Флюсы доменной плавки. Известняк. Месторождения известняка

Состав и свойства известняка

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.

Применение известняка

Известняк сейчас популярный материал и разнообразное решение использования находят ландшафтные архитекторы, декораторы, дизайнеры. Этот материал занимает лидирующие позиции.

В первую очередь известняк используют как строительный материал. Из этого материала можно построить даже многоэтажный дом, благодаря прочности некоторых видов.

Также известковую породу можно использовать для облицовки строений или оформлении дорожек.

Натуральная известковая порода может быть выразительным элементом декора

Как видим, известняк может использовать как самостоятельный материал, но его применяют также и как незаменимый добавочный элемент. Например, применение его в цементе.

Известный известняк белого цвета — мел. Мы знаем его как средство рисования, он является составляющим элементом зубного порошка и некоторых отделочных материалов, используется при изготовлении бумаги высокого сорта и даже металлических конструкций. Мел является основным материалом покрытия сварочных электродов

Затруднено было бы производство без мела кабельных, резиновые изделий.

Литографический известняк известен полиграфистам. Природный камень, физические свойства которого дают возможность создавать на его поверхности художественные гравюры на высоком профессиональном уровне.

Применяем известняк и доломит и в металлургической промышленности. А известняковая минеральная вата является лучшим изолирующим материалом в теплотехнике. Даже в пищевой индустрии можно найти применение известняка, например при производстве сахара. Ну а в химической отрасли его использование безгранично.

Флюсовое сырье

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.

Флюсы доменной плавки. Известняк. Месторождения известняка

• Главная
• >
• Общая металлургия
• >
• Сырье и его подготовка к доменной плавке

Флюсами называются добавки, вводимые в доменную и агломерационную шихту для снижения температуры плавления пустой породы шихтовых материалов и придания доменному шлаку необходимого состава и Физических свойств, обеспечивающих очистку чугуна от серы и нормальную работу печи.

В зависимости от состава вносимой в печь пустой породы флюсы бывают основные, кислые и глиноземистые. Но так как в подавляющем большинстве случаев пустая порода руд кремнеземистая, а индекс основности шлака (отношение суммарного содержания основных оксидов к суммарному содержанию кислотных) должен составлять 0,9-1,4, то наиболее широко и часто применяется основный флюс, т.е. породы и материалы, содержащие СаО и и обладающие необходимыми физическими свойствами.

В доменном производстве практически единственным видом основного флюса является известняк, представляющий собой природную форму минерала кальцита — СаСO3. Чистый кальцит содержит 56 % СаО и 44 % SiO2. Так как кальцит в чистом виде не встречается, а сопровождается небольшими количествами кремнезема и глинозема, то качество известняка можно определить суммарным содержанием (SiO2 + Al2O3). Вредными примесями известняка являются сера и фосфор, однако содержание серы обычно низкое, и она удаляется в процессе плавки, в то время как фосфор полностью переходит в чугун и поэтому более опасен.

Наряду с обычным широко применяется доломитизированный известняк, представляющий собой изоморфную смесь кальцита СаС03 и доломита СаС03xMgC03. Содержание оксида магния в нем составляет обычно от 4 до 17% (при дальнейшем увеличении содержания магния, через ряд промежуточных стадий доломитизированный известняк переходит в доломит). Применение доломитизированного известняка вызвано необходимостью повысить в шлаке содержание Мg0 до 6—8 %, что увеличивает его подвижность и стабильность физико-химических свойств при изменении температуры и состава. Цвет чистых известняков обычно белый или светло-серый, однако существуют и другие вариации. Например, примеси органических веществ окрашивают карбонат кальция в тёмно-серый и чёрный цвета, а окислы железа — в коричневый, жёлтый и красный.

Фотографии обычного известняка слева (Щуровский, Донецкая обл., Украина) и доломитизированного известняка справа

Известняк является прочным, плотным материалом, который можно загружать в доменную печь после отсева мелких фракций. Производство офлюсованного агломерата резко изменило требования к физическим свойствам флюса и дало возможность использовать непрочные, дробящиеся мелкие материалы. Поэтому в качестве флюса агломерационной шихты начали применять известняк-ракушечник, отсевы обычного известняка.

Кондиционными требованиями к известнякам устанавливаются нижние пределы содержания оксидов кальция и магния, содержание нерастворимого остатка (SiO2 + Аl203), верхний предел содержания фосфора и серы и размер куска (для доменного флюса).

Для известняков, загружаемых непосредственно в доменную печь, устанавливают верхний и нижний пределы крупности. Верхний предел составляет 80 (редко 130), а нижний — 25 мм. Известняки, поставляемые на аглофабрики, должны иметь крупность частиц 0—25 мм, поскольку они все равно подвергаются дроблению до 0—3 мм.

При оценке качества известняка нужно учитывать, что часть его основных оксидов (СаО и МgО) будет израсходована на шлакование собственной пустой породы, т.е. нерастворимого остатка. Поэтому качество флюса можно оценить его флюсующей способностью, под которой понимают содержание свободных основных оксидов, т.е. оксидов, используемых для шлакования пустой породы шихты.

Если в известняке содержится R % нерастворимого остатка, то содержание карбонатов будет

МеСО3 =100 — R,

а в них основных оксидов (по стехиометрическому соотношению)

МеО = 0,56(100 — R).

При основности шлака Ош на шлакование пустой породы руд их останется

Ф = (56 — 0,56R) — ОшR,

где Ф — флюсующая способность известняка.

В обычных условиях плавки, когда Ош = 1,0, она равна

Ф = 56 — 1,56R.

Как видно из приведенной формулы, R резко снижается при возрастании

Месторождения известняка есть во всех районах практически во всех районах Украины, запасы их достаточны, хотя в некоторых местах отмечается нехватка доломитизированного флюса.

Фотография залегания известняка

Еленовское месторождение (близ г. Донецка) дает известняки: обычный (51—54 % СаО) и доломитизированный (до 14 % Мg0), чистые по сере и фосфору (0,04 % S и 0,61 % Р). Здесь же расположены Новотроицкое и Каракубское месторождения аналогичных флюсов.

Фотография Докучаевского карьера Еленовского месторождения известняка

В Крыму расположены месторождения Балаклавское (около 54 % СаО) и Камыш-Бурунекое (около г. Керчь). Последнее дает известняк-ракушечник, мелкий и рассыпающийся, используемый как флюс при производстве агломерата и окатышей.

В России имеются следующие месторождения: Пикалевское (235 км от г. Череповец), Студеновское, (возле г. Липецк), Агаповское (возле г. Магнитогорск) и другие, которые поставляют известняки вполне удовлетворительного качества.

Кислые флюсы применяются только при высоком содержании в руде глинозема для снижения его содержания в шлаке. Роль такого флюса выполняет бедная железная руда с кремнеземистой пустой породой. Еще реже, при необходимости повысить содержание Аl203 в шлаке, применяется глиноземистый флюс, для чего используют тоже бедные железные руды, но с глиноземистой пустой породой.

• ← Основные месторождения марганцевых руд
• Заменители руд и флюсов →

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

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.

Способы добычи и производства

Известняк является частью горной породы. Отделяют его двумя способами:

1. При помощи управляемого взрыва;
2. С использованием специализированной техники.

В любом случае образуются бутовые куски, которые направляются по конвейеру в место складирования. Большие куски разрезаются на более мелкие при помощи алмазных кругов. Наиболее известным является Кингисеппское месторождение известняка.

В зависимости от того, где будет в дальнейшем использован материал, его подвергают определенной обработке:

• Для получения мелкой и средней фракции его дробят на специальных дробильных машинах. В дальнейшем такая фракция используется в качестве наполнителя, например, в асфальтобетоне;
• Для изготовления облицовочных плит известняк режут специальными пилами. При этом такие плиты могут иметь гладкую поверхность или сколотую;
• Известняк также может обжигаться. После соответствующей переработки получается известь.

Дробление известняка щековой дробилкой Extec C:

Следует отметить роль известняка в бурении скважин на воду. За счет плотной структуры, вода в таких слоях очень чистая. Но из-за этой характеристики известняка процесс бурения более сложный и затратный. Если, например, бурение в песочном грунте можно осуществлять при помощи легких буровых установок, то для известняка потребуется более мощное оборудование.

Некоторые слои можно пройти только при использовании специальных шарошечных долотьев на резьбовом соединении. Их обсадка осуществляется с использованием труб, выполненных из высокопрочной стали.

Описание и виды

По структуре выделяют известняки кристаллический, органогенно-обломочный, обломочно-кристаллический (смешанной структуры) и натёчный (травертин). Среди кристаллических известняков по величине зёрен различают крупно-, мелко- и скрытокристаллический (афанитовый), по блеску на изломе — перекристаллизованный (мраморовидный) и кавернозный (травертиновый). Кристаллический известняк — массивный и плотный, слабопористый; травертиновый — кавернозный и сильнопористый. Среди органогенно-обломочного известняка в зависимости от состава и величины частиц различают: рифовый известняк; ракушечный известняк (ракушечник), состоящий преимущественно из целых или дроблёных раковин, скреплённых карбонатным, глинистым или другим природным цементом; детритусовый известняк, сложенный обломками раковин и другими органогенными обломками, сцементированными кальцитовым цементом; водорослевый известняк. К органогенно-обломочным известнякам относится и белый (т.н. пишущий) мел. Органогенно-обломочные известняки характеризуются крупной пористостью, малой объёмной массой и легко обрабатываются (распиливаются и шлифуются). Обломочно-кристаллический известняк состоит из карбонатного детрита разной формы и величины (комочки, сгустки и желваки тонкозернистого кальцита), с включением отдельных зёрен и обломков различных пород и минералов, линз кремней. Иногда известняк сложен оолитовыми зёрнами, ядра которых представлены обломками кварца и кремня. Характеризуются мелкими, разными по форме порами, переменной объёмной массой, малой прочностью и большим водопоглощением. Натёчный известняк (травертин, известковый туф) состоит из натёчного кальцита. Характеризуется ячеистостью, малой объёмной массой, легко обрабатывается и распиливается.

По макротекстуре и условиям залегания среди известняков различают массивные, горизонтально- и наклоннослоистые, толсто- и тонкоплитчатые, кавернозные, трещиноватые, пятнистые, комковатые, рифовые, фунтиковые, стилолитовые, подводно-оползневые и др. По происхождению выделяют органогенные (биогенные), хемогенные, обломочные и смешанные известняки. Органогенные (биогенные) известняки представляют собой скопления карбонатных остатков или целых скелетных форм морских, реже пресноводных организмов, с небольшой примесью преимущественно карбонатного цемента. Хемогенные известняки возникают в результате осаждения извести с последующей перекристаллизацией карбонатной массы осадков, преимущественно из морской воды (кристаллический известняк) или от натёков из минерализованных источников (травертин). Обломочные известняки образуются в результате раздробления, смыва и переотложения угловато-окатанных обломков карбонатных и других пород и скелетных остатков, преимущественно в морских бассейнах и на побережьях. Известняки смешанного происхождения представляют собой комплекс отложений, возникших в результате последовательного или параллельного наложения различных процессов образования карбонатных осадков.

Цвет известняков преимущественно белый, светло-серый, желтоватый; присутствие органических, железистых, марганцовистых и других примесей обусловливает тёмно-серую, чёрную, бурую, красноватую и зеленоватую окраску.

Известняк — одна из самых широко распространённых осадочных горных пород; она слагает различные формы рельефа Земли. Залежи известняков встречаются среди отложений всех геологических систем — от докембрийских до четвертичной; наиболее интенсивное образование известняков происходило в силуре, карбоне, юре и верхнему мелу; составляют 19-22% от всей массы осадочных пород. Мощность толщ известняков чрезвычайно изменчива: от первых сантиметров (в отдельных прослоях отложений) до 5000 м.