Материалы и изделия из шлаковых расплавов

ИСК на основе «высокотемпературного цемента» — шлакового расплава представляет собой строительный материал, в котором заполнители из полизернистого шлака или других огнеупорных материалов сцементированы затвердевшим шлаковым расплавом. Заполнители должны иметь повышенную огнеупорность по сравнению с вяжущей частью. Разность между температурами плавления заполнителей и вяжущей частью должна быть не менее 70—90°С.

Шлаковый расплав (горячая технология) или шлаковое тесто в виде высокодисперсного шлакового порошка с водой (холодная технология) смешивают в расчетных количествах с заполнителем (термозит, керамзит и др.) для образования конгломерата. Формирование структуры ИСК при горячей технологии происходит в процессе остывания. При холодной технологии отформованное изделие обжигают до температуры спекания, при которой наиболее легкоплавкие компоненты шлаковой связки переходят в жидкое состояние, а затем изделия охлаждают. В обоих случаях образуются контактные зоны между шлаковым сплавом и зернами заполнителя, а связующее приобретает стеклокристаллическую микроструктуру.

В настоящее время шлаки металлургической промышленности в огненно-жидком состоянии используют как готовый расплав для получения шлаковых блоков, камней, плиток, ячеистых заполнителей для бетонов, шлаковой ваты, шлакоситаллов, литого щебня. Режим охлаждения и состав расплава влияют на степень кристаллизации шлака; с ускорением охлаждения количество стекловатой фазы увеличивается. Стеклообразующим компонентом служат SiC>2 и АЬОз. При медленном охлаждении (особенно кислых шлаков) в них выпадают в кристаллическом виде сравнительно тугоплавкие компоненты (50—95%), так что к моменту полного затвердевания шлак представляет собой микроконгломерат кристаллов отдельных фаз, сцементированный наиболее легкоплавким стеклом. Изменяя фазовый состав, можно получить ИСК на основе шлаковых расплавов с наилучшими заданными свойствами (согласно закону створа).

В гранулированных доменных шлаках, получаемых при быстром охлаждении расплавленных шлаков, стеклофазы содержится обычно 50% и более. Прочность медленно охлажденных шлаков значительно выше за счет большего содержания кристаллической фазы, но меньше дсформативность. чем у быстроохлажденных шлаков с повышенным содержанием стекловидной фазы.

Для повышения плотности микроконгломерата в шлаковый расплав вводят специальные добавки, способствующие его дегазификации (глина и др.). что приводит к повышению прочности, химической стойкости, износостойкости. Плотные камни, плиты, трубы и другие изделия получают путем разлива металлургических шлаков, доставляемых непосредственно из доменных или мартеновских печей. Получаемые высокопрочные плиты и камни применяют при устройстве дорог и полов промышленных зданий, они имеют длительный срок службы. Специальные плитки с успехом эксплуатируют в качестве антикоррозионных покрытий.

Шлакоситаллы получают путем катализационной кристаллизации стекла на основе шлаков. Они являются типичными микрошлакоконгломерагами и состоят из 60—70% кристаллической фазы и 30—40% стекловидной. Степень кристаллизации регулируют введением катализаторов кристаллизации: ТЮ2, СаРг, Р2О5 и режимом термообработки. Размер кристаллов '< 0,5—1 мкм. Стекловидная фаза заполняет пространство между кристаллами и цементирует их между собой.

Производство шлакоситаплов состоит из трех этапов: 1) варка стекла из шихт, содержащих катализаторы кристаллизации; 2) формование изделий; 3) термическая обработка отформованных изделий в печах-кристаллизаторах для получения мелкокристаллической структуры. Шлакоситаллы имеют высокую механическую прочность (Лсж до 650 МПа), высокую плотность (р_т — до 2700 кг/м³), термическую стойкость — до 750 °C, химически стойки и износостойки. Шлакоситаллы применяют в качестве конструкционного материала для защиты оборудования от агрессивных и абразивных воздействий, для устройства полов, фасонных изделий (лотки, карнизы, подоконники, плинтусы и др.), труб, кухонных раковин, облицовки стен в гражданском и промышленном строительстве.

Все более широкое развитие получает производство пеношлакоситаллов со средней плотностью 300—600 кг/м³ и R_cж до 14 МПа, теплопроводностью 0,08—0,16 Вт/(м К) и рабочей температурой до 750 °C.

Перспективным является совместное использование плотного листового шлакоситалла с пеношлакоситаллом в стеновых и других конструкциях зданий.