پایان نامه با واژه های کلیدی هیدرولیک، کاربرد مستقیم، زیست محیطی

دانلود پایان نامه ارشد

سرد دیده میشوند.

شکل 2-5. نمایی از بخش گرانولهسازی کارخانه ذوب آهن اصفهان با سه جت آب سرد گرانولهساز.

2-1-4-2 سرباره کوره قوس الکتریکی
از جمله سربارههای فولادسازی سرباره کوره قوس الکتریکی میباشد که به اختصار EAFS نامیده میشود. در این روش ذوب، قراضههای آهن و فولاد بهمراه مواد اولیه دیگر از جمله گندوله سنگ آهن، دولومیت، آهک و غیره، در حضور جریان الکتریکی بسیار بالا ذوب شده و پس از پالایش، سرباره از فولاد مذاب تفکیک میشود. سربارههای مذکور پس از آن با توجه به نوع فرآیند سرد کردن به دو صورت فرآوری شده و فرآوری نشده در میآیند که تفاوت آنها هم در سرعت سرد کردن مذاب سرباره میباشد. البته نحوه فرآوری مذاب بر ایجاد ساختار مینرالی سرباره و کاربردهای آن تاثیر بسزائی دارد. بطوریکه سربارهای که بطور عادی و در هوا سرد شود دارای ساختار بلورین و از نظر هیدرولیکی غیر فعال بوده، در صورتیکه سربارهای که بسرعت توسط جریان آب سرد شود دارای ساختار شیشهای بوده و از نظر هیدرولیکی نیز کاملاً فعال میباشد و دارای استفادههای متعددی خواهد بود. خواص سربارههای کوره قوس الکتریکی وابسته به نوع شارژ (قراضه / آهن اسفنجی) و نسبت این دو ماده میباشد. کاربرد سرباره در صنعت به دو بخش تقسیم میشود؛ یکی کاربرد مستقیم سرباره فولاد در فرآیند تولید آهن و فولاد و دیگری بازیابی فلزات از سرباره فولادی و کاربرد سرباره باقی مانده خارج از فرآیند تولید آهن و فولاد. در حال حاضر 90-50% از سرباره فولاد برای بازیابی فلز استفاده میشود و سپس در خارج از فرآیند تولید آهن و فولاد مصرف میشود ]23-21[.

شکل 2-6. شکل شماتیک کوره قوس الکتریک فولاد بهمراه نامگذاری قسمتهای مختلف ]5[.

2-1-4-3 سرباره کوره کنورتور26
سرباره کنورتور یا همان سرباره کوره پایه اکسیژنی27 محصول زائد و فرعی تولید شده در کوره کنورتور ذوب آهن میباشد که ماهیت غیرفلزی و سرامیکی دارد. این نوع سرباره در هنگام تبدیل آهن خام به فولاد در حین دمش اکسیژن تشکیل میشود (شکل 2-7). در روش تولید فولاد از طریق کوره کنورتور، پالایش آهن خام از طریق دمیدن اکسیژن بمنظور اکسیده کردن کربن و تنظیم میزان آن در مذاب صورت میگیرد و سرباره ایجاد شده بدلیل داشتن وزن مخصوص کمتر نسبت به فولاد در قسمت بالای مذاب قرار گرفته و سپس بروش سرریز جدا میشود. سرباره مذاب پس از جداسازی توسط پاتیل حمل و در حوضچههایی تخلیه شده و بمنظور خنک کردن توسط انشعابهایی، بمدت 24 تا 72 ساعت آبپاشی میشود. بطور کلی در حدود %20-10 وزن فولاد تولیدي را سرباره تشکیل میدهد، که این میزان علاوه بر نوع مواد اولیه ورودی به کوره به درجه فولاد تولیدی نیز بستگی دارد]20، 25-24[.

شکل2-7. تصویری شماتیک از کوره کنورتور.

در کارخانه ذوب آهن اصفهان سرباره کنورتور تولیدی از طریق پاتیلهایی به محل استخرهای کنورتور حمل میگردد. قسمت فولادسازی کارخانه ذوب آهن اصفهان دارای دو استخر بزرگ برای جمع آوری سرباره بوده که پس از پر شدن استخرها، سرباره سرد شده که عموماً چند روز از عمر آن گذشته است، توسط کامیونهایی به محل هواشناسی منتقل میشوند. اما بدلیل اینکه این نوع سرباره عملاً کاربرد مشخص ندارد در محل هواشناسی رها شده و دپو میگردند.
آزمایشاتی که در تحقیقات پیشین بر روی این نوع سرباره صورت گرفته است نشان میدهد ترکیبات مینرالی سرباره BOF نیز شامل؛ اولیوین ((Mg,Fe)2.SiO4)، مروینیت (3CaO.MgO.2SiO2)، پرتلندیت (Ca(OH)2)، فازهای سیمانی و همچنین محلول جامد RO (CaO-FeO-MnO-MgO) و آهک آزاد میباشند. لازم به ذکر است که فازهای C2S و C3S موجود در این نوع سرباره به مراتب کمتر و ضعیفتر از سیمان هستند، که علت آن کند بودن سرعت سرد کردن سرباره از حالت مذاب میباشد، که باعث ایجاد ساختار کریستالی و پایدار در حالت جامد سرباره میشود ]17، 10، 8[.

2-1-5 بررسی تحقیقات گذشته بر روی سرباره کنورتور
در مورد سرباره کنورتور که محور اصلی بحث در این پروژه میباشد تاکنون تحقیقات و پژوهشهای مختلفی برای بکارگیری آن در صنایع مختلف شده است که بطور مثال برای چند نوع از این تلاشها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
میخاییل و همکاران28 برای نخستین بار در سال 1995، بر روی رفتار حرارتی و خواص دما بالای سرباره کنورتور کار کردند. آزمایشهای ایشان در جهت یافتن راهی برای بکارگیری این ماده بعنوان آگریگیت در جادهسازی صورت گرفت که تا حدودی استفاده از این ماده را در جاده سازی موفقیت آمیز دانستند]19[.
گیسلر29 در سال 1996، از جمله اولین کسانی بود که بطور جدی بر روی کاربرد سرباره کنورتور در صنعت سیمان کار کرد. وی سعی کرد این سرباره را بعنوان ماده خام در ساخت کلینکر بکار برد. وی معتقد بود که کاربرد سرباره برای این منظور به جهت کاهش دمای پخت سیمان مزیتهای زیست محیطی و اقتصادی بهمراه خواهد داشت ]3[.
شاخپازوف و همکاران30 در سال 1997، روشهای مختلف فرآوری را برای این نوع سرباره بکار بردند. ایشان همچنین کاربردهایی را برای این ماده در نظر گرفتند که از آن جمله میتوان به استفاده از این سرباره بعنوان کمک سینتر بدنههای سرامیکی، استفاده بعنوان فلاکس در کوره بلند ذوب آهن و همچنین بازیافت و استخراج عناصر مفیدی که در داخل ترکیب این سرباره وجود دارد، اشاره کرد. البته حضور فازهای سیلیکاتی در ترکیب سرباره اثرات منفی بر روی بدنههای تولیدی از این ماده بر جای میگذاشت ]25[.
باخارف و همکاران31 در سال 1999، با بررسی اثر افزودن چند نوع فعالساز قلیایی شامل؛ سیلیکات سدیم، هیدروکسید سدیم، کربنات سدیم و فسفات سدیم هم بصورت تنها و هم بصورت مخلوطی از آنها اثر افزودن این مواد را بر سرباره فولاد در استرالیا بررسی کردند. آنها به نتایج مثبتی بر روی عملیات ترمیمی برای بهبود خواص سیمانی این نوع سرباره دست یافتند و به این نتیجه رسیدند که این نوع سرباره بطور بالقوه توانایی استفاده بعنوان ماده افزودنی در سیمان و بتن را دارد که باید با استفاده از مواد قلیایی آنرا به بالفعل تبدیل کرد. آنها همچنین به این نتیجه رسیدند که استفاده از فعالسازها بصورت ترکیبی بمراتب نتیجه بهتری نسبت به استفاده این مواد بصورت تکی در بر دارد ]26[.
فو و همکاران32 در سال 2000، تأثیرات افزودنیهای قلیایی را بر سیمانهای حاوی مقادیر بالای سرباره بررسی کردند. نتایج آنها به این قرار بود که افزودن مخلوطی از این مواد نتایج بهتری نسبت به تک تک آنها خواهد داشت. از جمله مواد افزودنی که آنها استفاده کردند آلونیت33، میرابیلیت34 و ژیپس کلسینه شده بودند. بر اساس تحقیقات ایشان مقدار و نوع فعالساز برای بهبود و تأثیر خواص سیمان بسیار مهم هستند که البته این موضوع به نوع سرباره هم بستگی دارد ]27[.
آلتون و همکاران35 در سال 2002، با بررسی بر روی سربارههای فولادسازی در ترکیه، آزمایشهایی بمنظور جایگزینی این نوع سرباره در سیمان انجام داد که بر اساس نتایج وی، تا حدود 30% سرباره مناسبترین میزان برای جایگزینی سرباره فولاد سازی ترکیه در سیمان است ]28[.
جوکز و همکاران36 سال 2003 و هریبیرت و کوهن37 سال 2004، از سرباره کنورتور بعنوان جزء درشت دانه در ساخت و ساز و همچنین جادهسازی استفاده کردند. البته بعد متوجه شدند بدلیل حضور مقادیر بالای آهک در ترکیب، انبساطهای کنترل نشدهای در بدنه بوجود میآید که با توجه به درشت بودن دانههای مصرفی تنشهای بزرگی در نمونهها ایجاد میشود که باعث ایجاد ترک و در نتیجه تخریب ساختار میشوند]30-29[.
موزربرگ و همکاران38 در سال 2004، سرباره کنورتور را بعنوان فیلر در بتن بکار بردند. ایشان در نتایج کار خود خاطر نشان کردند که گرانوله کردن سرباره به پایداری و بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی بتن کمک میکند، چرا که در این صورت فازهای این ماده هم فعالتر شده و در نتیجه به پایداری و استحکام بتن کمک میکند. گرچه اگر سرباره گرانوله هم نباشد میتواند بعنوان فیلر بکار برده شود ]31[.
کورونیس و همکاران39 در سال 2007، با مطالعه بر روی خواص و ویژگیهای هیدراسیون سیمانهای حاوی سربارههای فولاد سازی به این نتایج رسیدند که اولاً سیمانهای سرباره همواره (در همه سنین) استحکام کمتری نسبت به نمونه مرجع (فاقد سرباره) دارند، همچنین سرباره باعث بهبود کارپذیری ملات میشود. از سویی دیگر، سیمانهای مخلوط شده با سرباره زمانهای گیرش طولانیتری نسبت به سیمان خالص از خود نشان میدهند. بعلاوه، افزودن سرباره فولاد به سیمان، قدرت هیدراسیون را کاهش داده که این پدیده ناشی از اندازه ذره و ساختار C2S داخل سرباره دارد ]9[.
ماهیکس و همکاران40 در سال 2009، بر روی استفاده از سرباره کنورتور هواسرد شده برای کاربرد بعنوان جزء اصلی در بایندرهای هیدرولیکی در جاده ها کار کردند. آنها در ابتدا فازهای اصلی سربارهای که سیلیکاتهای کلسیم (β-C2S و C3S) هستند را شناسایی کردند. فازهای دیگری از جمله دی کلسیم فریت (C2F)، کلسیت (CaCO3)، پرتلندیت (Ca(OH)2)، آهک (CaO)، محلول جامد حاوی اکسیدهای آهن و منیزیم (MgOxFeOy) و فاز کلسیم آمینو فریت (C4AF) هم در ترکیب یافت شد. تحقیقات آنها بر روی سرباره کنورتور فرانسه نشان داد که این نوع سرباره دارای خواص هیدرولیکی ضعیف بوده و فاقد هرگونه خواص پوزولانی است. آنها همچنین ترکیبی از مخلوط کردن سرباره کنورتور، سرباره گرانوله شده ذوب آهن و مقداری کاتالیست ساختند. ایشان به این نتیجه رسیدند که هرچه اندازه ذرات سرباره کنورتور ریزتر باشند بدلیل افزایش فعالیت آنها واکنشهای هیدراسیون با سرعت و مقدار بیشتری انجام میشوند ]21[.
ساجدی و همکاران41 در سال 2010، بر روی اثرات فعالسازهای شیمیایی بر روی سیمانهای حاوی سرباره کنورتور کار کردند. آنها از موادی مثل هیدروکسید سدیم، هیدروکسید پتاسیم و سیلیکات سدیم برای این منظور استفاده کردند. اثر این مواد بر روی زمانهای گیرش و استحکام مکانیکی بررسی شد که نتایج آنها نشان داد بهترین افزایش استحکام مربوط به نمونه حاوی مخلوطی از هیدروکسید سدیم و هیدروکسید پتاسیم بود. وی همچنین در تحقیقی مشابه بر روی فعالسازی مکانیکی سربارههای فولاد نیز پرداخت ]32[.
کیانگ و همکارش42 در سال 2010، با بررسی شرایط مختلف هیدراسیون سرباره کنورتور به این نتیجه رسیدند که فرآیند هیدراسیون سرباره فولاد همانند سیمان میباشد حال آنکه سرعت واکنشهای آن پایینتر است. از سویی دیگر، سرعت هیدراسیون سرباره در مراحل اولیه را میتوان با کاهش اندازه ذرات آن یعنی ریز کردن آن افزایش داد. از جمله محصولات هیدراسیون سرباره، C-S-H و Ca(OH)2 میباشند ]33[.
کریسکوا و همکاران43 در سال 2011، اثرات فعالسازی مکانیکی سربارههای فولاد را بر خواص هیدرولیکی آنها بررسی کردند. آنها برای این منظور آسیاب طولانی مدت را در محیط اتانول انتخاب کردند. نتایج آنها نشان داد که این کار باعث ریز شدن ذرات تا حدود بیش از 10 برابر آسیاب معمولی میشود، همچنین متوسط اندازه ذرات به کمتر از 3 میکرون هم رسید. آنها از آسیاب مهرهای44 برای این منظور استفاده کردند. سرعت انتخابی برای کار ایشان rpm 5000 و مدت آسیاب را 2 تا 6 ساعت در نظر گرفتند و گلولههایی که در این کار استفاده شد از جنس زیرکونیا بودند ]34[.
بلهاج و همکاران45 در سال 2012، با بررسی خواص و ویژگیهای سرباره کنورتور و همچنین استفاده از فعالسازهای قلیایی برای بهبود و افزایش اکتیواسیون پرداختند. آنها با بررسی و آزمایش روی موادی مثل NaCl، CaCl2، CaO، Na2SiO3 و همچنین سیمان حاوی آلومینای زیاد به این نتیجه رسیدن که NaCl و CaCl2 مواد موثر برای فعالکردن سرباره کنورتور میباشند. این مواد باعث بهبود خواص مکانیکی و همچنین تسریع بخشیدن به هیدراسیون فازها میشوند. بر اساس تحقیقات ایشان سرباره کنورتور مادهای است که از لحاظ بالقوه دارای خواص سیمانی میباشد تنها باید به نحوی این توانایی را بالقوه کرد ]35[.

2-2 سیمان پرتلند
بطور کلی سیمان یک ماده چسباننده هیدرولیکی46، غیر

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه با واژه های کلیدی صنعت سیمان، اکسیداسیون، هیدرولیک Next Entries پایان نامه با واژه های کلیدی هیدرولیک، توسعه اقتصادی، آرایش فضایی