发布时间 : 星期一 文章钢渣在水泥生产中的运用 - 图文更新完毕开始阅读
钢渣作为混合材或矿物掺合料的应用
1前言
1.1研究背景以及意义
随着社会和经济的飞速发展，人类的生活水平和质量得到了很人的提高，但是我们赖以生存的环境却在口益恶化。我们生活和生产中排放了越来越多的垃圾和废物。特别是其中的工业废渣、废弃物，不仅占用了大量的土地，对生态环境也造成了巨大的危害，而且还给人类的生活和健康带来了极大的危害。因此，如何处理工业废渣，保护生态环境已成为我们目前迫切需要解决的问题。 水泥作为发展国民经济的主要原材料，水泥产业作为发展国民经济的支柱产业在处理工业废渣上有其特殊的优势。某些工业废弃物含有对水泥熟料烧成有利的离子，某些冶炼工业废渣经过了高温锻烧，在成渣过程中加入了石灰，经过高温成渣反应，改变了物料中的SiO2， Al2O3：等氧化物的积聚状态，生成了一些和水泥矿物相同或者相近的矿物，经过水淬处理，形成以玻璃体为主的固体。这些玻璃体和熟料矿物，在适当条件下，可促进水泥熟料烧成。废渣中含有的某些微量元素，有可能改变熟料矿物的微观结构，提高水硬活性。所以资源化、有利化利用工业废渣现在也被作为水泥研究的主要课题之一，同时这也是水泥生产绿色化和高性能化的结合点。
在国家重点基础研究发展规划项目(973项目)一一“高性能水泥制备和应用的基础研究”的实施过程中，陈益民教授等水泥混凝土专家做了将工业废渣(钢渣、磷渣、赤泥)作为水泥原料配料烧制水泥熟料方面的工作，并获得了很多宝贵的研究成果。但是，这些研究成果只是证明了某些工业废渣作为水泥工业原料 配料的可行性，至于更进一步的研究还需要继续进行。钢渣作为炼钢过程的副产品，具有难磨的特性。所以当其作为水泥原料配料时势必会给水泥烧成过程中带来较大的钢渣颗粒。具体研究方法是在水泥生料中掺加不同粒径的钢渣颗粒，同时并配以不同的掺量分析并研究其对水泥生料易烧性、水泥熟料矿物形成以及熟料性能的影响，试图寻找出合适的掺量范围。以此来解决由于易磨性不好给水泥生产所带来的问题。 1.2国内外研究现状
工业发达国家很早就开始重视环境保护问题，因而他们的钢渣综合利用率一般较高，以下就是典型的几个工业发达国家的钢渣利用情况。
在上世纪70年代初，美国的钢渣就已达到排用平衡，实现了钢渣利用的资源化、专业化、企业化，历史上的渣堆现已基本消除。最新数据统计表明，2001年美国钢渣产量665万吨，其中37%用于路基工程，22%用于工程回填料，22%用于沥青混凝土集料。 1999年口本钢铁环境公报统计结果显示 1998年口本钢渣总产量为12，879， 000吨，其中22%用于道路工程，40. 7%用于土木建筑工程，19.3%用于回炉烧结料，8%用于深加工原材料，5.9%用于水泥原材料，1.1%用于肥料，4%用于回填料。
统计数据表明，整个欧洲每年产钢渣约1200万吨，其中65%已得到高效率的利用，但仍有35%的钢渣堆积未利用。相比之下德国的钢渣利用率相对较高，1998德国约97%的钢渣已作为集料广泛应用于公路交通、地下工程及民用建筑。
加拿大年产钢渣约100万吨，大部分的钢渣就堆积在钢厂附近或运往其它
地方进行回填，仅少量钢渣卖到水泥厂用作钙质或铁质原材料，近年来加拿大学者也开始将钢渣作为水泥混合材进行研究，但掺量仅10-20%左右，而且目前还处于实验研究阶段。
据统计， 1998年我国钢渣的年排放量己达1600万吨，回收利用率为79%。从利用数字分析，我国钢渣利用率并不低，但实际上钢渣的利用情况并不理想，许多钢渣实际上采取的是粗放式处理方法。据初步估算，我国每年钢渣利用情况是：回炉烧结利用120万t，筑路用250万t，作工程回填料200万t，配制水泥最多40万t，作其他建材约10万t，年利用量约620万t，按资源性和有效性评定，我国钢渣实际利用率仅为40%左右。 1.3本文研究主要内容 1.31钢渣水泥：
钢渣是炼钢过程中排除的废渣，约占钢产量的20%。将钢渣制成水泥，既是增产水泥的途径之一，而更重要的是解决炼钢厂的炼钢废渣处理问题。钢渣主要来源于铁水与废钢中所含元素氧化后形成的氧化物，金属炉料带入的杂质，加入的造渣剂如石灰石、萤石、硅石以及氧化剂、脱硫产物和被侵蚀的炉衬材料等。
炼炼钢分为平炉炼钢、转炉炼钢和电炉炼钢。平平炉钢渣随炼钢过程中出渣的前后分初期渣、精炼渣和后期渣。转炉渣分为前期渣、和后期渣。电炉钢渣分氧化渣、和还原渣。用于制造水泥的主要是CaO含量较高的平炉精炼渣、后期渣和转炉后期渣。电炉还原渣还可用于制造白色和彩色钢渣水泥。
以化学成分而言，钢渣与水泥熟练有些相似，当氧化物含量差别较大。同时钢渣成分波动很大，长随炼钢品种、原料来源、操作控制等而变。下面为几种钢渣的化学成分。
钢渣的化学成分（%） CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MgO MnO P2O5 F fCaO 钢渣种类 平炉精炼渣 46.68 14.04 4.13 2.69 12.06 7.06 1.13 9.20 0.58 - 57.46 15.46 3.63 3.03 10.47 6.09 _ 1.28 _ 4.75 转炉渣 电炉还原渣 52.98 20.12 15.12 0.71 0.46 8.80 0.31 0.61 2.31 _ 根据对钢渣的岩相鉴定和x射线鉴定表明，钢渣之所以具有胶凝性，主要是其中含有水泥熟料中的一些矿物，例如CaO含量较高的平炉钢渣中，常含有C3S、C2S和铁铝酸盐。转炉渣中C3S含量更多一些，因而其活性一般比平炉渣高一些。电炉还原渣中场含有C2S、CA、C12A7，CaO含量很高时还可以形成C3S和C3A。这些矿物都具有胶凝性，但其含量一般比熟料中少，而且晶体发育也较大，比较完整，活性较低。
根据标准，钢渣水泥的定义如下：凡以平炉、转炉钢渣为主要组成，加入一定量粒化高炉矿渣和适量石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料，称为钢渣矿渣水泥。钢渣的掺入量，以质量计，不少于35%，必要时，可掺入质量不超过20%的硅酸盐水泥熟料。
凡由平炉、转炉炼钢时所含硅酸盐、铁铝酸盐为主要矿物，经淬冷或自然冷却的钢渣，均适用于制作钢渣水泥。钢渣的碱度（
CaOSiO2?P2O5）不得小于1.8.
钢渣中不应混有炉前垃圾、补炉材料及废耐火砖等外来夹杂物。钢渣必须经过磁选，金属铁的含量，应严格控制。
钢渣中的氧化镁存在形式主要有三种：即化合态（钙镁橄榄石、镁蔷薇辉石等）、固溶体（二价金属氧化物MgO、FeO、MnO的无限固溶体，即RO相）、游离态（方镁石晶体）。关于以固溶体存在的氧化镁对水泥长期安定性的影响，存在着不同看法。有人认为钢渣中RO相固溶体中的氧化镁仍会水化，从而起着有害作用；另一种看法认为，RO相的氧化镁因固溶有其他二价氧化物，不会引起安定性问题。多数人认为，RO相中的氧化镁的水化会因FeO、MnO等二价金属氧化物的固溶体而受到抑制。
钢渣中的MgO含量为5%-13%，如粒化高炉矿渣掺入量大于40%时，制成的钢渣水泥不作压蒸实验。当钢渣中MgO含量大于13%时，水泥必须用压蒸法检验安定性合格。
钢渣水泥中的石膏，可利用天然硬石膏，经600-800℃煅烧的无水石膏和天然二水石膏。硬石膏和煅烧石膏中的无水硫酸钙含量应大于85%。天然二水石膏必须符合石膏标准中的3、4、5级石膏要求。钢渣矿渣水泥中的三氧化硫含量不得超过4%。如水浸安定性合格，则SO3含量允许放宽到6%。
硅酸盐水泥熟料中游离氧化钙含量不得超过3%，氧化镁含量不得超过5%。 钢渣矿渣水泥分为22.5、27.5、和32.5三个标号，其各龄期的强度指标如下表。
钢渣矿渣各龄期的强度 水泥标号 抗压强度（MPa） 抗折强度（MPa） 7天 28天 7天 28天 22.5 8.8 22.5 2.3 4.4 27.5 10.8 27.5 2.7 4.9 32.5 12.7 32.5 3.2 5.4 钢渣矿渣水泥的细度，以表面积计，不得小于3500cm2/g。用筛析法测定时，在0.08mm方孔筛上筛余不得超过8%。钢渣矿渣水泥的初凝应大于45分钟，终凝应不迟于24小时。蒸煮安定性必须合格，安安定性试饼在湿气中养护72±3小时后，在进行蒸煮实验。
钢渣矿渣水泥的主要缺点是早期强度低，冬季施工困难，但后期强度不断增长，后期强度高，具有与矿渣硅酸盐水泥相似的物理学性能，并具有耐磨、耐腐蚀、抗冻性好，大气稳定性好，微膨胀和水化热低等特点。
钢渣矿渣水泥主要适用于一般工业与民工建筑、地下工程和防水工程、大体积混凝土工程、要求抗渗、抗硫酸盐侵蚀和对耐磨性有一定要求的混凝土工程。钢渣矿渣水泥不适用于抢修工程和早期强度有较高要求的的工程。 1.32 主要技术路线
钢渣是炼钢过程的副产品，是由石灰或萤石等造渣材料、炉衬的侵蚀以及铁水中硅、铁等物质氧化而成的复合固溶体。钢渣中含有一些和水泥矿物相同或者相近的矿物。这些矿物在熟料锻烧过程中起到了“诱导晶种”的作用。该作用可有效地降低晶体形成时的核化势垒，打破原CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3系统的动态平衡，促使化学反应速度进一步加快，为C2S吸收关f-Ca0形成C3S的反应创造条件，最终促进水泥熟料烧成。另外，钢渣中含有的某些微量元素，是熟
料烧成过程中良好的矿化剂和促进剂，能够降低CaCO3分解温度，并加速化学反应提高CaCO3的分解率。
2.钢渣的利用
2.1全国各地不同地方钢渣化学成分比较
【参考文献：魏航宇，邢宏伟等. 钢渣处理生产硅酸盐水泥的探讨.甘肃冶金. 2009（4）：12-15】
【参考文献：舒型武. 钢渣特性及其综合利用技术. 钢铁技术. 2007（6）：48-51】