Βελτίωση μηχανικών / φυσικών ιδιοτήτων σκωρίας ηλεκτρικού κλιβάνου για χρήση ως αδρανούς υλικού σε σκυροδέματα
Authors: Λιάπης Ιωάννης 
Published: August 2021

Η διατριβή πραγματεύεται παρεμβάσεις στην παραγωγική διαδικασία των χαλυβουργείων με κλίβανους ηλεκτρικού τόξου με στόχο την αποτελεσματικότερη αξιοποίηση της σκωρίας ηλεκτρικού κλίβανου. Αντικείμενο της έρευνας αποτελεί η μεταβολή των φυσικών ιδιοτήτων της σκωρίας με την προσθήκη υλικών (διαλυτών στερεών) και περιορισμένων παρεμβάσεων στην παραγωγική διαδικασία του χαλυβουργείου. Αντικείμενα αποτελούν επιπλέον η μελέτη των φυσικών ιδιοτήτων του τροποποιημένου παραπροϊόντος, εφαρμογή του σε τσιμεντοσκυροδέματα καθώς και η οικονομική διερεύνηση σκοπιμότητας του εγχειρήματος. Ειδικότερα, η έρευνα στοχεύει στη μείωση του ειδικού βάρους της σκωρίας χωρίς να μειωθούν τα τεχνικά οφέλη που προσδίδονται στα σκυροδέματα από τη χρήση σκωριοαδρανών. Στα συμπεράσματα της έρευνας συμπεριλαμβάνεται η μείωση του ειδικού βάρους κατά 7,5% με προσθήκη περλίτη σε αναλογία 10% κ.β. σκωρίας. Η μείωση του ειδικού βάρους επιβεβαιώνεται από δύο διαδικασίες τροποποίησης. Κατά την παρατήρηση των υπόλοιπων μειγμάτων σκωρίας-διαλυτών στερεών δε διαπιστώνεται αξιόλογη μεταβολή του ειδικού βάρους, ενώ σε κάποιες περιπτώσεις (βωξίτη, ολιβίνη) παρατηρείται αύξηση. Η προσθήκη διαλυτών στερεών μεταβάλει σημαντικά τις παρατηρούμενες φάσεις και χημική σύσταση της σκωρίας, ενώ δε μεταβάλει στατιστικώς σημαντικά τους δείκτες ανθεκτικότητας (αντίσταση σε τριβή και κρούση, λείανση, απότριψη, υγείας). Ο αριθμός φάσεων, το υπόβαθρο και η ομοιογένεια στις αποτυπώσεις SEM εξαρτώνται τόσο από την παρουσία και το είδος του προστιθέμενου διαλυτού στερεού, όσο και από τη μέθοδο ψύξης. Οι ίδιοι παράγοντες έχουν σημαντική επίπτωση στις τιμές του δείκτη απορρόφησης υγρασίας. Το ποσοστό προσθήκης διαλυτού στερεού μεταβάλλει σχεδόν γραμμικά τις τιμές ειδικών βαρών. Πρακτικά, όμως, η προσθήκη διαλυτών στερεών στη σκωρία μπορεί να λάβει συγκεκριμένες μέγιστες τιμές, καθώς θέτονται περιορισμοί για την εύρυθμη λειτουργία του χαλυβουργείου (δείκτες βασικότητας). Η σύγκριση μεταξύ των διαδικασιών αποδεικνύει ότι η προσθήκη διαλυτών στερεών στη σκωρία εντός του ηλεκτροκλίβανου, επιφέρει σημαντικά οφέλη και αξιολογείται ως η βέλτιστη πρακτική καθώς, αφενός, αξιοποιείται το σύνολο της ποσότητας και, αφετέρου, επιτυγχάνεται ομοιομορφία στους κόκκους. Κατά τις εργαστηριακές δοκιμές σε δείγματα από βιομηχανική παραγωγή προκύπτει πως τροποποιημένα και ατροποποίητα σκωριοαδρανή ικανοποιούν πλήρως τα όρια των προτύπων για τα αδρανή σκυροδέματος (ΕΝ 12620, ΚΤΣ ’97) όπως και ειδικότερες απαιτήσεις (π.χ. σταθερότητα όγκου). Επιπλέον, παρατηρείται αύξηση της συγκέντρωσης δραστικού πυριτίου ως απόρροια των προαναφερόμενων παρεμβάσεων. Από τις παρεμβάσεις προκύπτουν οικονομικά οφέλη για το χαλυβουργείο, τον επεξεργαστή σκωρίας, αλλά και για τον τελικό χρήστη. Αναλυτικότερα, για το χαλυβουργείο, οι προτεινόμενες παρεμβάσεις επιφέρουν επιπρόσθετο κόστος από την προμήθεια των πρόσθετων διαλυτών στερεών, το οποίο, όμως, είναι ιδιαίτερα περιορισμένο. Το όφελος της παρέμβασης επικεντρώνεται στη βελτίωση της αποδοτικότητας, αντισταθμίζοντας το κόστος. Για τον επεξεργαστή της σκωρίας, το κόστος αναμένεται να αυξηθεί. Με βάση τεκμηριωμένες παραδοχές το κόστος επεξεργασίας εξαρτάται από το κόστος ενέργειας. Το οικονομικό όφελος από τις παρεμβάσεις είναι δυνατό να υπολογισθεί λαμβάνοντας υπόψη την τελική χρήση. Για την περίπτωση παρασκευής τσιμεντοσκυροδέματος με τροποποιημένα σκωριοαδρανή, το όφελος, εκφρασμένο ως ποσοστό αύξησης της τιμής πώλησης σε σχέση με τα ατροποποίητα σκωριοαδρανή, είναι αντιστρόφως ανάλογο του ειδικού βάρους. Το όφελος είναι αυξημένο σε χαμηλές τιμές ατροποποίητων σκωριοαδρανών και περιορίζεται σε υψηλότερες. Στην περίπτωση των επιφανειακών, ασφαλτικών επιστρώσεων το όφελος είναι σημαντικά υψηλότερο, καθώς τα συνακόλουθα κόστη μεταφορών και παρασκευαστηρίου είναι υψηλότερα σε σχέση με την παρασκευή τσιμεντοσκυροδέματος.