напівсухий і сухий. Найширше використовується мокра грануляція.

Установки барабанної грануляції

На барабанних установках рідкий шлак зі шлакового ковша зливається по лотіку у приймальну ванну, в якій вловлюється чавун, якщо він потрапив у ковші. Ванна встановлюється на візку і у разі закозлення (накопичення й застигання в ній чавуну) може бути замінена резервною. З приймальної ванни шлак через зливний носок потрапляє на барабан. На носок подається вода, що викликає спінювання й часткове гранулювання шлаку. При потраплянні на лопатки барабану, що обертається, шлак розбивається й додатково гранулюється у пароводяному середовищі, що утворюється навколо барабана. Гранульований шлак відкидається барабаном на значну відстань. У повітрі гранули охолоджуються й поновністю твердішають. Після грануляції шлак накопичується у вигляді купи. Він перемішується і за допомоги скреперної лебідки подається у бункер, з якого завантажується у залізничні вагони.[4]

Заливання струменю шлаку водою.

Схема частини установки, в якій відбувається грануляція.

Барабан для механічного подрібнення шлаку.

Барабанна установка для напівсухої грануляції шлаку.

Немелений гранульований доменний шлак, як правило, застосовують при виготовленні цементів.[3] З нього виготовляють також тротуарну плитку й шлакову підстилку під ню.

• Мелений гранульований шлак
• Відвальний шлак

1. R. van Laar, E. Dupon, J. Barel and M. Kamerling. Blast furnace slag granulation plant technology. // Millennium Steel. — 2014. pp. 28-31. (англ.)
2. A. Y. Ilyushechkin, D. G. Roberts, D. French, and D. J. Harris. IGCC Solids Disposal and Utilisation Final Report for ANLEC project 5-0710-0065 Архівовано 7 серпня 2017 у Wayback Machine.. — CSIRO, Australia. — May 2012. — P. 77. (англ.)
3. ДСТУ Б В.2.7-302:2014 «Шлак доменний гранульований для цементів, бетонів і будівельних розчинів». — К., 2015.
4. Г. Г. Ефименко, А. А. Гиммельфарб, В. Е. Левченко. Металлургия чугуна. — 3-е издание. — К.: «Вища школа», Головное изд-во, 1988. — 350 с. — С. 298—300. ISBN 5-11-000064-6 (рос.)