钢渣的综合利用

钢渣外观形态差异很大 , 随碱度由低到 高 , 呈灰色 , 褐灰色到灰白色 ; 质地坚硬 , 密实 , 孔隙少 , 堆密度 116 ～ 218t/ m3 , 正 常含水率 3142 %～612 %。钢渣浸水 , 水呈 清沏透明 , p H12 左右 。
钢渣的化学成分随炼钢方式 、原料 、钢 种及堆放时间长短不同而变化 。表 1 是武钢 渣场不同部位混合钢渣渣样的成分[2 ] 。
水泥类型
表 3 国内部分钢渣水泥组分
钢渣/ %
矿渣/ %
激发剂/ %
其它
水泥性能
快凝快硬钢渣矿渣水泥
中国专利 9210318017
无 CN1078446A 1993111117
熟
料
钢
渣
矿 快硬钢渣矿渣水泥
渣 水
中国专利[7 ]
泥
新型碱金属高标号钢渣矿 渣水泥 中国专利 9210310817 CN1078446A 1993111117
【 Key Words】 Steelmaking Slag , Comprehensive Utilization , Building Material , Sinter
1 前言 炼钢要排出炉渣 , 排放量约为产钢量的
20 %。我 国 每 年 排 出 钢 渣 约 1400 万 t [1 ] , 目前较多的钢厂渣满为患 。扩建渣场不但要 占用宝贵的耕地 , 同时污染环境 , 所以最佳 的方法是开发钢渣的综合利用 , 变废为宝 。 近二十年来 , 国内外钢铁企业在这方面做了 大量工作 , 积累了经验 。钢渣综合利用不但 能降低炼钢成本 , 带来直接经济效益 , 而且 也保护了环境 , 有很大的社会效益 。 2 钢渣的理化特性
可解决钢渣安定性问题 , 加入激发剂则可激 发钢渣和矿渣的活性[3 ] 。
近十年来 , 国内钢渣水泥的研究 , 发展 很快 (见表 3) 。钢渣矿渣水泥的性能如早 期强度 、凝结时间 , 28d 强度等都接近一般 通用水泥 , 有些甚至能达到 625 # 的性能 。 钢渣矿渣水泥具有后期强度高 、耐磨 、抗蚀 等多种优良性能 。该水泥适用于一般道路 、 农田水利工程等 。
中 Al2O3 降 低 , MgO 高 , 渣 铁 流 动 性 好 , 提高脱硫系数 ; 回收了 Mn 金属 , 生铁成分 中 Mn 含量提高 。
(3) 烧结矿配入钢渣 , 可减少石灰石用 量 。燃料粉焦耗量少 。
(4) 提高了烧结矿强度 , 成品率增加 , 降低了低温还原粉化率 , 从而提高烧结矿的 产量和质量 。
Al2O3
16116 ～0171
FeO
3011 ～016
Fe2O3
19198 ～0138
MnO
4172 ～0139
P2O3
0117 ～0104
Swenku.baidu.com
1136 ～0177
f CaO
21163 ～0
46
上 海 金 属
第 21 卷
膨胀粉化 。经检测发现 , 露天堆放一年左 右 , 钢渣膨胀粉化现象即告完成 。钢渣破碎 得越细 , 其稳定性来得越早 。膨胀粉化后 , 钢 渣 ( 老 渣 ) 的 稳 定 标 准 是 : f CaO < 115 % , 浸水膨胀率 < 011 % , 半干或干燥条 件下膨胀率 < 015 %。
钢渣返回烧结的关键是满足烧结要求 , 化学成分要稳定 , 粒度应适宜 。一般采用老
第6期
宋坚民 : 钢渣的综合利用
47
渣 , CaO 取高值为佳 , 粒度取 0～8mm ( ≤ 5mm 为适宜值) 。钢渣烧结矿有较好的脱碳 能力 , 但不能脱磷 。 313 水泥生产
钢渣用作水泥的原料是其综合利用的一 个重要途径 。钢渣水泥的主要原料是钢渣 、 矿渣 (高炉水渣) 及适量激发剂 。按地方水 泥标准 , 水泥中钢渣掺入量不少于 30 % , 钢渣和矿渣的总掺入量不少于 60 % , 矿渣
按武钢经验 , 施工要考虑 : (1) 回填料一定要用陈化处理后的老 渣。 (2) 适当的粒度配合用于结构回填 , 其 承载能力将会成倍提高 。 (3) 作好分隔封闭及标高控制 。钢渣的 p H 值较高 , 不封闭高填会污染潜水层水质 , 影响植被绿化 。一般在考虑后期开挖难度的 基础上 , 铁路 、公路 、电缆沟等下面可全填 钢渣 , 其它区域均控制在 - 3m 以下填渣 。 31412 打桩散体填料 利用膨胀性能 , 钢渣可作为基础打桩散 体填料 。1998 年安阳钢铁公司在生活区地
第21卷 第 6 期 1 9 9 9 年 11 月
上 海 金 属 SHAN GHA I M ETAL S
Vol121 , No16 45
November , 1 9 9 9
钢渣的综合利用
宋坚民
(上海机电工业职工大学二分校 , 200082)
【摘要】 钢渣是炼钢工业的副产品 。细述了钢渣的理化特性 , 并介绍钢渣在 筑路 、烧结矿 、水泥 、建材和农业等领域的综合利用 。
铁 、有效金属氧化物 , 而且充分利用了渣中 的 CaO , 作为烧结熔剂 , 有利于混合造球 。 钢渣熔点低 , 烧结中易生成液相 , 有助于加 速粘结成块[6 ] 。含钢渣烧结具体优越性表 现为 :
(1) 结块率提高 , 缩短烧结时间 ; 可改 变烧结矿的透气性 。
(2) 高炉使用配有钢渣的烧结矿 , 炉渣
基处理中 , 采用了钢渣填充重锤成孔挤密 桩 , 取得良好效果[8 ] 。该生活区上层地基 土是湿陷性黄土 , 承载力低且不均匀 , 最小 值 70kPa 、最大值 140kPa 。重锤成孔深 315 ～410m 、孔径 450mm , 填入钢渣 , 反复重 锤击实挤密钢渣 。布桩形式正方形 , 桩距为 115～116m 。钢渣遇水膨胀 , 具有胶结性 , 桩体整体性能增强对地基土起加筋作用 。当 地面建筑完成后 , 地基的钢渣桩承受上部压 应力远大于周围的地基土的侧应力 , 故桩体 以水平横向膨胀为主 , 膨胀力挤密了桩周围 的地基土 , 孔隙降低 , 密实度提高 , 湿陷性 进一步降低 , 甚至消除 。复合地基的承载 力 , 抗剪强度有较大提高 。加固后地基承载 强度 250kPa 。 315 建材生产
(2) 水泥性能不稳定 。尽量减少水泥中 MgO 含量 。按国标 MgO ≥13 %必须做安全 性试验 。 314 地基材料 31411 地基回填 , 基础及堤防工程
钢渣膨胀粉化后 , 可与石料 、土夹石等
48
上 海 金 属
第 21 卷
常规地基回填料等同使用 。1991 年武钢采 用钢渣大规模平整低硅地 , 面积约 110 万 m2 , 特别是不清挖淤泥 , 直接钢渣回填压 实挤淤 , 改造水塘面积 30 万 m2 , 国内首 创[2 ] 。压实施工数周后 , 发现钢渣已挤入 淤泥中 , 起骨架作用 , 淤泥密实成粉质粘 土 。相对于天然材料 , 钢渣的透气性 、及物 理性能不差 , 经常规压实 , 地基承载可达 300kPa 。钢 渣 后 期 遇 水 板 结 , 抗 压 强 度 、 抗剪强度还会增加 。可以认为 , 钢渣回填压 实挤淤改良软淤土是个好办法 。
【Abstract】 The physical and chemistry characteristics of steelmaking slag , a by2product of steel indus2
try , were explained. The comprehensive utilization of steelmaking slag in all t he fields was introduced such as road construction , sinter , cement , building material and agriculture.
电炉渣与转炉渣不同 , 电炉渣中 f CaO 低 , 膨胀粉化亦低 , 比转炉渣硬度大 , 更 脆。
研究 表 明[3 ] : 钢 渣 在 水 里 、自 然 风 化 及蒸养 、蒸压下都可凝结与硬化 , 属水硬胶 凝体 。
渣料有效利用的粒度为 0～8mm , 8～ 30mm 两级 。
3 钢渣的综合利用 311 铺筑道路
CaO K2O Al2O3
4715～56
碱 金 属 ( CaO、 FeO、Al2O3) 4 ～ 6 SiO2/ Na2O 水合 固体 018～211
凝结时间与普通水泥 相似 , 终 凝 < 3h , 早 期强度高 3d →29MPa , 28d →5018MPa
3d → 20MPa , 28d → 55165MPa
冷却后的钢渣 (新渣) 是一种不稳定 渣 , 其安定性取决于自由基 CaO 即 f CaO 含 量 。f CaO 与 水 消 解 成 Ca ( OH ) 2 产 生 体 积
成分 含量/ %
CaO
MgO
54106 21177 ～20197 ～3100
表 1 混合渣样的化学成分
SiO2
35146 ～7172
30 %max 25 %max 10 %max > 60 %good 35 %max
4 %max 12 %max
— — — —
20 %
14 %
3% 60 %～65 %
6% 315 0～2 % 0～115 % 10～14 < 015 % < 90～100 % 高
注 : BS 为英国际准
312 烧结矿生产 钢渣返回烧结矿生产不仅回收了渣中粒
【关键词】 钢渣 综合利用 建材 烧结矿 THE COMPREHENSIVE UTIL IZATION OF STEELMAKING SLAG
Song J ianmin
( Shanghai Mechanical & Electrical Industry Professional College , No12 Branch)
1937 年[4] , 英国已把钢渣作为沥青骨 料来铺筑路面 。经处理后的钢渣具有较好的 稳定性 , 可用于道路的基层 、垫层及面层 。 国内宝钢 、武钢等多家企业已用钢渣铺筑了 很多道路[1 ] 。钢渣的部分检测数据及英国 道材标准见表 2[5 ] 。
钢渣与沥青有很好的亲合性 , 与部分天 然石料相混可铺筑高质量柔性道路 。磨光石 试验表明钢渣沥青路面防滑性好 , 不易开 裂 、拉裂 ; 轮碾试验表明 , 承重层变形小 , 道路工作寿命长 。钢渣有很好的抗冻解冻 性 , 适应寒冷气候开放道路的使用 。
表 2 钢渣道材骨料试验及英国道材标准
试验项目
适用标准
标准极限值
钢渣测量值
骨料碾碎值 骨料冲击值 骨料磨损值 光石数量 碎石系数 表观密度 吸水率 硫酸镁稳定性 p H 水合膨胀率 粘合磨损值 轮碾速度
BS812 part3 BS812 part3 BS812 part3 BS812 part3 BS812 part1 BS812 part2 BS812 part2 BS812 part121 — 美国 ASTM4792 美国 ASTMD3625 - 19 BSDD184
10 % 无水硫酸钙与无
相 似,
稳定生产
水硫酸钠混合物 425 #
35～45
熟料 5～20 烧石膏 5～7
早凝早强剂 Ca. K (OH)
早凝早强 425 #
目前钢渣矿渣水泥的不足之处为 : (1) 水泥细度难以保证 。钢渣 、矿渣比
较难磨细 , 且矿渣需水量低 。若水泥细度不 够 , 水化太慢 , 水泥泌水 , 影响早期强度 , 该类水泥合适比表面积 400m2/ kg 左右 , 太 细会增加生产成本 。
(由炉还原渣) 40～70
42～43
40～4715
10～34
烧石膏 (无水 CaSO4) 15～30
常规早强剂 ( 硅 酸钠, 硫酸钠, 氯盐等)
初凝 9～30min 终凝 13～42min 早 期 强 度 高 4h → 15MPa 28d →40MPa
51～54
固体水玻璃 Na2O , SiO2 , 少 量
高标号钢渣矿渣水泥
少 熟
中国专利 9210318311
料 CN1078447A 1993111117
钢
渣
矿
渣 高标号早凝早强钢渣矿渣
水 泥
水泥
中国专利 8710446313
CN1030067A 19891114
30～40 35～45
35～45 熟料 20～30
外 加 剂 5 % ～ 凝结时间与普通水泥