ВОЗМОЖНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕЛА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ИЗВЕСТИ, ПРИМЕНЯЕМОЙ В МЕТАЛЛУРГИИ

Известь – один из наиболее старых материалов, используемых человеком. Она была известна задолго до того, как были изобретены пластиковые панели, пропиленгликоль и быстросохнущие лакокрасочные покрытия. Первоначально известь использовалась только для приготовления связывающих растворов при строительстве зданий. Со временем область применения ее расширялась, и теперь известь и вещества на ее основе используются во многих отраслях промышленности, сельском хозяйстве и даже в охране окружающей среды.

Известь – материал, применяемый в большинстве существующих отраслей, будь то промышленность или пищевая сфера. Незаменима известь и в металлургии. Она используется для выплавки чугуна, в процессах шлакообразования и для очистки стали от примесей [1].

Процесс обжига известняка осуществляется в шахтных или вращающихся печах. В шахтных печах следует обжигать только твердые породы, а во вращающихся допустим обжиг как твердых пород, так и шламов мягких пород, например, мела. При повышении температуры обжига реакция разложения карбоната кальция ускоряется, но при излишне высокой температуре возможен так называемый пережог, оказывающий негативное воздействие на качество продукта[2].

В металлургической промышленности, как правило, применяется известь негашеная, чтобы очистить металл от фосфорных, серных или кремниевых примесей, образующихся при введении кислорода в расплавленный чугун или сталь. Введение в процесс производства происходит в три этапа: во-первых для производства окатышей (полуфабрикаты железа, которые и загружаются в плавильную печь), во-вторых, очищают материал от серы перед плавкой, и в-третьих: после того, как к плавленому материалу примешивается кислород, известь в твердом или измельченном состоянии добавляют в печи, чтобы образовались жесткие шлаки, которые легко можно удалить на данном этапе. Подобное использование делает сталь сверхчистой: именно в таком виде она больше всего ценится на рынке.

Активно применяют известь и для производства металлической продукции: в создании проволоки или формовых элементов она незаменима в качестве своего рода «смазки». В первом случае проволока без проблем протягивается сквозь матрицу, а готовое изделие без труда отходит от посыпанной «мелом» формы [3].

Для выплавки стали в электропечах необходима шихта следующего состава:металлическая часть, шлакообразующие, окислители, добавочные материалы (раскислители и легирующие) науглероживатели.

Основу шихты для электропечей составляет металлический лом: на одну тонну выплавляемой в электропечах стали в среднем расходуется около 950 кг лома.Металлический лом, используемый в качестве шихты при выплавке стали, делится на две категории: группа нелегированных (А) и легированных (Б) отходов.Нелегированный (углеродистый) лом не должен быть загрязнен цветными металлами (свинцом, цинком, оловом и др.), особенно никелем, медью и мышьяком, которые практически полностью переходят из шихты в металл и могут оказать существенное влияние на свойства стали. Нежелательно также, чтобы в углеродистых отходах содержалось фосфора более 0,05%, так как удаление таких количеств фосфора потребует продолжительного окислительного периода. Поэтому металлический лом, используемый в качестве шихты, должен быть освобожден от лома цветных металлов и рассортирован по происхождению.

Природный мел является полускальной жёсткой породой, прочность которого напрямую зависит от влажности. Модуль упругости сухого мела составляет порядка 3000 МПа для рыхлого состояния и до 10000 МПа для уплотненного мела, а временное сопротивление сжатию составляет от 1000 до 4500 МПа в воздушно-сухом состоянии. При попадании влаги (1-2%) значение прочности мела снижается, но при влажности около 25% прочность мела на сжатие возрастает в 3 раза по сравнению с сухим состоянием и проявляются пластические свойства. Данные свойства мела (вязко-пластические) весьма затрудняют его переработку, поскольку происходит налипание мела на обрабатывающие инструменты, что приводит к выходу их из строя. Также эти свойства ведут к отказу в выработке мела с нижних горизонтов меловых карьеров, которые, как правило, бывают наводнены, не смотря на то, что качество мела там наилучшее. Морозостойкость мела весьма низкая, несколько циклов замерзания и размерзания приводят к распаду природного мела на 1-3-х миллиметровые кусочки.

Порода преимущественно включает в себя карбонатную и некарбонатную части. В некарбонатной части присутствуют окислы металлов, кварцевый песок, мергели, глины и прочее. В карбонатной части 98-99% карбоната кальция. Удельный вес мела составляет в среднем от 1,4 до 2,71 г/см³, объемный вес, приблизительно, около 1,51 г/см³. Естественная влажность составляет 32 процента, а пористость 44 процента. Также, немаловажным является такой параметр, как показатель твердости, который составляет от 110 до 180 [4]. Величина угла внутреннего трения - 24-30 градусов, при всестороннем сжатии сцепление достигает 700-800 кН/м² [5].

Таблица 1.

Требования к химическому составу карбонатного сырья для производства известковых вяжущих.

Исходя из данных таблицы 1, делаем вывод, что чем выше содержание в известняках карбоната кальция, тем более высококачественная известь может быть выработана из него.Мел, являясь разновидностью известняка, может использоваться для получения извести разных классов, о чём свидетельствуют данные таблицы 2 [4].

Таблица 2.

Классификация меловых пород.

Для производства извести можно применять мел, содержащий не менее 97% СаСО₃ (не менее 54% СаО), с пределом прочности ниже 10 МПа и влажностью менее 20% для печей, работающих по сухому способу и с влажностью более 20% для печей, работающих по мокрому способу.

Список литературы:

1. Вегман Е.Ф и др. Металлургия чугуна. – Москва: - 3-изд., переработанное и дополненное. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2004 - 774 с.
2. Воскобойников В.Г. и др. Общая металлургия - 6-изд., перераб. и доп. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2005 - 768 с.
3. Известь в металлургии [Электронный ресурс]//QUALITY. URL:http://qualityspb.ru/izvest-v-metallurgii/ (дата обращения: 21.10.2016)
4. Свойства иприменение мела [Электронный ресурс]//NEWCHEMISTRY. URL:http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=5935/ (дата обращения: 19.10.2016)
5. Удельный вес мела, его свойства и таблица расчетов веса [Электронный ресурс]//NARUSERVICE.URL:http://naruservice.com/articles/udelnyj-ves-mela/ (дата обращения: 19.10.2016)