Содержание
Переработка и утилизация шлаков металлургического производства
К металлургическим, относятся все категории легкоплавких силикатных металлов. Остаются такие отходы при проведении процедуры выплавки металла из руд. На протяжении многих лет, считалось, что данный продукт не имеет никакой ценности, поэтому он просто утилизировался и не использовался в дальнейшем. Но, примерно с середины прошлого века все недооцененные характеристики, открылись для человечества с другой стороны. Именно тогда, отходы металлургической стали использовались в различных сферах сельского хозяйства, в процессе возведения зданий, при дорожном строительстве и не только.
Какие отходы получаются при плавлении стали с чугуном?
Шлаки из чугуна бывают 2-ух типов:
- Доменные. В данную категорию относятся разные виды, производимых при выплавке литейного, предельного и специального чугуна. То есть по сути – это смесь нескольких сплавов чугуна разного типа.
- Сталеплавильные. Здесь уже речь идет о сплаве из нескольких металлов, полученном при их обработке. В состав могут входить ваграночные, электроплавильные, мартеновские и т. д.
Производство доменных товаров происходит в процессе плавления шихты из руды, флюса и топлива. Благодаря процессу плавления металл отделяется от менее плотного состава и всплывает. За счет такой процедуры, получается, быстро отделить отходы от чистого чугуна. Все отходы сливаются, остается только чугун, который отправляется на вторичную переработку под категорией металлических.
Наша компания осуществляет прием любых металлургических и зоошлаковых отходов по самой высокой цене. Вся продукция поддается вторичной переработке и в дальнейшем используется в различных сферах металлургии, промышленности в производстве продукции, электроники и т. д. Наши оценщики произведут точный и честный расчет стоимости, согласно химическому анализу состава. К приему допускаются все категории товара. Оплата происходит сразу, после оценки продукции нашим специалистом. Работаем официально, имеем все необходимые лицензии и разрешения. Пункты приема открыты ежедневно и ждут новых клиентов. Оказываем необходимые дополнительные услуги по вывозу, погрузке и доставке продукции. Также производим разбор металлоконструкций. Обращаясь к нам, вы получаете обслуживание высшего класса.
Металлургические шлаки
СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ ШЛАКИ
Состав и свойства сталеплавильных шлаков определяются их ролью в процессах передела. Шлаки передают тепло от газовой фазы к металлической и питают ванну металла кислородом (регулируя ход процесса в сторону окисления или восстановления); защищают металл от поглощения азота и водорода и рафинируют его от вредных примесей (серы и фосфора); наконец, они должны сводить к минимуму угар и механические потери металла.
Формирование шлака и его конечный состав зависят от способа и характера передела (кислый или основной). Передел чугуна в сталь заключается в окислении содержащихся в нем примесей. При этом неизбежно окисляется и часть железа. Окислы элементов, флюсы и разрушающаяся футеровка печи, соединяясь между собою, образуют неметаллическую фазу —шлак.
В нем растворяются загрязняющие примеси шихты (песок, глина, ржавчина, доменный и миксерные шлаки).
В сталеплавильных шлаках всегда есть железо в виде окислов (до 24%) и в металлической форме (до 20%), а также МnО (до 11%). Наличие металла в шлаках не только снижает выход стали, но и заметно усложняет переработку шлаков.
В результате окисления и рафинирования металла, а также разъедания кладки в шлаках появляются окислы и сульфиды: SiO2, Al2O3, СаО, МgО, Cr2O3, Р2О5, FeО, МnО, FeS, MnS и др.
Использование сталеплавильных шлаков для получения строительных материалов и удобрений зависит от их химического и минералогического состава и физикомеханических свойств.
Мартеновские шлаки по характеру процесса (определяемого основной или кислой футеровкой пода печи) подразделяются на основные и кислые. Объем производства стали кислым процессом относительно невелик, поэтому в дальнейшем преимущественно будем рассматривать основные шлаки, Более чем наполовину эти шлаки состоят из основных окислов. СаО, МgО, FeО, МnО. Мартеновский шлак характеризуется основностью, т. е. отношением СаО: SiO2. Еcли СаО : SiO2<1, то шлаки считают низкоосновными. Шлаки средней основности имеют СаО : SiO2= 1,6-2,5. При СаО : SiO2>2,5 шлаки называют высокоосновными.
При переделе высокофосфористых чугунов в шлаках содержится повышенное количество Р2O5. В этом случае критерием основности шлака является отношение
Кислые шлаки состоят главным образом из SiO2 (50—65%) и некоторого количества таких основных окислов, как FеО (10—20%) и МnО (10—30%). Их кислотность выражается отношением SiO2 : (FеО+МnО). Если в кислых шлаках содержится 3—15% СаО, то их кислотность выражается отношением SiO2: (FеО+МnО+CaO). Мартеновские шлаки подразделяют на первичные и конечные (вторичные). Количество первичных шлаков колеблется от 50 до 70, вторичных — от 30 до 50%.
Мартеновские шлаки отличаются широким диапазоном колебаний состава в зависимости от марок стали и периодов плавки. Первичные шлаки имеют основность от 1 до 2 , конечные от 2 до 4.
Отличительная способность шлаков мартеновского производства —высокое содержание окислов железа (до 25%) и наличие (2—3%) Р2О5. Шлаки фосфористого передела содержат до 18—20% Р2О5. Наиболее характерные составы мартеновских шлаков представлены в табл. 4.
Минералогический состав мартеновских шлаков довольно сложен. Петрографический анализ мартеновских шлаков Ждановского завода имени Ильича, выполненный А. В. Запольский и А. М. Черезовой ДУралНИИЧМ), показал, что структура шлака неравномерно зернистая с размером зерен от 8 до 200 мкм. В шлаке преобладает мервинит в виде крупных призматических и чечевицеобразных зерен размерами 100—200 мкм (в количестве 42%).
Ферритная фаза представляет твердый раствор ферритной и алюмоферритной фаз, в которой наблюдаются вростки RО-фазы (твердых растворов свободных окислов МgО, МnО, FeО). Содержание ферритной фазы и RО-фазы составляет 29%. В исследуемой пробе наблюдались единичные выделения бурого цвета размером до 4 мкм с нечеткими размытыми краями — псевдоморфоза с включениями СаО. Включения, по-видимому, более высококоосновные, чем основная масса и представлены трехкальциевым cиликатом, алюмоферритной фазой и периклазом.
Важной характеристикой мартеновских шлаков является их вязкость. При температуре 1600° С вязкость жидких шлаков составляет 0,2—0,4 П, густых — выше 2 П. Повышение степени перегрева шлаков повышает его жидкотекучесть. Вязкость шлака возрастает с повышением его основности. Минимальную вязкость мартеновский шлак имеет при основности 2,1—2,3. Вязкость шлака зависит также от содержания Сr2O3, МgО и А12O3. Большая вязкость шлаков, содержащих Сr2O3, объясняется образованием в них хромитов железа Fe(Сr2O3)2, имеющих температуру плавления 1900—2000° С. Присутствие малорастворимой в шлаке МgО повышает гетерогенность шлака и, следовательно, увеличивает его вязкость. А12O3 заметно понижает вязкость. Для разжижения основных шлаков в них добавляют боксит, содержащий 40—60% А12O3; бой шамотного кирпича, содержащий 36—42% А12O3 и 55—60% SiO2; плавиковый шпат; в некоторых случаях — песок, содержащий до 98% SiO2.
Мартеновские шлаки, как правило, устойчивы против силикатного распада. Однако в высокоосновных мартеновских шлаках встречаются модификации γ-ортосиликата кальция и свободная известь, которые вызывают их растрескивание и самораспад. Эти явления особенно опасны при использовании щебня из мартеновских шлаков в бетонах и асфальтобетонах. Локализация разрушающего действия этих соединений достигается обработкой шлака паром в закрытых емкостях в течение 2—3 ч или длительной выдержкой шлака на воздухе — в течение не менее двух месяцев.
Конверторные шлаки по химическому составу близки к мартеновским шлакам, отличаясь несколько большей степенью основности. Удельный выход конверторных шлаков на 1 т стали колеблется в широком диапазоне (50—245 кг/т). В среднем по СССР удельный выход шлака конверторной плавки составляет 149— 150 кг/т.
При содержании в чугуне до 0,15% Р конверторную плавку ведут с одним шлаком и при содержании Р от 0,15 до 0,30% работают с двумя шлаками, т. е. с промежуточным сливом шлака в процессе продувки.
В кислородном конверторе интенсивно окисляются примеси чугуна. Образующееся окислы с известью и другими сыпучими материалами, загружаемыми в конвертор, формируют шлак. К концу продувки отношение СаО:5Ю2 в шлаке > 2,5.
При выпуске стали в сталеразливочный ковш сливают также небольшое количество шлака, предохраняющего металл от охлаждения. Оставшийся шлак сливают через горловину конвертора в шлаковую чашу.
Минералогический состав конверторных шлаков значительно различается в зависимости от характера процесса. Бессемеровские шлаки состоят главным образом из β-кристобаллита и бурого стекла, встречается родонит МnSiO3. Томасовские шлаки включают силикокарнотит, томасит, нагельшмитит, стэдит, шпинель и двухкальциевый феррит.
Шлаки кислородно-конверторной плавки представляют сложный многокомпонентный сплав, минералогический состав которого определяется маркой выплавляемой стали и, следовательно, химическим составом шлака, а также особенностями технологического процесса.
А. В. Запольской и А. М. Черезовой выполнено петрографическое исследование конверторных шлаков завода имени Ильича, имеющих отношение СаО:$Ю2= =8,3. Структура шлака равномерно зернистая. Выделившиеся в первую очередь призматические зерна трех- кальциевого силиката размером до 400 мкм по краям окружены двухкальциевым силикатом в виде призматических полисинтетически сдвойниковакных зерен размером до 100 мкм. К зернам двухкальциевого силиката примыкают округлые зерна периклаза. Промежутки между зернами периклаза, трех- и двухкальциевого силиката заполнены ферритной фазой.
Конверторные шлаки НЛМЗ содержат 75—80% ортосиликата кальция, КО-фазы и ферритной фазы. В шлаках с высоким содержанием СаО встречаются трехкальциевый силикат и свободная известь.
Составы электросталеплавильных шлаков более разнообразны в сравнении с мартеновскими и конверторными шлаками, В процессе плавки в электропечи окисляются составляющие шихты, происходит формирование шлака и переход в него фосфора. Наряду с окислами (FeO, МnО, SiO2) в шлак переходит известь, загружаемая в электропечь в несколько приемов. В шлаке образуется окисел фосфора — продукт дефосфорации металла. К концу периода плавления шихты в электропечи шлаки имеют следующим состав, %: 32-44 CaO, 16—25 SiO2, 8—14 МgO, 6—10 МnО, 10—14 FeО и 0,6—1,2 Р2О5. Во избежание обратного перехода фосфора из шлака в металл больше половины шлака сливают и затем наводят новый шлак, загружая известь и, при необходимости, плавиковый шпат и бой шамотного кирпича.
Причины, по которым шлаковые включения образуются
Довольно часто только осваивающие сварочные технологии специалисты задаются вопросом почему много шлака при сварке образуется на соединительных стыках. Появление таких включений обусловлено разными факторами:
- металл быстрее обычного остывает и шлак попросту не успевает выйти за пределы сварочной ванны;
- низкое качество электродов, используемых при сварке. При этом неравномерно происходит плавление и в сварочную ванну попадают частички электрода;
- при низких значениях раскисления металла образуется много шлака при сварке. Это процесс, при котором из уже мягкого металла устраняются молекул кислорода. Они ухудшают механические свойства металла и разрушают его структуру;
- некачественная подготовка и зачистка от грязи, ржавчины и масел свариваемых кромок;
- высокие значения поверхностного натяжения шлака препятствуют всплытию его на поверхность;
- применение флюса или электродов из тугоплавких металлов и с большим удельным весом;
- не соблюдении режимов и технологии сварки, например, неправильно подобранный угол наклона или же неподходящая скорость перемещение электрода.
Чтобы осуществлялась сварка без шлака или же с минимальным его количеством, желательно обратиться за помощью к опытным сварщикам. Если вы хотите самостоятельно сваривать, то следует научиться сваривать самые простые элементы и только потом приступать к более сложным.
Как минимизировать шлаковые включения при сваривании металлов
Многих начинающих мастеров беспокоят вопросы «почему много шлака при сварке инвертором». Как правило такие проблемы наблюдаются при сварке, когда элементы находятся в нижнем положении. В случаях, когда деталь расположена под уклоном, то шлак стекает намного быстрее чем жидкая металлическая смесь из сварочной ванны. В связи с тем, что шлак не успел выйти наружу, он остается в сварочном шве.
Также шлаковые образования появляются при чрезмерно больших зазорах или при недостаточном токе в отношении к толщине металла. Намного реже проблемы со шлаком возникают при создании вертикальных швов, при этом шов остается сверху, а шлак стекает вниз.
Некоторые профессиональные сварщики советуют ставить заготовку под уклоном и варить сверху вниз, другие предлагают использовать для сварки электроды без шлака с темным покрытием.
Чтобы внутрь сварочной ванны не попадали частички шлаков, следует координировать направление электрода. Располагать его нужно таким образом, чтобы при испарении электродного покрытия поток газа такой дефект «выдувало» на внешнюю поверхность соединительного стыка. Оставлять шлак в сварочной ванне нельзя. Он быстро должен кристаллизироваться, что позволит удалить его без особых усилий.
Как шлак отличить от металла
С разными проблемами и вопросами при создании металлоизделий посредством сваривания сталкиваются сварщики, особенно новички. Например, многие затрудняются как отличить шлак от металла при сварке.
В действительности отличить металл и шлаковые включения несложно. Для этого следует обратить внимание на следующие факторы:
- цвет. Под воздействием высокой температуры металл при сваривании расплавляется, приобретая при этом красноватый оттенок. При остывании цвет покрасневшего металла темнеет. Совершенно иначе ведет себя шлак. Он непосредственно в процессе сваривания имеет темный цвет, а при остывании становится светлее;
- скорость остывания. Металл в отличии от шлака застывает намного быстрее;
- структура остывшего металлического сплава более плотная, а шлаковые включения являют собой рыхлую корочку;
- текучесть. Металл при расплавлении более жидкий, что способствует большей его подвижности. В процессе сваривания несложно увидеть, как он закипает. Шлак более тягучий и хуже прогревается.
Отличить шлак от металла при сварке можно непосредственно в момент, когда он появляется в сварочной ванне. Если проследить как расплавляется металл, то можно увидеть возникновение яркого света под кончиком электрода, а за его очертаниями видны четкие контуры стыкового соединения и самой сварочной ванны. Металл определяется по светлому оттенку, шлак — по темному.
Утилизация шлаков
Отбросы иногда представляют ценность, и просто выбросить их на свалку нельзя. Отвальные шлаки, которые образуются путём слива отходов, тоже пользуются популярностью. Вторичные продукты – это кусковые породы, их утилизация условна. Куски выдерживаются некоторое время на свежем воздухе, и происходит природная переработка и сортировка пригодного для дальнейшего использования материала от шлаков, которые распадаются. А в дальнейшем эти продукты используют для изготовления различных материалов.
Сварка инвертором для начинающих, как варить без шлаковых включений
Инвертор превращает переменный ток в постоянный и позволяет менять полярность. Сварка на обратных токах обычно дает меньше шлака.
Преимущества инвертора перед обычным сварочным аппаратом в его малых размерах и работе от тока с бытовым напряжением 220Вт и частотой 50 Гц. Для новичков важно иметь возможность плавно менять силу тока.
Инверторные аппараты имеют дополнительные функции дуги:
- облегченное зажигание;
- аварийное отключение при залипании;
- форсажное зажигание.
Все они упрощают работу неопытного сварщика и предотвращают залипание электрода.
Как избавиться
Избавиться от шлака при сварке инвертором можно изменением полярности тока и движением электрода от минуса к плюсу. При работе с тонким металлом необходимо учитывать его быстрое охлаждение и нельзя давать высокое напряжение, лист может прогореть. Нельзя задерживаться долго на одном месте, нужно равномерно и быстро перемещать дугу. На тонкий лист крепится клемма от «–», на электрод подается «+». Толстый лист греется и остывает дольше, чтобы шлак успел выйти, на свариваемый металл подается минус, на электрод плюс.
Область использования и стандартизация
Металлургический шлак используют для изготовления цемента. Ещё одно направление, где могут использовать чёрные металлы – это минеральная вата. Чтобы её изготовить применяют металлургический щебень. Шлаковой пемзой заполняют бетонные смеси.
Металлургические отходы успешно используются в дорожном строительстве. Для этой сферы создают щебенку из металлургического шлака. Чтобы щебень стал прочным, его укрепляют физико-механическими свойствами.
Хотя при строительстве дорог необходим щебень разной плотности. Верхний слой асфальта более крепкий, а нижние уровни менее прочные.
Отходы металлургического производства
Природно-ресурсный потенциал России огромен, но не бесконечен. Это делает актуальными вопросы использования ресурсов и сопутствующие им экологические проблемы, возникающие по техногенным причинам. Поэтому так важно решение вопроса о рациональном применении твердых промышленных отходов (ТПО), скапливающихся в процессе металлургического производства, то есть о применении малоотходных технологий в металлургии.
Переработка отходов металлургических производств
Работа современных предприятий, занятых в металлургической сфере, направлена не только на производство заготовок и изделий из металла, но и на переработку ТПО: любой серьезный металлургический завод имеет в своем распоряжении производственные ресурсы для их переработки.
Переработка вторичного сырья включает в себя два процесса, в равной степени применимых как к черному, так и к цветному металлу: утилизацию и рециклинг.
Утилизация
Процесс утилизации подразумевает переработку ТПО с целью их повторного использования. Утилизация включает в себя резку, сортировку, очистку и обработку отходов, в результате чего получаются имеющие практическую ценность материалы. Примеры утилизации — шлаковая пемза или минеральная вата: будучи продуктами металлургии, они являются не металлом, а силикатными материалами, полученными из отходов производства.
Утилизацию нередко смешивают с уничтожением, но это два разных понятия. При утилизации получается новый продукт (в том числе тепловая энергия), тогда как уничтожению подвергаются абсолютно непригодные к дальнейшему использованию отходы.
Рециклинг
В отличие от утилизации рециклинг — процесс переработки отходов, ставящий результатом их возвращение в производственный цикл. При этом вторсырье используется в производстве по своему прямому назначению. Основными технологиями рециклинга, применимого к металлическому лому и мусору, являются измельчение и переплавка.
Пример рециклинга — переплавка и повторное использование в металлургическом производстве лома черного или цветного металла. Так, полученная в результате рециклинга сталь по своим характеристикам практически не уступает той, которая выработана непосредственно из железной руды, а добавленные в нее присадки еще и способны выделить и усилить необходимые для дальнейшего ее использования в промышленности характеристики. Рециклингу подвергают и бытовой металлический мусор — жестяные банки из-под напитков, металлические крышки от бутылок.
Использование ТПО
Наибольшие возможности для вторичного использования представляют собой куски лома разных категорий и групп. Габаритные куски лома (например, образовавшиеся в процессе строительства коммуникаций) переплавляют для получения металлопроката.
Однако современные технологии переработки ТПО основаны на рациональном использовании даже тех отходов, которые кажутся бесполезными (металлические стружки, железные опилки) и содержат в себе мало металлов (шлаки, шлам).
Мелкие металлические отходы, скрап и высечка
Мелкие металлические отходы и обрезки подвергают рециклингу — брикетируют или дополнительно измельчают, переплавляют и вновь используют в литейном или химическом производстве.
Высечка — отход прессовального производства, представляющий собой перфорированную металлическую ленту или лист, — часто используется и без вторичной переработки. Материал применяется в строительстве как армирующее средство для усиления кирпичной кладки, при закладке фундамента, возведении стен.
Благодаря своим прочностным и эстетическим свойствам высечка разных видов активно используется и как материал заграждений: она заменяет собой сетку-рабицу или применяется как верхняя часть глухих (например, бетонных) заграждений для обеспечения вентиляции огороженной территории.
Шлак в строительстве и металлургии
Шлаками называют побочные продукты или отходы от производства металла. До 80% всех ТПО на металлургическом производстве составляют именно они. По своей структуре шлаки — силикаты с различным процентом содержания железа или другого металла.
В основном шлаки утилизируются. В результате их переработки получается экономичная продукция, востребованная в строительстве:
- гранулированные шлаки — используются при изготовлении портландцемента и шлакоблоков, для заполнения пустот в бетоне;
- щебень — применяется для изготовления бетона, укрепления фундамента и дорожных покрытий;
- шлаковая пемза — служит компонентом в изготовлении шлакобетона для ограждений и несущих конструкций;
- минеральная вата — действует как тепло- и звукоизоляционный материал стен, перекрытий, дверей и т.п.
Доменные шлаки используют и в шлаковом литье. Например, произведенные этим способом металлошлаковые трубы существенно экономят металл, который уходит на строительство трубопровода.
Частично шлак перерабатывается и с целью получения обратного продукта металлургии. Так, из ферросплавных шлаков, благодаря высокому содержанию в них железа, добывают частицы металла с использованием технологий дробления, магнитной сепарации.
Обратный продукт получают и из шлаков цветных металлов, но технология добычи из них частиц металлов пока недостаточно совершенна и потому не получила распространения.
Шлам: возможности переработки
Шламом называют отходы разработки горной породы или производственного процесса в виде пыли, грязи, мелкого порошка, осадка. В металлургии шлам образуется в результате газоочистки доменных и мартеновский печей, конвертеров, задействованных в производстве стали и чугуна.
В процессе плавки на каждую тонну стали приходится примерно 12-24 кг шлама, который может использоваться в металлургии. Малоотходные технологии подразумевают извлечение из него металлических частиц и их «спекание», то есть получение агломерата, который может затем применяться в агломерационной шихте при выплавке чугуна.
В промышленности находит применение и использование шлама некоторых цветных металлов. Так красный бокситный шлам, отход производства алюминия, используют в производстве цементов, шлакового щебня, дорожных покрытий.
Проблема малоотходных технологий пока стоит остро. Крупное металлургическое предприятие в среднем перерабатывает за год 1 млн тонн сырья. Это означает, что каждые сутки к отходам металлургического производства прибавляется 500 тонн одних только шлаков, не говоря о шламе, золе, вредных веществах типа диоксида серы, оксида азота. Сбрасывание отходов в отвалы и шламохранилища экономически невыгодно, чревато истощением природных ресурсов и загрязнением окружающей среды. Поэтому все большее распространение получают крупные производственные базы по получению и переработке металлов, а также освоению скапливающихся ТПО.
Свой вклад в экономику и экологию вносят и небольшие базы приема металлолома, которые занимаются сортировкой и утилизацией лома черных и цветных металлов разных категорий, включая мелкий лом — металлические отходы, пригодные для брикетирования. Отходы сортируют, очищают, при необходимости измельчают и сдают на металлургические предприятия или цементные заводы, а вредные отходы транспортируют на специальные полигоны, где уничтожают.
Источник https://beliekopani.ru/raboty/chto-takoe-shlak-v-metallurgii.html
Источник https://lomvtormetalla.ru/stati/othody-metallurgicheskogo-proizvodstva/
Источник