Флюсы доменной плавки. Известняк. Месторождения известняка

Состав и свойства известняка

Порода известняка
Известняк – это минеральное образование, включающее многочисленные разновидности карбоната кальция и наиболее распространенные в земной коре. В природе их залежи сформированы в виде пластов толщиной от нескольких сот метров.

Горная порода имеет осадочное происхождение и слоистую структуру. Химически чистые известняки содержат 56 % CaO и 44 % CO2. Карбонат кальция, входящий в состав минерального образования, медленно растворяется в воде. Очень часто это свойство является причиной образования карстовых пустот под землей.

Соединение может разлагаться на соответствующие основания с выделением углекислого газа. Под воздействием глубинного тепла карбонатные соединения становятся источником газового компонента минеральных вод.

Если в горной породе содержится до 17 % оксида магния, то они образуют группу доломитизированных карбонатных образований.

Минеральное образование, содержащее 25-50 % глинистых компонентов, называется мергелем. Чистый известняк имеет белый цвет. Наличие в минеральном образовании примесей второстепенных химических элементов придает породе определенную окраску.

Плотность минерального образования составляет 2,7-2,9 т/м3, предел прочности при сжатии составляет 0,4-300 МПа. Известняк используется во многих отраслях производства:

• в химической промышленности – для производства соды, минеральных удобрений, карбида кальция, очистки нефтепродуктов;
• сахарной отрасли – для очистки сахара;
• стекольной промышленности – для производства термически устойчивого стекла;
• в строительстве – в качестве материалов для изготовления цемента, облицовочного камня, изготовления извести;
• черной металлургии – как флюсующая добавка при выплавке рудного материала.

Разработанными стандартами нормируется содержание окиси кальция, а также не растворимых в соляной кислоте веществ, влаги и массовой доли кусков, размеров выше или ниже установленных допустимыми нормами.

Основные виды известняка

Из-за того, что известняк имеет различную структуру, принято его классифицировать по определенным признакам:

1. По происхождению;
2. По химическому составу;
3. По структуре;
4. По строению.

По происхождению

Выделяют следующие виды известняков:

• Образованные из остатков органического происхождения. Такие известняки еще называют органогенными. К ним относится ракушечник, рифовый и шламовый известняк;
• Образованные, когда выпадает осадок кальция. Их еще называют хемогенными;
• Образованные после разрушения более древних известняков. Называют их обломочными.

По химическому составу

1. Мраморизированный. Такой тип известняка образуется в процессе изменений метаморфического характера в материале;
2. Доломитизированные. В таком известняке содержится до 17% магния. С повышением этого показателя происходит перерождение его в мергель;
3. Мергель. В таком известняке содержится четверть или половина глинистых частиц.

На видео — мраморизированный известняк:

По структурному признаку

• Землистые.Отличает их высокая хрупкость и рассыпчатость, а также нерастворимость в воде;
• Мраморовидные. Для них характерно ярко выраженная кристаллическая структура. К таким известнякам относится юрский;
• Плотные. Их образуют частицы панцирей и раковин различных морских животных, иногда зерна известкового шпата;
• Отдельно стоит выделить пористые известняки (например, водоносные, для которых характерно наличие каверн и различных полостей), туфы, травертины и другие материалы подобного типа, имеющие в составе посторонние тела.

По строению

1. Пизолитовые.Его структура имеет зерна, достигающие по величине горошины;
2. Оолитовые. В их составе находятся зерна скорлуповатого строения.

По цвету

Разделяют известняки также и по цвету. Природным является белый, максимум светло-серый. Затемнение структуры, а также появление в ней красного, коричневого и других цветов является признаком наличия примесей.

По сферам применения

Выделяют следующие виды известняка:

• Металлургический или флюсовый в металлургической промышленности применяют в роли флюса при плавке металла и изготовлении различных сплавов;
• Молотый, который напоминает муку. Применяют его преимущественно в строительстве при изготовлении сухих смесей, асфальтобетона и т.д.;
• Облицовочный. Используют его при облицовке зданий;
• Пиленый. Представляет собой форматные блоки. Используют его при строительстве домов.

Фото некоторых видов известняка

Флюсовый известняк

Пиленый известняк

Молотый известняк

Облицовочный известняк

Флюсовое сырье

Флюсовое сырье
С целью образования легкоплавких шлаков в металлургии используют известняк. В качестве флюса обычно выбирают материал с противоположными свойствами по отношению к пустым породам, находящимся в рудах.

Силикатные минеральные соединения сравнительно редко используются при выплавке, потому что большинство железных руд и почти все сорта минерального топлива имеют кремнистую основу.

Поэтому применение в качестве флюсовки карбонатных соединений, содержащих основные оксиды, улучшают процесс очистки руды в процессе извлечения металлического компонента.

Среди них основное место занимают известняк и доломит. Известняки используются в доменной шихте в составе окатышей, агломерата и в виде кусков.

В зависимости от назначения различают такие типы марок карбонатного материала:

• доломитизированный – для конвертерного, аглодоменного производства;
• флюсовый известняк – применяется для мартеновского, электросталеплавильного, ферросплавного производства.

Флюсы в виде порошков предназначаются для производства без обжига периклазовых изделий и масс, применяемых для футеровки кислородных конвертеров. Материал не имеет сроков годности. Его погрузка осуществляется насыпью, а транспортировка железнодорожными вагонами.

Металлургический процесс выплавки 1 т чугуна или стали требует более 50 кг негашеной извести. Ее используют для получения основного шлака, очищающего железную руду.

Для металлургической промышленности нужны материалы для снижения потери тепла при производстве. Это позволяет уменьшить энергетические затраты. Использование флюса (плавня) в качестве добавки при извлечении металлов из руды понижает температуру плавления.

Теоретические основы металлургического производства

Флюсами называют материалы, которые вводят в состав шихты для формирования в сталеплавильных агрегатах шлаков, обладающих необходимым комплексом физических и технологических свойств. В качестве флюсов в основных сталеплавильных агрегатах чаще других применяются: известняк, известь, боксит, плавиковый шпат, шамотный бой и др.

Известняк в больших количествах дается в завалку плавки при производстве стали в мартеновских печах скрап-рудным процессом, может также применяться в качестве охладителя конвертерной плавки.

Известняк является природной формой существования кальцита (CaCO3). При высоких температурах кальцит подвергается термической диссоциации по реакции

Реакция (7.1) протекает с поглощением большого количества тепла. Поэтому для улучшения теплового баланса плавки значительно выгоднее применение извести. Однако, производство извести в количествах, которые требуются для работающих скрап-рудным процессом мартеновских цехов, а также хранение ее в сухом виде весьма затруднительно. Поэтому, когда в завалку мартеновских печей необходим большой расход оксида кальция, обычно используют известняк.

При выплавке стали в мартеновских печах известняк обычно дают в завалку. В начальном периоде плавки интенсивность передачи тепла от факела к ванне достаточно высока, что позволяет за приемлемое время компенсировать потери тепла, связанные с термической диссоциацией известняка. Перемешивание ванны выделяющимся при диссоциации CaCO3 углекислым газом улучшает теплопередачу от факела к ванне. Кислород CO2, используемый примерно на 50%, ускоряет окисление примесей ванны, что позволяет уменьшить расход железной руды. Но все это не позволяет в полной мере компенсировать затраты тепла на разложение известняка, поэтому использование в завалку качественной извести обеспечило бы существенное сокращение длительности плавки.

При доводке плавки интенсивность передачи тепла от факела к ванне уменьшается, поэтому для наведения шлака в этом периоде плавки обычно используют известь.

Металлургические предприятия Юга Украины используют известняк Еленовского и Новотроицкого месторождений, который содержит: 51 – 54 % CaO, 2 – 4% (SiO2+Al2O3), не более 0,04% серы и 0,01% фосфора. Доломитизированный известняк содержит до 14% MgO.

Известь получают в результате обжига известняка, который проводят в шахтных печах, вращающихся трубчатых печах, печах кипящего слоя и др. При использовании в качестве топлива для обжига известняка сернистого кокса содержание серы в извести может увеличиваться до 0,2 – 0,3%, что снижает ее ценность как десульфуратора. Высокое качество извести достигается при обжиге известняка с использованием природного газа.

Металлургические свойства извести в значительной мере определяются режимом обжига. Высокими свойствами обладает известь «мягкого обжига», которую быстро нагревают до высокой температуры и быстро охлаждают. В кусках такой извести присутствует большое количестве трещин и пор, что способствует высокой скорости растворения ее в шлаке. Если при обжиге известь длительное время выдерживают при высоких температурах, протекают процессы перекристаллизации, в результате чего металлургические свойства извести ухудшаются.

На воздухе известь активно взаимодействует с атмосферной влагой, превращаясь в гидрооксид кальция. Подача гидратированной извести в металлургические агрегаты нежелательна в связи дополнительными затратами тепла на термическую диссоциацию Ca(OH)2. Кроме того, такая известь вносит в ванну сталеплавильного агрегата большое количество водорода, а мелкий порошок гидрооксида кальция в больших количествах выносится из рабочего пространства агрегата. Поэтому хранить известь рекомендуется в закрытых бункерах. Желательно также, чтобы от окончания обжига извести до подачи ее в сталеплавильный агрегат проходило не более суток.

Когда выполнение этих требований затруднительно, применяется «недопал» – продукт неполного обжига известняка, который содержит 80 – 85% CaO, до 4,0% SiO2 и 10 – 14% CO2. Такой материал медленнее поглощает влагу, чем полностью обожженная известь.

При доводке плавки в мартеновских печах известь может применяться в кусках размером до 150 мм. При выплавке стали в конвертерах рекомендуется использовать известь в кусках размером 10 – 50 мм, что обеспечивает достаточно полное растворение ее в шлаке и уменьшает вынос при продувке.

Боксит используется для ускорения шлакообразования и получения необходимой вязкости шлака при выплавке стали в мартеновских печах. Основными составляющими боксита являются Al2O3, Fe2O3 и SiO2. Так, например, боксит марки Б-6 для мартеновского производства должен содержать не менее 37% Al2O3, не более 0,2% S, не более 0,6% P2O5, Al2O3/SiO2 >2,1.

Благоприятное влияние боксита на свойства шлака связано с наличием в нем глинозема. Отрицательной особенностью боксита является высокое содержание кремнезема, которое способствует увеличению количества шлака и по-нижению стойкости футеровки агрегата. Поэтому желательно использование боксита с содержанием кремнезема не более 10 – 12%.

Обычно, чтобы избежать значительных потерь при транспортировке, боксит увлажняют, содержание влаги в нем может составлять 10 – 20%. Поэтому перед подачей в сталеплавильные агрегаты боксит должен подвергаться сушке.

Плавиковый шпат является природной формой существования флюорита (CaF2). Обычно плавиковый шпат содержит 90 – 95% CaF2 и не более 5% SiO2.

Присадки плавикового шпата увеличивают скорость растворения извести, способствуя формированию подвижного высокоосновного шлака. Однако, дефицитность и высокая стоимость плавикового шпата ограничивает возможности широкого его применения. По этой причине плавиковый шпат применяется, главным образом, при выплавке стали в дуговых электросталеплавильных печах. Значительно реже в количествах до 1 – 2% от массы металла его применяют при производстве стали в кислородных конвертерах по двухшлаковой технологии.

Шамотный бой, содержащий 30 – 40% Al2O3, SiO2 и не более 1% Fe2O3, может быть использован для понижения вязкости шлака при выплавке металла в дуговых электросталеплавильных печах. Преимуществом шамотного боя в сравнении с бокситом является отсутствие в нем влаги и оксидов железа, что позволяет применять его в восстановительном периоде плавки. Главным недостатком этого материала является высокое содержание в нем кремнезема.

Преимущества использования известняка

По сравнению с другими материалами известняк обладает следующими преимуществами:

• Несомненным преимуществом известняка является высокая экологичность;
• Он отлично поддается обработке, что позволяет придать ему практически любую форму и фактуру;
• В отличие, например, от кирпича или облицовочной плитки известняк очень долго сохраняет свой внешний вид. Даже в том случае, если его поверхность подвергается постоянным воздействиям неблагоприятных погодных факторов. Именно поэтому известняк часто используют при облицовке цоколей здания;
• Известняк имеет пористую структуру, что позволяет ему отлично поглощать влагу из окружающей среды. Поэтому влажность в помещении будет на оптимальном уровне;
• Высокие тепло- и звукоизоляционные характеристики делают материал идеальным для внешней и внутренней отделки.

Как видно, известняк является отличным материалом, который может быть использован во многих отраслях, преимущественно, в строительной сфере. Отличные его качества позволяют с уверенностью сказать, что это наилучший материал в своей категории.

Применение известняка в строительстве

Благодаря большому количеству расцветок и фактур известняк используется широко в строительной сфере. При строительстве зданий известняк может быть использован в качестве основного материала (кирпич из известняка) или для облицовки плитами.

В любом случае куски известняка подвергаются распиливанию. Основным преимуществом такого материала является то, что размер блоков из него можно варьировать. Кроме того, известняк имеет очень высокие экологические характеристики, так как является природным материалом.

Также с помощью известняка осуществляется оформление садовых и дачных участков. Из него формируют альпийские горки и каменные барбекю. Преимуществом его в данной ситуации является высокая долговечность, эстетически приятный внешний вид и простота в уходе.

Также известняк нашел широкое применение при украшении интерьеров. С его помощью декорируют балконы и лестничные перила. За счет высокой пластичности и легкой обрабатываемости из известняка можно сделать украшения и балясины любой сложности.

В некоторых случаях из известняка изготавливают элементы мебели, кухонные и барные столешницы, даже декоративные элементы, например, статуэтки и вазы.

Как работать с известняком при создании скульптур расскажет видео:

Назначение флюсов, требования, предъявляемые к известнякам

Россыпные месторождения | Метаморфизм и рудообразование | Черные металлы | Марганец. | Классификация ресурсов и запасов | Разведка месторождений полезных ископаемых | Ресурсы и запасы железных руд | Ресурсы и запасы марганцевых руд | Ресурсы и запасы хромитовых руд | Ресурсы и запасы угля |