高炉矿渣的水硬活性及其评定方法

高炉矿渣的水硬活性及其评定方法.-Il_口同炉矿渣的水硬活性及其评定方法陈鹏(石油勘探开发科学研究院分院河北廊坊)摘要用干MTC技木曲高炉矿渣必须具有良好的水硬活性,可高炉矿渣的硬活性与其形成过程和加工过程有关.在苛析高炉矿渣的化学成舟和粒度的基础土,提凸属原浆试验珐和MTC试验击评寅高炉矿渣的水硬活性高炉矿渣质量的评定对筛选台棒的矿渣和缳证MTC固井质量具有重要意义.关键词:矿渣水泥浆添加剂评价方法固井质量高炉矿渣的形成和分类用于泥浆转变成水泥浆(MTC)技术的高炉矿渣必须具有良好的水硬活性.高炉矿渣的水硬活性与它的形成过程和加工过程有关.高炉矿渣是冶炼生铁时的副产品,官已成为建材工业的重要原材料之一,也是石油工业用于泥浆转变成水泥浆的活性材料.用高炉冶炼生铁时除了铁矿石和燃料外,还需要加入相当数量的石灰石和白云石作为熔剂CaO,MgO与铁矿石中的废矿和焦炭中的灰分相熔化,主要生成硅酸钙(镁)与铝硅酸钙(镁)的熔融渣,其密度为232.8g/cm,比铁水轻(铁水密度为7.08.0g/cm),固而浮在铁水上面,定期从排渣口排出.高炉矿渣可根据不同的方法来分类,根据碱性氧化物(CaO+MgO)与酸性氧化物(SiO+A1O)比值的碱性系数,可将高炉矿渣分为碱性矿渣(Mo>1),中性矿渣(.一1)和酸性矿渣(.<1);根据冶炼生铁的种类可将高炉矿渣分为铸铁矿渣,炼钢生铁矿渣,物种生铁矿渣(如锰矿渣,镁矿渣);根据冷却方法,物理性能及外形将高炉矿渣分为缓冷渣(块状,粉状)和急冷渣(粒状,纤维状,多孔状,浮石状).高炉矿渣水硬活性的影响因素1.化学成分高炉矿渣的化学成分主要为氧化钙,氧化硅,氧化铝,氧化镁,氧化亚铁,其总量一般在95以上,另外还有少量硫化物.如硫化钙,硫化亚锰,硫化亚铁等.在个别情况下.由于矿石成分的关系,还可能含有氧化钛,五氧化二钒和氟化物等.根据矿石成分,熔剂种类和炼铁种类,矿渣的成分可以在很大范围内波动.中国高炉矿渣化学成分的一般波动范围如表1所示表L高炉矿渣化学成分的波动范围(重量百分数)矿渣的化学成分与水泥相似,但是氧化物之间的比例有差别.矿渣中氧化钙含量较低,而氧化硅含量较高.矿渣中各种化学成分对其活性的影响如下.(1)氧化钙氧化钙含量高能生成较多的具有水硬性的硅酸钙和铝酸钙,所以对矿渣的活性有利.但是,氧化钙含量太高,冷却时析晶能力增加,在慢速变冷时,容易产生粉化现象(口一CzS转变成s).(2)氧化硅氧化硅含量高容易生成低碱性硅酸钙和高硅玻璃体,使矿渣的活性下降但氧化硅含量高的矿渣粘度大,易于成粒,形成玻璃体.(3)氧化铝氧化铝含量高,矿渣的活性高.(4)氧化镁氧化镁可以降低熔融渣的粘度,有助于提高矿渣的粒化质量,增加活性,是矿渣的活性组分.(5)氧化亚锰氧化亚锰含量一般为l一3.冶炼生铁时加入锰矿是为了脱硫.MnO含量超过5时,矿渣的活性下降.冶炼锰铁矿渣的锰化台物含量以MnO计算,不得超过15.硫化物以硫计算,不得超过2MnS会引起粉化,降低活性.(6)氧化钛氧化钛在矿渣中以钛钙石存在,因而使矿渣活性下降.矿石为普通铁矿石时TiO含量一般不超过2;当用钛磁铁矿时,矿渣中TiO含量可达2o%一3o%,活性很低.拈井建与完井童?1999平第16卷第1期.19.照(7)氧化铁和氧化亚铁氧化铁和氧化亚铁在矿渣中的含量很小,对矿渣的活性无影响(8)硫化钙硫化钙为矿渣中的有利组分,与水作用能生成Ca(OH).起碱性激发剂的作用.根据所用原材料及冶炼生铁的品种,矿渣中还可能含少量其它化台物,如氟化物,O;,NazO,K0,VO等,一般情况下这些化合物含量很小,对矿渣质量影响不大.2.冷却方式高炉矿渣以温度高达l4oo一1600的熔融状态从高炉中排出后,迅速进入有大量冷却水的水池,水淬(急冷)使矿渣转变成具有水硬性质的粒状的玻璃体,称为粒化高炉矿渣,直径约为0+55mm.矿渣中玻璃体含量与矿渣的化学成分及冷却逮度有关.一般说来,酸性矿渣的玻璃体含量较碱性矿渣高,这是由于酸性矿渣的粘度高,易于形成玻璃体.此外冷却速度越快,玻璃体含量越高.水淬高炉矿渣中的玻璃体含量一般在80以上,具有较好的水硬活性.水淬高炉矿渣的活性,除受化学成分的影响外,还决定于玻璃体的数量和性能.实践证明,在矿渣化学成分大致相同的情况下,其中玻璃体的含量越多,矿渣的活性就越高.高炉矿渣在空气中慢慢变冷,根据其组成的不同,转变成坚固的石状体或变成细粉.慢慢变冷的高炉矿渣,基本上不具有水硬活性.3.加工过程高炉矿渣具有水硬性质,如加工不当仍会失去活性.矿渣在加工过程中如果温度过高(900左右).会发生反玻璃化,玻璃体转变成晶体,从而失去活性.4.粉碎程度粉碎程度较好的高炉矿渣,细度与水泥相当,能表现出较好的水硬性质.实践表明,如果粉碎程度不够,矿渣即使具有水硬性质也不具备水化条件.因此,评价矿渣的水硬性质要考虑矿渣的粉碎程度矿渣的粉碎程度可由激光粒度分析仪作出评价.高炉矿渣水硬活性的评定方法1.问题的提出(1)化学成分不能作为评定矿渣水硬活性的依据化学成分大致相同的矿渣可能具有不同的水硬性质,这已由国内外的实践所证明.如表2所示,矿20?粘井裹与完井液?1999年第16意第i期渣的化学成分是相似的,MTC试验结果表明,l,2,4,5,6矿渣的强度发展很好(24h抗压强度大于14MPa),而3,7矿渣的强度发展很差(24h及28d的抗压强度只有12MPa)因此,仅从化学成分分析来判定矿渣的活性是不全面的.表2矿渣的化学成分(重量百井徽矿渣12345723.4936.4425.1740.4237.1931.713o.461.1.12lO.9111.871o.6469112.3311.692.112.041.161.54o.822.644.5637.8838.9034.3239.1536.4740.7337.56l2.377.748.674679.978.961o.9o,(2)质.量系数不能作为评定矿渣.水硬活性的依据中国国家标准规定GB2O378粒化高炉矿渣的质量系数不得小于1.2.质量系数()一CaO.干Mgn(O再+丽Alz03式中ca0,MgO,A1O;,SiQ!dvlnO,TiO为相应氧化物肋重量百分数.但如前所述,化学成分大致相同的矿渣可能具有不同的水硬性质那么,根据矿渣化学成分计算出来的质量系数也不能真实反映矿渣是否具有水硬活性,所以用质量系数来衡量矿渣是否具有活性及活性的大小也是不全面的.化学成分和质量系数只在已知矿渣具有活性时.描述矿渣中活性组分与低活性组分之间的比例才有意义.2.高炉矿渣水硬活性的评定方法通过多年的实验研究和现场试验认为,比较简单,可靠,而又符合生产实际的评定高炉矿渣水硬活性的方法是:同时用原浆试验法和MTC试验法进行对比试验,这样抗压强度发展较好的.矿渣的水硬活性就好.(1)原浆试验法它与油井水泥试验相似,把矿渣看作是水泥,以0.44的永灰比配制原浆入模,在55恒温水浴中养护24h后测定其抗压强度,抗压强度值()越大,则矿渣的水硬活性越好.(2)MTC试验法使用矿渣加入预水化膨润土净浆和外加剂配成MTC浆入模.在55恒温水浴中养护24h后测定其抗压强度,抗压强度(s)越大,则矿渣的水硬活性越好.若用差值F;ss.来表示矿渣活性的大小,则曲m,值接近于0时表示矿渣无活性或活性较差;F值越太,矿渣活性越好.高炉矿渣水硬活性的评价试验结果如表3所示表3高炉矿渣水硬活性的评定试验矿渣1284567S:hMPa6.85.81.06.36.67:515S55c,hMPa15.714.21.214.815.6l781?8FMPa8.98.40.28.59.010.30.9水硬活性评定良好良好差良好良好良好差注:So,S分别表示用原浆试验法,MTC试验法测定的抗压强度参考文献1沈威等.水泥工艺学.中国建筑工业出版杜.1986,72CowanKM,.ConversionofDrillingFluidstoCemeJltsWithBlastFurnaceSla8:performancePropertiesandApplicationsforWellCementingSPE245753陈鹏等.钻井液转变成固井液的固井技术研究.石油钻采工艺,1997,1作者简介陈鹛.1986年虫业于江汉石油学院钻井工程专业,现在石油勘探开发科学研究院分院完井工艺研究所工,事水泥浆萤芳技术研究.是MTC固井技术课题负责地址:浑北廊坊万庄44号信箱完井E-邮政辅码065007ABSTRACTBlastfurnocesloghydraulicqualityandevaluationmethodChenPeng.LangfangbranchofResearchInstituteofPetroleumExploration&Development,Langfang,HebeiProvince.TheblastfumaceslagusedinMTCtechnologymusthavebetterhydraulicpropertybuthydraulicpropertyofblastfurnaceslagisrelatedtoitsprocessingprogram.Onthebasisofthechemicalcompositionandparticlesizeofblastfurnaceslag,itissuggestedthathydraulicpropertyofblastfurnaceslagisevaluatedbyusingthetestingmethodoforiginalslurryandMTC.TheevaluationofblastfurnaceslagqualityismuchsignificanttoselectqualifiedslagandtoinsurethequalityofMTCcementingoperation.KeyWordsSlag:CementAdditives;EvaluationMethod;CementingQuality(收稿日期1998-0429HGF=991A8f骗辑张炳芹)投稿注意事项1.要求文章论点明确,论据充分,内容翔实,条理清晰.2.图表要完整清晰,而且要求在文章中对图表进行文字分析;照片图要求图像清晰,不可使用复印件.3.参考文献应书写齐全,要求按在正文中引用文献的次序编号,并加以标注.参考文献按下述格式书写:期刊