УДК 666.992
В.А. Пьячев, М.В. Спесивцева
Уральский государственный технический университет – УПИ
При производстве известково-магнезиальных флюсов для предприятий черной металлургии обжигом во вращающихся печах при температуре 1400 оС сырьевой смеси надлежащего состава образуются два побочных продукта: пыль, уловленная из отходящих газов вращающихся печей и мелкая фракция (0-5 мм) полученного флюса, содержание которой не допускается техническими условиями товарного продукта. Поскольку оба продукта содержат большое количество MgO, то представляет интерес получение на их основе магнезиальных вяжущих веществ.
В работе исследовали пробу с зернами класса -5 мм известково-магнезиального флюса марки ИМФ-50 и пыль, уловленную в электрофильтре из отходящих газов вращающихся печей 3,5х76 м ООО «Сухоложский завод метало-флюсов», в которой обжигался флюс ИМФ-50.
Исходя из химического состава материала (табл. 1), был рассчитан минералогический состав проб. При этом исходили из следующих предположений. Учитывая высокую температуру обжига, (1400оС) и малую вязкость жидкой фазы в зоне спекания из-за большого содержания оксида железа, весь кремнезем должен быть связан в C3S. По содержанию в пробе Al2O3 рассчитываем количество C4AF, а по оставшемуся Fe2O3 – C2F. В результате расчетов получили следующий минералогический состав ИМФ-50 масс. %: 50,82 MgO, 16,3 C3S, 7,0 C4AF, 13,46 C2F, 1,09 CaCO3, 12,2 CaOсвоб. Правильность расчета подтверждена результатом экспериментального определения CaOсвоб, количество которого составило 11,78 %.
Таким образом, от магнезиальных вяжущих данный материал сильно отличается большим содержанием свободной CaO, силикатов и алюмоферритов кальция.
Экспериментально определив содержание CaOсвоб, в пыли (0,96%), рассчитали минералогический состав этого материала, приняв, что в нем отсутствуют силикаты и алюмоферриты кальция. Содержание фазовых компонентов составило (масс. %): 44,16 CaCO3, 10,53 MgCO3, 3,15 SiO2, 0,4 Al2O3, 5,93 Fe2O3, 0,96 CaOсвоб и 33,3 MgO. По фазовому составу пыль похожа на каустический доломит, сильно загрязненный оксидами Si, Al, Fe.
Размол пробы флюса ИМФ-50 массой 10 кг осуществляли в стандартной лабораторной мельнице с загрузкой шаров 55 кг. Продукт размалывался очень трудно и при остатке на сите 008 20% началось налипание на шары и корпус мельницы. Для более тонкого измельчения применили добавку 0,05% ТЭА. Размолотый флюс плотностью 3,2 г/см3 имел остаток на сите 008 – 8% и удельную поверхность 297 м2/кг.
Дисперсность пыли характеризуется остатком на сите 008 – 3% и удельной поверхностью 620 м2/кг при плотности 2,66 г/см3 и поэтому данная проба дополнительному измельчению не подвергалась.
Вяжущие свойства исследуемых материалов изучались при затворении порошков раствором бишофита (MgCl3) плотностью 1,2 г/см3, нормальная густота теста в размерности см3 раствора к массе порошка составила для пробы ИМФ-50 – 0,5, а для пыли 0,42.
При затворении порошка ИМФ-50 раствором бишофита тесто очень сильно разогревалось и быстро схватывалось, подтверждая наличие вяжущих свойств у этих материалов. Начало схватывания у флюса и пыли составило 20 и 30 мин., а конец 35 и 44 мин. соответственно, что удовлетворяет требованиям ГОСТ 1216-87 на свойства каустического магнезита. Испытание равномерности изменения объема на образцах в виде лепешек вяжущее из флюса ИМФ-50 не выдержало (через 3 сут. образцы покрылись мелкими радиальными трещинами). Вяжущее из пыли это испытание выдержало. Полученные результаты объясняются высоким содержанием свободной извести во флюсе.
Первая серия испытаний вяжущих на прочность была выполнена на образцах 2х2х2 см, изготовленных из теста нормальной густоты, затворенного раствором бишофита плотностью 1,1; 1,2; 1,3 г/см3. Расход раствора оставался такой же как при подборе нормальной густоты. Соотношения на сухую массу бишофит: вяжущее при разных плотностях затворителя составили соответственно для флюса 12:88; 20:80; 26:74 и для пыли 10:90; 18:82; 23:74. Сформованные образцы хранились на воздухе при комнатной температуре.
Результаты табл. 2 показывает, что исследованные вяжущие обладают низкой активностью по сравнению с каустическим магнезитом, но сравнимы по этому свойству с гипсовыми вяжущими. При этом с возрастом их прочность растет за исключением ИМФ, затворенного раствором плотностью 1,3 г/см3. В раннем возрасте ИМФ-50 показывает значительно более высокую прочность по сравнению с пылью, однако образцы из последней набирают прочность при хранении и сравниваются с первыми к 56 суткам.
В процессе твердения вяжущего из флюса вероятно существенную роль играет гидратационное твердение молотой негашеной извести, так как продукт содержит более 10% этой извести.
В технологии применения молотой негашеной извести для замедления скорости гашения и повышения прочности получаемого камня рекомендуют применять добавки – пластификаторы, гипс, фосфогипс [1]. Добавка ангидрита повышает прочность и магнезиальных вяжущих [2]. Поэтому мы опробовали эти добавки. Кроме этого применяли активные гидравлические добавки (доменный гранулированный шлак, зола, трепел) для связывания извести в гидросиликатные соединения. Добавки в молотом виде вводили в смешанное вяжущее с ИМФ-50. Влияние добавок на твердение пыли не исследовали, так как она не содержала свободной извести.
Данные табл. 3 показывают, что из опробованных добавок только доменный шлак заметно улучшает вяжущие свойства флюса, при этом можно в 2 раза увеличить объем получаемого вяжущего. Все другие добавки снижают прочность вяжущего из флюса.
Далее пробовали затворять вяжущие из флюса раствором соды плотностью 1,2 г/см3, предполагая связывание извести в карбонат кальция. Однако тесто очень быстро схватывается и образцы показали низкую прочность всего 4,16 МПа через 3 суток.
Во второй серии опытов исследовали свойства композиций данных вяжущих с опилками в соотношении 3:1 на образцах 4х4х16 см. Композиции затворяли раствором бишофита плотностью 1,1; 1,2; 1,3 г/см3.
Приведенные в табл. 4 результаты испытаний опилкорастворов показывают, что композиции на основе флюса имеют низкие показатели прочности. Вероятно, большое содержание свободной извести в исходном флюсе, не позволяет формированию прочной структуры, хотя со временем прочность образцов постоянно увеличивалась.
Опилкорастворы на основе пыли при затворении раствором бишофита плотностью 1,2 и 1,3 показали прочность при сжатии через 3 сут. 8-11, а через 56 сут. более 16 МПа.
В заключение следует отметить, что магнезиальное вяжущее на основе известково-магнезиальных флюсов показывают низкие прочности, что связано с большим содержанием в них свободной извести. Вяжущие на основе пыли, уловленной из дымовых газов вращающейся печи, в которой обжигается известково-магне-зиальный флюс, имеют в сочетании с древесными опилками приличную прочность и могут представить интерес для строительства.
Библиографический список
1. Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества. –М.: Стройиздат, 1986 – 382 с.
2. Яковлев Г.Н., Керенс Я., Плеханова Ф.А. Твердение древесно-магнезиальных композиций модифицированных фторангидритом.// Техника и технология силикатов. Международный журнал по вяжущим, керамике, стеклу и ситаллам. Том II, 2004 — № 3-4.– с.11-16.
