В данной работе были рассмотрены вопросы использования сталеплавильного шлака, дана его характеристика и проблемы использования. Сталеплавильный шлак представляет собой материал, который может служить компонентом для различных строительных смесей. Он имеет хорошие свойства прочности и плотности, что позволяет его использовать в качестве компонента смеси при дальнейшем применении на открытой местности. Проблемные свойства шлака состоят в его объемной неустойчивости. Однако данная проблема находит свое решение при использовании правильных методик обработки данного материала и тестирования до его применения.
Ключевые слова: сталеплавильный шлак, компонент, использование, обработка, свойства.
In this work the questions of use of steelmaking slag were considered, its characteristic and problems of use are given. Steelmaking slag is a material that can serve as a component for various building mixes. It has good properties of strength and density, which allows it to be used as a component of the mixture for further use in open areas. The problematic properties of the slag are its volumetric instability. However, this problem is solved by using the correct methods of processing this material and testing before its application.
Keywords: steelmaking slag, component, use, processing, properties.
Актуальность данной темы обусловлена тем, что на современном этапе использование сталеплавильного шлака оказывает положительное влияние на экономический потенциал предприятий, экологическую обстановку и получение качественного материала, пригодного для использования в строительных смесях разнообразного применения. Природные ресурсы со временем истощаются, экологическая ситуация ухудшается, предприятия постоянно пытаются нарастить свою экономическую мощь. Все эти процессы требуют разработки новых форм поиска ресурсов, и многие страны находят их в повторном использовании сталеплавильного шлака.
Основная проблема при этом состоит в том, что сталеплавильный шлак имеет объемную неустойчивость, обусловленную наличием в его составе гидратируемых оксидов.
Введение новейших систем переработки и рециклинга позволяют сократить экономические потери и получить дополнительные ресурсы. Таким дополнительным полезным ресурсом может быть сталеплавильный шлак. Примером эффективного использования шлаков в строительстве являются металлургические компании США, где из 20 млн. тонн отходов ежегодно около половины являются шлаками. В США захоронение шлаков на протяжении многих лет оказывало существенное негативное воздействие на экономику, экологию и население страны. Однако новейшие разработки по использованию сталеплавильного шлака в качестве компонента строительных смесей разнообразного применения привели к настоящему прорыву в данной области: накопления шлака начали уменьшаться, компании получили дополнительный источник дохода, а государство и общество — улучшение экологической обстановки.
Цель данной работы состоит в комплексном анализе использования сталеплавильного шлака.
В соответствии с поставленной целью в работе необходимо решить следующие задачи:
– дать общую характеристику свойствам сталеплавильного шлака;
– выявить проблемы при использовании шлака;
– проанализировать пути дальнейшего развития использования сталеплавильного шлака;
– установить область применения сталеплавильного шлака.
Объект работы — сталеплавильный шлак.
Предмет работы — особенности использования сталеплавильного шлака мелкой фракции.
Теоретическая значимость исследования состоит в существенных предложениях по использованию сталеплавильного шлака, развития данной отрасли и ее дальнейших перспектив.
Практическая значимость исследования обусловлена тем, что данная работа поможет дальнейшему совершенствованию использования сталеплавильного шлака.
Стальной шлак мелкой фракции может быть использован в качестве материала в асфальтобетонных покрытиях, при укладке фундамента, в виде добавок при производстве тротуарной плитки. Крошка шлака обладает высокой прочностью, поэтому ее часто используют как добавку в строительные смеси. При этом особое значение имеет правильная обработка шлака, чтобы он мог эффективно проходить специально установленные процедуры проверки качества.
Важную роль играет химический состав шлака, так как большое количество извести и магния в данном материале может привести к растрескиванию дорожного покрытия. Проблема использования сталеплавильного шлака состоит в том, что данный материал очень восприимчив к чрезмерному асфальтированию как в ходе производства, так и в дальнейшем применении.
Рассмотрим более детально информацию о применении стального шлака. Активное применение сталеплавильного шлака происходит в США. Он там впервые был использован в виде смеси в асфальтовом покрытии. Использование данного материала требует его правильной обработки и тестирования, так как от этого зависит гарантия того, что он будет выполнять все требования строительного проекта. На территории США около 11 штатов использовали сталеплавильный шлак в виде необходимого компонента в покрытии дорог. А в штате Луизиана сталеплавильный шлак использовали как материал для поверхностной обработки дорожного покрытия [1].
Физические и химические свойства сталеплавильного шлака оказывают серьезное воздействие на его качество. Получение качественного шлака зависит от ряда факторов: качества чугуна, используемого при выплавке стали, непосредственно процесса плавления стали, качества плавильной печи, обработки шлака, его дальнейшего хранения. Использование шлака и его переработка должны рассматриваться комплексно с учетом его изменчивости и химических свойств, в которых серьезное значение играет наличие извести и магния.
Особый интерес при использовании сталеплавильного шлака в асфальтобетоне представляет его градация, удельный вес, прочность, влагостойкость, тепловые свойства.
Компоненты сталеплавильного шлака при использовании его в асфальтовой смеси должны обладать такими же свойствами градации, какие характерны и для обычных наполнителей.
Удельный вес сталеплавильного шлака составляет 3,2–3,6 кгс/м³. Это означает, что плотность сталеплавильного шлака имеет большее значение, чем плотность обычных смесей. Стальной шлак имеет хорошую жесткость и износостойкость, в связи с чем он имеет положительную динамику сопротивления к выветриванию.
Влагостойкость сталеплавильного шлака осложняется наличием грубой текстурной поверхности, что повышает ее к восприимчивости перепада температур. При этом удержание влаги с присутствием окисей приводит к объемной нестабильности сталеплавильного шлака. Это является одной из насущных проблем, решение которой кроется в создании влагостойкого шлака посредством сушки, обеспечивающей содержание в влаги в шлаке не более 0,1 процента. Тепловые свойства стального шлака позволяют сохранять тепло значительно дольше, чем обычные природные материалы [2].
С целью контроля качества производимого сталеплавильного шлака необходимо использовать специальные методы и оборудование. Запасы сталеплавильного шлака должны находиться в стабильно-влажном состоянии перед осуществлением их подачи на завод для производства горячей строительной смеси. Срок хранения стального шлака не должен составлять менее 3 месяцев. При этом в случае не достижения требуемых свойств по результатам испытаний, для использования шлака в строительстве требуется продолжение его хранения на открытом воздухе [3].
Для сталеплавильного шлака используют те же методы испытаний и оборудование, что для обычных смесей дорожных покрытий. Для смесей, которые содержат стальной шлак, используют такие же процедуры полевых испытаний, что и для обычных асфальтобетонных смесей с горячей смесью. Компоненты сталеплавильного шлака должны при испытании показать требуемую плотность и удельный вес в соответствии с установленными стандартами. Кроме стандартных методов оценки пригодности сталеплавильного шлака можно использовать метод микроструктурного анализа, который позволит обнаружить в нем вредные компоненты и исключить их. Помимо этого на современном этапе развития технологий рециклинга отходов необходимо произвести разработку единого стандарта оценки качества сталеплавильного шлака при использовании его в дорожном строительстве.
Заключение
В данной статье были рассмотрены вопросы использования сталеплавильного шлака и даны его характеристики, а также проанализированы проблемы его применения. По итогам проделанной работы были даны следующие рекомендации:
– использование стального шлака мелкой фракции должно осуществляться с применением методов проверки качества;
– хранение сталеплавильного шлака должно происходить на открытом пространстве;
– применение сталеплавильного шлака должно осуществляться не ранее, чем через 3 месяца его хранения;
– на современном этапе имеется необходимость создания единых стандартов пригодности сталеплавильного шлака.
Литература:
- Nippon Slag Association: Production and Uses of Iron and Steel Slag in Japan, Jul. 2013
- Shi, C. 2004. Steel Slag-Its Production, Processing, Characteristics, and Cementitious Properties. Journal of Materials in Civil Engineering. 16(3): 230–236
- Tossavainen, M. Engstrom, F. «Characteristics of steel slag under different cooling conditions», Waste Management (2007)
