Установка и способ стабилизации и инертизации шлака, получаемого при производстве стали на сталелитейных заводах и в доменных печах - RU2633456C2

Чертежи

Описание

Область техники

Изобретение относится к способу обработки шлаков, образующихся при производстве стали на сталелитейных заводах и в доменных печах согласно признакам ограничительной части п. 1 формулы изобретения.

Изобретение также относится к установке для стабилизации и инертизации шлака, предназначенной для получения инертного и зрелого продукта, основанного на шлаке, образующегося при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке в доменных печах железосодержащих руд, согласно признакам ограничительной части п. 15 формулы изобретения.

Изобретение также относится к инертному и зрелому продукту, основанному на шлаке, образующегося при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке в доменных печах железосодержащих руд, согласно признакам ограничительной части п. 16 формулы изобретения.

Определения

В данном описании и прилагаемой формуле изобретения следующие термины предназначаются для понимания в соответствии с представленными далее определениями.

В настоящем описании термин «гидравлическое вяжущее вещество» предназначается для обозначения неорганического компонента, который после смешивания с определенным количеством воды подвергается процессу гидратации, который вызывает протекание некоторых химических реакций между водой и силикатами, алюминатами, как аморфными, так и кристаллическими алюминатами кальция и/или сульфоалюминатами, ферритами кальция. Такие химические реакции приводят к образованию нерастворимых или плохо растворимых гидратов, образующих густую массу, которая затвердевает после периода отверждения. Гидравлическими вяжущими веществами являются, например, гипс, известь, гидравлическая известь, клинкер, смесь клинкера и гипса, цементные агломераты и цементы.

Уровень техники

В ходе производства стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах в качестве отходов образуется некоторое количество шлака, который должен быть надлежащим образом утилизирован. При том, что ранее шлаки считались отходами и аккумулировались во внешних накопительных бункерах или сбрасывались в отвал, после введения новых нормативных положений об утилизации отходов и вследствие увеличения издержек производства в настоящее время такие шлаки больше не рассматриваются как отходы, но в качестве побочного продукта, в отношении которого были найдены новые пути повторного использования в целях обеспечения отсутствия каких-либо отходов с минимизацией воздействия на окружающую среду процессов производства стали, снижения затрат на утилизацию отходов и, вследствие этого, уменьшения общих издержек производства.

На протяжении длительного времени предпринимались попытки повторного применения шлаков, образующихся при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах, в области строительства.

Определенные проблемы в данном случае связаны с потенциальным риском того, что шлаки или полученные из них продукты могут выделять в окружающую среде ионы тяжелых металлов, которые рассматриваются как загрязняющие вещества.

Среди методов известного уровня техники WO 2011/101386 описывает специальный легковесный ячеистый бетон, который включает цемент, воду, водопонижающий агент, пенообразующее вещество, растворимую соль кальция, неорганические частицы с размерами от 0,1 до 300 микрон, среди которых могут быть представлены шлаки, в котором соотношение между пенообразующим веществом и солью кальция составляет между 0,3 и 0,8.

Патент Соединенных Штатов 5037286 описывает устройство для переработки продуктов сжигания с мусоросжигательных установок для получения шаров из золы, покрытых цементной композицией, предполагающий их последующий сброс в отвалы.

Патентная заявка GB 2327669 описывает материал в форме частиц, предназначенный для применения при строительстве аэродромных и дорожных покрытий, содержащий агрегированные частицы, покрытые водно-цементной смесью, в котором данные частицы могут содержать как измельченные, так и неизмельченные агрегаты, образующиеся при рециклировании или являющиеся искусственными агрегатами. Такие частицы с покрытием оказываются более шероховатыми по сравнению с агрегатами без покрытия. Предпочтительно предназначаемые для нанесения покрытия частицы являются природными неизмельченными агрегатами, например, гравием, который является гладким и округлым. К цементу может быть добавлена известь, микросиликатные материалы, ускорители твердения, суперразжижающие материалы. Кроме того, в покрытии могут быть заключены материалы в форме более мелких частиц, при этом некоторые из этих частиц выступают над поверхностью покрытия. Материал в форме частиц готовится смешиванием частиц заполнителей с цементом, водой и, возможно, добавками, отделением частиц посредством пропускания через вибрационные или ротационные сита перед затвердеванием цемента и последующим переносом отделенных частиц на вибрационный конвейер после достижения цементом по существу его состояния отверждения.

Патентная заявка FR 1357032 описывает способ обработки гранулированных шлаков для применения в жидких растворах и бетонах, при этом данный способ обеспечивает покрытие гранул шлака цементной пленкой, которая не показывает несовместимости с вяжущим веществом гранул и бетонов композиции, в которую должен водиться шлак. Данный способ обеспечивает смешивание влажного гранулированного шлака с цементом, при этом доля содержания цемента в массовом процентом выражении оказывается меньше массы шлака и присутствующей в шлаке воды, являясь при этом достаточной для образования цементного теста для покрытия гранул шлака пленкой.

Патентная заявка FR 2742431 описывает способ обработки шлаков, образующихся при сжигании мусора, которые перед проведением исследований их механических, физических и химических характеристик подвергаются измельчению. После определения механических, физических и химических свойств данных измельченных шлаков материал подвергается предварительному формованию для получения предварительно гидратированного шлака, который затем может быть покрыт гидравлическим вяжущим веществом.

Обработка шлаков в настоящее время часто является значительной проблемой. Например, некоторые шлаки, свежеобразованные под действием высокотемпературных процессов при плавлении стали, подвергаются быстрому охлаждению с помощью водяных форсунок с получением шлаков в стеклообразном состоянии и со значительным количеством углублений на их внутренней части. Шлаки такого типа часто считаются отходами, браком металлургического производства со следующими из этого значительными расходами на их утилизацию или какой-либо иной способ их хранения. Физические и механические характеристики агрегатов, образующихся из шлаков производства стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах, на протяжении длительного времени являются предметом интереса и целью различных исследований как из-за больших объемов их выработки, так и вследствие проблем, возникающих при их хранении на не оборудованных надлежащим образом территориях с возможным последующим высвобождением потенциально загрязняющих элементов.

В области строительства применение шлаков считается непривлекательным и имеются значительные предубеждения относительно эффективности их использования из-за характеристик шлаков, которые влияют на их применимость в данной области, а также вследствие недостатков, соотносимых с их применением, среди которых главным образом выделяются:

1) наличие структуры с углублениями, которая приводит к не соответствующему нормативам использованию воды в процессе замешивания бетона, что делает применение шлаков плохо управляемым в условиях строительной площадки;

2) присутствие тяжелых металлов, которые являются потенциальными загрязнителями в случае их высвобождения в окружающую среду;

3) большая масса шлаковых инертных продуктов по сравнению с инертными продуктами, добываемыми в карьерах, которая усложняет транспортировку бетона в бетоносмесителях; фактически инертные продукты, получаемые из шлака, могут весить на около 30% больше, чем инертные продукты из карьера, вследствие чего полученный таким образом бетон будет более тяжелым, хотя этот недостаток характерен только для максимального транспортируемого, например, бетоносмесителями, объема, поскольку при равной по величине массе, транспортируемой бетоносмесителем, объем перевозимого продукта будет ниже из-за большей удельной массы продукта;

4) устойчивость с течением времени готового продукта, произведенного с использованием содержащих шлаки бетонов, из-за чрезмерной потребности в воде такого бетона, составляющего при этом один и тот же продукт.

При конкретном обращении к сфере строительства методики известного уровня техники часто обнаруживают значительные ограничения в применении шлаков, образующихся при производственных процессах на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах, из-за аномальных, плохо прогнозируемых и слабо поддающийся количественному определению явлений водопоглощения. На практике изготовление бетона подразумевает смешивание в бетоносмесителе добываемого в карьере инертного заполнителя, песка, цемента, добавок и воды. При замене инертного заполнителя из карьера имеющим аналогичные размеры продуктом, получаемым из шлака, вскоре может быть замечена проблема, возникающая на этапе объединения. На практике пористая структура шлака вызывает не поддающееся регулированию высокое поглощение воды, которое является аномальным и неоднородным по сравнению с поглощением, которое происходит в случае работы с обычными инертными продуктами из карьера.

Кроме того, высвобождающееся на этапе отверждения цемента гидратационное тепло также вызывает по меньшей мере частичное испарение избытков поступающей в смесь воды. Такое испарение приводит к образованию крохотных свободных пространств, которые последовательно вызывают выпадение продукта или бетона с последующим растрескиванием и разрушением на структурном уровне и проявлением недостатков на физическом и визуальном уровне, которые не позволяют получить однородный бетон или так или иначе подходящий для специфических требований, например, в случае видимых поверхностей, промышленных дорожных покрытий и т.д. Следующим недостатком этого чрезмерного и ненормируемого испарения воды является возможное появление «высолов», явления, вызываемого выходом на поверхность некоторых физических компонентов, присутствующих в цементе. Несмотря на размалывание шлака до различных размеров, в том числе и очень мелкодисперсных, описанная выше проблема сохраняется, и поэтому его применение в области строительства очень ограничено по сравнению с тем, каким оно могло бы быть. Для применений, которые требуют высокого качества поверхностей затвердевшего бетона, а именно, в случае видимых поверхностей, промышленных дорожных покрытий, обычно обращаются к специальным типам бетона, например, к самоуплотняющимся бетонам, известным под аббревиатурой SCC (Self Compacting Concrete) или к самовыравнивающимся бетонам, известным под аббревиатурой SLC (Self-Levelling Concrete), которые являются многокомпонентными цементными смесями, обладающими высокой текучестью и высокой устойчивостью к расслоению, с тем, чтобы в ходе укладки быстро ликвидировать присутствие возможных пустот и излишков воздуха, предупреждая тем самым образование макродефектов бетона. Однако такие решения более дороги.

Хотя некоторые методики известного уровня техники описывают применение некоторых количеств шлаков в процессе приготовления цементных изделий, а именно, патент WO 2011/101386, они не объясняют, каким образом должна производиться обработка самих шлаков для превращения их в подходящий для включения в цементную смесь материал, то есть методики известного уровня техники не объясняют, каким образом должна быть выполнена эффективная инертизация шлаков для получения инертного продукта, соответствующим образом подходящего для применения, например, при изготовлении цементных изделий. Кроме того в методиках известного уровня техники, а именно, патенте WO 2011/101386, предусматривается возможность уменьшения гранулометрического состава имеющихся шлаков в очень значительной степени, порядка около 0,1-300 микрон, что означает, что такие шлаки для достижения особо мелкодисперсных размеров должны обрабатываться с помощью дорогих способов и устройств, что увеличивает затраты на применение описанной методики, а также приводит к тому, что операторы подвергаются воздействию очень мелких порошков, получаемых из шлаков, образующихся при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах, при этом такое воздействие происходит до того, как шлаки подвергаются эффективной обработке в целях инертизации.

Кроме того, инертизация, которая может быть достигнута в результате включения тонко измельченных шлаков в цементные продукты, не эффективна, поскольку цемент не способен эффективно инертизировать отдельные зерна, но его возможности сводятся к включению их в смесь с риском того, что в любом случае из произведенного продукта может произойти высвобождение в окружающую среду порошков с дисперсией тяжелых металлов.

Например, решения, описанные в патентах US 5037286, GB 2327669, FR 1357032, FR 2742431, на практике обеспечивают то, что частицы шлаков включаются или же иным образом полностью покрываются цементом со значительным количеством отходов материала и неопределенностью в том, что касается эффективности инертизации продукта.

Задача изобретения заключается в способе получения инертного продукта, основанного на шлаках, образующихся при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах, при этом данный инертный продукт является хорошо подходящим для использования во множестве применений, среди которых без ограничения в отношении задач изобретения представлены применение в области строительства для получения бетонов, применение в качестве абразивных материалов, применение для создания дорожной инфраструктуры, в общем случае применение для создания дорожных покрытий.

Раскрытие изобретения

Способ согласно изобретению обеспечивает эффективное использование шлаков, образующихся в процессе производства стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах, получение инертного продукта, который является подходящим для множества применений, не ограничиваемых лишь применениями настоящего изобретения в области строительства. Как следствие, в соответствии с решением согласно настоящему изобретению, делающим возможным эффективное использование шлаков, имеются преимущества с точки зрения затрат на их утилизацию или хранение, которые эффективно снижаются или вовсе сводятся к нулю.

Кроме того, применение инертных продуктов, полученных согласно способу в соответствии с настоящим изобретением, делает возможным достижение существенных преимуществ по сравнению с решениями, применяющими инертные продукты, добываемые в карьерах, а именно:

1) благодаря стекловидной текстуре и композиции шлака, высокая степень прочности на сжатие продуктов или перекрытий, подвергаемых воздействию концентрированных нагрузок или интенсивной эксплуатации с полезными эффектами как с точки зрения сопротивления истиранию при качении, так и с точки зрения механической прочности к повторяющемуся прохождению тяжелых механизмов;

2) более высокая устойчивость полученных продуктов к химическому травлению или воздействию агрессивных агентов в неблагоприятных условиях среды благодаря пуццолановым характеристикам шлака, такие преимущества являются особенно подходящими, например, для случаев иловых отстойников для жидкостей или для очистки или сбора дождевой воды;

3) решение проблемы возможного высвобождения в окружающую среду ионов тяжелых металлов;

4) возможность получения сухих бетонных смесей, поставляемых в упаковке, в которых часть или весь карьерный инертный продукт заменен инертным продуктом, полученным из шлака согласно настоящему изобретению, с достижением высокого класса прочности бетона (R_ck) при минимальном использовании цемента и инертного продукта;

5) Возможность применения инертного продукта, полученного согласно настоящему изобретению, для различных применений, а именно, в качестве абразивного материала.

Решение согласно настоящему изобретению позволяет делать инертными шлаки, образующиеся при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах, и включать их в смесь, которая может далее применяться для получения различных продуктов, среди которых, например, цементные изделия, абразивные материалы, дорожные основания, дорожные покрытия в целом.

Предпочтительно способ обработки шлаков согласно настоящему изобретению не предполагает измельчение шлаков до микронных порошков, которые могут стать компонентами дисперсии в окружающей среде и могут подвергнуть операторов риску их вдыхания, но решение согласно настоящему изобретению позволяет обеспечить инертизацию шлаков без необходимости в доведении гранулометрического состава до микронных величин.

Предпочтительно решение согласно настоящему изобретению не предполагает получение продукта, который однозначно предназначается только для определенного применения, напротив, обеспечивается получение инертного материала, который может использоваться для различных применений. Фактически решение согласно настоящему изобретению включает образование нового инертного продукта, получаемого посредством объединения любых типов шлака с гидравлическим вяжущим веществом, с получением, таким образом, нового инертного продукта, обладающего инновационными физическими свойствами, делающими его применимым как в бетоне (любой типологии и в любой области применения), так и в производстве асфальтов, дорожных оснований и дорожных покрытий в целом, поверхностных слоев, абразивных материалов, т.е. в общем смысле с получением инертного продукта, подходящего для применения в любых отраслях промышленности и строительства.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 схематично представляет установку, реализованную в соответствии с настоящим изобретением и предназначенную для обработки и инертизации шлаков, образующихся в результате процессов производства стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах.

Фиг. 2 схематично представляет гранулят, полученный с помощью настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Изобретение относится к способу инертизации, начинающемуся с получения шлаков, образующихся при производства стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах, и делает возможным получение устойчивого и инертного продукта посредством изготовления и переработки таких шлаков. На практике производство шлаков согласно способу в соответствии с настоящим изобретением делает возможным получение инертного продукта новой типологии, который может использоваться немедленно или же подлежит вторичному по отношению к данному производству применению, допуская хранение или фасовку для его последующего использования.

Посредством способа по изобретению получается продукт, в котором порообразные углубления молекулярной структуры шлаков заполняются определенным способом так, чтобы содержащиеся в шлаках ионы тяжелых металлов и другие возможные потенциально загрязняющие элементы не подвергались диспергированию в окружающую среду при контакте с водой или другими веществами, также возможно агрессивными, но являются эффективно покрытыми и скрепленными вяжущим веществом, применяемым при способе по изобретению. В случае химически агрессивных веществ исключение диспергирования в окружающую среду ионов тяжелых металлов происходит благодаря объединяющему и заполняющему действию (Фиг. 2) на углубления или поры (24) в зернах (23) вяжущего вещества (25), приводящего к образованию гранулированного материала (22).

На практике, в отличие от методик известного уровня техники, не происходит заключения частиц шлака внутри цементной оболочки, полностью обволакивающей частицы шлака, но вместо этого получается частица шлака, поверхность которой инертизируется посредством введения или заполнения углублений или пор (24) в зернах (23), образующих гранулят (22), без заключения каждого зерна внутри цементной оболочки, полностью его обволакивающей. Это является предпочтительным, поскольку в методиках известного уровня техники не обеспечивается того, чтобы вяжущее вещество реагировало с поверхностью гранулята или шлака со сталеплавильных заводов, и повреждения цементной оболочки влекут за собой обнажение поверхности шлака, не подвергшейся инертизации. Напротив, при способе по изобретению поверхность обработанного шлака в конечном продукте оказывается по существу обнаженной, но прошедшей взаимодействие с вяжущим веществом и другими компонентами смеси с получением поверхности, которая является инертизированной и в дальнейшие реакции не вступающей. Этот эффект получен только благодаря заявленному способу с обозначенной последовательностью действий и временными интервалами, которые делают возможным проведение на поверхности шлака реакции, обеспечивающей их эффективную инертизацию.

Помимо предупреждения диспергирования в окружающую среду ионов тяжелых металлов и других возможных потенциально загрязняющих элементов, решение по изобретению также позволяет получить инертный продукт, который обладает улучшенными по сравнению с продуктами известного уровня техники рабочими характеристиками и который является легче поддающимся обработке для получения конечных продуктов, которые могут быть различными в зависимости от конкретных применений, для которых они предназначаются.

Кроме того, продукт, получаемый с помощью способа по изобретению, больше не будет являться потенциально опасным шлаком, но вносится в список в качестве годного к использованию вторичного сырья, например, для производства подходящего для любых применений бетона, для асфальтов, для битуминозных конгломератов, для дорожных оснований и дорожных покрытий в целом, а также в других различных областях промышленного применения, таких как создание поверхностных слоев, абразивные материалы и т.д.

Способ согласно настоящему изобретению представляет собой способ приготовления инертного продукта, основывающегося на шлаках, образующихся при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах, при этом данный способ имеет следующие этапы:

(a) размалывание шлака в устройстве для измельчения (9, 10) с получением измельченного шлака в виде твердых частиц с размерами дробленого материала между 0,1 и 4,0 мм, или между 4,0 и 8,0 мм, или между 8,0 мм и 12,0 мм, или между 12,0 мм и 20,0 мм, или между 20,0 мм и 30 мм, при этом предпочтительным решением является решение, обеспечивающее частицы с диапазонами размеров, которые по существу находятся между 0,1 и 20,0 мм, еще более предпочтительно в диапазоне между 0,1 и 12,0 мм;

(b) активизация смесительных средств смесительного устройства (12);

(c) заливка в смесительное устройство (12) первой порции воды;

(d) выжидание в течение первого периода времени Т1, начинающегося с завершения заливки первой порции воды;

(e) загрузка в смесительное устройство (12) шлака, полученного при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах;

(f) выжидание в течение второго периода времени Т2, начинающегося с завершения загрузки шлака;

(g) загрузка в смесительное устройство (12) гидравлического вяжущего вещества;

(h) выжидание в течение третьего периода времени Т3, начинающегося с завершения загрузки гидравлического вяжущего вещества;

(i) загрузка в смесительное устройство (12) разжижающей добавки;

(k) выжидание в течение четвертого периода времени Т4, начинающегося с завершения загрузки разжижающей добавки;

(m) заливка в смесительное устройство (12) второй порции воды;

(n) выжидание в течение пятого периода времени Т5, начинающегося с завершения заливки второй порции воды;

(о) извлечение смешанного продукта и выдерживание смешанного продукта в течение шестого периода времени Т6, или времени созревания, внутри емкости (4) для хранения с возможной непрерывной или периодической вибрацией;

(p) извлечение инертного и зрелого продукта, основанного на шлаке, полученном при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах;

(q) возможное размалывание в стационарном и/или передвижном дробильном устройстве для достижения размеров, предпочтительно выбираемых между конечным размером в диапазоне от 1,0 до 4,0 мм, размером в диапазоне от 4,0 до 8,0 мм, размером в диапазоне от 8,0 до 12,0 мм, размером в диапазоне от 12,0 до 20,0 мм, размером в диапазоне от 20,0 до 30,0 мм, при котором применяются размалывающие средства, предпочтительно предназначенные для получения конечного размера, соответствующего или превышающего размер, достигаемый после размалывания, выполняемого на этапе (а), таким образом, чтобы этап (q) предпочтительно являлся этапом размалывания, предназначенным для обеспечения размеров указанного инертного и зрелого продукта, по существу, соответствующих или превышающих размер, достигаемый после этапа (а) размалывания шлака в измельчающем устройстве (9, 10);

(r) возможная упаковка или применение инертного и зрелого продукта.

В соответствии с желательной степенью качества этап (а) размалывания может выполняться с помощью двух различных измельчающих устройств (9, 10), оба из которых предпочтительно должны присутствовать в установке (14) для стабилизации и инертизации шлака, предназначаемой для получения инертного и зрелого продукта, основывающегося на шлаке, образующемся при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах, и изготавливаемого согласно настоящему изобретению. В частности, установка (14) может содержать бункер (1), вмещающий шлак, образующийся при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах и предназначенный для инертизации с получением инертного и зрелого продукта. Бункер (1) запасает шлак на первом транспортном средстве (13), предназначенном для транспортировки шлака, в качестве варианта, либо на мельницу (10), либо в дробилку (9).

Чтобы получить основанный на шлаке инертный и зрелый продукт, обладающий улучшенным качеством, обеспечивается возможность выполнения размалывания с помощью мельницы (10), предпочтительно шаровой мельницы или стержневой мельницы, с добавлением интенсифицирующей размалывание добавки, которая вносится в мельницу (10) из первого контейнера (5), содержащего добавляемое к размалываемому материалу диспергирующее вещество. В качестве интенсифицирующей размалывание добавки применяются добавки, которые могут быть в жидкой и/или порошкообразной форме, которые обладают антистатическими свойствами, препятствующими процессу образования электростатических зарядов между размалывающими устройствами и шлаком и тем самым препятствующими образованию агломератов вокруг самих размалывающих устройств, появление которых снижает эффективность размалывания. Количества применяемых интенсифицирующих размалывание добавок должны быть пропорциональны электростатическим зарядам, которые образуются в мельнице. Интенсифицирующие размалывание добавки выходят вместе с конечным продуктом, как только завершается цикл измельчения, и далее вновь вносятся в установку в соответствии со следующим рабочим циклом. В частности, такие мельницы являются устройствами, оборудованными контейнером в целом цилиндрической формы, который приводится во вращение с высокой скоростью и внутри которого находятся некоторые размалывающие элементы, а именно, шары или стержни, которые проявляют размалывающее действие благодаря эффектам сжатия, ударного воздействия, срезания и истирания. Размолотый продукт, полученный с помощью мельницы (10), направляется к первому контейнеру (2) временного хранения, из которого измельченный продукт может отбираться согласно технологическим нуждам и направляться к устройствам, располагающимся в установке (14) вслед за первым контейнером (2). Транспортировка от мельницы (10) до первого контейнера (2) выполняется с помощью второго транспортного средства (16) предпочтительно в форме конвейерных лент, еще более предпочтительно в форме конвейерных лент, закрытых кожухами, способными образовать транспортную камеру, изолированную от внешней среды для избежания рассеивания в окружающую среду.

Для получения основанного на шлаках инертного и зрелого продукта с более низкими производственными расходами обеспечивается возможность выполнения размалывания посредством дробилки (9), предпочтительно молотковой дробилки, а именно, дробилки, которая измельчает шлак посредством повторяющихся ударных воздействий, которые обеспечиваются с помощью маховых колес, вращающихся с высокой скоростью и оснащенных выступами, подходящими для того, чтобы заставить куски шлака сталкиваться друг с другом для их измельчения. Полученный с помощью дробилки (9) размолотый продукт направляется ко второму контейнеру (3) временного хранения, из которого измельченный продукт может отбираться согласно технологическим нуждам и направляться к устройствам, располагающимся в установке (14) вслед за вторым контейнером (3). Транспортировка от дробилки (9) ко второму контейнеру (3) выполняется с помощью третьего транспортного средства (17) предпочтительно в форме конвейерных лент, еще более предпочтительно в форме конвейерных лент, закрытых кожухами, способными образовать транспортную камеру, изолированную от внешней среды для избежания рассеивания в окружающую среду.

Смесительное устройство (12) предпочтительно представляет собой планетарную мешалку, а именно, такую, в которой средства для приготовления смеси вращаются по эксцентрическому маршруту, предпочтительно по стенкам смесительной камеры, и одновременно вращаются вокруг их собственной оси вращения.

Первая порция воды и вторая порция воды добавляются посредством второго контейнера (6). Количество воды в первой порции предпочтительно составляет между 50% и 85% общего требуемого в процессе количества воды, еще более предпочтительно количество воды в первой порции, которая добавляется в начале способа по изобретению, приблизительно равно 2/3 общего необходимого в процессе количества воды, соответствующего суммарному количеству первой и второй порций воды. Первая и/или вторая порции воды предпочтительно добавляются с помощью распылителя (15), предназначенного для распыления воды, которая вводится в смесительное устройство (12).

Вода, добавляемая в количествах между 50% и 85% от общего необходимого количества воды, вводится в такой пропорции, чтобы стремиться достичь состояния насыщения с влажной поверхностью шлака на следующем этапе введения шлака и в ходе перемешивания шлака на первых этапах производства, а также для содействия когезии с гидравлическим вяжущим веществом во время его последующего введения. Введение посредством распылителя делает возможной более эффективную диффузию по всей внутренней поверхности смесительного устройства (12) при том, что время Т1 предназначается для обеспечения отсутствия избыточного расхода воды в смесительном устройстве (12) во время загрузки шлака. Предпочтительно изменения количества воды, выполняемые на основе измерений, осуществляемых датчиком влажности, служат в качестве корректирующего фактора главным образом или исключительно для количества воды, которая вводится на этапе (m), оставляя количество воды, вносимой на этапе (с), неизменным.

Первый период времени Т1, который проходит между моментом, в который заканчивается заливка в смесительное устройство (12) первой порции воды, и моментом, в который начинается загрузка в смесительное устройство (12) шлака, предпочтительно составляет между 2 и 30 секундами, еще более предпочтительно между 5 и 15 секундами, при этом предпочтительная величина равняется 10 секундам.

Этап (е) загрузки в смесительное устройство (12) шлака, получаемого при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах, представляет собой этап внесения шлака, который был подвергнут предварительному измельчению в соответствии с характеристикам размалывания этапа (а), а именно, измельченного шлака, имеющего, в частности, размер дробленого материала между 0,1 и 4 мм, или между 4,0 и 8,0 мм, или между 8,0 мм и 12,0 мм, или между 12,0 мм и 20,0 мм, или между 20,0 мм и 30 мм, при этом предпочтительным решением является решение, обеспечивающее диапазоны измельчения, по существу между 0,1 и 20,0 мм, еще более предпочтительно между 0,1 и 12,0 мм. Загрузка шлака в смесительное устройство (12) производится посредством шестого транспортного средства (20), предпочтительно в форме конвейерных лент и еще более предпочтительно в форме конвейерных лент, закрытых кожухами, способными образовывать транспортную камеру, изолированную от окружающей среды. Транспортировка шлака происходит с использованием взвешивающего устройства (11), способного отвешивать количество шлака, который вводится внутрь смесительного устройства (12). Внутрь взвешивающего устройства может вводиться как шлак, подаваемый посредством четвертого транспортного средства (18) из первого контейнера (2), который является шлаком, измельченным с помощью мельницы (10), так и шлак, который направляется пятым транспортным средством (19) из второго контейнера (3) и который является шлаком, измельченным посредством дробилки (9). Например, возможно обеспечение инертных, зрелых конечных продуктов, получаемых посредством загрузки в смесительное устройство (12):

- только измельченного шлака из первого контейнера (2), который является шлаком, измельченным с помощью мельницы (10);

- только измельченного шлака из второго контейнера (3), который является шлаком, измельченным с помощью дробилки (9);

- первой порции измельченного шлака, поступающего из первого контейнера (2), который является шлаком, измельченным с помощью мельницы (10), и второй порции измельченного шлака из второго контейнера (3), который является шлаком, измельченным посредством дробилки (9).

Второй период времени Т2, который проходит между моментом, в который завершается загрузка в смесительное устройство (12) шлака, и моментом, в который начинается загрузка в смесительное устройство (12) гидравлического вяжущего материала, предпочтительно составляет между 10 и 50 с, еще более предпочтительно между 20 и 40 с, при этом предпочтительная величина равняется 30 с.

Время Т2 является временем, необходимым для того, чтобы позволить смесительному устройству (12) смешать шлак и воду, обеспечив тем самым, чтобы вся поверхность шлака стала достаточно насыщенной с достижением влажного состояния поверхности, которое способствует лучшей когезии с гидравлическим вяжущим веществом. На практике очень важно наличие надлежащего количества влаги, такого, чтобы достигать условий, по существу соответствующих состоянию влажной поверхности шлака. На практике гидравлическое вяжущее вещество обычно является соединением или совокупностью соединений с такими характеристиками, чтобы создать когезию между элементами в присутствии воды и/или при достаточной для сохранения когезионного процесса влажности.

Этап (g) загрузки в смесительное устройство (12) гидравлического вяжущего вещества представляет собой этап загрузки гидравлического вяжущего вещества, поступающего из третьего контейнера (7), размещенного вблизи смесительного устройства (12). При том, что гидравлическое вяжущее вещество подразумевает неорганический компонент, который после смешивания с заданным количеством воды подвергается процессу гидратации, вызывающему протекание некоторых химических реакций между водой и силикатами, алюминатами, ферритами кальция. Такие химические реакции приводят к образованию нерастворимых или плохо растворимых гидратов, образующих густую массу, которая затвердевает после периода отверждения. Например, гидравлические вяжущие вещества, подходящие для применения в настоящем изобретении, представлены гипсом, известью, гидравлической известью, клинкером, клинкерно-гипсовой смесью, цементными агломератами и цементами. Предпочтительно гидравлическое вяжущее вещество выбирается из группы, состоящей из клинкера, клинкерно-гипсовой смеси, агломератов цемента, цементов.

Третий период времени Т3, который проходит между моментом, в который заканчивается загрузка в смесительное устройство (12) гидравлического вяжущего вещества, и моментом, в который начинается загрузка в смесительное устройство (12) разжижающей добавки, предпочтительно составляет между 10 и 50 секундами, еще более предпочтительно между 20 и 40 секундами, при этом предпочтительная величина равняется 30 секундам.

Время Т3 предпочтительно находится в диапазоне, ограниченном таким образом, чтобы обеспечить возможность выполнения этапа введения гидравлического вяжущего вещества во время добавления разжижающей добавки с тем, чтобы избежать затруднений доступа к путям введения из-за образования агломератов в точках ввода.

Этап (i) загрузки в смесительное устройство (12) разжижающей добавки является этапом подачи суперразжижающей добавки из четвертого контейнера (8), размещенного вблизи смесительного устройства (12). В качестве разжижающей добавки предназначается добавка, которая препятствует первоначальному образованию связей между частицами самого гидравлического вяжущего вещества, но не препятствует их реакционной способности и обеспечивает, таким образом, текучесть смеси в смесительном устройстве (12) и достаточное покрытие шлака густой массой вяжущего материала. Предпочтительно количество суперразжижающей добавки составляет от около 0,5 до 2 мас. % относительно массы гидравлического вяжущего вещества, вводимого в смесительное устройство (12) на этапе (g).

Четвертый период времени Т4, который проходит между моментом, в который заканчивается введение в смесительное устройство (12) разжижающей добавки, и моментом, в который начинается заливка в смесительное устройство (12) второй порции воды, предпочтительно составляет между 5 и 50 с, еще более предпочтительно между 10 и 30 с, при этом предпочтительная величина равняется 20 с.

Время Т4 является временем, которое необходимо предоставить смесительному устройству (12) в непрерывном режиме, продолжающему выполнять вращательное движение с водой, шлаком, гидравлическим вяжущим веществом, добавкой, для достаточного смешивания всех ингредиентов оптимальным образом, при этом введение второй порции воды всегда соотносится с тем фактом, что смесь, которая может быть получена, имеет такую консистенцию, чтобы гарантировать достаточное покрытие вяжущим веществом всей поверхности шлака, например, подобно увлажненному слою грунта в форме конуса Абрамса S1.

Пятый период времени Т5, который проходит между моментом, в который заканчивается заливка в смесительное устройство (12) второй порции воды, и моментом, в который начинается выгрузка продукта, представляет собой время, в течение которого происходит полное смешивание всех добавленных в смесительное устройство (12) компонентов, при этом пятый период времени Т5 предпочтительно составляет между 2 и 10 минутами, еще более предпочтительно между 3 и 5 минутами. Транспортировка продукта, смешанного с помощью смесительного устройства (12), к емкости для хранения, внутри которой происходит созревание, может выполняться посредством седьмого транспортного средства (21), предпочтительно в форме конвейерных лент, еще более предпочтительно конвейерных лент, закрытых защитными кожухами, способными препятствовать распылению транспортируемого материала в окружающую среду.

Время Т5 необходимо для обеспечения однородности объединенного продукта, полученного при смешивании различных компонентов посредством смесительного устройства (12).

Шестой период времени Т6, или период созревания, которое происходит внутри емкости для (4) хранения, предпочтительно составляет между 12 и 36 часами, еще более предпочтительно между 18 и 30 часами, при этом предпочтительное время созревания составляет приблизительно 24 часа.

Время Τ6 необходимо для обеспечения того, чтобы произошло образование связывания между шлаком и гидравлическим вяжущим веществом на поверхности самого шлака для инкапсулирования всех компонентов и закупоривания всех пустот, пор и углублений.

После прохождения времени созревания из емкости (4) для хранения может извлекаться продукт в форме основанного на шлаке инертного и зрелого продукта, который может быть использован немедленно для смешивания с другими компонентами с целью обеспечения функции конечного применения, или же может быть упакован для применения в другое время или для направления в место, где он будет фактически использоваться для смешивания с другими компонентами с целью реализации функции конечного применения.

Этап созревания (о) также может обеспечить этапы возможной непрерывной или периодической вибрации продукта для препятствования или уменьшения образования агломератов. В этой связи емкость (4) для хранения может быть обеспечена вибрационным устройством, способным вызывать непрерывную или периодическую вибрацию содержащегося в ней продукта.

Этап (q) размалывания в стационарной и/или передвижной дробилке может присутствовать или может отсутствовать в зависимости от того продукта, который может быть получен после выполняемого на этапе (о) созревания. Фактически после созревания могут образовываться некоторые агломераты зерен, имеющие очень большие размеры по сравнению с зернами, которые были получены после размалывания, выполняемого на этапе (а). Этап (q) размалывания имеет целью лишь разрушение таких агломератов для обеспечения того, чтобы конечный зрелый продукт имел достаточно однородный размер и по существу соответствовал размеру, который был получен после размалывания, выполненного на этапе (а). Например, возможно такое выполнение размалывания на этапе (а), чтобы обеспечить размеры между 1,0 и 4,0 миллиметрами, и вслед за обнаружением чрезмерного присутствия агломератов после этапа созревания (о) возможно проведение этапа (q) размалывания для повторного достижения однородных размеров зрелого конечного продукта между 1,0 и 4,0 мм. Например, возможно выполнение размалывания на этапе (а), чтобы обеспечить размеры между 4,0 и 8,0 мм, и вслед за обнаружением чрезмерного присутствия агломератов после этапа созревания (о) возможно проведение этапа (q) конечного размалывания с целью повторного достижения однородности размеров зрелого конечного продукта между 4,0 и 8,0 мм. В этом случае предпочтительно не использовать этап (q) размалывания с тем, чтобы получить более низкие размеры по сравнению с размерами, получаемыми после начала этапа (а) размалывания, поскольку такое измельчение разрушило бы предварительно полученные и инертизированные согласно способу данного изобретения зерна, сводя на нет или снижая его полезные эффекты. Вместо этого возможно такое выполнение этапа (q) размалывания, чтобы получить больший размер относительно размеров, достигаемых после начала этап (а) размалывания, поскольку цель данного этапа состоит только в разрушении возможных агрегатов с укрупненными размерами. Поэтому можно иметь, например, такое выполняемое на этапе (а) размалывание, чтобы получить размер между 4,0 и 8,0 мм, с последующим этапом (q) конечного размалывания, осуществляемым с помощью подходящих средств измельчения, для обеспечения размеров между 8,0 и 12,0 мм или других размеров с более крупными габаритами. Такой же подход распространяется и на другие указанные размеры, и поэтому возможно выполнение этапа (а) с размалыванием до размеров между 8,0 и 12,0 мм, сопряженного с этапом (q) размалывания до между 8,0 и 12,0 мм или между 12,0 и 20,0 мм. Поэтому конечная цель состоит в достижении зрелого и инертизированного конечного продукта, составленного из индивидуально инертизированных зерен по существу однородного размера, в котором каждое зерно по существу покрыто вяжущим веществом, которое также служит для заполнения углублений или пор, присутствующих на отдельных зернах зрелого гранулированного конечного продукта. В целом предпочтительно, чтобы зрелый и инертизированный конечный продукт имел зерна однородных размеров, так, чтобы можно было предпочтительно применять способ по изобретению избирательно, в согласии с конечной, желаемой для получения гранулометрией и избегая смешивания зерен с сильно различающимися размерами. В целом инертизация будет наиболее эффективной с частицами меньших размеров, но в этом случае также потребуются более высокие количества вяжущего вещества, поскольку из-за меньших размеров предполагаемых для обработки частиц площадь требующей инертизации поверхности окажется более значительной.

В том, что касается количеств, предусматриваемых для различных компонентов, смешиваемых в смесительном устройстве (12), при обращении, например, к смесительному устройству (12), снабженному смесительной камерой объемом 1 кубический метр, компоненты вводятся в следующих количествах:

- вода, добавляемая в камеру смешения на этапе (с) в составляющем первую порцию количестве, предпочтительно составляющем 12 и 35 литров;

- шлак, добавляемый в камеру смешения на этапе (е) в количестве, предпочтительно составляющем 1800 и 2600 килограммами;

- гидравлическое вяжущее вещество, добавляемое в камеру смешения на этапе (g), предпочтительно составляющем 80 и 240 килограммами;

- разжижающая добавка, добавляемая в камеру смешения на этапе (i) в количестве, предпочтительно соответствующем от около 0,5 до 2 мас. % относительно массы гидравлического вяжущего вещества, то есть предпочтительно количество разжижающей добавки составляет между около 0,4 и 4,8 кг или отвечает эквивалентному количеству, выраженному в литрах;

- вода, добавляемая в камеру смешения на этапе (m) в количестве, равном второй порции, предпочтительно между около 8 и 15 литрами.

В целом общее количество воды, которая вводится внутрь смесительной камеры на этапах (с) и (m), соответствует общему количеству воды между 20 и 50 литрами, при том, что этап (с) представляет собой этап добавления первой порции воды, составляющей между 50% и 85% от общего требующегося при данном способе количества воды, еще более предпочтительно первая порция воды, которая добавляется на этапе (с), приблизительно составляет 2/3 общего требующегося при способе количества воды. В общем случае количество воды может изменяться в соответствии с количеством влаги, присутствующей в предназначаемом для обработки шлаке, поэтому вносимый в установку шлак, который является шлаком с высоким содержанием влаги, будет требовать обработки с меньшим количеством заливаемой на этапах (с) и (m) воды. Аналогично, вносимый в установку шлак, которая является по существу сухим шлаком, будет требовать обработки с более высоким относительно этапов (с) и (m) количеством заливаемой воды. Это обеспечивается таким образом, что установка снабжается датчиком (26) влажности загружаемого в нее шлака, размещаемым, например, вблизи бункера (1). Количество воды, которая будет обеспечиваться на этапах (с) и (m), регулируется согласно данным измерений влажности шлака, предназначенного для загрузки в бункер. Эти измерения выполняются с помощью указанного датчика (26) влажности. Понятно, что возможно также обеспечение и других положений установки датчика (26) влажности, а именно, в контейнерах (2,3) для измельченного шлака или в устройстве (11) для взвешивания, такие решения являются предпочтительными в случаях, когда этапы смешивания со связующим веществом протекают длительное по сравнению с этапами (а) начального размалывания время.

Поэтому в общем случае способ согласно настоящему изобретению может предусматривать этап измерения влажности шлака. Это измерение влажности шлака является подходящим для регулирования количества воды, обеспечиваемой на этапе (с), или на этапе (m), или на обоих этапах (с) и (m). В случае, когда после такого измерения количество обнаруживаемой в шлаке воды оказывается выше состояния отсутствия влаги, то далее обеспечивается этап регулирования количества вводимой при способе данного изобретения воды. Следует заметить, что количество воды, упоминаемое в данном описании, является количеством воды, оптимальным для случая, при котором шлак является полностью сухим, соответственно, этап регулирования предназначаемого для введения количества воды будет этапом снижения количества воды, обеспечиваемого в отношении оптимального случая совершенно сухого шлака. В общем случае снижение предназначаемого для введения количества воды прямо пропорционально данным измерений влажности, то есть, чем большее количество влаги было определено в шлаке, тем в большей степени снижаются количества воды, предназначаемые для введения на этапах (с) и (m) способа согласно данному изобретению.

При этом обычно требуются более высокие количества вяжущего вещества в случае приложения данного способа к размерам, обеспечиваемым после этапа (а) размалывания, подходящего для получения более низких размеров, поскольку при этом из-за более низких размеров предназначаемых для обработки частиц оказывается необходимой инертизация большей поверхности.

Пример 1

Размалывание шлака, получаемого при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах, выполняется в шаровой мельнице (10) в количестве, составляющем до около 2200 кг, с получением измельченного шлака, частицы которого имеют размер между 0,1 и 4 мм. Затем активируются смешивающие средства планетарной мешалки (12) и в смесительную камеру планетарной мешалки (12) добавляется первая порция воды, составляющая до около 20 литров. После первого периода времени Т1 продолжительностью около 10 секунд производится введение в камеру смешения планетарной мешалки (12) измельченного шлака в количестве около 2200 кг при поддержании смешивающих средств в активированном состоянии. По истечении второго периода времени Т2 длительностью около 30 секунд при поддержании смешивающих средств в активированном состоянии выполняется введение в камеру смешения планетарной мешалки (12) гидравлического вяжущего вещества в количестве около 150 кг. После третьего периода времени Т3 продолжительностью около 30 секунд выполняется введение в смесительную камеру планетарной мешалки (12) разжижающей добавки в количестве около 1,5 литров или эквивалентного количества, выраженного в килограммах, при поддержании смешивающих средств в активированном состоянии. По завершении четвертого периода времени Т4 длительностью 30 секунд при поддержании смешивающих средств в активированном состоянии осуществляется введение в камеру смешения планетарной мешалки (12) второй порции воды в количестве около 10 литров. Смешивающие средства остаются в активированном состоянии в течение пятого периода времени Т5, начинающегося с момента окончания заливки второй порции воды, при этом данный пятый период времени Т5 составляет около 4 минут. Извлечение смешанного продукта и выдерживание смешанного продукта в течение шестого периода времени Т6, или времени созревания, внутри емкости (4) для хранения, при этом шестое время Т6 составляет около 24 часов.

Пример 2

Размалывание шлака, получаемого при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах, выполняется в молотковой дробилке (9) в количестве, составляющем до около 1800 кг, с получением измельченного шлака, частицы которого имеют размер между 0,1 и 4 мм. Затем активируются смешивающие средства планетарной мешалки (12) и в смесительную камеру планетарной мешалки (12) добавляется первая порция воды, составляющая до около 12 литров. После первого периода времени Т1 продолжительностью около 5 секунд производится введение в камеру смешения планетарной мешалки (12) измельченного шлака в количестве около 1800 кг при поддержании смешивающих средств в активированном состоянии. По истечении второго периода времени Т2 длительностью около 20 секунд при поддержании смешивающих средств в активированном состоянии выполняется введение в камеру смешения планетарной мешалки (12) гидравлического вяжущего вещества в количестве около 80 кг. После завершения третьего периода времени Т3 длительностью около 20 секунд при поддержании смешивающих средств в активированном состоянии выполняется введение в камеру смешения планетарной мешалки (12) разжижающей добавки в количестве около 0,5 кг. После четвертого периода времени Т4 длительностью 20 секунд при поддержании смешивающих средств в активированном состоянии осуществляется введение в камеру смешения планетарной мешалки (12) второй порции воды в количестве около 6 литров. Смешивающие средства остаются в активированном состоянии в течение пятого периода времени Т5, начинающегося с момента окончания заливки второй порции воды, при этом данный пятый период времени Т5 составляет около 3 минут. Извлечение смешанного продукта и выдерживание смешанного продукта в течение шестого периода времени Т6, или времени созревания, внутри емкости (4) для хранения, при этом шестое время Т6 составляет около 20 часов.

Пример 3

Размалывание шлака, получаемого при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах, в количестве до около 1300 кг выполняется в молотковой дробилке (9) с получением измельченного шлака, имеющего частицы размером между 0,1 и 4 мм, и размалывание шлака, получаемого при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах, в количестве до около 1300 кг производится в шаровой мельнице (10) с получением измельченного шлака, имеющего размер частиц между 0,1 и 4 мм. Затем активируются смешивающие средства планетарной мешалки (12) и в смесительную камеру планетарной мешалки (12) добавляется первая порция воды, составляющая до около 26 литров. После первого периода времени Т1 продолжительностью около 15 секунд производится введение в камеру смешения планетарной мешалки (12) измельченного шлака в количестве около 2600 кг при поддержании смешивающих средств в активированном состоянии. В этом примере в смесительную камеру планетарной мешалки (12) загружается около 1300 кг шлака, измельченного с помощью молотковой дробилки (9), и около 1300 кг шлака, измельченного посредством шаровой мельницы (10). По истечении второго периода времени Т2 длительностью около 40 секунд при поддержании смешивающих средств в активированном состоянии выполняется введение в камеру смешения планетарной мешалки (12) гидравлического вяжущего вещества в количестве около 240 кг. После завершения третьего периода времени Т3 длительностью около 40 секунд при поддержании смешивающих средств в активированном состоянии выполняется введение в камеру смешения планетарной мешалки (12) разжижающей добавки в количестве около 4,8 кг. После четвертого периода времени Т4 длительностью 30 секунд при поддержании смешивающих средств в активированном состоянии осуществляется введение в камеру смешения планетарной мешалки (12) второй порции воды в количестве около 14 литров. Смешивающие средства остаются в активированном состоянии в течение пятого периода времени Т5, начинающегося с момента окончания заливки второй порции воды, при этом данный пятый период времени Т5 составляет около 10 минут. Извлечение и выдерживание смешанного продукта в течение шестого периода времени Т6, или времени созревания, внутри емкости (4) для хранения, при этом шестое время Т6 составляет около 30 часов.

Как правило, продукт, изготовленный согласно описанному способу, подразумевает добавление на различных этапах следующих компонентов:

А) Шлаки, образующиеся при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах, в количестве от 80 до 95 мас. % от общей массы компонентов, загружаемых в указанное смесительное устройство B) Гидравлическое вяжущее вещество в количестве от 3 до 12 мас. %, предпочтительно в количестве от 4 до 9 мас. % от общей массы компонентов, загружаемых в указанное смесительное устройство (12);

C) Общее количество воды, соответствующее сумме указанного количества первой порции воды и указанного количества второй порции воды, при том, что такое общее количество воды составляет между 0,5 и 3%, предпочтительно между 0,99 и 1,7% от общей массы компонентов, вводимых в указанное смесительное устройство (12);

D) Разжижающий агент в количестве от 0,01 до 0,2% относительно общей массы компонентов, вводимых в указанное смесительное устройство (12).

Шлаки отбираются с подходящих участков хранения или присылаются непосредственно с производственных участков и направляются в сооружения для хранения или непосредственно в бункер (1) установки (14) для обработки и инертизации шлаков, изготавливаемых согласно настоящему изобретению. Сооружения для хранения и бункер (1) имеют закрытую конструкцию, которая позволяет избежать распыления тяжелых металлов и контакта с внешней средой. Бункер (1) оборудован устройством для взвешивания, предпочтительно в форме автоматических весов с множеством камер и механизмов выгрузки шлака, дозируемого с помощью данного устройства для взвешивания на первое транспортное средство (13), которое транспортирует предназначаемый для обработки и инертизации шлак к размалывающим средствам (9, 10), которые, как пояснялось выше, могут быть представлены в форме дробилки (9), а именно, молотковой дробилки, или могут быть представлены в форме мельницы (9), а именно, шаровой или стержневой мельницы, с возможным добавлением интенсифицирующей размол добавки из первого контейнера (5).

Транспортные средства (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21) предпочтительно являются конвейерными лентами, еще более предпочтительно конвейерными лентами, закрытыми защитными кожухами, способными препятствовать распылению транспортируемого материала в окружающую среду.

В общем смысле данный способ стабилизации и инертизации шлака, пригодный для получения инертного и зрелого, основанного на шлаке продукта, обеспечивает применение по меньшей мере одной порции шлака, который является шлаком, получаемым при производстве стали на сталелитейных заводах, и/или обеспечивает применение по меньшей мере одной порции шлака, который является шлаком, получаемым при переработке железосодержащих руд в доменных печах.

В общем смысле настоящее изобретение также относится к установке (14) для стабилизации и инертизации шлака, которая предназначается для получения инертного и зрелого продукта, основывающегося на шлаке, получаемом при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах, посредством выполняемого внутри смесительного устройства (12) смешивания, при котором данная установка эксплуатируется с применением описанного выше способа стабилизации и инертизации шлака. Такая установка может содержать:

- по меньшей мере одну мельницу (10), предпочтительно шаровую мельницу или стержневую мельницу, предназначенную для выполнения указанного размалывания шлака с получением измельченного шлака, имеющего размер частиц между 0,1 и 4 мм, или между 4,0 и 8,0 мм, или между 8,0 мм и 12,0 мм, или между 12,0 мм и 20,0 мм, или между 20,0 мм и 30 мм, при этом предпочтительным является решение, которое предусматривает размалывание до размеров, по существу находящихся в диапазоне между 0,1 и 20,0 мм, еще более предпочтительно между 0,1 и 12,0 мм;

- по меньшей мере одну дробилку (9), предпочтительно молотковую дробилку, предназначенную для выполнения указанного размалывания указанного шлака с получением измельченного шлака, имеющего размер частиц между 0,1 и 4 мм, или между 4,0 и 8,0 мм, или между 8,0 мм и 12,0 мм, или между 12,0 мм и 20,0 мм, или между 20,0 мм и 30 мм, при этом предпочтительным является решение, которое предусматривает размалывание до размеров, по существу находящихся в диапазоне между 0,1 и 20,0 мм, еще более предпочтительно между 0,1 и 12,0 мм.

Установка (14) должна включать бункер (1), вмещающий шлак, образующийся при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах, и предназначенный для инертизации с получением инертного и зрелого продукта. Бункер (1) сохраняет шлак на первом транспортном средстве (13), которое предназначается для транспортировки шлака, в качестве варианта, либо на мельницу (10), либо в дробилку (9). В согласовании с выпускной линией мельницы (10) размещается второе транспортное средство (16), предназначенное для транспортировки измельченного с помощью этой мельницы (10) шлака к первому контейнеру (2). Аналогичным образом, в согласовании с выпускной линией дробилки (9) размещается третье транспортное средство (17), предназначенное для транспортировки измельченного с помощью этой дробилки (9) шлака ко второму контейнеру (3). Введение измельченного шлака внутрь смесительного устройства (12) производится из первого контейнера (2) посредством четвертого транспортного средства (18), или из второго контейнера (3) посредством пятого транспортного средства (19), или одновременно из первого контейнера (2) и из второго контейнера (3) в соответствии с задаваемыми соотношениями загрузки измельченного шлака, подаваемого из первого контейнера (2), относительно количеств измельченного шлака, подаваемого из второго контейнера (3).

Как пояснялось ранее, установка включает устройство (11) для взвешивания, при этом введение измельченного шлака в смесительное устройство (12) производится из первого контейнера (2) или из второго контейнера (3) с привлечением этого взвешивающего устройства (11), а загрузка в смесительное устройство (12) дозированного с помощью взвешивающего устройства (11) количества измельченного шлака происходит посредством седьмого транспортного средства (21), способного транспортировать это количество измельченного шлака, дозированного взвешивающим устройством (11), к смесительному устройству (12).

В установке (14) по изобретению смесительное устройство (12) предпочтительно является планетарной мешалкой.

Предпочтительно установка (14) для стабилизации и инертизации шлака содержит по меньшей мере один датчик влажности (26), способный измерять влажность шлака. Такое измерение влажности шлака является подходящим для регулирования количества воды, вводимой на этапе (с), или на этапе (m), или на обоих этапах (с) и (m). В случае определения количества влаги, превышающего условия отсутствия влажности, устройство (27) обработки данных вычисляет по меньшей мере один корректирующий подачу воды коэффициент, подходящий для уменьшения количества воды, которая будет подаваться, пропорционально измеренному количеству влаги. Устройство (27) обработки данных также предпочтительно будет управлять количествами загружаемых материалов с помощью, например, устройств для взвешивания, измерителей объема и т.д. Устройство (27) обработки данных предпочтительно также будет управлять продолжительностью различных этапов, активацией измельчающих устройств, активацией транспортных устройств, временем созревания и т.д. Таким образом, также возможно обеспечение способа с высокой степенью автоматизации.

Настоящее изобретение также относится к инертному и зрелому продукту, основанному на шлаке, образующемся при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах, при этом такой зрелый и инертный продукт получается посредством созревания смеси внутри смесительного устройства (12) и данная смесь содержит:

(1) измельченный в устройстве (9, 10) для измельчения шлак в форме твердых частиц, имеющий размер измельченных частиц между 0,1 и 4 мм, или между 4,0 и 8,0 мм, или между 8,0 мм и 12,0 мм, или между 12,0 мм и 20,0 мм, или между 20,0 мм и 30 мм, при этом предпочтительным решением является такое, которое обеспечивает частицы с диапазоном размеров по существу между 0,1 и 20.0 мм, еще более предпочтительно между 0,1 и 12,0 мм;

(2) воду;

(3) гидравлическое вяжущее вещество;

(4) разжижающую добавку.

Инертный и зрелый продукт, основанный на шлаке, образующемся при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах, может быть получен смешиванием:

- воды в общем количестве между 0,5 и 3 мас. %, предпочтительно между 0,99 и 1,7 мас. % по отношению к общей массе компонентов, загружаемых в смесительное устройство (12);

- шлака, образующегося при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах, в количестве от 80 до 95 мас. % от общей массы компонентов, загружаемых в данное смесительное устройство (12);

гидравлического вяжущего вещества в количестве от 3 до 12 мас. %, предпочтительно в количестве от 4 до 9 мас. % от общей массы компонентов, загружаемых в данное смесительное устройство (12);

- разжижающего агента в количестве от 0,01 до 0,2 мас. % относительно общей массы компонентов, вводимых в данное смесительное устройство (12).

Инертный и зрелый продукт, основанный на шлаке, образующемся при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах, может быть получен смешиванием:

- первой порции воды, добавляемой в смесительное устройство (12) в количестве между около 12 и 35 литров;

- шлака, добавляемого в смесительное устройство (12) в количестве, составляющем между около 1800 и 2600 кг;

- гидравлического вяжущего вещества, добавляемого в смесительное устройство (12) в количестве, составляющем между около 80 и 240 кг;

- разжижающей добавки, добавляемой в смесительное устройство (12) в количестве, соответствующем от около 0,5 до 2 мас. % относительно массы гидравлического вяжущего вещества, а именно, в количестве разжижающей добавки между около 0,4 и 4,8 кг;

- воды, добавляемой в смесительное устройство (12) в виде второй порции, составляющей между около 8 и 15 литрами.

Инертный и зрелый продукт, основанный на шлаке, образующемся при производстве стали на сталелитейных заводах или при переработке железосодержащих руд в доменных печах, согласно настоящему изобретению может быть получен посредством описанного выше способа производства.

Кроме того, с учетом известных свойств устойчивости шлаков к высоким температурам, были также выполнены рабочие испытания образцов особо жаростойких и огнеупорных материалов, использующих шлаки, обработанные согласно способу по изобретению, открывающие возможность применения обработанных способом по изобретению шлаков также и для получения особо жаростойких и огнеупорных бетонов.

Получаемый инертный продукт предпочтительно может быть хорошо пригодным для использования во множестве применений, среди которых, без ограничения в отношении целей настоящего изобретения, применение в области строительства для получения бетонов, применение в качестве абразивного материала, применение для получения дорожных оснований, применение для создания дорожных покрытий в целом.

Были также выполнены испытания с гидравлическим вяжущим веществом в форме смеси гидравлических вяжущих веществ минерального типа, например, содержащих портландцемент, или пуццолан и глиноземистый цемент, или сульфоглиноземистый цемент. Эта комбинация, помимо улучшения выхода продукта, показала также значительное снижение продолжительности обработки. Применение на практике в качестве сравнительного образца гидравлического вяжущего вещества только одного обычного цемента, например, типа портландцемента или пуццолана, взятого в указанных выше количествах, при постепенной замене части количества цемента с увеличением количества глиноземистого или сульфоглиноземистого цемента включает соответствующее постепенное снижение продолжительности процесса. Этот объект предпочтителен с точки зрения времени обработки способа, но, с другой стороны, подразумевает более высокую стоимость конечного продукта, вызываемую большей стоимостью, например, глиноземистого или сульфоглиноземистого цемента по сравнению с обычным цементом. Соответственно, решение согласно настоящему изобретению предпочтительно также является применимым для случая смесей гидравлических вяжущих веществ различного типа, а именно, смеси портландцемента или пуццоланового и глиноземистого цемента, смеси портландцемента или пуццоланового и сульфоглиноземистого цемента, смеси портландцемента или пуццоланового и глиноземистого цемента и сульфоглиноземистого цемента.

Первый экспериментальный пример

В первом испытании были подвергнуты сравнению первый образец необработанного шлака и второй образец шлака, подвергнутого обработке согласно методике данного изобретения, при использовании гидравлического вяжущего вещества в форме цемента, известного как тип СЕМ 52,5.

Результаты представлены в Таблице 1.

Сравнение было выполнено с целью проверки снижения пористости, достигаемого методом согласно изобретению. В частности, было сделано обращение к методике измерения пористости, известной под названием ртутной интрузионной порозиметрии, при которой ртуть внедряется в шлак под условиями высокого давления с измерением количества ртути, которая в действительности проникает в сам шлак.

Из таблицы 1 очевидно снижение пористости шлака, обработанного способом по изобретению, по сравнению с необработанным шлаком, что доказывает укрывное действие на поры, которое может быть достигнуто способом по изобретению.

В экспериментальных условиях с приложением закона Уошборна наблюдается, что диаметр пор обработанного согласно методике изобретения шлака уменьшается до около 0,6 мкм для величин давления около 320 фунтов на кв. дюйм, то есть в результате примененной обработки закупоривались поры с большим диаметром, чем указанный.

Также были выполнены измерения пористости с помощью гелиевого пикнометра, результатах которых представлены в таблице 2.

Вторая методика измерений подтверждает значительное снижение пористости в шлаке, подвергнутом обработке способом по изобретению, до достижения в случае мелкозернистого шлака, обработанного способом по изобретению, показателей, не поддающихся измерению инструментальными средствами указанной методики.

Из анализа, выполненного с использованием электронного микроскопа, также стало очевидно достижение эффекта закупорки пор без общего включения шлака в качестве материала, добавляемого в закупоривающую поры смесь.

Экспериментальные результаты подтвердили функциональность способа по изобретению и его улучшенную эффективность по сравнению с методиками известного уровня техники.

Кроме того, были выполнены испытания с различными гидравлическими вяжущими материалами, а именно, гипсом, известью, гидравлической известью, клинкером, смесью клинкера и мела, агломератами цемента, портландцементами, пуццолановыми цементами, как аморфными, так и кристаллическими алюминатами кальция, сульфоалюминатами. Возможно также применение смесей вышеперечисленных неорганических компонентов.

Кроме того, были выполнены испытания, при которых добавляемое в смесительное устройство гидравлическое вяжущее вещество добавлялось в форме смеси гидравлических вяжущих веществ различного типа или в форме смеси большего количества гидравлических вяжущих веществ минерального типа, а именно, смеси портландцемента и/или пуццоланового и глиноземистого цемента, смеси портландцемента и/или пуццоланового и сульфоглиноземистого цемента, смеси портландцемента и/или пуццоланового и глиноземистого цемента и/или сульфоглиноземистого цемента. В этом случае было выполнено добавление смеси гидравлических вяжущих веществ в количествах между 40 и 80 кг с получением хороших результатов, которые подтверждают возможность прибегнуть к снижению количества вяжущего материала для обеспечения желательной инертизации шлаков, которая делает их подходящими для вышеуказанных применений. Вследствие этого обеспечивается применение вяжущего материала в количествах между 40 и 240 кг.

Кроме того, испытания, выполненные в части изучения этапа добавления второй порции воды, показали получение хороших результатов при условии того, что добавляемое во второй порции количество воды является таким, чтобы обеспечивать правильное и однородное покрытие поверхности шлака кроющей смесью, основанной на гидравлическом вяжущем веществе, с получением суммарных величин общего количества воды, заливаемой в смесительную камеру на этапах (с) и (m), которые могут находиться между 20 и 100 литрами.

Перечень используемых обозначений

В отношении номеров позиций, отображаемых на прилагаемых фигурах, применялась следующая система условных обозначений:

1. Бункер

2. Первый контейнер

3. Второй контейнер

4. Емкость для хранения

5. Первая емкость

6. Вторая емкость

7. Третья емкость

8. Четвертая емкость

9. Дробилка

10. Мельница

11. Устройство для взвешивания

12. Смесительное устройство

13. Первое транспортное средство

14. Установка

15. Распылитель

16. Второе транспортное средство

17. Третье транспортное средство

18. Четвертое транспортное средство

19. Пятое транспортное средство

20. Шестое транспортное средство

21. Седьмое транспортное средство

22. Гранулированный материал

23. Зерно

24. Углубление или пора

25. Вяжущее вещество

26. Датчик влажности

27. Устройство обработки данных.

Реферат

Группа изобретений относится к способу обработки шлаков, образующихся при производстве стали на сталелитейных заводах и в доменных печах. Способ стабилизации и инертизации шлака включает в себя фазы введения компонентов в смесительное устройство и этапы, на которых размалывают шлак в устройстве для измельчения с получением измельченного шлака в виде твердых частиц. Активируют смесительные средства смесительного устройства. Заливают в смесительное устройство первое количество воды. Ожидают в течение первого периода времени Т1, начинающегося с завершения заливки первого количества воды. Загружают измельченный шлак в смесительное устройство. Ожидают в течение второго периода времени Т2, начинающегося с завершения загрузки шлака в смесительное устройство. Загружают в смесительное устройство гидравлическое вяжущее вещество. Ожидают в течение третьего периода времени Т3, начинающегося с завершения загрузки гидравлического вяжущего вещества. Загружают в смесительное устройство разжижающую добавку. Ожидают в течение четвертого периода времени Т4, начинающегося с завершения загрузки разжижающей добавки. Заливают в смесительное устройство второе количество воды. Ожидают в течение пятого периода времени Т5, начинающегося с завершения заливки второго количества воды. Извлекают смешанный продукт из смесительного устройства и выдерживают смешанный продукт в течение шестого периода времени Т6 или времени созревания в емкости для хранения с возможной непрерывной или периодической вибрацией с получением инертного и зрелого продукта, основанного на шлаке. Извлекают из емкости для хранения инертный и зрелый продукт. Размалывают в устройстве для дробления с целью достижения определенных размеров инертного и зрелого продукта. При этом относительно общего количества компонентов, загружаемых в смесительное устройство, вводят общее количества воды, соответствующее сумме первого и второго количеств воды. Вводят шлак, гидравлическое вяжущее вещество и разжижающий агент. Техническим результатом является повышение качества получаемого продукта. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Формула