（环境科学专业论文）利用转炉渣制备水泥和免蒸免烧砖的实验研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ni ne n v i r o n m e n t a is c i e n c e e x p e r i m e n t a ls t u d yo np r e p a r a t i o no f c e m e n t a n ds t e a m i n g - f l e ea n d b u r n i n g - f r e eb r i c kb y u s i n gc o n v e r t e rs l a g b yz h a oz h i c h u n s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o ry a n gh e n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u l y2 0 0 8 t 叫 t 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 = 芘 恧。 学位论文作者签名：去墨着 日 期：2 秽口8 功目7 目 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北大学硕士学位论文摘要 利用转炉渣制备水泥和免蒸免烧砖的实验研究 摘要 转炉渣作为炼钢工艺过程中必然的副产品，其产量随着钢产量的增加大幅攀升，而 转炉渣回收利用的方法和能力极其有限。因此，如何有效地综合利用这些转炉渣，对进 一步促进我国钢铁工业持续高效地发展具有重要意义。 本文利用转炉渣、铁尾矿、粉煤灰为主要原料制备了水泥和免蒸免烧砖建筑材料。 采用x r d 、显微镜等测试技术对材料的物相组成和显微结构等进行研究。 首先，以转炉渣为主要综合利用对象，作为水泥原料和混合材料，采用烧结法制备 了硅酸盐水泥，并测定其力学性能，分析了转炉渣作为原料时，对水泥制品性能产生的 作用及其作用机理。实验结果表明：转炉渣作原料时，制备硅酸盐水泥的最优实验方 案为：转炉渣3 、铁尾矿3 5 、粉煤灰1 6 、石灰石7 7 5 ，此时，i m = i 5 8 、l = o 8 8 、 s m = 2 1 1 ；煅烧工艺为1 3 5 0 下保温2 h ；冷却方式为水淬急冷；石膏的加入量为水泥的 3 5 。转炉渣作混合材料时，当加入6 和1 0 转炉渣时，并没有使各龄期抗压强度 产生明显下降，而当转炉渣掺量由o 增加到1 5 时，2 8 d 抗压强度由7 3 2 8 m p a 降到 4 7 8 3 m p a ，释幅为3 4 7 ，雷式夹的变化长度由1 5 m m 增大到3 5 m m ，凝结时间随转炉 渣加入量的增大而延长；虽然转炉渣的加入引起各力学性能的变化，但均符合国家标准， 属合格产品。 其次，以转炉渣、铁尾矿、粉煤灰为主要原料，制备了新型墙体材料一免蒸免烧砖。 采用正交实验考察粉煤灰、石灰、水泥和石膏四种因素对抗压强度影响的主次关系。进 一步采用转炉渣替代实验、水泥用量实验确定免蒸免烧砖作结构材料时的配料方案，对 免蒸免烧砖的性能进行- j n 试。研究了成型压力及养护时间等因素对免蒸免烧砖抗压强 度的影响，分析了免蒸免烧砖强度的产生机理。实验结果表明：正交实验中，粉煤灰、 石灰、水泥、石膏四种因素对抗压强度影响的主次关系为：水泥 石膏 粉煤灰 石灰； 转炉渣替代实验可知，当转炉渣替代铁尾矿的百分含量为4 0 时，免蒸免烧砖的7 d 和 2 8 d 抗压强度较高，分别为1 5 7 m p a ，3 4 9 m p a ；减少水泥用量实验可知，当水泥用量减 少至2 时，其2 8 d 抗压强度为1 6 8 m p a ，已达到m u l 5 ，免蒸免烧砖的抗压强度随水泥 用量的增加而逐渐增大，最大值到达3 5 0m p a ，因此，可以采用不同配料方案制备标号 m u l 5 - m u 2 5 的免蒸免烧砖；综合考虑个影响因素，当免蒸免烧砖作结构材料时的最优 配料方案为：转炉渣2 6 8 、铁尾矿3 4 2 、粉煤灰1 0 、石灰1 2 、水泥1 6 、石膏 1 ；成型压力为2 0 m p a ；测得试样体积密度平均值为1 9 6 1 0 3k g m 3 ；选用4 种不同 外加剂：木质素磺酸钙、萘系高效减水剂、氯化钙和硫酸钠，考察其对免蒸免烧砖抗压 强度的影响，结果表明萘系高效减水剂免蒸免烧砖的抗压强度提高最为显著，当加入水 泥用量1 的萘系高效减水剂时，免蒸免烧砖的7 d 抗压强度提高率达到了18 7 ，2 8 d i i 东北大学硕士学位论文摘要 抗压强度提高率达到6 9 ；免蒸免烧砖经过1 5 次冻融循环，平均抗压强度损失率为 1 9 6 ，平均质量损失率为0 6 7 ，抗冻性能良好；吸水率平均值为9 7 ，表明免蒸免 烧砖孔隙率较少，内在质量较好；免蒸免烧砖的抗压强度随着成型压力的增大而增大； 随养护时间的延长而增大。 关键词：转炉渣；水泥；免蒸免烧砖；抗压强度 i i i - 东北大学硕士学位论文 e x p e r i m e n t a ls t u d y o np r e p a r a t i o no fc e m e n t a n d s t e a m i n g - f r e ea n db u r n i n g - f r e eb r i c kb y u s i n gc o n v e r t e rs l a g a b s t r a c t c o n v e r t e rs l a gi st h e i n e v i t a b l eb y - p r o d u c to fs t e e l - m a k i n gp r o c e s s ，t h eo u t p u to f c o n v e r t e rs l a gi n c r e a s e sw i t ht h ei n c r e m e n to ft h es t e e lo u t p u t h o w e v e r , t h er e c o v e r ym e t h o d a n dt e c h n o l o g yo fc o n v e r t e rs l a gi sl a g g a r d t h e r e f o r e ，h o wt ou s et h ec o n v e r t e rs l a gm o r e e f f e c t i v e l yh a si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c ei np r o m o t i n gt h ec o n t i n u o u sa n de f f i c i e n td e v e l o p m e n t o ft h ei r o na n ds t e e li n d u s t r y i nt h i sp a p e r , c o n v e r t e rs l a g ，i r o nt a i l i n g sa n df l ya s ha r et a k e na sr a wm a t e r i a l sf o rt h e p r e p a r a t i o n o fc e m e n ta n ds t e a m i n g - f r e ea n db u r n i n g - f r e eb r i c k t h ec o m p o n e n t sa n d m i c r o s t r u c t u r e sw e r e e x a m i n e db ye l e m e n t a n a l y z e r ，x r a yd i f f r a c t i o n ( x r d ) a n d m i c r o s c o p e f i r s t l y , c o n v e r t e rs l a gw a su s e da st h em a i n l yl a w m a t e r i a lf o rt h ep r e p a r a t i o no fc e m e n t a n ds t e a m i n g - f r e ea n db u m i n g f r e eb r i c k t h es i n t e r e dm e t h o di sa d o p t e dt op r e p a r et h e p o r t l a n dc e m e n t a n dt h em e c h a n i c a lc a p a b i l i t i e sa r ed e t e r m i n e d t h ee f f e c to fc o n v e r t e rs l a g a sr a wm a t e r i a lo nc e m e n t sc a p a b i l i t i e sa n dm e c h a n i s mi sa n a l y z e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ： q c o n v e r t e rs l a gw a su s e df o rl a wm a t e r i a l ，t h eb e s te x p e r i m e n t a ls c h e m ef o rp r e p a r i n g p o r t l a n dc e m e n tw a sc o n v e r t e rs l a g3 ，i r o nt a i l i n g s3 5 ，f l ya s h16 a n dl i m e s t o n e 7 7 5 ，r e s p e c t i v e l y ；a n da tt h i st i m e ，i m = i 5 8 、k h = 0 8 8 、s m = 2 1 1 b u r n i n gc r a f tw a sa t 13 5 0 ck e e p i n g2 h ；t h ec o o l i n gq u o m o d ow a sf a s tc o o l i n gi nt h ew a t e r t h ea m o u n to f a d d i n gg y p s u mw a s3 5 o fc e m e n t c o n v e r t e rs l a g w a su s e df o rt h ea d d i t i v e s t h e c o m p r e s s i v es t r e n g t ho fc e m e n ta tv a r i a b l ea g e sd i d n tg od o w no b v i o u s l yw h e na d d i n g6 a n d10 c o n v e r t e rs l a g ；t h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ho fc e m e n ta t2 8d a yw e n td o w nf r o m 7 3 2 8 m p at o4 7 8 3 m p aw h e nt h ea d d i n gc o n v e r t e rs l a gf r o m0 t o1 5 ，t h ee x t e n to f d e c r e a s ew a s3 4 7 l e n g t hc h a n g eo fl ec h a t e l i e rw a sf r o m1 5 r a mt o3 5 m m ；t h es e t t i n g t i m ep r o l o n g e dw h i l ea d d i n gm o r ec o n v e r t e rs l a g ；a l t h o u g ha d d i n gc o n v e r t e rs l a gl e dt ot h e c h a n g eo fm e c h a n i c a lc a p a b i l i t i e s ，t h ep r o d u c ts a t i s f i e dt h es t a n d a r do fg ba n db e l o n g e dt o t h ee l i g i b l ep r o d u c t s e c o n d l y , t h en e w - s t y l ew a l lm a t e r i a l ：s t e a m i n g - - f r e ea n db u m i n g f r e eb r i c km a k i n gu s e o fc o n v e r t e rs l a g 、i r o nt a i l i n g s 、f l ya s ha sp r i m a r ym a t e r i a lw a sp r e p a r e d t h eo r t h o g o n a l e x p e r i m e n ti su s e dt od e t e r m i n et h es u c c e s s i v er e l a t i o n s h i p ，s u c ha st h ee f f e c to ff l ya s h , l i m e ， - i v - 巧 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t c e m e ma n dg y p s u mo nt h ec o m p r e s s i v es t r e n g t h t h e nt h er e p l a c e m e n tt e s to fc o n v e r t e rs l a g a n de x p e r i m e n to ft h ed e c r e a s i n gc e m e m sa m o u n tt od e t e r m i n et h e b e s ts c h e m eo f s t e a m i n g f r e ea n db u r n i n g f r e eb r i c ka r es t u d i e d a tt h es a m et i m e ，t h ec a p a b i l i t i e so f s t e a m i n g - f r e ea n db u r n i n g - f l e eb r i c ka r ed e t e r m i n e d 1 1 1 ee f f e c to ft h em o l d i n gt e n s i o na n d c u r i n gt i m eo nt h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ho fs t e a m i n g - f r e ea n db u r n i n g - f r e eb r i c ka r ea n a l y z e d ， a l s ot h em e c h a n i s mo fs t r e n g t hf o r m 1 1 1 er e s u l ts h o w e dt h a tt h ee f f e c to ff l ya s h 、l i m e 、 c e m e ma n dg y p s u mo nt h ec o m p r e s s i v es t r e n g t hi nt h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n tw a s c e m e n t g y p s u m f l ya s h l i m e i ts h o w e dt h a tt h es u b s t i t u t ee x p e r i m e n t ：t h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ho f t s t e a m i n g f r e ea n db u r n i n g - - f r e eb r i c kw a si m p r o v e da st h ea d d i n go f4 0 c o n v e r t e rs l a gi nt h e r e p l a c e m e n tt e s t o fc o n v e r t e r s l a g c o m p r e s s i v es t r e n g t h w a s15 7 m p aa n d3 4 9 m p a , r e s p e c t i v e l y i ts h o w e di nt h ed e c r e a s i n go fc e m e n t sa m o u n ti ne x p e r i m e n t ：c o m p r e s s i v e s t r e n g t ho fs t e a m i n g - f r e ea n db u m i n g f r e eb r i c kw a s16 8 m p aw h i l et h ea m o u n to fc e m e n t d e c r e a s i n gt o2 ，a l r e a d ya t t a i n e dm u 15 c o m p r e s s i v es t r e n g t hi n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e m e n t o fc e m e n t t h eh i g h e s tc o m p r e s s i v es t r e n g t hw a s3 5 0m p a t h e r e f o r e s t e a m i n g - f r e ea n d b u r n i n g - f r e eb r i c ko fm u i 5 m u 2 5c o u l db em a d eb yu s i n gt h ed i f f e r e n ts c h e m e ；w h e n s t e a m i n g - f r e ea n db u r n i n g - f r e eb r i c kw e r eu s e df o rt h es t r u c t u r a lm a t e r i a l ，c o n s i d e r i n ga l lt h e i n f l u e n c i n gf a c t o r ss y n t h e t i c a l l y , t h eb e s te x p e r i m e n t a ls c h e m ew a st h a t ：c o n v e r t e rs l a g2 6 8 ， i r o nt a i l i n g s3 4 2 ，f l ya s h10 ，c e m e n t16 ，l i m e12 a n dg y p s u m1 ，r e s p e c t i v e l y ；t h e m o l d i n gt e n s i o nw a s2 0 m p a ；a v e r a g ed e n s i t yw a s1 9 6 10 k e d m 3 e f f e c t so fd i f f e r e n t a d d i t i v e sc a l c i u ml i g n o s u l f o n a t e ，h i g hr a n g ew a t e rr e d u c i n ga g e n t s ，c a c l 2 ，n a 2 s 0 4o n c o m p r e s s i v es t r e n g t hh a v eb e e ni n v e s t i g a t e d ，a n di t sm e c h a n i s mi sa n a l y z e d i ts h o w e dt h a t t h ee f f e c to fh i g hr a n g ew a t e rr e d u c e ro nc o m p r e s s i v es t r e n g t hw a sr e m a r k a b l e t h ea d d i t i o n o f1 c e m e n tl e dt ot h ei n c r e a s eo ft h er a t eo fc o m p r e s s i v es t r e n g t h n a m e l y18 7 f o r7d a y t h er a t eo ft h ec o m p r e s s i v es t r e n g t hi n c r e m e n tw a s6 9 f o r2 8d a y s t e a m i n g f r e ea n d b u r n i n g - f r e eb r i c ke n d u r e d15f r e e z e - t h a wc i r c l e s t h ea v e r a g el o s i n gr a t eo f t h ec o m p r e s s i v e s t r e n g t hw a s1 9 6 。刀皓a v e r a g el o s i n gr a t eo fw e i g h tw a s0 6 7 功ef r e e z e p r o o fc h a r a c t e r i sg o o d t i l ea v e r a g ed r i i l kr a t ew a s9 7 t h e s es h o w e dt h a tt h ep o r o s i t yi sl o wa n dt h e i m e m a lq u a l i t yw a sw e l l ；t h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ho fs t e a m i n g - f r e ea n db u r n i n g f r e eb r i c k i n c r e a s e d 、析mt h ei n c r e m e n to fm o l d i n gt e n s i o n ；a n dt h e c o m p r e s s i v es t r e n g t h o f s t e a m i n g - f r e ea n db u r n i n g - f r e eb r i c ki n c r e a s e d 、析t ht h ei n c r e m e mo fc u r i n gt i m e k e yw o r d s ：c o n v e r t e rs l a g ；c e m e m ；s t e a m i n g - f r e ea n db u r n i n g - f r e eb r i c k ；c o m p r e s s i v e s t r e n g t h v - 东北大学硕士学位论文 目录 2 2 2 制备免蒸免烧砖实验方案和工艺路线。1 9 一v i 东北大学硕士学位论文 目录 2 3 测试方法2 0 第3 章利用转炉渣制备水泥的实验研究o 2 3 3 1 实验过程2 3 3 2 生料配料方法2 4 3 3 转炉渣为原料制备水泥2 5 3 3 1 原料配比2 5 3 3 2 实验现象及分析。2 5 3 3 3 微观分析2 8 3 4 转炉渣为混合材料制备水泥3 2 3 4 1 转炉渣混合材料对水泥安定性的影响3 2 3 4 2 转炉渣混合材料对水泥凝结时间的影响3 3 3 4 3 转炉渣混合材料对水泥抗压强度的影响3 4 3 5 转炉渣在水泥熟料形成过程中的作用机理分析3 4 3 5 1 转炉渣降低生料中碳酸盐开始大量分解温度的机理3 5 3 5 2 转炉渣降低熟料热耗的机理分析。3 5 3 5 3 钢渣中主要低含量元素作用分析3 5 3 6 小结3 6 第4 章利用转炉渣制备免蒸免烧砖的实验研究3 7 4 1 原料组成设计3 7 4 1 1 正交实验确定基础配方3 7 4 1 2 转炉渣替代实验4 1 4 1 3 水泥用量实验4 2 4 2 性能测定4 4 4 2 1 冻融实验4 5 4 2 2 体积密度4 5 4 2 3 外加齐0 实验4 5 4 2 4 成型压力对制品性能的影响。4 6 4 2 5 吸水率和饱和系数4 7 4 2 6 抗压强度随龄期发展4 8 4 3 己d 分析4 9 4 4 强度产生机理分析4 9 4 4 1 物理机械作用5 0 4 4 2 水化机理5 0 4 4 3 颗粒表面的离子交换和团粒化作用5 1 - v i i 东北大学硕士学位论文 目录 4 4 4 各相间的界面反应5 1 4 5 小结5l 第5 章结论5 4 参考文献一5 6 致谢5 9 i i 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 我国是一个钢铁工业大国，2 0 0 6 年中国粗钢产量首次超过4 亿t ，达至u 4 1 8 6 8 万t 。转 炉渣作为炼钢工艺过程中必然的副产品，其产量随着钢产量的增加大幅攀升。目前我国 渣与钢铁的比例基本上维持在1 0 0 k g t - 1 3 0 k g t 。就此计算，我国每年约产钢渣4 0 0 0 万t 左 右。从资源化和保护环境的观点出发，减少钢渣排放是非常必要的。 目前，转炉渣回收利用的方法和能力极其有限，传统的转炉渣处理方法是在转炉出 渣后在额外的设备或场地中进行处理，很难实现在炼钢过程中循环利用。投资和运行成 本相对较高，所生产制品的附加值较低。而且转炉渣的物理化学潜力没有得到充分利用 【l j 。以清洁生产为中心发展循环经济，实现可持续发展是钢铁工业的必然选择，重视转 炉渣的回收和利用，对钢铁工业钢渣的资源化利用技术提出了更为科学的发展观。 1 1 转炉渣的概况 1 。1 1 转炉渣的形成 在转炉炼钢过程中，除产出钢以外还伴随着一定数量的废渣，即为转炉渣。炼钢是 除去生铁中的碳、硅、磷和硫等杂质，使钢具有特定性能的过程，也是造渣材料和冶炼 反应物以及熔融的炉衬材料生产熔合物的过程。转炉渣是转炉炼钢过程中必然的副产品 【2 】 o 转炉渣主要来源于：脱硫、脱磷产物及石灰、萤石等造渣剂；金属料中带入的泥砂； 铁水和废钢中的铝、硅、锰等的氧化物；作为冷却剂或氧化剂使用的铁矿石、烧结矿、 氧化铁皮、含铁污泥、炼钢过程中侵蚀下来的炉衬材料等。 1 1 2 转炉渣的矿物组成和化学组成 1 1 2 1 转炉渣的矿物组成 在转炉冶炼过程中，矿物组成主要取决于钢渣的碱度( c a o 与s i 0 2 、p 2 0 5 的含量比) 。 随着炉渣碱度的不断提高，则依次发生下列取代反应。 2 ( c a o r o s i 0 2 ) 4 - c a o - 。3 c a o r o s i 0 2 + r o 3 c a 0 。r o s i 0 2 + c a o 2 ( c a o s i 0 2 ) + r o 2 c a o s i 0 2 + c a o 卅c a o s i 0 2 式中r 代表二价金属，一般为m 孑+ 、f e 2 + 、m n 2 + 。由于其离子半径分别为0 7 8 a 、0 5 3 a 、 0 9 1 i t ，比较接近，可形成连续固液体，即r o 相。 转炉渣的碱度较高，矿物相主要为硅酸三钙( 3 c a o s i 0 2 ) 约占4 0 - 6 0 ，硅酸二钙 ( 2 c a o s i 0 2 ) 约占3 0 4 5 ，其次为r o 相，臣0 m g o 、f e o 、m n o 等组成的完全固溶 体，约占1 0 2 0 。在转炉渣中，因含有大量的硅酸三钙和硅酸二钙等矿物，使其具有 良好的胶凝性，为制做钢渣水泥和返回高炉、烧结等工艺进行综合利用，创造了良好的 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 条件。此外，钢渣中还含有铁酸钙( 2 c a o f e 2 0 3 和c a o f e 2 0 3 ) 和游离的氧化钙。含磷 多的钢渣中，还含有纳盖斯密特石( 7 c a o p 2 0 5 s i 0 2 ) f l 】。 1 1 2 2 转炉渣的化学组成 转炉渣由钙、铁、镁、硅、铝、锰、磷等氧化物组成，其中钙、铁、硅氧化物占绝 大部分。转炉炼钢生产周期短，由于冶炼钢种的不同，铁水成分的差异，冷装炉料的变 化以及操作方法的改变等，均会引起炉渣化学成分的波动。我国部分钢厂转炉渣的化学 成分详见表1 1 t 3 1 。从表1 1 中可以看，转炉渣化学成分的特点是：c a o 、f - c a o 、f e o 、 m g o 的含量均相对较高，使其具有良好的利用价值。 表i 1 国内主要钢厂转炉渣化学成分表似) t a b l e1 1c h e m i c a lc o m p o s i t i o n so f s t e e ls l a gf r o mt h ec o n v e r t e r so f c h i n a sm a i ns t e e lw o r k s ( w t ) 钢厂 c a o s i 0 2a 1 2 0 3 m g o f e o p 2 0 5 sf - c a om n o 马钢4 3 1 51 5 5 53 8 43 4 21 9 2 24 0 80 3 54 5 82 3 l 太钢 5 2 3 51 3 2 22 8 l6 2 91 3 2 01 3 00 1 7 5 5 31 0 6 本钢 5 0 4 41 6 3 62 5 6 1 3 2 21 1 5 0o 5 6o 3 41 5 72 6 6 鞍钢4 5 3 78 8 43 2 97 9 82 1 3 80 7 20 2 66 9 52 3l 武钢 5 8 2 21 6 2 43 8 72 2 87 91 1 70 3 52 1 84 4 8 首钢 5 2 6 61 2 2 63 0 4 9 1 2 1 0 4 2 0 6 20 2 36 2 44 5 9 柳钢 4 8 1 01 0 1 52 1 64 6 71 3 3 61 0 00 1 41 9 5o 9 l 1 1 3 国内外主要钢渣处理方法 国内外钢渣处理方法主要有以下几种： ( 1 ) 弃渣法：钢渣倒入渣罐冷却后直接运至渣场抛弃。此法工艺简单，但占用土 地、污染环境【4 】。 ( 2 ) 热泼法：在钢高温可碎时，以水喷渣而使渣破裂成块。此法排渣快，但需要 大型装载、挖掘和破碎机械。 ( 3 ) 盘泼碎冷法：将液态钢渣倒在浅盘内，间断定量喷水促其急冷碎裂、翻盘， 用排渣车运至水池降温。此法布局紧凑，机械自动化程度高，粉尘少，但工艺复杂，环 节多，投资大。 ( 4 ) 风碎法：用压缩空气冲击高温液渣使其碎粒化。其工艺复杂，综合效益不明 显，尚处探讨完善阶段。 ( 5 ) 水碎法：以压力水冲击液渣而使其粒化降温。此法要求熔渣流动性好，而钢 渣流动性较差，易发生爆炸事故。 ( 6 ) 闷渣法：在红热渣上均匀地洒水，促使其粉化。此法适用于高碱度钢渣，粉 渣利用价值较低。 ( 7 ) 激冷法：固态红热钢渣用水强冷或浸泡，使其出现裂纹，便于加工破碎。此 法仅适用于固态红热钢渣1 5 j 。 - 2 一 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 2 转炉渣的综合利用 1 2 1 转炉渣综合利用的几种途径 到目前为止，人们已经开发了多种有关转炉渣综合利用的途径，主要包括冶金、建 筑材料、农业利用、工程应用等几个领域1 6 】。 1 2 1 1 转炉渣用作冶金原料 ( 1 ) 用作烧结熔剂 1 t 钢渣相当于0 7 t 4 ) 7 5 t 石灰石。把钢渣加工成小于l o m m 钢渣粉，便可代替部分石 灰石作烧结配料用。配加量视矿石品位及含磷量而定。 烧结矿中适量配入钢渣后，不仅可以回收利用渣中钢粒、氧化铁、氧化钙、氧化镁、 氧化锰( m n o ) 、稀有元素等有益成分，做烧结矿的增强剂，显著地提高了烧结矿的质量 和产量。并且还可使转鼓指数和结块率得以提高，降低风化率，提高成品率。再加上水 淬钢渣疏松、粒度均匀，料层透气性好，有利于烧结造球及提高烧结速度。此外，由于 钢渣中f e 和f e o 在发生氧化反应时会放热，这将减少钙、镁碳酸盐分解所需要的热量， 降低烧结矿燃耗i r l 。 ( 2 ) 回收废钢铁 转炉渣中含有相当数量的铁化合物，约占2 5 ，其中铁的含量约占1 0 【8 1 。一般转 炉渣破碎的粒度越细，越有利于铁的回收。此外，还可采用化学浸提法，从钢渣中提取 v 等稀有元素【9 】。 ( 3 ) 作冶炼熔剂 转炉渣可替代石灰石作烧结、炼铁、炼钢等工艺的熔剂。将转炉渣作为炼铁熔剂， 不仅可以回收转炉渣中的铁，而且可以把c a o 、m g o 等作为助熔剂，从而节省大量石灰 石、白云石资源。转炉渣也可以作化铁炉熔剂代替石灰石及部分萤石【1 0 】。 ( 4 ) 作铁水预处理熔剂 当使用转炉渣作为脱硫剂时，脱硫速度快，脱硫渣易排出，铁的损失小，经济效益 高。用转炉渣替代石灰作熔剂不仅化渣快，脱硅率高，而且泡沫渣高度适中，成本低【1 1 】。 将转炉渣作为脱磷剂加以使用，在实验室铁水喷粉脱磷实验中证实，筛选优化出含2 0 转炉渣的脱磷剂的脱磷率可达7 0 t 1 2 1 。 ( 5 ) 返回转炉循环利用 转炉炼钢工艺中，每t 铁水加高碱度转炉渣2 5 k 左右，并配合使用白云石，可使冶炼 成渣早，减少炼钢初期对炉衬的侵蚀，有利于提高炉龄、降低耐火材料消耗或减少萤石 用量。 1 2 1 2 转炉渣作建筑材料 ( 1 ) 水泥领域中的应用 以钢渣为主要成分，加入适量的混合材料和石膏，磨细而制成的水硬性胶凝材料， 3 - 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 称为钢渣水泥。混合材料可用矿渣、沸石、粉煤灰等。 使用转炉渣生产钢渣水泥的技术较为成熟。高碱度转炉渣含有大量硅酸三钙、硅酸 二钙等活性物质，有很好的水硬性，把它与一定量的高炉水渣、水泥熟料及少量激发剂 配和、球磨，即可生产钢渣矿渣水泥。根据加入混合材料种类的不同，钢渣水泥又可分 为钢渣矿渣水泥、钢渣浮石水泥和钢渣粉煤灰水泥等。中国有5 0 多家钢渣水泥厂，年产 钢渣水泥超过3 0 0 万t ，因此，全国每年有11 6 h a 的土地免于被钢渣占据【1 3 】。 ( 2 ) 作钢渣砖和砌块 钢渣砖和砌块是利用转炉渣中的水硬性矿物，在激发剂和水化介质的作用下进行反 应，生成系列氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙等新的硬化体。其工艺简单、成本低、 能耗省、性能好、生产周期短、投产快。 ( 3 ) 作铺路、铁路基石和回填材料 转炉渣碎石具有比重大、强度高、表面粗糙、稳定性好、不滑移、磨损率小、耐蚀、 与沥青结合牢固，不会膨胀等优良性能，因而可广泛用于铁路、公路、工程回填、修筑 堤坝、填海造地等工程方面。马峰高等级公路是京深高速公路在邯郸市马头镇的出口， 全长2 7 k m 。其中某段路基软土承载力低，压缩性高，强度小，变形大，天然路基无法满 足设计要求。施工方比较了5 种方案，最终采取钢渣换上垫层处理方案。检验了1 0 0 个检 测点，结果全部符合设计要求【1 4 1 。 1 2 1 3 处理废水 近年来，有人把转炉渣用于治理废水。粉碎后的转炉渣有较大的比表面积，并含有 与酸、盐亲合力较强的c a 和f e ，对废水中的酸有吸附和化学沉淀作用。郑礼胜等进行了 用钢渣处理含铬废水的研究，认证了钢渣具有化学沉淀和吸附作用l l5 1 。钢渣还可用于处 理含磷废水及含其它重金属废水。 1 2 1 4 作磷肥和酸性土壤改良剂 目前，我国用转炉渣生产的磷肥品种有钢渣磷肥和钙镁磷肥。转炉渣含c a 、m g 、 s i 、p 等元素，可根据不同元素的含量作不同土壤的改良剂1 1 6 1 。 ( 1 ) 生产磷肥：对于未经炉外脱磷处理的铁水，经转炉吹炼后，炉渣内的p 2 0 5 的 含量一般可达4 7 。这些炉渣具有一定的肥效，特别适用于缺磷的碱性土壤使用【l 。 ( 2 ) 作酸性土壤改良剂：转炉渣中含有较高的c a o 和m g o ，将其磨细后可作为酸 性土壤的改良剂。 1 2 1 5 钢渣制备微晶玻璃 矿渣微晶玻璃自上世纪6 0 年代问世以来，在许多国家得到了迅速发展，并已形成 规模化生产。程金树等研究了以还原性钢渣为主要原料，添加其他辅助材料，利用表面 成核析晶的烧结法研制出了色泽美观、花纹清晰的微晶玻璃花岗岩【l 引。张元志利用钢渣、 粉煤灰研制微晶玻璃，利用率达到7 5 ，性能良好【1 9 】。陈惠君以钢渣和粉煤灰为主要原 料，用熔融法研制出以钙、铁灰石为主晶相的微晶玻璃，其中钢渣、粉煤灰利用量达8 0 。 4 - 东北大学硕士学位论丈第1 章绪论 1 2 2 国内外钢渣综合利用现状 1 2 2 1 国内钢渣综合利用情况 ( 1 ) 宝钢在2 0 世纪8 0 年代，开始了钢渣再利用的研究。当时主要将钢渣用于填江 筑坝、低地回填，将处理后的钢渣用于铁路基料、铺路及生产水泥。1 9 9 4 年初，宝钢开 始着手烧结矿配用转炉渣的实验研究，1 9 9 6 年进行了工业实验，并于1 9 9 8 年下半年起在 烧结矿中配加转炉渣。至2 0 0 1 年，烧结矿中配加转炉渣量超过1 5 万妇。通过在烧结矿中 配加适量的转炉渣，不仅减少了烧结熔剂消耗、降低成本，而且由于转炉渣是低熔点化 合物，能在较低的温度下较早、较快地形成粘结相，促进周围矿石反应，使烧结矿结晶 良好，从而改善烧结矿强度。但转炉渣的使用也有不利的方面，会使烧结矿含磷量有所 增加，高炉又不具备脱磷能力，从而加重了炼钢脱磷负担。因此，宝钢目前还在研究不 同含磷量转炉渣的合理利用工艺，并在钢渣处理技术上取得了重大突破，为钢渣新产品 的开发提供了保证。 2 0 0 1 年宝钢自行成功开发了一套液态钢渣处理工艺及设备成套技术。该技术将 1 7 7 3 k 1 8 7 3 k 的高温钢渣从液罐倒入溜槽进入特殊结构的滚筒内急冷。滚筒内的液态钢 渣通过急冷固化并破碎，实现钢渣分离、排出，产生的蒸汽由风机经烟囱集中排放。排 出的钢与渣互不包融，呈混合状态，易磁选分离。处理后的钢渣稳定性好，可直接回收 利用。该技术工艺流程短，可大幅度节省投资，不污染环境，是液态钢渣处理技术的一 次大的变革【2 0 】。 ( 2 ) 武钢钢渣处理最新专利技术。2 0 0 1 年，武钢采用了武汉冶金渣环保工程有限 公司与香港绿色环保公司合作开发的钢渣处理生产线，使武钢的钢渣处理实现了“零排 放 。该项技术可以将转炉炼钢过程中产生的钢渣进行破碎、磁选、分离、磨细等深加 工处理。分离出的粒子钢可以回炉炼钢，剩下的粗颗粒作高速公路路面的“骨料”：碾 成末的细钢渣粉则用作水泥和混凝土高活性掺和料；水洗