攀成钢公司高炉水渣综合利用研究

张先华

(攀钢集团成都钢钒有限公司,四川成都610303)

攀成钢公司高炉水渣综合利用研究

张先华

(攀钢集团成都钢钒有限公司,四川成都610303)

为了推进攀成钢公司高炉水渣的综合利用,攀成钢公司进行了相关研究,探讨了攀成钢公司高炉水淬渣的相关性能,微粉生产的基本工艺参数以及在水泥和混凝土中的应用前景等。

高炉水淬渣;综合利用;研究

1 引言

高炉渣作为炼铁工业的副产品,价格低廉。而超细粉磨的矿渣微粉,不论是作为中间产品和熟料一起生产矿渣水泥,还是作为最终产品,都具有广阔的市场前景,不仅具有很好的经济效益和社会效益,还具有显著的生态效益。据测算,超细粉磨的矿渣细粉每替代1t水泥熟料,约减少原煤消耗180kg,减排CO2约1t。

矿渣粉掺入在混凝土中显著提高混凝土的强度、密实性,降低了混凝土的干缩率,相应地降低了混凝土的吸水率和氯离子扩散系数,改善了混凝土的抗渗性和对海水、酸及硫酸盐的抗化学侵蚀能力。另外,以矿渣粉合理地置换水泥,能降低混凝土中水泥水化的早期放热速度,抑制混凝土的绝热温升,减少了大体积混凝土早期的温度拉应力。细磨矿渣粉制成的高性能混凝土作为优质结构建材,广泛用于大体积混凝土的水工工程和海工工程、高强度大跨度的桥梁和高层建筑中,在我国经济建设中正发挥着积极的作用。

而攀成钢公司随着钒钛磁铁矿的使用比例逐年提升,高炉渣中TiO2含量也会逐步提高,这样将会显著影响高炉渣作为水泥和混凝土原料的性能。因此,为了使高炉水淬渣的利用达到效益最大化,公司成立了专门研究小组,进行有关高炉渣用于生产水泥或混凝土原料的研究。

2 研究的主要内容

2.1 原料基本性能的检测与评估

对研究所涉及的熟料、矿渣、石膏、砂子、石子等各种原料,按照相应的技术标准和规范进行检测和评估,为进行下一步的研究工作提供基础数据。

2.2 新型矿渣水泥生产工艺的研究

新型矿渣水泥生产工艺参数主要包括:熟料和矿渣的配比、石膏用料、石膏处理方式、矿渣的细度等。最终确定出用攀成钢原料可生产新型矿渣水泥的强度等级、各等级的配料方案、各等级水泥的主要性能。

2.3 用于水泥和混凝土的活性矿渣微粉的研究

根据国家标准矿渣微粉分为S75、S95和S105三个等级,而主要影响因素有矿渣的化学组成和玻璃体含量,以及矿渣粉的比表面积和粒度分布、石膏热处理方式等。所以这一部分的研究目的是确定攀成钢矿渣粉的等级,以及相关的一些工艺参数,为矿渣微粉用户提供相关参数。

2.4 矿渣微粉作为混凝土掺合料的应用

矿渣微粉作为混凝土掺合料配入混凝土中,替代部分水泥(硅酸盐水泥河铺通硅酸盐水泥),进行配制不同流动性和不同强度等级的混凝土中参考配比的实验,为混凝土用户提供配比依据和参照;用混凝土掺合料制备的混凝土耐久性试验研究以及与原工艺生产的普通水泥作比较。

3 研究试验结论

3.1 原料的化学成分和矿物组成

经过分析,攀成钢矿渣的水硬性系数、活性系数较高,矿渣的活性一般。碱性系数略小于1,属于酸性矿渣。质量系数很小,略小于国家规定的合格指标,同时TiO2含量高于目前国家标准。

3.2 矿渣水泥物理性能研究

(1)根据矿渣粉细度和掺量对水泥熟料强度的影响,提出了新型矿渣水泥配比方案,见表1。

(2)石膏在矿渣水泥中既是缓凝剂,又是矿渣水化的硫酸盐激发剂,矿渣掺量的变化会影响水泥的最佳石膏加入量。研究发现攀成钢石膏的最佳掺量为3%～4%;

(3)掺烧石膏的矿渣水泥3天、7天抗折强度明显高于掺加二水石膏的矿渣水泥,而掺加二水石膏的矿渣水泥的3天、7天抗压强度高于掺烧石膏的水泥。对于28天的抗折和抗压强度差别很小。

(4)硅酸盐水泥有明显针状CSG凝胶,在矿渣水泥里却不存在。硅酸盐水泥中的Ca(OH)2衍射峰明显高于矿渣水泥,水化体系中的Ca(OH)2数量较多;同时随细度增加,Ca(OH)2衍射峰略有减少。

3.3 矿渣在水泥混凝土中的应用

为对比新型矿渣水泥为胶凝材料的混凝土,与原工艺生产的普通硅酸盐水泥混凝土在工作性和力学性能两方面的差异,对采用普通水泥设计的C30、C40混凝土,坍落度控制在110mm±10mm。采用机械搅拌成型,在温度为20℃±2℃、湿度大于65%养护室内养护24h后脱模,然后放入养护箱中进行养护,分别在3天、7天、28天时测其抗压强度。

表1 新型矿渣水泥配比方案

混凝土拌和好后,迅速测量其各种性能,同时判断拌和物的和易性,测量容重,用来修正配合比。

通过矿渣在水泥混凝土的实验研究,得出如下结论:

(1)试验用砂石性能指标均符合国家标准,可作为混凝土原料用;减水剂奈系高效减水剂,试验掺量为0.8%～1.0%,减水率约为15%～21%。

(2)矿渣掺入的C30和C40混凝土和易性良好,掺量20%～40%的时候均能达到设计强度的要求,掺量为50%或60%混凝土经激发后可达到设计要求,建议最大掺量为50%。

(3)用矿渣替代普通水泥的混凝土,在要求的坍落度范围内,具有良好的和易性。

(4)矿渣水泥混凝土在抗渗性、收缩、抗冻性等方面的性能良好。

3.4 矿渣微粉的制备工艺参数及性能

国家在矿渣微粉的三个等级中对质量的要求逐级提高。其中,活性系数和流动度比为最重要的两个指标,都与矿渣粉的细度、粒度分布和颗粒形貌有关,在一定范围内是可以人为控制的。通常提高活性系数和流动度比的方式有增加矿渣粉细度、改变矿渣粉粒度分布、使用助墨剂、改变石膏形态、添加其他激发剂。

通过实验分析得出以下结论:

(1)矿渣微粉的生产工艺参数为:

①S75级矿渣与4%天然二水石膏共同粉磨或矿渣单独粉磨至685m2/kg以上的细度。

②煅烧石膏对矿渣微粉活性系数的提高不起作用。

(2)因攀成钢矿渣含钛量高,质量较差,矿渣微粉活性系数偏低,特别是28天。但7天活性系数还略有富余,如进一步采取技术措施还有望使S75级矿渣微粉所需的细度下降,以减少矿渣粉磨的综合成本。

(3)攀成钢高炉矿渣粉磨功能指数为19.25k W·h/t。

4 结论

矿渣作为混合材可生产普通硅酸盐水泥(P·O)和矿渣硅酸盐水泥(P·S)。国家标准规定:P·O中矿渣掺量不能超过15%,而P·S中矿渣掺量可为20%～70%。因此P·S对最大限度地利用矿渣和降低水泥生产成本更有意义。但是,传统P·S的生产方法是将水泥熟料和矿渣在粉磨设备(主要为球磨机)内混合粉磨而成,因熟料和矿渣两者易磨性差别较大,所得水泥中矿渣平均粒度偏大,细粉含量低,其潜在活性得不到有效发挥,影响了水泥的早期强度等性能,也制约着矿渣掺量的提高。

超细粉磨的矿渣微粉不仅显著地改变水泥和混凝土的性能,而且大幅度地提高了水泥中矿渣的掺量。以前从废物利用及节能环保角度将矿渣作为“经济组分”掺入水泥中,如今,随着对其性能的深入研究,超细粉磨的矿渣具有更大的水硬活性和优越的施工性能,而将其发展成为“功能组分”加以利用。矿渣细粉改性的深入研究为其在水泥和混凝土中的应用开辟了新的途径,而高效低耗的矿渣超细粉磨技术的不断进步又为其实际应用提供了可能。

对于公司高炉水渣微粉,磨制的细度等级不同,只要掺入适量都可以达到相应水泥及混凝土的标准。根据国家对矿渣微粉所制定的标准,公司高炉矿渣必须磨制成细度为685m2/kg才能达到S75的要求。国内生产设备细度的控制水平一般都在450m2/kg～480m2/kg。同时公司高炉水渣本身就属于大于14 k W·h/t的高耗能、特难磨物料,如果磨至685m2/kg,恐早已失去经济效益。

研究结果反映了公司当前高炉水渣的性能及各相关参数。但是对于研究所提出的在水泥和混凝土中应用的方案,目前还只是停留在实验室里。攀成钢要依照实施,并按照效益最大化的原则开发利用高炉水渣,还需要做更多探讨及研究工作。

Reserch on Comprehensive Utilization of The blast Furnace Water Granulated Slag of PGG CSST

ZHANG Xian-hua

(Pangang Group Chengdu Steel&Vanadium Co.,Ltd.,Chengdu 610300,Sichuan,China)

To promote comprehensive utilization of blast furnace water granulated slag,Pangang Group Chengdu Steel&Vanadium Co.,Ltd.(PGG CSST)has been working on the development and research work.The characteristics of water granulated slag of PGG CSST were determined. Basic technology parameters of fine slag powder production as well as its application prospect in cement and concrete industries were studied.

blast furnace water granulated slag,comprehensive utilization,research

1001-5108(2016)04-0077-04

X757

A

张先华,工程师,主要从事科研管理及循环经济管理工作。