18.6. 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 SiO₂иAl₂O₃. 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 деформативность,чем у быстроохлажденных шла­ков с'повышенным содержанием стекловидной фазы.

Для повышения плотности микроконгломерата в шлаковый рас­плав вводят специальные добавки, способствующие его дегазифика-ции (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 микрошла-коконгломератами и состоят из 60—70% кристаллической фазы и 30—40% стекловидной. Степень кристаллизации регулируют введе­нием катализаторов кристаллизации: TiO₂,CaF₂,P₂O₅и режимом термообработки. Размер кристаллов ≤ 0,5—1 мкм. Стекловидная фаза заполняет пространство между кристаллами и цементирует их между собой.

Производство шлакоситаллов 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 (R_сж до 650 МПа), высокую плотность (ρ_m— до 2700 кг/м³), термическую стойкость — до 750°С, 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 пеношлако-ситаллов со средней плотностью 300—600 кг/м³иR_сждо 14 МПа, теплопроводностью 0,08—0,16 Вт/(м∙К) и рабочей температурой до 750°С.

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