Технология утилизации доменных шлаков в производстве шлаковой ваты

1.

ПРЕЗЕНТАЦИЯ
по дисциплине:
«Основы безотходной технологии»
на тему:
«Технология утилизации доменных шлаков в производстве
шлаковой ваты»
Выполнил: Губайдуллин Д.Ю.
группа: АС-377
Проверил: Спасибожко В.В.

2.

Введение
Шлакообразование является одним из важнейших процессов, протекающих в доменной печи и определяющих ее работу.
Шлаки являются одним из наиболее ценных вторичных материальных
ресурсов. В настоящее время огненно-жидкие шлаки все больше
используют в качестве готового расплава в производстве стройматериалов. Из них изготовляют плотные камни и блоки различного
назначения, ячеистые изделия, ячеистый заполнитель для бетона,
шлаковую вату, а также шлакоситаллы.
В целом в настоящее время перерабатывается около 84% доменных
шлаков. Часть шлака продолжает уходить в отвалы. Для складирования
отходов и их хранения отчуждены тысячи гектаров полезных земель, на
транспортировку шлака от доменных цехов до отвалов и их содержание
ежегодно расходуется колоссальное количество денежных средств,
загрязняется окружающая среда.

3.

Поэтому переработка шлака и его использование остается актуальной
проблемой для экологии и всего агропромышленного комплекса. Из
нераспадающихся доменных шлаков, менее богатых окисью кальция,
следует изготавливать шлаковую пемзу, литой щебень и шлаковую вату.
Эти изделия можно изготавливать из шлаков, склонных к силикатному распаду, но тогда потребуются дополнительные расходы на
специальные технологические приемы, предотвращающие распад
шлаков.
Обзор российского рынка теплоизоляционных материалов
Современное состояние рынка теплоизоляционных
материалов в
России характеризуется как «умеренное развитие». По итогам 2008 года
темп роста рынка составил 10-12%. Несмотря на некоторое замедление
роста, российский рынок теплоизоляции является одним из наиболее
динамично развивающихся в Европе. Среди основных факторов,
стимулирующих развитие рынка теплоизоляционных материалов в
России, необходимо отметить следующие: рост доходов населения;
снижение себестоимости производимой и импортируемой продукции;
увеличение темпов строительства зданий и сооружений; бурное развитие

4.

рынка коммерческой недвижимости; рост цен
на энергоносители; рост тарифов на услуги
ЖКХ; рост объемов жилья, требующего
реконструкции; рост числа тепловых сетей,
требующих реконструкции и другие.
В структуре производства теплоизоляционных материалов в России преимущественную долю (60-80%) занимают волокнистые
утеплители, что дает экспертам основание для
заключения о близости структуры производства
утеплителей в России к странам Евросоюза.
Среди наиболее крупных отечественных
производителей теплоизоляционных материалов на основе минеральной ваты необходимо
отметить: ЗАО «Минеральная вата» (Московская область), ОАО «АКСИ» («ТехноНиколь»)
(Челябинская
область),
ЗАО
«Изорок»
(Тамбовская область),
Рис. 1 Динамика развития рынка теплоизоляционных
материалов в Российской Федерации в 1998-2010 гг.:
объемы потребления, млн. м3 (по приблизительным
оценкам). По данным ООО «Дау Кемикал»
Рис. 2 Структура потребления теплоизоляционных
материалов в 2005 году по основным видам
материалов, % от объема потребления. (ЭППУэкструзионный пенополистирол, ППУ-пенополиуретан, ПСБ-пенополистирольные плиты)

5.

ЗАО «Завод «Минплита» (Челябинская область), ОАО «Фирма
Энергозащита» (Красноярский край) и другие компании.
Среди различных видов теплоизоляционных материалов в структуре
потребления в 2005 году наиболее востребованными являлись
волокнистые материалы, включающие теплоизоляционные изделия на
основе стеклянного и базальтового волокна, минеральной и шлаковой
ваты. Их доля в общем объеме потребления составила 73%.[5]
На сегодняшний день наиболее часто используемым теплоизоляционным материалом выступает минеральная вата, которую применяют
более 80% строительных организаций в российских регионах.
Перспективы роста российского рынка теплоизоляции связываются с
улучшением инвестиционного климата, развитием производства,
увеличением объемов строительства. Весьма вероятно, что отечественные производители в будущем смогут не только остановить
тенденцию сокращения своей доли на рынке, но и потеснить зарубежных
производителей, действующих на российском рынке. Основными
предпосылками для этого являются увеличение объемов производства
теплоизоляционных материалов отечественными производителями при
поддержании уровня качества, соответствующего запросам потребителей,

6.

а также осуществление активных мероприятий по продвижению собственной продукции на рынке.
Вывод: На долю России приходится около 4% мирового потребления
всех видов теплоизоляционных материалов. Российский рынок
теплоизоляционных материалов является одним из наиболее динамично
развивающихся в Европе. Перспективы роста российского рынка теплоизоляции связаны прежде всего с улучшением инвестиционного климата,
развитием производства и повышением качества продукции, увеличением объемов строительства.

7.

Общее описание образования шлака
Рис. 3 Схема работы доменной печи
Шлаки удаляются из металлургических
печей в расплавленном состоянии при
температуре 1300…1700°С. Расплавленный
шлак аккумулирует большое количество
тепловой энергии: 1600…1900 кДж/кг.
Следовательно, 50 млн. т шлака, удаляемые
в отвалы, эквивалентны примерно 5 млн. т
условного топлива, которое также попадает
в отвал. При медленном охлаждении до
температур
600…80°С
формируется
кристаллическая структура прочного и
твердого шлакового материала (Rсж=100400МПа)[2], при быстром охлаждении
(грануляции) шлак затвердевает в основном
в виде стекла, содержание которого
достигает 80% по массе.

8.

Флюсы
Металл
Железная руда
Кокс
Расплав минеральных
компонентов (шлаковый
расплав)
Доменная печь
Расплав металла
Шлак
Грануляция
В отвал
Рис. 4 Схема процесса образования шлака

9.

Рис. 5 Сброс шлака в отвалы

10.

Определение и характеристика доменных шлаков
Шлаки доменного производства – побочный продукт выплавки
чугуна, основными компонентами химического состава которых
являются CaO, SiO2, Al2O3 – в сумме их содержание составляет 90…95%.
В значительно меньшем количестве присутствуют MgO, CaS, MnS, FeS.
Удельный выход доменных шлаков очень велик, на 1 т чугуна в среднем
получается 0,5…0,7 т шлака.[2]
При оценке шлаков как сырья для строительных материалов важной
характеристикой их химического состава является соотношение в них
основных и кислотных оксидов – модуль основности
Мо= (SiO2+Al2O3 )/(CaO+MgO),
При Мо>1 шлаки относят к основным, при Мо<1 – к кислотным.
Тонкоизмельченные доменные шлаки способны при воздействии на
них химических и тепловых факторов к взаимодействию с водой и
гидравлическому твердению.

11.

Химический
состав
металлургических
шлаков
зависит от технологического
процесса и должен соответствовать огнеупорному материалу печи, что и определяет
значительные его колебания.
Различают основные шлаки с
преобладанием в их составе
СаО и MgO и кислые – с
высоким содержанием SiO2 и
Al2O3.
Рис. 6 Микрофотография шлака

12.

Степень опасности и токсичности доменных шлаков
Шлаки содержат тяжелые металлы, мышьяк, сурьму, остатки флотагентов и другие примеси. В сталеплавильных шлаках всегда есть железо
в виде окислов (до 24%) и в металлической форме (до 20 %), а также
MnO (до 11%). Доменные шлаки не являются токсичными и не
представляют опасности их применения в промышленности стройматериалов. [6]
Рис. 7 Остывший и отвердевший шлак

13.

Сбор, накопление и обработка доменных шлаков
Шлаковый расплав от плавильных агрегатов транспортируют к
шлакоперерабатывающим установкам или на отвал в ковшах шлаковозов.
Чашу шлаковоза заполняют жидким шлаком, во избежание разбрызгивания расплава при транспортировке его уровень должен находиться на
расстоянии не менее чем 250 мм от верхней кромки чаши. В зависимости
от объема расплава в чаше ковша, начальной его температуры, погодных
условий и времени транспортирования жидкого шлака от плавильных
агрегатов до места его слива (переработки) падает его температура. Это
приводит к образованию корки на поверхности жидкого шлака в чаше
шлаковоза, которая затрудняет процесс слива расплава. Для облегчения
слива жидкого шлака из ковшей при их наполнении кратковременно
подают воду на зеркало расплава, что приводит к образованию пористой
и непрочной корки. После ковшевой уборки, шлак попадает либо в
отвалы, потом в ванную печь для варки, либо в огненно жидком
состоянии на формование в прокатную машину. Второй вариант возможен при совмещении выплавки металла и производства шлакоситаллов.

14.

Рис. 8 Отвалы шлака.

15.

Рис. 9 Шлаковозы

16.

Технология производства шлаковой ваты
К основным направлениям переработки металлургических шлаков
наряду с производством вяжущих, заполнителей и бетонов на их основе
относится получение материалов из шлаковых расплавов - шлаковой
ваты, литых материалов, стекла и шлакоситаллов. Эти строительные
материалы объединяют общность сырьевой базы, включающей шлаки
черной и цветной металлургии, стекловидная или стеклокристаллическая
структура, возможность изготовления их непосредственно из шлаковых
расплавов.
Шлаковая вата - это разновидность минеральной ваты, занимающей
ведущее место среди теплоизоляционных материалов как по объему
выпуска, так и по строительно-техническим свойствам.
Примерно 80% минеральной ваты производится из доменных шлаков.
Производительность печей для получения минерального расплава из
металлургических шлаков на 24% выше, чем на природном сырье, а
себестоимость значительно ниже.

17.

Требования к шлакам
Химический состав шихты подбирается в соответствии с условиями
достижения оптимальной величины вязкости расплава. Рекомендуется
такой состав шихты, при котором вязкость расплава не превышала бы 0,5
Пас при 1500 °С и 1,5 Пас при 1400 °С.[5] При такой вязкости
обеспечиваются достаточная текучесть и необходимые условия
получения кондиционного минерального волокна. Вместе с тем при
чрезмерно низкой вязкости затрудняется вытягивание длинных волокон.
Условия раздува расплава, диаметр и длина волокон зависят также от
скорости нарастания вязкости при снижении температуры и отношения
вязкости к силам свободной энергии поверхности расплава, т. е. от
поверхностного натяжения.
Основным критерием качества шлаков, как сырья для производства
минеральной ваты, является значение модуля. Минеральная вата марки
100 по средней плотности имеет Мк> 1,4, а марки 75 - Мк> 1,5.

18.

Требуемое соотношение кислотных и основных оксидов в шихте
обеспечивается применением кислых шлаков. Кислые шлаки более
устойчивы против распада, недопустимого в минеральной вате. Повышение содержания кремнезема расширяет температурный интервал вязкости, т. е. разность температур, в пределах которых возможно волокнообразование. Модуль кислотности шлаков корректируется введением в
шихту кислых или основных добавок. В качестве кислых добавок обычно
применяют бой глиняного или силикатного кирпича, золу теплоэлектростанций, различные кремнеземистые горные породы, а основными
являются доломиты и известняки.
Для шлаков, содержащих повышенное количество оксидов железа и
марганца, дополнительной качественной характеристикой является
коэффициент насыщения, представляющий собой отношение суммы
процентного содержания Si02 и Al2O3 к суммарному процентному
содержанию прочих оксидов. Этот коэффициент при плавке шихты в
вагранках составляет 1,5-2.

19.

Технологический процесс производства шлаковой ваты (Рис. 10 ) как
и других разновидностей минеральной ваты, состоит из двух основных
стадий: получения расплава и переработки его в волокно. Из шлаковой
ваты с помощью органических и неорганических вяжущих или без них
изготавливают разнообразные теплоизоляционные изделия и материалы.
Шлаковый расплав превращают в минеральное волокно, воздействуя
на него потоком пара, воздуха или газа (дутьевой способ) или
центробежной силой (центробежный способ). Дутьевой способ получения шлаковой ваты заменяется на центробежный и комбинированный
способы, позволяющие получить длинноволокнистую вату с плотностью
до 100 кг/м³ и минимальным содержанием неволокнистых включений.
Вату в зависимости от назначения изготавливают трех типов: для
производства плит повышенной жесткости из гидромассы, плит горячего
прессования, полусухого прессования марки 200 и других изделий на
синтетическом связующем - А; плит марок 50, 75, 125, 175, цилиндров,
полуцилиндров на синтетической связующем, матов, шнуров и волокна Б; плит на битумном вяжущем - В.

20.

Рис. 10 Схема производства минеральной ваты из огненно-жидких шлаков: 1 - бункер для
песка; 2 - питатель; 3 - наклонный шнек; 4- тарельчатый питатель; 5 - сушильный барабан; 6 конвейер; 7 - тельфер; 8- шнек-питатель; 9 - копер для пробивки шлаковой корки; 10 шлаковый ковш; 11 - желоб для слива шлака в печь-шлакоприемник; 12 - печьшлакоприемник; 13 - печь-питатель; 14- камера волокноосаждения; 75- дымосос с системой
очистки воздуха от пыли.

21.

Технические показатели ваты указаны в табл. 1. Содержание органических веществ в вате должно быть не более 2%. Допустима изоляция
поверхностей с температурой не более 700 °С.[5]
Рис. 11 Готовая продукция

22.

Таблица 1. Качественные показатели шлаковой ваты
Показатель
Тип
А
Б
В
Водостойкость, рН, не более
5
7
7
Модуль кислотности, не менее
1,4
1,2
1,2
Средний диаметр волокна, мкм,
не более
7
8
12
Плотность, кг/м³ не более
80
100
100
25 ±5
0,045
0,045
0,050
125 ±5
0,064
0,065
-
300 ±5
0,105
0,112
-
Содержание неволокнистых
включений размером свыше 0,25
мм, %, не более
12
20
25
Влажность, %, не более
1
1
2
Теплопроводность, Вт/(м*С), не
более, при температуре *С:

23.

Таблица 2. Физико-механические свойства изделий из минеральной ваты
Виды изделий
Маты
прошивные
Средняя
плотность,
Теплопроводимость
при 25±5 °С,
Вт/мс
Предел
прочности
при
растяжении,
МПа, не
менее
Сжимаемость
под нагрузкой
0,002 МПа, не
более, %
Предельная
температура
применения, С
30-40
-180...+ 600
85-135
0,044
Маты
вертикальнослоевые
50-125
0,047-0,057
Плиты на
битумном
связующем
75-250
0,046-0,064
0,075-0,008
4,5-5,5
-100...+ 60
Плиты на
синтетическом
связующем
35-350
0,044-0,066
0,008-0,01
4-15
-100...+ 400
Цилиндры и
полуцилиндры
на
синтетическом
связующем
75-225
0,048-0,052
0,015-0,025
-120...+ 300
-100...+ 400

24.

Шлак
Энергоресур
сы:
Электроэнер
гия, топливо,
Воздух,
кислород
Вода
Солнечная
энергия
Загрязненные
сточные воды
Энергетически
е выбросы:
Промышленное предприятие
Шлаковая вата
Шум
Выброс
атмосферу: пар,
пыль, аэрозоли
Тепловые
Рис. 12 Схема материально-энергетического баланса предприятия.
Электромагнит
ные поля

25.

Вредность производства для здоровья и безопасность работы
Изоляция из шлаковаты изготавливается из доменного шлака,
представляющего собой побочный продукт производства чугуна.
Некоторые производители шлаковаты дошли до того, что изымают
нужный им шлак со свалок, а другие не позволяют шлаку добраться до
свалки. Данные продукты способствуют улучшению окружающей среды.
Новые продукты не всегда экологически чисты.
Любая строительная изоляция способствует улучшению нашей
окружающей среды. Если разместить изоляцию в боковых стенах,
полупроходных каналах, фундаментах и чердаках, то в результате этого
уменьшится количество энергии, которую необходимо затратить для
поддержания в здании комфортной температуры, а также для предоставления дополнительных выгод конечным пользователям и всему обществу.
При изучении требований проекта по строительству экологичного
здания можно обнаружить, что у шлаковой ваты имеется несколько
уникальных свойств.

26.

Во-первых, этот продукт безопасно и эффективно используются
более 80 лет. На рынке экологичных конструкций старую продукцию
иногда воспринимают как устаревшую. Однако в случае изоляции очень
важно выбрать надежный вариант, при котором не произойдет усадка или
снижение меры теплосопротивления с течением времени. Что касается
срока службы, то шлаковую вату можно с уверенностью выбирать при
строительстве экологически безопасного здания. У нее низкий уровень
внутренней энергии, ее легко приобрести по невысокой цене, для ее
производства используются переработанные материалы, быстро возобновляющиеся материалы и отходы.
Данный материал обладает низкой внутренней энергией, ниже, чем у
большинства других изоляционных материалов, в том числе у целлюлозы.

27.

Это важнейший элемент для большинства программ по строительству
экологичных зданий.
По оценкам отрасли, более 90 процентов шлака, используемого для
изоляции, приобретается непосредственно у производителей чугуна.
Оставшиеся 10 % добывают на площадках для утилизации и свалках. В
период между 1992 и 2005 гг., производители изоляции из шлаковой ваты
использовали более 13 миллиардов фунтов отходов доменного шлака для
производства изоляции.
Вывод: во время проектирования и строительства конструкции следует учитывать все признаки материала, благодаря которым он становится долговечным, ценным и экологически безопасным. Необходимо
смотреть глубже и выбирать продукт, или сочетание продуктов, которое
лучше всего подходит для данного конкретного проекта.

28.

Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Комплексное использование минерального сырья и экология: Учеб.
пособие/П.И. Боженов.- М.: Изд-во АСВ, 1994.-264с.
Спасибожко В.В. Основы безотходной технологии. Учебное пособие.
– Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2000. – 132 с.
Наназашвили И.Х. строительные материалы, изделия и конструкции:
Справочник.- М.: Высш. шк., 1990.-495с.
Гиндис Л.П. технология переработки шлаков. М.: стройиздат, 1991. –
203с.
Строительные материалы отходов - http://www.it-em.ru
Доменный шлак - http://briket.ru/chermet.html
Образование и отвалы шлака - http://dndz.ru/2009/08/25/teploxodvblizi-dndz-chast-2-34-foto/