Спосіб виготовлення кам’яного матеріалу з використанням розплавленого шлаку

Реферат: Спосіб виготовлення відновленого кам'яного вихідного матеріалу з використанням розплавленого шлаку, який включає: контролювання температури розплавленого шлаку на рівні 1400-1500 °C і здійснення процесу формування литтям розплавленого шлаку; та витримку сформованого литтям шлаку при температурі 800-1000 °C впродовж 1-5 годин в невідновлювальній атмосфері і наступне поступове охолодження сформованого литтям шлаку до кімнатної температури в межах 2-5 годин, щоб отримати відновлений кам'яний вихідний матеріал. Запропоновано енергозберігаючий і ефективний спосіб повної утилізації шлаку доменних печей. Отримуваний листовий неорганічний неметалічний матеріал має такі характеристики, як стабільне забарвлення, стійкість до стирання, стійкість до тиску, сильні адгезивні властивості, низький коефіцієнт розширення і низький коефіцієнт усадки. UA 104960 C2 (12) UA 104960 C2 UA 104960 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Галузь техніки Даний винахід стосується галузі неорганічного неметалічного матеріалу, а конкретніше – способу виготовлення відновленого кам'яного вихідного матеріалу з використанням розплавленого шлаку. Рівень техніки Чорна металургія виробила величезну кількість відвального шлаку, який може бути важко переробити для комплексного використання. Існуючий відвальний шлак вже став основним винуватцем забруднення оточуючого середовища і тим чинником, який обмежує розвиток металургійної промисловості. В сучасній промисловості видалення відвального шлаку загалом 0 здійснюється наступним чином: вивантаження шлаку з печі при 1500-1600 С, охолодження шлаку за допомогою води (відоме на практиці як "гасіння водою"), підбір і сушка шлаку та переробка висушеного шлаку на порошки для використання у виробництві цементу. Однак вищеописаний процес може бути здійснений тільки з частиною відвального шлаку. Більше того, вказаний процес може давати стічні води та скидний газ і що гірше – велика кількість фізичного тепла, яке міститься в шлаку доменних печей, втрачається і може спричинювати подальше забруднення оточуючого середовища. Оскільки сучасне виробництво і наукові дослідження у відношенні шлаку доменних печей базуються на відвальному шлаку, обробленому шляхом гасіння водою, споживання свіжої води для охолодження відвального шлаку не може бути зменшене і теплова енергія, що міститься в розплавленому шлаку, використовується неефективно. Більше того, тут можуть утворюватись вторинні відходи і не весь відвальний шлак може бути оброблений і утилізований. Відповідно, бажано розробити спосіб для ефективної утилізації величезної кількості відвального шлаку. Суть винаходу Метою даного винаходу було розробити спосіб виготовлення відновленого кам'яного вихідного матеріалу з використанням розплавленого шлаку. Для досягнення означеної мети даний винахід пропонує спосіб виготовлення відновленого кам'яного вихідного матеріалу з використанням розплавленого шлаку, який включає: 0 контролювання температури розплавленого шлаку на рівні 1400-1500 С і здійснення процесу формування литтям на розплавленому шлаку; витримку сформованого литтям шлаку при 0 температурі 800-1000 С впродовж 1-5 годин в не відновлювальній атмосфері і наступне поступове охолодження сформованого литтям шлаку до кімнатної температури в межах 2-5 годин, щоб одержати відновлений кам'яний вихідний матеріал, де розплавлений шлак містить 10-40 мас. % Al2O3, 5-25 мас. % MgO, 10-50 мас. % SiO2, 10-40 мас. % CaO, 0,1-5 мас. % TiO2, 0,1-5 мас. % FeO і 0,1-5 мас. % MnO. Точніше, швидкість охолодження переважно може 0 становити 1,5-10 С за хвилину. В одному варіанті здійснення даного винаходу перед процесом формування литтям при контрольованій температурі розплавлений шлак вводиться в накопичувач для збереження 0 тепла і модифікації, і температура розплавленого шлаку підтримується на рівні 1450-1600 С для регулювання складу та/або кольору розплавленого шлаку у відповідності до технічних вимог до продукту, що виробляється. В одному варіанті здійснення даного винаходу розплавлений шлак може містити 10-20 мас. % Al2O3, 5-10 мас. % MgO, 20-35 мас. % SiO2, 20-30 мас. % CaO, 0,1-5 мас. % TiO2, 0,1-5 мас. % FeO і 0,1-5 мас. % MnO. В одному варіанті здійснення даного винаходу модифікатор складу може бути принаймні чимось одним з глини, каоліну, магнітного залізняку, гончарної глини, польового шпату і кварцового піску, і додається такий модифікатор складу в кількості 0-10 мас. % від маси розплавленого шлаку. Модифікатором кольору може бути щонайменше один з оксидів Ti, Cr, Ni, Cu, Co і Fe, порошкові руди і промислові відходи, які містять ці оксиди (такі як червоний шлам, утворений при виробництві глинозему), і додається такий модифікатор кольору в кількості 0-5 мас. % від маси розплавленого шлаку. В одному варіанті здійснення даного винаходу процес формування литтям може здійснюватись у формі або довільно без форми. В одному варіанті здійснення даного винаходу розплавлений шлак може бути розплавленим шлаком, який вивантажується безпосередньо з металургійного реактора, або переплавленим шлаком. Докладний опис винаходу Далі варіанти здійснення даного винаходу будуть описані докладно. Розплавлений шлак доменної печі є відходом виробництва чавуну в доменних печах, який містить 10-40 мас. % Al2O3, 5-25 мас. % MgO, 10-50 мас. % SiO2 і 10-40 мас. % CaO, а також 1 UA 104960 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 невелику кількість FeO, C, MnO, S і т.п., і температура якого коливається в межах від 1350 до 0 1480 С. Переважно, розплавлений шлак доменної печі містить 10-20 мас. % Al2O3, 5-10 мас. % MgO, 20-35 мас. % SiO2 і 20-30 мас. % CaO, а також невелику кількість FeO, C, MnO, S і т.п. В одному варіанті здійснення даного винаходу пропонується спосіб виготовлення відновленого кам'яного вихідного матеріалу з використанням розплавленого шлаку, де цей розплавлений шлак може містити 10-40 мас. % Al2O3, 5-25 мас. % MgO, 10-50 мас. % SiO2, 10-40 мас. % CaO, 0,1-5 мас. % TiO2, 0,1-5 мас. % FeO і 0,1-5 мас. % MnO. Переважно, розплавлений шлак може містити 10-20 мас. % Al2O3, 5-10 мас. % MgO, 20-35 мас. % SiO2, 20-30 мас. % CaO, 0,1-5 мас. % TiO2, 0,1-5 мас. % FeO і 0,1-5 мас. % MnO. Розплавлений шлак може бути розплавленим шлаком, який вивантажується безпосередньо з металургійного реактору, або переплавленим шлаком. У відповідності до даного винаходу, розплавлений шлак, вивантажений з доменної печі, може використовуватись безпосередньо, завдяки чому не тільки заощаджується споживання енергії на розплавлення вихідного матеріалу, а й усуваються витрата води на охолодження шлаку доменної печі шляхом гасіння водою і утворення вторинних відходів. В одному варіанті здійснення даного винаходу температура розплавленого шлаку в 0 накопичувачі для збереження тепла і модифікації контролюється на рівні 1450-1600 С. Здійснювати модифікацію розплавленого шлаку або не здійснювати – це визначається у відповідності до технічних вимог щодо твердості, щільності, кольору і т.п. продукту, що виробляється, при цьому модифікація включає регулювання складу та/або кольору. Більш конкретно, модифікатор складу може бути принаймні чимось одним з глини, каоліну, магнітного залізняку, гончарної глини, польового шпату і кварцового піску. Модифікатор складу додається в кількості 0-10 мас. % від маси розплавленого шлаку. Модифікатором кольору може бути щонайменше один з оксидів Ti, Cr, Ni, Cu, Co і Fe, такий як TiO2, Cr2O3, NiO, CuO, Cu2O, CoO, FeO, Fe2O3 і т.п., порошкові руди, які містять ці оксиди, і промислові відходи, які містять ці оксиди (такі як червоний шлам, утворений при виробництві глинозему). Модифікатор кольору додається в кількості 0-5 мас. % від маси розплавленого шлаку. Потім модифікований або не модифікований розплавлений шлак формується литтям при 0 контрольованій температурі 1400-1500 С. Більш конкретно, під час формування литтям при контрольованій температурі модифікований або не модифікований розплавлений шлак може формуватись у формі або без форми. Коли бажано отримати відновлений кам'яний вихідний матеріал певної форми і розміру, модифікований або не модифікований розплавлений шлак може формуватись у формі, що має відповідну форму і розмір. Як варіант, розплавлений шлак може набувати природної форми під дією сили тяжіння на відкритому майданчику, що дозволяє отримувати кам'яні вихідні матеріали з різними формами, наприклад ландшафтний камінь, використовуваний у громадських місцях, таких як житлові квартали або парки. Зокрема, незалежно від того, здійснюється процес формування литтям з використанням форми або без форми, до розплавленого шлаку може додаватись модифікатор кольору, щоб змінити його колір у відповідності до застосування бажаного кам'яного вихідного матеріалу. Як варіант, у відношенні формування литтям, здійснюваного у формі, ця форма може вибиратись так, щоб мати відповідний розмір і конфігурацію у відповідності до розміру бажаного кам'яного вихідного матеріалу; а у відношенні формування литтям, здійснюваного без форми, розмір отримуваного кам'яного матеріалу може контролюватись регулюванням потоку і швидкості потоку під час формування литтям. 0 Після цього, сформований литтям шлак підтримується при температурі 800-1000 С впродовж 1-5 годин в не відновлювальній атмосфері, а потім природним шляхом поступово охолоджується до кімнатної температури в межах 2-5годин, щоб отримати бажаний відновлений кам'яний вихідний матеріал (такий процес є подібним до формування петросилексу, в силу чого отримуваний матеріал називають "відновленим кам'яним 0 матеріалом"); при цьому швидкість охолодження становить 1,5-10 С за хвилину. Надто висока швидкість охолодження може призвести до появи дефектів, тоді як низька швидкість охолодження буде знижувати продуктивність устаткування і ефективність процесу. Розчин розплавленого шлаку доменної печі може кристалізуватись в різних мінералах при різних температурах і впродовж різних відрізків часу. Наприклад, розплавлений шлак доменної печі може вирости на камінь, що містить кристали меліліту в якості основного компоненту при 0 1280 С впродовж 1 години, може вирости на камінь, що містить кристали диопсиду в якості 0 основного компоненту при 1000-900 С, або може утворити тверду речовину зі склофазою, якщо 0 температуру знижувати швидко і витримати матеріал при 500-200 С. Цю тверду речовину зі 0 склофазою можна рекристалізувати на камінь з кристалічною фазою, якщо її нагріти до 1100 С і витримати при цій температурі впродовж 1 години. 2 UA 104960 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Далі будуть докладно описані приклади здійснення даного винаходу. Приклад 1 Розплавлений шлак, який містить 15 мас. % Al2O3, 15 мас. % MgO, 30 мас. % SiO2, 35 мас. % CaO, 1 мас. % TiO2, 2 мас. % FeO і 2 мас. % MnO, було використано в якості вихідного 0 матеріалу. До розплавленого шлаку з температурою 1600 С додали кварцовий пісок в кількості 10 мас. % від маси розплавленого шлаку для регулювання в'язкості і складу розплавленого шлаку. В цьому прикладі модифікатор кольору не додавався. Потім розплавлений шлак було 0 піддано формуванню литтям при температурі 1500 С. Сформований литтям шлак витримали 0 при температурі 1000 С впродовж 5 годин в не відновлювальній атмосфері, після чого природним шляхом поступово охолодили до кімнатної температури в межах 10 годин. В результаті одержали продукт бажаної форми і розміру. Приклад 2 Розплавлений шлак, який містить 14 мас. % Al2O3, 17 мас. % MgO, 28 мас. % SiO2, 32 мас. % CaO, 1,5 мас. % TiO2, 4 мас. % FeO і 3,5 мас. % MnO, було використано в якості вихідного матеріалу. Цей розплавлений шлак було піддано формуванню литтям безпосередньо при 0 температурі 1400 С без модифікації його складу і кольору. Сформований литтям шлак 0 витримали при температурі 800 С впродовж 1 години в не відновлювальній атмосфері, після чого поступово охолодили до кімнатної температури в межах 2 годин. В результаті отримали продукт бажаної форми і розміру. Приклад 3 Розплавлений шлак, який містить 15 мас. % Al2O3, 15 мас. % MgO, 30 мас. % SiO2, 35 мас. % CaO, 1 мас. % TiO2, 2 мас. % FeO і 2 мас. % MnO, було використано в якості вихідного 0 матеріалу. До розплавленого шлаку з температурою 1500 С додали магнітний залізняк в кількості 7 мас. % від маси розплавленого шлаку для регулювання в'язкості і складу розплавленого шлаку. Далі до розплавленого шлаку додали червоний оксид заліза в кількості 2 мас. % від маси розплавленого шлаку, щоб відрегулювати його колір. Потім модифікований 0 розплавлений шлак було піддано формуванню литтям при температурі 1400 С. Сформований 0 литтям шлак витримали при температурі 1000 С впродовж 3 годин в не відновлювальній атмосфері, після чого природним шляхом поступово охолодили до кімнатної температури в межах 6 годин. В результаті отримали продукт бажаної форми і розміру. Приклад 4 Розплавлений шлак, який містить 14 мас. % Al2O3, 17 мас. % MgO, 28 мас. % SiO2, 32 мас. % CaO, 1,5 мас. % TiO2, 4 мас. % FeO і 3,5 мас. % MnO, було використано в якості вихідного 0 матеріалу. До розплавленого шлаку з температурою 1450 С додали глину в кількості 5 мас. % від маси розплавленого шлаку для регулювання в'язкості і складу розплавленого шлаку. Далі до розплавленого шлаку додали червоний оксид заліза в кількості 5 мас. % від маси розплавленого шлаку, щоб відрегулювати його колір. Потім модифікований розплавлений шлак 0 було піддано формуванню литтям при температурі 1400 С. Сформований литтям шлак 0 витримали при температурі 900 С впродовж 2 годин в не відновлювальній атмосфері, після чого поступово охолодили до кімнатної температури в межах 4 годин. В результаті одержали продукт бажаної форми і розміру. Спосіб виготовлення відновленого кам'яного вихідного матеріалу з використанням розплавленого шлаку у відповідності до варіантів здійснення даного винаходу має наступні переваги: 1) Запропоновано енергозберігаючий і ефективний спосіб повної утилізації шлаку доменних печей; 2) Розплавлений шлак, вивантажений з доменної печі, використовується безпосередньо, завдяки чому не тільки заощаджується споживання енергії на розплавлення вихідного матеріалу, а й усуваються витрата води на охолодження шлаку доменної печі шляхом гасіння водою і утворення вторинних відходів; і 3) Отримуваний відновлений кам'яний вихідний матеріал має такі характеристики, як стабільне забарвлення, стійкість до стирання, стійкість до тиску, сильні адгезивні властивості, низький коефіцієнт розширення і низький коефіцієнт усадки. Даний винахід не обмежується наведеними варіантами здійснення і допускає різні модифікації і зміни без відходу від об'єму цього винаходу. 3 UA 104960 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 1. Спосіб виготовлення відновленого кам'яного вихідного матеріалу з використанням розплавленого шлаку, який включає: контролювання температури розплавленого шлаку на рівні 1400-1500 °C і здійснення процесу формування литтям розплавленого шлаку; та витримку сформованого литтям шлаку при температурі 800-1000 °C впродовж 1-5 годин в невідновлювальній атмосфері і наступне поступове охолодження сформованого литтям шлаку до кімнатної температури в межах 2-5 годин, для одержання відновленого кам'яного вихідного матеріалу, де розплавлений шлак містить 10-40 мас. % Аl2О3, 5-25 мас. % МgО, 10-50 мас. % SiO2, 1040 мас. % СаО, 0,1-5 мас. % ТiО2, 0,1-5 мас. % FeO і 0,1-5 мас. % МnО. 2. Спосіб за пунктом 1, в якому розплавлений шлак містить 10-20 мас. % Аl2О3, 5-10 мас. % МgО, 20-35 мас. % SiO2, 20-30 мас. % СаО, 0,1-5 мас. % ТіО2, 0,1-5 мас. % FeO і 0,1-5 мас. % МnО. 3. Спосіб за пунктом 1 або 2, в якому перед процесом формування литтям при контрольованій температурі розплавлений шлак вводиться в накопичувач для збереження тепла і модифікації, і температура розплавленого шлаку підтримується на рівні 1450-1600 °C для регулювання складу та/або кольору розплавленого шлаку у відповідності до технічних вимог до продукту, що виробляється. 4. Спосіб за пунктом 3, в якому модифікатор складу є принаймні чимось одним з глини, каоліну, магнітного залізняку, гончарної глини, польового шпату і кварцового піску і додається в кількості 0-10 мас. % від маси розплавленого шлаку. 5. Спосіб за пунктом 3, в якому модифікатор кольору є щонайменше одним з оксидів Ті, Cr, Ni, Cu, Co і Fe, порошковими рудами, які містять ці оксиди, або промисловими відходами, які містять ці оксиди, і додається в кількості 0-5 мас. % від маси розплавленого шлаку. 6. Спосіб за пунктом 5, в якому модифікатором кольору є червоний шлам, утворений при виробництві глинозему, або червоний оксид заліза. 7. Спосіб за пунктом 1 або 2, в якому процес формування литтям здійснюють у формі або без форми. 8. Спосіб за пунктом 3, в якому процес формування литтям здійснюють у формі або без форми. 9. Спосіб за пунктом 1 або 2, в якому розплавленим шлаком є розплавлений шлак, безпосередньо вивантажений з металургійного реактора, або переплавлений шлак. 10. Спосіб за пунктом 1 або 2, в якому сформований литтям шлак охолоджують до кімнатної температури зі швидкістю 1,5-10 °C за хвилину. 11. Спосіб за пунктом 3, де сформований литтям шлак охолоджують до кімнатної температури зі швидкістю 1,5-10 °C за хвилину. Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4