转炉钢渣处理的工艺方法

{生产工艺技术}转炉钢渣处理的工艺方法转炉钢渣处理的工艺方法冶金13-A1高善超3摘要介绍了钢渣的组成成分，简述了目前国内钢渣的主要处理工艺，对其中最为主流的热泼法、滚筒法、感谢阅读f-CaO是影响转炉渣安定性的主要精品文档放心下载因素，钢渣中的f-CaO遇水会进行如下化学反应：f-CaO+H2O→Ca（OH）2，会使转炉渣体积膨胀98%左右，感谢阅读f-CaO精品文档放心下载很大的指导意义。游离氧化钙与二氧化碳酸化反应生成CaCO33%感谢阅读规定，从而可以在各个工程中得到良好的应用。高炉渣中含SiO2一般是32%~42%，可见高炉渣可以视为一种含SiO2物料，具有潜在消解转炉钢渣中f-CaO精品文档放心下载谢谢阅读以上两种钢渣中游离氧化钙的处理方法进行了论述。关键词：高炉渣；转炉钢渣；游离氧化钙；二氧化碳；石英砂；高温反应；消解率感谢阅读0引言感谢阅读谢谢阅读再次加工方可应用【1。感谢阅读精品文档放心下载0~10%Ca（OH2精品文档放心下载感谢阅读精品文档放心下载建设，其中高速公路的发展快速，如果可以将处理后的钢渣应用其中，代替其他岩土材料，精品文档放心下载感谢阅读【1-2。因此对钢渣进行合理的处理并应用已经成为我国钢铁企业重要的发展方向之谢谢阅读一。1.高炉渣的组成及用途1.1高炉渣的化学组分高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排出的废渣。高炉冶炼时，从炉顶加人铁矿石、燃料（焦炭）精品文档放心下载以及助熔剂等，当炉内温度达到1300~1500℃时，物料熔化变成液相，在液相中浮在铁水上谢谢阅读CaOMgOAl2O3SiO2MnOFe2O3精品文档放心下载SiO2MnOCaO和MgO精品文档放心下载95%以上。由于矿石品位和冶炼生铁品种不同，高炉渣的化学成分变动较大。谢谢阅读感谢阅读天然岩石和作为水泥生产原料等使用。1.2高炉渣的矿相成分精品文档放心下载成分主要是Ca、Si、Al、Mg等的氧化物，矿物组成主要是硅酸二钙（2CaO·SiO2）、假硅灰谢谢阅读石（CaO·SiO22CaO·Al2O3·SiO22CaO·MgO·SiO2感谢阅读（CaO·Al2O3·2SiO2CaO·MgO·SiO23CaO·MgO·2SiO2感谢阅读2CaO·MgO·2SiO2CaO-SiO2-Al2O3谢谢阅读SiO2和Al2O3主要来自脉石和焦炭中的灰分，CaO和MgO主要来自熔剂[24]。高炉终渣温度一感谢阅读般与铁水相当或略高于铁水，在1400~1550℃之间。谢谢阅读1.3高炉渣的性质高炉渣冷却方式不同，得到的炉渣性能不同。（1）水渣高炉熔渣在大量冷却水的作用下急冷形成的海绵状浮石类物质。在急冷过程中，谢谢阅读感谢阅读其内，从而构成了潜在的化学活性。（2）重矿渣高温熔渣在空气中自然冷却或淋少量水慢速冷却而形成的致密块渣。重矿渣的谢谢阅读1900kg/m3感谢阅读抗冲击能力（韧性）均符合工程要求，可以代替碎石用于各种建筑工程中。感谢阅读（3）膨珠膨珠大多呈球形，粒径与生产工艺和生产设备密切相关。膨珠表面有釉化玻璃质精品文档放心下载光泽，珠内有微孔，孔径大的350~400μm，其堆积密度为400~1200kg/m3。感谢阅读1.4高炉渣处理方法感谢阅读感谢阅读出渣[3]。目前，高炉渣处理主要采用水淬法。按水渣的脱水方式，水淬法主要有如下方法。（1）转鼓脱水法：经水淬或机械粒化后的水渣流到转鼓脱水器进行脱水，前者为INBA法精品文档放心下载TYNA精品文档放心下载金熔渣粒化装置，专利权人为中冶集团包头钢铁设计研究总院，为俄罗斯与我国共同发明。谢谢阅读（2）渣池过滤法：渣水混合物流入沉渣池，采用抓斗吊车抓渣，渣池内的水则通过渣池底谢谢阅读部或侧面的过滤层进行排水。底滤式加反冲洗装置，一般称为OCP谢谢阅读（3）脱水槽法：水淬后的渣浆经渣浆泵输送到脱水槽内进行脱水，这种方法就是通常所说精品文档放心下载的RASAOCP精品文档放心下载巴法（INBA2.转炉渣的结构2.1转炉渣的化学成分转炉钢渣是转炉炼钢产生的一种废渣，是出炉状态温度高达1400℃以上的液体，化学成分感谢阅读CaO含量为40%~60%，SiO2含量为13%~20%，主要矿物相是硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙感谢阅读（C2Sf-CaOf-CaO谢谢阅读离MgOf-CaO和离精品文档放心下载MgO，这些f-CaO和游离MgO遇水后会在很长时间内持续水化并发生体积膨胀，导致钢渣利谢谢阅读用时长期安定性极差，严重制约了钢渣的安全利用。2.2转炉渣的矿相成分钢渣中矿物成分主要为硅酸二钙(C2S)、硅酸三钙(C3S)、铁酸钙或者铁酸二感谢阅读(CaO·Fe2O3/2CaO·Fe2O3)RO(CaO·RO·SiO2)(fCaO)感谢阅读和C2S、C3S为主要成分，总量在50%以上[4]。感谢阅读钢渣具有较高的碱度时，其碱度R>3，钢渣中矿物成分含量依次为C3S，C2S、RO相、谢谢阅读2CaO·Fe2O3、fCaO。钢渣具有较低的碱度时，钢渣中矿物成分含量依次为C2S，RO相、谢谢阅读2CaO·Fe2O3、C3S、f-CaO。钢渣的碱度R<1.5时，在钢渣中还可能有钙镁橄榄石、镁蔷薇辉感谢阅读石、黄长石等矿物的出现[5-6]。2.3转炉渣中的f-CaO转炉渣的膨胀机理是渣中的f-CaO在水化过程中遇水生成Ca(OH)2后，体积增加97.9%，导精品文档放心下载致转炉渣严重膨胀而影响了其稳定性。转炉渣中的f-CaO感谢阅读程中，有一部分CaO经高温锻烧未化合，形成了f-CaO，结构比较致密，水化很慢；二是缓谢谢阅读冷过程中，热渣中的C3S（3CaO·SiO21250~1100℃时由稳定相转变为亚稳相，精品文档放心下载从而发生矿物的相变，C3S易析出C2S和f-CaO，C2S在675℃再次发生相变，由β一C2S相谢谢阅读变成γ一C2S[7]。f-CaO和C2S滞留在转炉渣中，如果发生水化或相变将会严重影响转炉渣精品文档放心下载的稳定性。另外，缓冷过程中生成的f-CaO会包裹住C3S使得渣的胶凝性偏低。精品文档放心下载钢渣的一些指标1.2显示的是各个钢厂生产的钢渣感谢阅读中的物理力学性质，表1.3显示的是几种岩石的物理力学性质。从表1.2、表1.3中可以看谢谢阅读精品文档放心下载用要求。和这几种岩石比较之后，钢渣的视密度较大，然而其他的各项指标都和岩石相似，感谢阅读因此可以使用钢渣来代替岩石在各种路面中使用[8-9]。感谢阅读表1.2钢渣基本的物理力学性质表1.3几种岩石的物理力学性质2.4转炉渣的处理方法谢谢阅读谢谢阅读面要保证其组成与结构的基本稳定。具体包括：首先将出炉渣进行预处理，或“稳定化处精品文档放心下载f-CaO精品文档放心下载构基本稳定，并利于渣、铁分离【10。其次，将预处理好的转炉渣依据需要，进行资源化利精品文档放心下载用。为此，相继开发出转炉渣的多种预处理技术。这类可称之为两步法的转炉渣利用技术，感谢阅读谢谢阅读谢谢阅读[11-12]谢谢阅读谢谢阅读15%～25%，利用价值高，因此首先要选出转炉渣中的铁。常用分选方法有磁选（强磁和弱感谢阅读精品文档放心下载谢谢阅读激发活化包括机械激发、化学激发、热力激发等方法。碳化是利用转炉渣将CO2以碳酸盐的感谢阅读形式永久储存，即CO2矿物固定。碳化是处理转炉渣、固定CO2气体的有效方法，是大量利感谢阅读用转炉渣、缓解CO2排放压力的有效措施。在转炉渣利用过程中，单一的转炉渣不能完全发谢谢阅读挥利用价值，就需要和其他副产品（如转炉污泥、高炉渣等）混合后再利用【13。感谢阅读几种常见的转炉渣处理方法：1.热闷法谢谢阅读精品文档放心下载而对钢渣强行“消解。对欲处理钢渣没有特殊要求，钢渣消解较彻底，渣铁易于分离，回感谢阅读收铁组分后的尾渣矿物组织比较稳定、均匀，利于后续粗放式利用。缺点是：间歇性处理，感谢阅读精品文档放心下载300～800精品文档放心下载感谢阅读和蒸汽渗入渣中与f－CaO、f－MgO发生水化反应使钢渣局部体积增大从而令其自解粉化。谢谢阅读此工艺的优点在于渣平均温度大于30010～12h谢谢阅读20ｍｍ以下者达85%f－CaOf－MgO含量小于2%感谢阅读材和道路基层材料。感谢阅读严格、冬季厂房内会产生少量蒸汽【14-15】。2.水淬法感谢阅读艺会因炼钢设备工艺布置、排渣特点不同而不同。水淬法有多种处理方法如盘泼一水淬法，精品文档放心下载滚筒一水淬法等。感谢阅读谢谢阅读感谢阅读感谢阅读动性差的钢渣不能用该方法处理【16。精品文档放心下载小块而被收集。在滚筒内同时完成冷凝、破碎及渣、钢分离。该类方法优点是：处理量大、感谢阅读精品文档放心下载精品文档放心下载感谢阅读构内应力较大，化学活性相对较高，并存在时效相变的潜在机制。谢谢阅读3.风碎法（钢渣风碎粒化技术）[17]可通过另外热交换装置进行热量回收。该法处理获得的渣粒粒径较小、粒径分布范围较窄，

处理时，同样要求钢渣有良好的流动性与低粘度。感谢阅读2.5转炉渣的利用1.循环利用方式循环利用方式又可以分为大循环和小循环。循环利用方式是指转炉渣依旧用于烧结、炼铁、谢谢阅读炼钢等冶金内部流程，主要用做添加剂。大循环利用方式是将转炉渣中的CaOMgOMnO等感谢阅读感谢阅读精品文档放心下载感谢阅读谢谢阅读精品文档放心下载可持续的【18-19。2.非循环利用方式（1）转炉渣在筑路方面的应用感谢阅读谢谢阅读橡胶无机填料、硫酸钙晶须等添加剂也取得了成功。转炉渣生产的新产品用于人居建筑时，谢谢阅读应该考虑这些新材料的放射性。实践表明高炉渣生产仿大理石没有放射性。精品文档放心下载（2）转炉渣作为钢渣微粉的应用感谢阅读10%～15%感谢阅读20%～30%精品文档放心下载感谢阅读量利用的方向之一【20。然而，目前转炉渣微粉的规模化利用受到两大因素制约：①以介质感谢阅读谢谢阅读感谢阅读感谢阅读感谢阅读感谢阅读难实现对其质量实现稳定化、标准化控制。所以，转炉钢渣微粉作为水泥掺和料加以利用，精品文档放心下载同样存在其资源多样化利用不理想的问题。（3）转炉渣制备微晶玻璃利用废渣制备微晶玻璃起于高炉渣。与国外相比，我国转炉渣微晶玻璃应用研究起步较晚，感谢阅读谢谢阅读感谢阅读大的。关键是如何低成本解决转炉渣中铁分离、降低熔化温度、控制晶化时间问题【21。精品文档放心下载3.转炉渣高附加值利用感谢阅读感谢阅读感谢阅读谢谢阅读精品文档放心下载现有转炉渣利用模式的局限，是实现未来转炉渣利用技术突破的关键。谢谢阅读2.6转炉渣处理利用展望炼钢生产过程中产生的固体副产品和废弃物主要有:转炉粉尘和污泥、转炉渣以及废弃耐材谢谢阅读[22]谢谢阅读感谢阅读方式。除了现有的利用方式外，将固体废弃物做无害化处理后，用于填充矿井、堆山造田、感谢阅读填海造田也是值得研究的[23]。感谢阅读渣的利用情况，应对以下几个方面进行更为深化的研究：1）对钢渣成分和性能进行深入了解，为钢渣的开发利用提供理论依据。感谢阅读2）加强钢渣处理技术的研究，以解决钢渣内所含的游离氧化钙（f－CaO）和氧化镁（MgO）谢谢阅读遇水后易膨胀的问题，还有由于钢渣中的Ca、Si、Al三大元素相对偏低，所形成的硅酸盐精品文档放心下载总量与水泥熟料相差过大（近45%）的问题【24】。谢谢阅读3）通过推广钢渣作冶炼（烧结、高炉、炼钢）熔剂的应用技术，充分利用其中所含的铁、感谢阅读钙、镁、锰等成分的同时，还可以节省大量能源。加强钢渣作回填和筑路材料的研究。感谢阅读4）由于钢渣中的硅酸二钙和硅酸三钙矿物结晶完整，晶粒粗大致密，粉磨的细度难以达到精品文档放心下载要求。所以，制造高性能钢渣微粉的难点在于开发针对钢渣的特殊磨粉工艺和设备。感谢阅读钢渣是一种“放错了地方的资源【25-26】。钢渣的综合利用不但可以消除环境污染，还能够感谢阅读感谢阅读的意义。3.消解钢渣中游离氧化钙的实验研究实验1游离氧化钙与CO2和水蒸气反应3.1.1研究目的利用转炉炼钢废渣含有游离氧化钙与CO2和水蒸汽反应生成碳酸钙，以达到消除f-CaO的目谢谢阅读谢谢阅读作为铺路材料或者建筑原料等进行再生资源综合利用的问题。精品文档放心下载3.1.2实验原理实验原理就是游离氧化钙的碳酸化反应，将CO2、水和钢渣中的f-CaO在一定温度下发生化精品文档放心下载学反应，生成碳酸钙物质，同时达到固定CO2和快速消解钢渣中f-CaO的目的。利用CO2对感谢阅读f-CaO感谢阅读技术要求，此项技术不但可以改善钢渣微粉的稳定性，而且还可以固定CO2，降低温室气体精品文档放心下载排放，实现环境友好的可持续发展的低碳循环经济模式。精品文档放心下载HSC对碳酸化反应进行热力学分析。测得化学反应所需的温度如图3.1所示。谢谢阅读图3.1碳酸化反应的热分析由HSC热力学软件得出的化学反应温度范围如下：CaO+CO2（g）=CaCO3298～1159K；(3.1)谢谢阅读CaO+H2O（g）=Ca（OH）2298～788K；(3.2)感谢阅读Ca（OH）2+CO2（g）=CaCO3+H2O298～1015K；(3.3)谢谢阅读根据热力学分析之后的结果，确定消解实验的温度为600℃、720℃、850℃，运用三种温度精品文档放心下载进行实验，确定温度与消解率之间的关系。3.1.3实验材料与实验装置1.实验材料实验的原材料选用的是鞍钢的转炉渣。将其破碎、筛选之后得到0~0.1mm、0.1~0.22mm、精品文档放心下载0.22~0.5mm三种颗粒大小的钢渣。3.1X光衍射测试结果见图3.2所示。感谢阅读钢渣中的主要矿物为MgO，Fe3O4、CaSiO4和Ca2Fe2O5。感谢阅读表3.1转炉钢渣中各种成分的质量分数%图3.2钢渣的X光衍射测试结果2.实验装置选用图3.3所示的实验装置进行f-CaO消解实验，主要的目的是通过CO2和水蒸气消解其中感谢阅读的f-CaO，使其转化成为CaCO3，使钢渣在使用过程中不再遇水膨胀。精品文档放心下载图3.3实验装置1-2-3-4-5-精密温度控制装置；6-反应性感谢阅读实验炉；7-石英管；3.1.4实验方法本实验的目的就是使用二氧化碳气体和水蒸气与钢渣中的f-CaO发生碳酸化学反应，使感谢阅读f-CaO转化成为Ca(OH)2或者CaCO3f-CaO3%感谢阅读精品文档放心下载将钢渣放入中间加热段的位置。控制反应性试验炉的温度(600720850℃),将流量为感谢阅读2L/min的CO25℃谢谢阅读/min5min3060min。感谢阅读反应结束之后，将钢渣进行检测，测量f-CaO的含量，比较之后，确定最佳的反应条件。感谢阅读3.1.5实验步骤和实验方案1实验步骤a.破碎，将转炉炼钢废渣放入颚式粉碎机中破碎，破碎粒度≦0.5mm；谢谢阅读b.筛分,将破碎后的钢渣分别按0～0.1mm0.1～0.22mm0.22～0.5mm以下三种不同粒径进精品文档放心下载行筛分，分别放置；c.0～0.1mm0.1～0.22mm0.22～0.5mm精品文档放心下载例如表3.2：表3.2物料混合比例表中骨料即为经粉碎的不同粒径的钢渣。d.30mm，长度为400mm的石英管中，将石英管放入反感谢阅读精品文档放心下载0.5~2h，择优选择1h。e.反应完全后，冷却至室温，待检测其消解情况。2实验方案a.在720℃,100%CO2下，七种配比进行实验以确定最佳的配比；谢谢阅读b.在不同温度下，100%CO2，以S2为例，确定温度对消解情况的影响；精品文档放心下载c.在相同的温度下，以S2为例，确定水蒸汽对消解情况的影响；谢谢阅读d.不同温度下，80%CO2、20%H2O，以S2、S3为例，确定水蒸气在不同温度下对消解情况的影谢谢阅读响；3.1.6实验结果数据分析a.在720℃，100%CO2的条件下，七种配比进行实验，测得实验结果以及消解率见表3.3。感谢阅读表3.3实验结果及其消解率由此可见，在同温度和二氧化碳含量下，S6对游离氧化钙消解量最大，其消解率也最高。谢谢阅读b.在不同温度下，100%CO2，以S2为例，确定温度对消解的影响，检测结果以及消解率见表感谢阅读3.4：表3.4实验结果及其消解率本次实验以S2谢谢阅读果就越好。c.在相同的温度下720S2谢谢阅读见表3.5：表3.5实验结果及其消解率本次实验是以S2为例，在相同温度下720℃，80%CO2、20%H2O的消解量要比100%CO2的消解谢谢阅读量要大。d.不同温度下，80%CO2、20%H2O，以S2为例，确定水蒸气在不同温度下对消解的影响，测量精品文档放心下载结果以及消解率见表3.6：表3.6实验结果及其消解率本次实验以S2f-CaO80%CO220%H2O谢谢阅读消解量越大。3.1.7实验结果讨论从实验结果上看，消解钢渣中f-CaO共有三个因素：感谢阅读⑴不同配比下的物料结构与f-CaO去除率的关系不同配比混合的物料结构对消解结果有直接的影响，本实验采用七种不同的配比进行混合，精品文档放心下载其反应后的消解情况见图3.4。不同的配比混合对消解效果有很大的影响。按配比混合后的谢谢阅读谢谢阅读件下，配比S6消解效果最佳，f-CaO去除率达到58.92%。感谢阅读图3.4七种物料结构对f-CaO去除率的影响感谢阅读⑵反应温度与f-CaO去除率的关系化学反应温度与f-CaO3.5。感谢阅读当温度到达720850℃时，消解f-CaO的去除率达到47.03%。精品文档放心下载根据热力学软件分析得出，当温度达到886℃去除率将达到最大，温度达到886℃之后，去谢谢阅读720～886℃。但由感谢阅读于这个反应是可逆反应，当温度超过886℃时，部分反应产物CaCO3开始分解，与书中查到感谢阅读的氧化钙与二氧化碳反应热力学温度：973～1473K十分相近。因此，在使用100%CO2消解感谢阅读f-CaO时，最佳的反应温度确定为850℃。在反应时间相同时，温度高则去除率大，即去除感谢阅读率随着温度的升高而增大。图3.5反应温度对f-CaO去除率的影响⑶反应时间与f-CaO去除率的关系CO230min谢谢阅读内消解反应迅速；当反应时间达到60min后，f-CaO的去除率已趋于稳定，继续增加反应时感谢阅读间，f-CaO的去除率提高缓慢；因此确定反应的最佳时间为60min。精品文档放心下载⑷水蒸气含量与f-CaO去除率的关系水蒸气对于消解f-CaO有很大的影响，水蒸气先与钢渣反应，生成钢渣的水化物，只有CO2感谢阅读深入到钢渣的内部与钢渣的水化物发生反应才能达到消解f-CaO的目的。水蒸气含量过大，谢谢阅读CO2就不能与钢渣水化物完全发生反应。水蒸气太小，也不利于反应，因为消解反应需要适精品文档放心下载谢谢阅读通水蒸气相比游离氧化钙的去除率可提高10%～20%。谢谢阅读图3.6水蒸气对f-CaO去除率的影响由图3.6S2为例，在相同的80%CO2、20%H2O条件下，f-CaO的去除率在720℃谢谢阅读69.19%f-CaO感谢阅读大。3.1.8本节小结H2O蒸汽/CO2感谢阅读f-CaO去除方案。本实验得谢谢阅读到的结论如下：⑴确定最佳的物料结构S6(<0.1mm15%、0.1~0.22mm70%、0.22~0.5mm15%)；谢谢阅读⑵确定100%CO2气体通入量时，最佳反应温度为850℃；精品文档放心下载⑶确定80%CO2和20%H2O通入量的反应效果要好于100%CO2通入量；谢谢阅读⑷通入80%CO2、20%H2O时，最佳反应温度为720℃；精品文档放心下载实验2SiO2稳定转炉钢渣中f-CaO3.2.1实验原理酸碱成盐原理高炉渣的主要成分是CaO、MgO、Al2O3、SiO2。感谢阅读转炉渣的主要成分是CaO、MgO、SiO2、FeO、Fe2O3。精品文档放心下载精品文档放心下载示的化学性质。按照氧化物对氧离子的行为，把氧化物分为3大类。渣中能离解出O2-的氧化物是碱性氧化精品文档放心下载物，如CaO、FeO、MgO等。能吸收O2-转变为络离子的氧化物是酸性氧化物，如SiO2、P2O5感谢阅读等。另外，少数氧化物在酸性熔渣中能离解出O2-，显示碱性；而在碱性渣中能吸收O2-，显谢谢阅读示酸性，称为两性氧化物，如Al2O3。所以，可根据氧化物中阳离子静电势的大小来确定氧感谢阅读化物碱性或酸性强弱的顺序：SiO2稳定转炉钢渣中f-CaO的热力学分析SiO2稳钙的相图分析图3-2CaO-SiO2二元相图[37]从中可见，在CaO-SiO2系中，有4种化合物的存在，分别为CaSiO3（CSCa2SiO4（C2S感谢阅读Ca3Si2O7（C3S2Ca3SiO5（C3SCS与C2S为稳定化合物，C3S2与C3S为不稳定化合谢谢阅读物，所以体系的相组成为CS与C2S。在CaO-C2S系内，1258℃~2068℃内会温度存在C3S，低于1258℃，C3S将会分解为CaO+C2S；精品文档放心下载在C2S-CS系内，随着温度下降，C3S2由转熔反应形成：L+C2S→C3S2，当温度升高到1471℃感谢阅读时，C3S2→L+C2S；同时，还能够看出随着CaO含量的增加，体系内反应的生成物由CS→C3S2→C2S→C3S转变，精品文档放心下载可见这是一个逐渐吸纳CaO的过程，直到无法再吸纳CaO，CaO直接饱和析出，不再溶解。感谢阅读这无疑对利用高硅源材料消解转炉钢渣中的f-CaO起到了指导的作用。感谢阅读表3-1主要硅酸钙化合物的标准生成吉布斯自由能生成反应温度范围/K1-92500+2.5T1400~18232-118800-11.3T1400~18233-118400+4.8T1400~17484-118800-6.7T1523~1823图3-3不同硅酸盐的标准生成吉布斯自由能趋势可以看出，4种硅酸钙的在所选定的温域均小于0，并且在同一温度，CaO饱和条件下，精品文档放心下载1molSiO2倾向于生成的硅酸钙化合物顺序为：C3S→C2S→C3S2→CS减弱C3S3-2的CaO-SiO2C3S只在1258℃~2068感谢阅读℃能够稳定存在，随着温度的下降C3S会分解为C2S与CaO，故SiO2在稳钙过程中生成C3S谢谢阅读的本质过程为2f-CaO+SiO2→C2SSiO2CaO与SiO2反应的精品文档放心下载主要产物为C2S，过量加入时会逐渐生成C3S2甚至CS。谢谢阅读3.2.2不同硅酸盐化合物的R值计算实验所用转炉钢渣中CaO的质量分数为49.38%，SiO2的质量分数为10.56%，将转炉钢渣核谢谢阅读算到CaO-SiO2相图中，如图3-2所示，SiO2的质量分数为17.6%，R=w（CaO）/w（SiO2）谢谢阅读=4.68。随着稳钙剂SiO2的加入，物系点逐渐向转炉钢渣的右侧移动，反应生成的物相从感谢阅读CaO-C3S相区，逐渐过渡到，C3S-C2S，C2S-C3S2，以及C3S2-CS相区甚至CS-SiO2相区谢谢阅读表3-2不同硅酸盐化合物的R值C3SC2SC3S2CSR=w（CaO）/w（SiO2）2.801.871.400.93谢谢阅读3.2.3炉渣中还涉及其他反应表3-3其他氧化物反应的标准生成吉布斯自由能生成反应温度范围/KSiO2（s）+2MnO（s）=2MnO·SiO2（s）-53600+24.73T298~1618精品文档放心下载SiO2（s）+2FeO（s）=2FeO·SiO2（s）-36200+21.09T928~1493谢谢阅读SiO2（s）+2MgO（s）=2MgO·SiO2（s）-67200+4.31T298~2171精品文档放心下载2MgO·SiO2（s）+SiO2·CaO（s）=CaO·2MgO·2SiO2（s）-159700+6.81T298~1812谢谢阅读2SiO2（s）+3Al2O3（s）=3Al2O3·2SiO2（s）-8600-17.41T298~2023谢谢阅读SiO2（s）+Al2O3（s）+2CaO（s）=2CaO·Al2O3·SiO2（s）-170000+8.8T298~1773谢谢阅读SiO2（s）+Al2O3（s）+CaO（s）=CaO·Al2O3·SiO2（s）-105855+14.23T298~1673感谢阅读2SiO2（s）+Al2O3（s）+CaO（s）=CaO·Al2O3·2SiO2（s）-139000+17.2T298~1826精品文档放心下载高炉渣的化学成分含有大量的CaOSiO2Al2O3MgO4者和可以达到95%以感谢阅读谢谢阅读对低一些，可以采取石英砂+高炉渣的方式来共同实现稳钙的目的。感谢阅读由于实验所用的高炉渣中CaO的质量分数为40.41%，SiO2的质量分数为34.46%，则核算到精品文档放心下载CaO-SiO2二元系中，SiO2的质量分数为46.03%，高炉渣位于C3S2-CS相区范围。谢谢阅读实验方法1.计算（1）含SiO2材料稳钙的配加量计算f-CaO为7.63%SiO2可以全部与f-CaO反应，谢谢阅读且稳钙后转炉钢渣中f-CaO含量低于3%精品文档放心下载度配加SiO2，故分别在C3S-C2S，C2S-C3S2相区取R=w（CaO）/w（SiO2）分别为2.7（S1谢谢阅读2.4（S22.1（S31.8（S41.5（S5CaO-SiO2中的位置感谢阅读如图9所示。取转炉钢渣ag，石英砂cg，则（4.1）（4.2）取转炉渣30g，则渣中含w（CaO=30×49.38%=14.81g，含w（SiO2=30×10.56%=3.17g。以感谢阅读R=2.4w（SiO2=14.81/2.4=6.17g6.17-3.17/99%=3.03g精品文档放心下载表4-4各实验点石英砂的配加量R=w（CaO）/w（SiO2）2.7（S1）2.4（S2）2.1（S3）1.8（S4）1.5（S5）精品文档放心下载石英砂配加量/g2.343.033.935.116.78谢谢阅读（2）采用石英砂+高炉渣混合稳钙的物料配加量计算设转炉钢渣为ag，高炉渣为bg，石英砂为cg，取R为2.4不变，转炉渣a=30g，则谢谢阅读表4-5高炉渣占总硅源比例不同高炉渣和石英砂的配加量感谢阅读高炉渣占总硅源比例/%高炉渣配加量/g石英砂配加量/g谢谢阅读003.03254.262.27508.521.527512.790.7610017.0502.实验方案（1）石英砂固定转炉渣中f-CaO实验研究表4-6石英砂稳钙实验方案反应温度/℃恒温时间/minsR=w（CaO/w（SiO2/mm谢谢阅读1500101.50.0741500101.80.074Group11500102.10.0741500102.40.0741500102.70.0741520102.40.0741500102.40.074Group21475102.40.0741450102.40.0741520101.80.0741500101.80.074Group21475101.80.0741450101.80.074150052.40.0741500102.40.074Group31500152.40.0741500202.40.0741500102.40.074Group41500102.411500102.451500102.410Group1是在温度、恒温时间、石英砂粒度不变，只有碱度变化的条件下进行实验。感谢阅读Group2是在碱度分别为2.4和1.8，仅有温度变化的条件下进行实验。精品文档放心下载Group3是在其他条件不变，恒温时间变化的条件下进行实验。谢谢阅读Group4是在其他条件不变，石英砂粒度变化的条件下进行实验。感谢阅读（2）高炉渣代替部分石英砂固定转炉渣中f-CaO实验研究精品文档放心下载表4-7高炉渣替代石英砂稳钙实验方案反应温度/℃恒温时间/mins高炉渣占总硅源比例精品文档放心下载1500101150010.075Group11500100.51500100.251525100.51500100.5Group21475100.51450100.5150050.51500100.5Group31500150.51500200.5由表7可知：Group1是在碱度为2.4感谢阅读实验。Group2是在碱度为2.4精品文档放心下载实验。Group3是在碱度为2.4谢谢阅读实验。实验步骤实验步骤如图4-11所示：图4-11实验流程图高温实验后以恒温时间系列为例则所得样品如图：图4-12碱度为2.41500℃石英砂粒度为0.074mm恒温10mins精品文档放心下载3.2.4转炉渣中f-CaO滴定实验200g/L80～90℃之间萃取钢渣样品精品文档放心下载中的f-CaO使f-CaO与其它形式的钙分离，用乙二胺四乙酸二钠（EDTA谢谢阅读滴定f-CaO的质量分数。将0.20g转炉渣试样放入250mL带盖锥形瓶中，加入精品文档放心下载50mL30min250mL容量精品文档放心下载45mLEDTA标准溶谢谢阅读液滴定被测液体中的溶液，重复滴定5次，取平均值，根据滴定时消耗的EDTA精品文档放心下载标准溶液的体积来计算被测液体中f-CaO的含量[42]。感谢阅读3.2.5实验试剂（1）蔗糖溶液（C12H22O22200g/L（2）氯化镁溶液，10g/L（3）三乙醇胺溶液，1+1（4）氢氧化钠溶液，200g/L（5）钙指示剂称量0.10g钙指示剂和10g干燥的氯化钠，混合，并在研钵中研匀，干燥保存。精品文档放心下载（6）氧化钙标准溶液，1.00mg/mL称取1.7848g于105℃烘过2h的碳酸钙（质量分数大于99.99%0.0001g。至于感谢阅读250mL烧杯中加约50mL水，盖上表面皿，小心从烧杯口滴入20mL盐酸（1+1感谢阅读溶解，加热煮沸1~2min，冷却至室温后，移入1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。精品文档放心下载此溶液1mL含1.00mg氧化钙。（7）EDTA标准滴定溶液，0.010mol/L配置称取18.6gEDTA500mL5000mL4500mL水，谢谢阅读混匀后，存放一周备用。标定分取10.00mL1.00mg/mL10mL200g/L感谢阅读指示剂，用EDTA标准滴定溶液（1.010mol/L）滴定至溶液由红色变为纯蓝色为终点。谢谢阅读计算按下式计算单位体积EDTA标准滴定溶液相当于氧化钙的质量：谢谢阅读（4.3）式中：T—单位体积EDTA标准滴定溶液相当于氢氧化钙的质量，mg/mL；谢谢阅读C—氧化钙标准溶液的浓度，mg/mL；V1—移取氧化钙标准溶液的体积，mL；V—滴定消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL。滴定3次，取T1、T2、T3的平均值即为T值，即：谢谢阅读3.2.6操作步骤（1）称样0.50~1.00g、粒度不大于0.097mm的试样，精确至0.0001g。精品文档放心下载（2）空白试验表4-8空白实验EDTA消耗量滴定次数EDTA初始值/mLEDTA滴定终点/mLEDTA消耗量/mLEDTA消耗量的平谢谢阅读均值/mL第一次11.4413.021.58第二次13.0214.601.58第三次14.6016.221.621.6第四次16.2217.821.6第五次17.8219.451.63故空白实验EDTA消耗量为V0=1.6mL，即EDTA消耗量的平均值。谢谢阅读（3）将试料置于干燥的、带塞的250mL锥形瓶中，加入50mL蔗糖溶液（200g/L精品文档放心下载塞。在振荡器上振荡30min，取下。用双层定量虑纸过滤于250mL容量瓶中，用水洗涤锥形感谢阅读瓶及沉淀各4~5次，用经煮沸并冷却的去离子水稀释至刻度，混匀。感谢阅读注：（1）处理过程所用蒸馏水必须经煮沸除去CO2，并冷却后使用。感谢阅读（2）含有f-CaO的质量大于30mg时，可补加适量的水。感谢阅读（4）滴定吸取25.00~50.00mL试液于250mL烧杯中，加入2~3滴氯化镁溶液（10g/L5mL三乙醇胺精品文档放心下载溶液（1+120mL氢氧化钠溶液（200g/L0.1g钙指示剂，混匀，立即用EDTA标准谢谢阅读滴定溶液滴定至溶液呈现纯蓝色为终点。3.2.7计算f-CaO质量分数计算公式如下：（4.4）式中：wf-CaO—f-CaO的质量分数，%；T—单位体积EDTA标准滴定溶液相当于氧化钙的质量，mg/mL；感谢阅读V0—滴定空白试验溶液消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL；谢谢阅读V—滴定试液消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL；精品文档放心下载m—试料的质量，mg。f-CaO的消解率计算公式如下：（4.5）式中：f-CaO—f-CaO的消解率，%；wf-CaO—f-CaO的质量分数，%；w0—转炉钢渣中初始f-CaO含量，%。3.2.8实验结果以碱度为2.4150010mins0.074mm谢谢阅读滴定得到该实验条件下EDTA消耗量的平均值为3.32mL，将该数据带入公式4-2精品文档放心下载得到：（4.6）将wf-CaO的的值带入公式4-3得到：（4.7）即f-CaO的质量分数为2.68%，f-CaO的消解率为64.89%。感谢阅读同理可以算出其他条件下f-CaO的质量分数和f-CaO的消解率，计算结果如下表谢谢阅读表4-9不同碱度条件稳钙后转炉钢渣中f-CaO含量感谢阅读w（CaO）/w（SiO2）1.51.82.12.42.7精品文档放心下载wf-CaO/%0.701.242.022.682.98感谢阅读f-CaO/%90.8383.6973.5064.8960.98精品文档放心下载注：反应条件为1500℃，恒温10mins，石英砂粒度为0.074mm。谢谢阅读表4-10不同温度条件稳钙后转炉钢渣中f-CaO含量谢谢阅读T/?1450147515001525wf-CaO/%1.711.842.682.89精品文档放心下载f-CaO/%77.5775.8764.8962.15精品文档放心下载注：反应条件为碱度为2.4，恒温10mins，石英砂粒度为0.074mm。谢谢阅读表4-11不同温度条件稳钙后转炉钢渣中f-CaO含量精品文档放心下载T/?1450147515001525wf-CaO/%0.621.041.242.24谢谢阅读f-CaO/%91.8486.4283.6970.64谢谢阅读注：反应条件为碱度为1.8，恒温10mins，石英砂粒度为0.074mm。感谢阅读表4-12不同恒温时间稳钙后转炉钢渣中f-CaO含量精品文档放心下载t/mins5101520wf-CaO/%3.472.682.632.58精品文档放心下载f-CaO/%54.5464.8965.5566.16精品文档放心下载注：反应条件为1500℃，碱度为2.4，石英砂粒度为0.074mm。谢谢阅读表4-13不同石英砂粒度稳钙后转炉钢渣中f-CaO含量感谢阅读粒度/mm0.0741510wf-CaO/%2.682.682.672.77谢谢阅读f-CaO/%64.8964.9364.9363.66精品文档放心下载注：反应条件为1500℃，碱度为2.4，恒温10mins。谢谢阅读表4-14不同高炉渣占总硅源比例稳钙后转炉钢渣中f-CaO含量感谢阅读高炉渣占总硅源比例/%1007550250谢谢阅读wf-CaO/%2.932.282.152.022.68精品文档放心下载f-CaO/%61.5570.1671.8773.4664.89精品文档放心下载注：反应条件为1500℃，碱度为2.4，石英砂粒度为0.074mm，恒温10mins。谢谢阅读表4-15不同温度条件稳钙后转炉钢渣中f-CaO含量精品文档放心下载T/?1450147515001525wf-CaO/%3.062.962.152.11感谢阅读f-CaO/%59.8461.2071.8772.31精品文档放心下载注：反应条件为碱度为2.4，高炉渣占总硅源比例为50%，恒温10mins，石英砂粒度为0.074mm。精品文档放心下载表4-16不同恒温时间稳钙后转炉钢渣中f-CaO含量谢谢阅读t/mins5101520wf-CaO/%3.192.152.102.05感谢阅读f-CaO/%58.2171.8772.4473.17谢谢阅读注：反应条件碱度为2.4，1500℃，高炉渣占总硅源比例为50%，石英砂粒度为0.074mm。感谢阅读3.2.10实验结果分析不同条件下稳钙结果与讨论表4-9~表4-16列出了f-CaO的质量分数和消解率，于是可以列出消解率随各种变量变化的谢谢阅读曲线图如下：1.碱度图4-13消解率随碱度的变化曲线由图4-13，随着碱度的减小消解率不断升高，最终消解率会趋于平缓达到最佳的消解效果。精品文档放心下载2.恒温时间图4-14消解率随恒温时间的变化曲线图4-14，在5~10min消解率不断升高，10mins后消解率趋于平缓。感谢阅读3.温度图4-15消解率随温度的变化曲线图4-16消解率随温度的变化曲线由上述图4-15和图4-16，在本实验范围内，温度升高对消解转炉钢渣中的f-CaO不利，即精品文档放心下载相对较低温度有利于消解转炉渣中的f-CaO。4.石英砂粒度图4-17消解率随粒度的变化曲线图4-17，随石英砂粒度变小，消解率不断增加，最后趋于平缓。精品文档放心下载5.高炉渣占总硅源比例图4-18消解率随高炉渣占总硅源比例的变化曲线图4-18精品文档放心下载配加石英砂。6.温度图4-19消解率随温度的变化曲线图4-19随温度变化的趋势与图4-154-16谢谢阅读平缓。7.恒温时间图4-20消解率随恒温时间的变化曲线图4-20与图4-14趋势一致。3.2.11XRD分析稳钙过程中物相转变1.碱度图4-21不同碱度稳钙后转炉钢渣的矿相组成如图4-21，不同实验碱度条件下，f-CaO和镁铁RO相的特征峰均消失，并逐渐谢谢阅读谢谢阅读镁铁尖晶石明显增加。转炉钢渣中矿物与石英砂在不同碱度下的主要反应如下：2CaO+SiO2→2CaO·SiO2（4.6）CaO·SiO2+MgO+SiO2→CaO·MgO·2SiO2（4.7）谢谢阅读FeO+O2→Fe3O4（4.8）Fe3O4+O2→Fe2O3（4.9）MgO+Fe2O3→MgO·Fe2O3（4.10）2CaO+Fe2O3→2CaO·Fe2O3（4.11）精品文档放心下载2.温度图4-22不同温度稳钙后转炉钢渣的矿相组成在实验温度条件下，f-CaO和镁铁RO精品文档放心下载精品文档放心下载精品文档放心下载4-15，f-CaO的消解效率与钙镁黄长石、磁铁矿和镁铁尖晶石这三种物质的变化谢谢阅读有一定关系。3.高炉渣占总硅源比例图4-23不同高炉渣占总硅源比例稳钙后转炉钢渣的矿相组成谢谢阅读f-CaO和镁铁RO感谢阅读变为钙镁黄长石、磁铁矿和镁铁尖晶石。在2θ为36.1°位置时，随着高炉渣占总硅源比例感谢阅读不断减小其衍射峰不断升高。在2θ为31.2°位置时，高炉渣占总硅源比例为50%和75%时，谢谢阅读其衍射峰明显高于其他条件。参考文献[1]黄希祜．钢铁冶金原理[M].北京：冶金工业出版社，2013．感谢阅读[2]殷瑞钰.关于钢铁工业的大趋势[J].钢铁,1997,(32增刊):16～28.精品文档放心下载[3]雯哲.高炉渣和钢渣利用的新途径[J].技术与市场,2010,(01).精品文档放心下载[4]王海风,张春霞,齐渊洪,戴晓天,严定鎏.高炉渣处理技术的现状和新的发展趋势[J].钢铁.2007,Vol.42精品文档放心下