高炉水渣的性能特征及应用途径

高炉水渣的性能特征及应用途径

刘邦军 池鹏飞 赵慧玲

(安钢集团综合利用开发公司)

摘要 对水渣的成矿原因及其基本特性进行了分析,研究了水渣以及水渣超细粉对水泥及混凝土的影响,阐述了水渣超细粉深加工的重要意义。

关键词 水渣 特性 综合利用

THE APPILATION WAY A ND PERFOROMANCE CHAR AC TERISTIC

OF BLAST FURNAC E WATER D REGS

Liu Bangjun Chi Pengfei Zhao Huiling

(Anyang Lron&Steel Group Co.,Ltd)

ABSTRACT It analys ted that minerlization reason and the basic characteristic of water dregs.It has strdied water drges and su-perfine power influence to the cement and the concrete,It elaborated the vital significance of water dregs superfine power in tensive processing

KEY WORDS characteristic comprehensive utilization

0 前言

水渣属于工业固体废料的一种,由于其具有潜在的水硬胶凝性能,作为水泥生产的混合材早已广泛应用。但是,随着炼铁产量的不断提高,水渣产生量大幅度增长,造成大量堆积,成为困扰企业发展和社会环境治理的一大问题。了解和研究水渣的性能特征,开发和综合利用水渣,对废物利用、发展循环经济,建设资源节约型社会,具有十分重大的意义。近年来,随着国内加工技术的不断提高和对水渣的深入研究,发现将水渣磨细到一定细度后,性能有所改变,应用更加广泛。

1 水渣的成矿原因

水渣是钢铁企业冶炼生铁时,由铁矿石中的非铁成份和焦炭、喷吹煤中的灰份等熔化后,从高炉中排出的产物。多为晶质块状、蜂窝状或棒状,以玻璃体为主的细粒,呈浅黄色(少量墨绿色晶体),玻璃光泽或丝绢光泽,摩氏硬度为1~2,(自然堆积)比重0.8~1.3t m3。目前国内生产的水渣从处理技术工艺角度讲,可分为水泡渣和水冲渣两种。

1.1 水泡渣

水泡渣是高炉热熔渣浆用罐运到水池,将热熔渣浆倒入水池粹水而成的一种再生矿物。由于热熔渣浆在运输过程中温度的散失,渣罐内的熔浆中心和边缘温度有一定的温差,表面熔浆提前凝结成矿,生成部分灰黑色次生矿物(也称高炉重矿渣),罐壁残留熔浆自然冷却成矿,生成部分富含CaO、SiO2、Fe2O3的灰黑色次生矿物重矿渣,从而影响水渣的质量。

1.2 水冲渣

水冲渣是在渣浆出炉时将水冲向热熔渣浆,热熔渣浆经淬水生成的一种再生矿物。由于热熔渣浆直接在炉前淬水形成,熔浆温度较高,相对均匀,成矿速度快,伴生及次生矿物较少,水渣质量相对稳定(安钢新建2200m3高炉就采用这种生产工艺)。

水渣的产生量随着生铁冶炼技术和铁矿石的品位不同而变化,一般为生铁产量的25%~40%,安钢的渣铁比一般情况在30%左右。

2 水渣的化学成分

水渣的化学成分主要由氧化钙(CaO)、二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)等组成。安钢水渣测试化学成分为:CaO、SiO2、Al2O3、MgO、Fe2O3、MnO、TiO、S、P2O5、K、M,与国内其他几家钢铁公司的基本相近(见表1)。

3 水渣的矿物组成

主要由CaO、SiO2和Al2O3组成的C2AS(黄长石)、C AS2(钙长石)、C S(假硅灰石)、C2S(硅酸二钙)四种矿物。其中C2AS(黄长石)和C2S(硅酸二钙)

2005年 12月 河 南 冶 金 Dec. 2005第13卷 第6期 HENAN ME TALLURGY Vol.13 No.6 联系人:刘邦军,经理,工程师,河南.安阳(455004),安钢集团综合利用开发公司; 收稿日期:2005 10 22

表1 国内几家钢铁公司水渣化学成分比较

%

单位CaO SiO 2Al 2O 3MgO Fe 2O 3MnO Ti

S K

M

安钢38.9033.9213.98 6.73 2.180.260.58邯钢37.5632.8212.06 6.53 1.780.230.46济钢36.7633.6511.698.63 1.380.350.56 1.67首钢36.7534.8511.3213.22 1.380.360.58

1.71 1.08宝钢40.6833.5814.447.81 1.560.32

0.500.2 1.83 1.01武钢35.3234.9116.3410.130.81 1.71 1.810.89马钢

33.26

31.47

12.46

10.99

2.55

3.21

1.37

1.65

1.00

活性较好,C AS 2(钙长石)和C S(假硅灰石)活性较差。因此,水渣中Ca O 和Al 2O 3含量高,SiO 2含量低时,水渣的活性好。4 国内水渣质量标准

1994年,我国发布了 用于水泥中的粒化高炉矿渣(GB T203-94) 的国家标准,该标准规定水渣的质量(或活性)系数和化学成分应满足以下要求(见表2):

表2 用于水泥中的粒化水渣技术标准(GB T203-94)

项目质量系数

K 二氧化钛含量 %氧化亚锰含量 %氟化物(以

S 计) %硫化物(以S 计) %松散容重 kg L 最大粒度

mm 大于10mm 颗粒含量 %

合格品 1.20 10.0 4.0 2.0 3.0 1.20 100 8

优等品

1.60

2.0

2.0

2.0

2.0

1.00

50

3

注:K 为活性成分与非活性成分之比(CaO+MgO+Al 2O 3) (SiO 2+MnO+TiO)。

用于水泥中的粒化水渣技术标准(GB T203-94)要求:碱性矿渣M>1;中性矿渣M=1;酸性矿渣M<1。碱度系数M 为碱性氧化物与酸性氧化物之比(CaO+MgO) (Al 2O 3+SiO 2)。

从表1、表2可以看出,安钢水渣质量系数K=1 73;M<1,达到优等品标准。5 水渣的性能分析研究及应用5.1 传统应用技术

水渣主要用作水泥的混合材,一般采用与水泥熟料、石膏一起粉磨,生产矿渣水泥,细度要求达到310m 2

kg(比表面积)以上,参加量小于40%。5.2 研究成果及应用途径

新的研究结果表明,将水渣磨细成400m 2

kg 以上细度的超细粉,其性能大大改善,其特有的胶凝性能更好,应用领域更加广泛。纯矿渣超细粉主要用

途:一可以用来与高标号纯硅酸盐水泥混合配制生产矿渣水泥;二是可以作为混凝土的外加剂,利用其

具有同水泥相似的功能,在混凝土中等量替代水泥,来改变混凝土的强度和工作性能。为了解和掌握水渣的性能,更好的开发和利用水渣,现从不同角度对水渣超细粉进行分析如下:5.2.1 水渣易磨性

研究表明,水渣的易磨性很差,要达到400m 2

kg 以上细度时,水渣很难继续磨细,水渣细度越高,电耗越高。

5.2.2 水渣超细粉对水泥性能影响

1)不同细度水渣超细粉和掺量对水泥抗压强度的影响。在比表面积相同时,随着水渣超细粉掺量的增加水泥抗压强度降低;在掺量相同时,比表面积越小水泥抗压强度降低越快。试验数据见表3:

表3 不同细度水渣超细粉和掺量对3天和28天抗压强度的影响 MPa

细度 m 2 kg

掺量20%时掺量30%时掺量40%时掺量50%时掺量60%时掺量70%时30025.1 54.224.9 52.922.4 48.718.2 45.615.3 42.713.6 39.640030.5 57.428.7 54.526.3 52.625.2 50.719.0 49.617.1 47.950032.1 62.331.1 61.429.9 60.227.9 55.623.1 53.719.8 50.960038.8 63.836.9 62.435.4 61.533.4 58.629.6 54.827.1 52.5700

40.6 64.140.0 63.0

38.6 62.2

34.4 59.130.7 56.9

27.8 53.3

800

41.0 64.7

40.7 63.0

39.5 62.1

35.3 60.1

31.3 57.5

29.0 53.5

注:熟料细度为300m 2 kg 。

2)一定细度和不同掺量的超细粉对水泥抗压强度的影响。实验表明:在一定细度时,随水渣超细粉

掺加比例的加大,水泥强度下降。掺加比例大于80%时,28天强度下降幅度明显,所以水渣超细粉的最大掺加量以小于等于80%为宜,其试验数据见

表4。

5.2.3 水渣超细粉对混凝土性能的影响

水渣磨细至400~800m 2

kg 以上时,表现出与普通细度水渣(<400m 2

kg)明显不同的性能,这主要表现在混凝土拌合物的工作性和硬化混凝土的力学

30 河 南 冶 金 2005年第6期