钢渣显微结构与粉磨和烧成性能关系探讨
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钢渣矿渣水泥与粉磨石混合制备的性能研究1. 引言近年来,环境保护和资源的可持续利用已成为全球关注的焦点。
在建筑材料领域,传统的水泥生产所消耗的大量能源和产生的高碳排放已引起了广泛关注。
因此,通过混合利用钢渣矿渣与粉磨石的废弃物资源,制备新型水泥材料,成为了减缓环境压力和促进可持续发展的重要途径。
本文旨在研究钢渣矿渣水泥与粉磨石混合制备的性能,探索其在建筑材料领域的应用前景。
2. 材料与方法2.1 材料选择本研究选择了具有代表性的钢渣和矿渣作为水泥材料的替代品,以及粉磨石作为辅助材料。
钢渣是钢铁冶炼过程中产生的一种废弃物,具有高硅酸盐和氧化铁含量。
矿渣则是矿石冶炼过程中的副产品,以其高度活性、玻璃质特性而闻名。
粉磨石是一种细度适中的辅助材料,可以调整水泥材料的工作性能和强度。
2.2 混合制备工艺本研究采用干法锤击磨、球磨和高温煅烧等方法,对钢渣矿渣和粉磨石进行混合制备。
首先,将钢渣和矿渣分别进行干法锤击磨,使其颗粒尺寸减小至适宜范围。
然后,在钢渣矿渣中加入适量粉磨石,并进行球磨,以提高混合物的活性和均匀性。
最后,将混合物进行高温煅烧,促使反应物发生水化反应,形成水泥石胶凝材料。
3. 结果与讨论3.1 物理性能钢渣矿渣水泥与粉磨石混合制备所得材料的物理性能在一定程度上受原料成分和制备工艺的影响。
研究结果显示,随着粉磨石掺量的增加,材料的比表面积和孔隙度逐渐增大,从而提高了水化反应的活性。
此外,通过适量调整水泥材料的配比,可以得到较高的压实密度和强度。
3.2 力学性能为了评估钢渣矿渣水泥与粉磨石制备材料的力学性能,研究对样品进行了压缩强度和抗折强度等力学性能测试。
实验结果表明,随着粉磨石的引入,材料的力学性能显著提高。
这是由于粉磨石的加入可以填充钢渣矿渣的孔隙结构,提高材料的致密性和强度。
3.3 微观结构为了探究钢渣矿渣水泥与粉磨石制备材料的微观结构特征,本研究采用了扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等分析手段。
钢渣的粉磨特性分析钢渣是钢铁企业的主要废渣之一,其排放量约为钢产量的15%~20%,我国每年的钢渣排放量在8000万吨以上,若不处理和综合利用,钢渣会占用越来越多的土地、污染环境、造成资源的浪费、影响钢铁工业的可持续发展。
钢渣类似于过烧熟料,超细粉磨后具有潜在水硬性,有强度发挥。
由于钢渣韧性大,易碎性差,并且含有一定的金属铁粒,既难破又难磨,粉磨效率低,电耗高,粉磨成本高,如何提高粉磨效率,降低粉磨电耗,直接影响到钢渣资源的综合利用水平。
钢渣微粉的粉磨特性有别于普通水泥熟料和矿渣,试验发现有如下特点。
1.1 钢渣比矿渣易磨性更差通过钢渣和矿渣进行易磨性试验对比,结果发现钢渣与矿渣的易磨性均较差,但两者表现出不同的特点。
钢渣的相对易磨性随粉磨时间延长而变好,说明钢渣的易碎性非常差。
而矿渣的相对易磨性几乎不随比表面积而改变。
对钢渣进行邦德功指数(Wi)测试为Wi=22.15kWh/t,高于普通熟料的平均值约23%,可见,钢渣的易磨性很差,磨机产量必然低。
1.2钢渣含铁粒较多钢渣是钢铁厂炼钢时排出的废渣,在钢厂的排渣过程中,必定会排出一些金属铁,这部分铁虽经多次破碎分选、回收,但不可能完全分选干净。
据检测,用作水泥混合材的钢渣中,金属铁粒含量仍达到3%左右。
钢渣在粉磨过程中,包裹于钢渣中的铁粒被逐渐剥离,形成金属颗粒聚集在磨内,严重地影响磨机的粉磨效率,增加衬板和研磨体的消耗,使粉磨状况恶化,而导致磨机低产、高耗。
1.3钢渣粉磨要求细度细、比表面积高生产钢渣水泥,其钢渣和矿渣掺入量相当大,熟料仅占30%。
这样大的混合材掺入量,要求的水泥比表面积高达360~400m2/kg,否则将影响水泥强度。
这种水泥比一般矿渣水泥要细得多,这也是影响磨机产量的一个重要原因。
1.4钢渣磨蚀性更强钢渣和矿渣都属于脆性材料,但相对而言,钢渣不仅硬度高,而且韧性也大,这就造成了钢渣的磨蚀性大,易磨性差。
同时,由于钢渣中含有部分铁粒,更加大了其磨蚀性。
不同工艺钢渣物相组成及其显微形貌研究吴启帆;包燕平;林路;徐国平;程慧高;黄毅;辛彩萍【摘要】利用XRF ,XRD和SEM+EDS对转炉、电炉和LF精炼炉三种工艺钢渣的物相组成及其显微形貌进行研究。
结果表明,转炉渣和电炉渣主要物相组成较为相似,为β-C2S、钙铁相以及RO相,但RO相的成分不同;LF精炼渣主要物相为γ-C2 S、钙铝相以及RO相。
转炉渣和LF精炼渣的钙硅相多呈圆形或不规则椭圆形,电炉渣的钙硅相多呈长板形状;转炉渣和电炉渣的钙铁相均以延伸的状态分布在其它物相之间,RO相主要分布在钙铁相内,无规则形状,尺寸大小不一;LF精炼渣的钙铝相以及含硫钙铝相也以连续延伸的无定形状态分布。
%XRF ,XRD ,SEM and EDS are used to study the phase compositionand microstructure of slag in BOF ,EAF and LF refining .Results show that the main phase compositions of BOF slag and EAF slag are similar ,which areβ-C2 S ,calcium iron phase and RO phase ,but the compositions of RO phase of BOF slag and EAF slag are different;main phase composition of LF slag isγ-C2 S ,calcium aluminum phase and RO phase .Calcium silicon phase of BOF slag and LF slag mainly appears as round or irregular oval shape ,and that of EAF slag mainly appears as strip shape;calcium iron phases of BOF slag and EAF slag extendedly distribute in otherphases ,with irregular shapes ,and RO phases of BOF slag and EAF slag mainly distribute in the calcium iron phases ,which also have irregular shapes ,with different sizes and calcium aluminum phase and calcium alu-minum phase with sulphur of LF slag also extendedly distribute with irregular shape .【期刊名称】《工业安全与环保》【年(卷),期】2015(000)008【总页数】4页(P86-89)【关键词】不同工艺;钢渣;物相组成;显微结构【作者】吴启帆;包燕平;林路;徐国平;程慧高;黄毅;辛彩萍【作者单位】北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083;北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083;北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083;中钢集团武汉安全环保研究院有限公司武汉430081;中钢集团武汉安全环保研究院有限公司武汉430081;中钢集团武汉安全环保研究院有限公司武汉430081;北京科技大学冶金工程研究院北京100083【正文语种】中文KeyWordsdifferentprocessesslagphasecompositionmicrostructure现阶段,国内外钢厂的炼钢方法主要为转炉炼钢法和电炉炼钢法[1],而LF炉精炼法因其具有结构简单、投资较少以及冶炼功能齐全等优点[2],已成为我国主要的炉外精炼方法之一。
钢渣粉在混凝土中的应用一、引言钢渣是在钢铁生产过程中产生的副产品,它具有高硅、高铁、低铝的特点,同时具有优良的物理化学性质。
在过去,钢渣通常被视为废弃物,直接处置或填埋。
近年来,随着对资源综合利用的重视,钢渣粉开始在混凝土中得到广泛应用。
本文将从钢渣粉的特性、在混凝土中的应用及其影响等方面进行探讨。
二、钢渣粉的特性1. 物理特性钢渣粉颗粒细小,比表面积大,具有较强的活性。
它可以填充混凝土中的微观孔隙,提高混凝土的致密性和坚固性。
2. 化学特性钢渣粉富含氧化铁、氧化硅等物质,对混凝土的水化产物起到催化作用,提高混凝土的强度和耐久性。
3. 显微结构钢渣粉中的玻璃体和结晶体颗粒能够填充混凝土中的空隙,形成致密的胶凝物质,提高混凝土的力学性能。
三、钢渣粉在混凝土中的应用1. 替代部分水泥钢渣粉可以作为水泥的替代材料,与水泥一起参与混凝土的水化反应。
掺配适量的钢渣粉可以降低混凝土中水泥的用量,减少混凝土的成本,同时改善混凝土的工作性能和耐久性。
2. 改良混凝土性能在混凝土中适量掺配钢渣粉可以显著提高混凝土的抗压、抗折、抗渗和耐久性能,使混凝土更加坚固耐用。
3. 降低碱-骨料反应钢渣粉中的活性成分可以与混凝土中的氢氧化钙反应,抑制碱-骨料反应的发生,保护混凝土中的骨料免受侵蚀,延长混凝土的使用寿命。
四、钢渣粉在混凝土中的影响1. 强度影响适量掺入钢渣粉可以提高混凝土的抗压、抗折强度,改善混凝土的力学性能。
但过量掺入可能会影响混凝土的强度发展,因此需要控制掺量。
2. 施工性影响钢渣粉的加入可以改善混凝土的流动性和减水性,使混凝土更易施工,但过量掺入可能导致混凝土凝结时间延长。
3. 环境影响钢渣粉的资源综合利用可以减少对自然资源的消耗,同时降低对环境的影响,减少废弃物对环境造成的污染。
五、结论通过对钢渣粉在混凝土中的应用的探讨,可以得出以下结论:钢渣粉作为一种新型矿渣材料,具有良好的物理化学性能,可以广泛应用于混凝土中。
钢渣粉检测标准试验方法1. 钢渣粉检测的标准试验方法包括:显微结构观察法、颗粒度分析法、成分分析法、热分析法等。
2. 显微结构观察法是通过显微镜观察钢渣粉的晶体结构,以评估其结晶性和晶界情况。
3. 颗粒度分析法是通过粒度分析仪或筛分方法,测定钢渣粉中不同粒径范围的颗粒含量,可以用来评估其颗粒分布情况。
4. 成分分析法是通过化学分析方法,测定钢渣粉中各种元素的含量,以确定其化学成分。
5. 热分析法是通过热重分析仪或差热分析仪,测定钢渣粉在不同温度下的质量变化,以分析其热稳定性和热分解特性。
6. 钢渣粉的显微结构观察方法中,首先需将钢渣粉样品磨削或切割并进行打磨,然后用显微镜观察其晶体形态、晶界、孔隙等微观结构特征。
7. 颗粒度分析方法中,可以采用激光粒度分析仪或者筛分法进行测试。
激光粒度分析仪可以自动测量颗粒尺寸分布,并给出粒径分布曲线。
筛分法需要利用不同大小的筛网进行筛选,并称量筛上的颗粒质量,然后计算颗粒尺寸分布。
8. 成分分析方法中,可以采用光谱法、化学分析法或者X射线荧光分析法进行测试。
光谱法可以确定钢渣粉中各种元素的相对含量,化学分析法可以精确测定特定元素的含量,而X射线荧光分析法则可以实现非破坏性分析。
9. 热分析方法中,热重分析仪可以测定钢渣粉在不同温度下的质量变化,如失重、放热等。
差热分析仪可以测定钢渣粉在升温降温过程中释放或吸收的热量。
10. 钢渣粉检测的标准试验方法应遵守国家、行业或企业制定的相关标准,确保测试结果的准确性和可比性。
11. 在进行显微结构观察时,应注意选择适当的显微镜和放大倍数,以便观察到钢渣粉的微观结构特征。
12. 在进行颗粒度分析时,应注意样品的制备方法和参数的设定,以确保测量结果的可靠性和重复性。
13. 在进行成分分析时,应选择适当的试剂和仪器,同时注意样品的制备和前处理,以消除可能存在的干扰因素。
14. 在进行热分析时,应注意控制升温和降温速率,以避免样品的过热或过冷造成测试结果的误差。
钢渣粉胶凝性能活化研究进展摘要:钢渣作为一种固体废弃物品具有潜在的胶凝性质,钢渣中富含硅酸二钙、硅酸三钙等矿物是钢渣具有潜在胶凝活性的主要原因。
因此可以通过多种手段激发其潜在活性,本文综述了钢渣物理活化、化学活化和热力活化等主要方法的研究现状。
并归纳总结钢渣胶凝活性的评价方法,指明钢渣活化应向复合激发方向发展。
1.引言钢渣是炼钢过程中产生的废渣,排出量约为粗钢产量的15%~20%,钢渣的化学组成及矿物组成与硅酸盐水泥熟料较接近,从理论上分析,钢渣在水泥混凝土中的应用潜力很大。
虽然我国目前大力提倡钢渣的综合利用,但钢渣利用率仍然很低,且所利用的钢渣仍主要集中于传统的筑路、工程回填等方面。
当前我国钢渣综合利用率不足 60%,而法国、日本等国家钢渣的利用率高达100%,存在着较大的差距。
这些固体废弃物的长期堆积,不仅占用大量土地,还给环境造成严重污染。
因此,将钢渣的潜在活性激发出来,提高钢渣的有效利用率将成为胶凝材料发展的一个重要方向,是我国实现可持续发展的一个重要课题。
本文对钢渣胶凝活性激发技术进行了综述。
1.钢渣的物理化学性质钢渣与硅酸盐水泥熟料相比,二者的主要矿物组成均以硅酸二钙(C2S)、硅酸三钙(C3S)为主,所不同的是钢渣中除了含有硅酸钙,还含有铁酸钙、铁铝酸钙以及 RO 相等。
钢渣的活性主要来源于其中的硅酸盐矿物,其中 C2S、C3S 的贡献最大,钢渣中的 RO 相则为惰性组分,基本没有活性。
由于钢渣中 Fe2O3和FeO的含量较大,而 CaO 和 SiO2的含量较小,因此钢渣中硅酸钙的含量要明显小于水泥熟料中的。
此外,钢渣中的矿物在形成过程中经历了高温和急冷过程,结晶完好、晶粒粗大,溶入较多的FeO、MgO等杂质,在急冷过程中形成了大量的玻璃体,导致这些矿物的水化速度缓慢。
因此,钢渣应用于水泥、混凝土领域时,必须采用适当的活化方式激发其活性。
2.钢渣的活性激发钢渣活性低、水化慢的特性限制其资源化利用途径的拓展。
钢渣微观结构及性能分析刘迪;邓敏;林长农;阳勇福;陈宇峰;姚翔【期刊名称】《混凝土》【年(卷),期】2014(000)012【摘要】采用激光共聚焦显微镜分析钢渣的微观结构,利用氢氧化钾-蔗糖溶液萃取钢渣中间相和水杨酸溶液萃取钢渣硅酸盐相的方法测定钢渣的矿物组成,并且评价了钢渣粉的活性指数和安定性。
结果表明:滚筒渣中C3S和C2S结晶较为完整,热泼渣和热闷渣结晶不均匀,晶粒较小;热闷渣中硅酸盐相所占的比例最小,滚筒渣和热泼渣中硅酸盐相(含CaO)占水泥熟料的20%~30%;掺30%钢渣粉的水泥浆体试件安定性是合格的,且钢渣粉均能满足GB/T 2847—2005对混合材的活性要求。
【总页数】4页(P88-90,94)【作者】刘迪;邓敏;林长农;阳勇福;陈宇峰;姚翔【作者单位】南京工业大学材料科学与工程学院材料化学工程国家重点实验室,江苏南京 210009;南京工业大学材料科学与工程学院材料化学工程国家重点实验室,江苏南京 210009; 先进土木工程材料协同创新中心,江苏南京 211189;上海宝田新型建材有限公司,上海201900;南京工业大学材料科学与工程学院材料化学工程国家重点实验室,江苏南京 210009;南京工业大学材料科学与工程学院材料化学工程国家重点实验室,江苏南京 210009;南京工业大学材料科学与工程学院材料化学工程国家重点实验室,江苏南京 210009【正文语种】中文【中图分类】TU528.041【相关文献】1.碳化水泥-钢渣复合胶凝材料的强度和微观结构 [J], 顾红霞;吴其胜;吴阳;闵治安2.湿热养护钢渣-粉煤灰复合材料的耐久性能及微观结构 [J], 刘继鹏3.转炉钢渣的物化性能研究及其微观结构分析 [J], 宋丽婷;余梦琴;张西玲4.不同碱性环境对转炉钢渣水化和微观结构的影响 [J], 刘奎生;段劲松;孙建伟5.钢渣微粉-粉煤灰基地质聚合物性能研究及微观结构分析 [J], 张西玲;郭海峰;汤子奇;何志伟;宋丽婷;余梦琴因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
粉末冶金工具钢的微观组织与机械性能关系研究近年来,随着工业技术的不断发展,粉末冶金工艺在金属材料制备领域得到了广泛应用。
其中,粉末冶金工具钢作为一种重要的金属材料,其微观组织与机械性能关系研究成为了学术界和工业界的热点。
本文将从粉末冶金工具钢的微观组织和机械性能两个方面进行探讨,旨在深入理解二者之间的关系,并为粉末冶金工具钢的合理设计和应用提供有益的参考。
首先,我们将关注粉末冶金工具钢的微观组织特征以及对机械性能的影响。
微观组织是材料性能的内在基础,通过对粉末冶金工具钢的组织结构进行研究,可以揭示其力学性能和耐磨性能等方面的特点。
粉末冶金工具钢的微观组织主要包括晶粒大小、晶界特征、相组成以及孪晶和包含物等。
其中,晶粒大小对强度和硬度等机械性能具有显著影响。
通常情况下,晶粒尺寸越细小,其力学性能越好,因为细小的晶粒可以有效阻止位错的运动和晶界滑移,从而增强材料的强度。
此外,晶界特征和相组成也会对工具钢的力学性能产生重要影响。
优良的晶界特征和适宜的相组成可以提高材料的强度、塑性和韧性,使其具备更高的耐磨能力和较好的耐腐蚀性能。
而孪晶和包含物则可能导致材料在力学性能上出现薄弱环节,降低其使用寿命和可靠性。
其次,我们将着重探讨粉末冶金工具钢的机械性能及其与微观组织之间的关系。
粉末冶金工具钢具有较高的强度、硬度和耐磨性能,是制造切削工具和耐磨件等重要材料的首选。
在实际应用中,粉末冶金工具钢的机械性能与其微观组织密切相关。
晶粒尺寸的控制是提高工具钢机械性能的重要手段之一。
研究发现,通过粉末冶金技术可以实现工具钢的晶粒细化,从而显著提高其硬度和强度。
此外,合理控制工具钢的相组成和晶界特征也可以进一步提升其机械性能。
例如,通过添加合适的合金元素和调控热处理参数,可以使材料获得更好的耐磨性能和韧性。
同时,优化晶界特征可以降低界面能量和晶界位错密度,提高材料的氧化和蠕变抗性能。
综上所述,粉末冶金工具钢的微观组织与机械性能之间存在紧密的关系。
钢渣矿相组成及其显微形貌分析张玉柱;雷云波;李俊国;邢宏伟;韩志杰;龙跃【摘要】Major mineralogical composition in steel slag including slow cooling slag, gas quenching slag and hot stew slag were analyzed respectively by X-ray diffraction. The microstructure of mineralogical phase in these three kinds of steel slag was observed through metallographic optical microscope, and their grain sizes with the same morphological characteristic phase were analyzed by parallel intercept method. The results showed that the main phases in these slags were all dicalcium silicate, RO phase and calcium ferrite, and a little tricalcium silicate, /-CaO and f-MgO because of their similar chemical composition. In these three steel slags, tricalcium silicate was black tabular crystal, dicalcium silicate was black round granular and dendritic crystal, calcium ferrite was gray amorphous state and continuously filled in other phases. The iron and magnesium phase mostly appeared white amorphous state and was continuously spread in blank phase and gray phase. The cooling intensity in high temperature segment had great influence on the grain size of typical minerals. The tendency was as follows: higher cooling intensity, smaller grain size. Therefore, the grain size was the largest in hot stew slag, the smallest in gas quenching slag, and moderate in slow cooling slag.%利用X射线衍射法分析了钢渣(缓冷渣、气淬渣、热焖渣)中主要矿物组成,采用金相光学显微镜观察了其各自的显微形貌,并且采用平行截线法分析了具有相同形貌特征相的晶粒度.结果表明,由于化学组成相近,缓冷渣、气淬渣和热焖渣的主要物相均为硅酸二钙、RO相和铁酸钙,以及少量硅酸三钙、f-CaO和f-MgO;在三类钢渣中,C3S为黑色板状晶体,C2S为黑色圆粒状与枝状晶,铁酸钙相多为灰色无定形状,并以连续的形式填充于其他物相中;铁镁相多数呈现白色无定形状,连续延伸于黑色相与灰色相中;高温段冷却强度对钢渣中各类典型矿物晶粒度的影响较大,呈现出冷却强度越高,矿相晶粒度越小的趋势,因此热焖渣矿物晶粒度最大、气淬渣矿物晶粒度最小、缓冷渣矿物晶粒度居中.【期刊名称】《冶金分析》【年(卷),期】2011(031)009【总页数】5页(P11-13,16-17)【关键词】缓冷渣;气淬渣;热焖渣;显微结构;矿物组成;晶粒度【作者】张玉柱;雷云波;李俊国;邢宏伟;韩志杰;龙跃【作者单位】河北联合大学冶金与能源学院,河北唐山 063009;河北联合大学冶金与能源学院,河北唐山 063009;河北联合大学冶金与能源学院,河北唐山 063009;河北联合大学冶金与能源学院,河北唐山 063009;河北钢铁股份有限公司唐山分公司,河北唐山063016;河北联合大学冶金与能源学院,河北唐山 063009【正文语种】中文【中图分类】TF09钢渣是炼钢过程产生的副产物,吨钢产渣量约为80~120kg,2009年我国钢渣排放量达到5 000万吨以上。
图1 球磨时间与比表面积的关系图由图1可知:(1)不锈钢渣易磨性较好,球磨1h比表面积达400m2/kg,但球磨过程中有团聚现象。
(2)碳钢渣易磨性较差,球磨4h后比表面积达400m2/kg。
(3)水渣易磨性也较差,球磨4h,比表面积达247m2/kg。
4 钢渣微粉、水渣微粉特性研究4.1 不锈钢渣、碳钢渣、水渣微粉的活性4.1.1 不锈钢渣、碳钢渣、水渣微粉的活性试验对不同球磨时间的水渣、碳钢渣、不锈钢渣微粉进行活性试验,按照GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法(ISO法)进行试样的配料、搅拌、成型、养护和测试。
7天活性试验结果见表2。
从表2可知,三种废渣的活性依次为:水渣>碳钢渣>不锈钢渣。
另外,随着粉磨时间的延长,活性增加。
通过粉磨活性增加的主要原因是:(1)细度降低,颗粒粒径减小,比表面积增加,废渣颗粒“二次反应”畸变,晶粒尺寸变小,结构无序化,表面形成无定性或非晶态物质。
(4)硅铝键的断裂。
尽管硅氧键和但不同晶面和晶向上的键能不同,硅酸盐层与层之间的结合相对较弱,因此,键能较低的硅氧键和铝氧键在粉磨过程中可能被破坏,从而增活性(%)73.476.380.640.842.243.251.6同,难以通过自身矿物的水化对胶凝材料的性能产生贡献。
的水泥掺合料;而不锈钢渣和碳钢渣的活性很低,尽管它们可能在中长期会表现出好的水化效果,但可能图2 水泥及废渣活性试样的差热分析图图2可知,430℃为水泥水化产物Ca(OH)2吸热峰,570℃左右为水泥水化硅酸钙凝胶(C-S-H)及方解石的脱水吸热峰。
水渣热分析曲线430℃左右Ca(OH)2分解吸热峰不明显,证明水渣活性试样中Ca(OH)2大部分与水渣中SiO2、A1203发生二次水化反应,生成水化硅酸钙和水化铝酸钙,从而提高其强度和活性。
4.2 钢渣微粉、水渣微粉XRD分析对不锈钢渣微粉、碳钢渣微粉、水渣微粉进行分析,如图3、图4和图5所示。
钢铁冶炼中的渣化研究随着工业化的不断发展,钢铁冶炼已成为现代工业中不可或缺的一环。
在钢铁生产中,生产过程中必然会产生一些废渣,这些废渣可能会对环境造成污染,同时也会造成资源的浪费。
因此,研究钢铁冶炼中的渣化问题,尤为重要。
渣化是指在钢铁生产过程中,通过科学的方法,使产生的废渣变得更有价值,在产生完全可以当做资源的同时,减轻对环境的污染。
渣化在钢铁冶炼中的研究非常广泛,主要分为粉磨、泥化、热强度、水合反应等方面。
其中,粉磨可以将废渣以粉状的形式用作辅料;泥化是将废渣与其他原料混合,形成有用的新材料;热强度是通过热源将废渣进行预热或者重熔;水合反应是在废渣中掺入一定量的水,形成可以使用的新材料。
渣化的方式和方法有很多,但不同的方式和方法,可以应用于不同的废渣类型。
以下是几个常见的钢铁生产中的渣化研究方向。
1.高炉炉渣渣化研究高炉炉渣是一种由生产过程中产生的热熔剂和不熔剂混合而成的废渣。
高炉炉渣的处理一直是热议话题。
在渣化利用研究中,掌握高炉炉渣的物化特性非常重要。
相对于在高炉生产过程中回收炉渣对当期生产过程的影响,立足于炉渣回收对后续生产过程的影响研究更加有意义。
针对高炉炉渣的渣化利用研究包括了热态熔化研究、热处理改性研究和化学硬化研究。
2.转炉炉渣渣化研究转炉炉渣是一种在钢铁成品生产过程中产生的废渣,含有一定比例的氧化铁、氧化钙、氧化硅和少量的氧化镁等元素。
转炉工艺的多样性决定了其产生的渣相当多,并且每种渣都有自己的特点和使用价值。
转炉炉渣的研究主要包括渣化减量化、热稳定性提高、基础参数控制和基础性质调控等内容。
3.其他钢铁冶炼中的渣化方法除了高炉和转炉炉渣以外,钢铁冶炼中还有其他类型的废渣需要进行渣化研究。
例如,在钢铁废气处理过程中产生的氧化铁,在进行纳米材料制备过程中往往具有潜在的应用价值;钢渣钙化处理可以使用钢渣生产具有广泛用途的碱性固化剂等等。
总之,钢铁冶炼中的渣化属于复杂的系统工程,在研究过程中需要不断探索,拓宽研究的领域和深度。
钢渣粉磨技术探讨
夏能超;张柱银
【期刊名称】《湖南工业大学学报》
【年(卷),期】2011(025)006
【摘要】针对目前我国钢渣利用率不高,利用层次低的现状,在分析钢渣理化性质和传统的钢渣回收利用技术缺陷的基础上,根据“料层粉磨”原理,提出了一种用卧辊磨粉磨钢渣的技术。
重点研究卧辊磨的结构、粉磨原理以及制备钢渣粉的工艺流程,结果表明:卧辊磨粉磨钢渣具有工作压力小、效率高、节能等优点。
【总页数】5页(P6-10)
【作者】夏能超;张柱银
【作者单位】湖南工业大学机械工程学院,湖南株洲412007;湖南工业大学机械工程学院,湖南株洲412007
【正文语种】中文
【中图分类】TQ172.63
【相关文献】
1.采用分别粉磨提高钢渣细度增加钢渣掺量 [J], 徐光亮;除金祥
2.助磨剂对钢渣粉磨效率及钢渣粉产品性能的影响 [J], 秦玉敏;孙振平
3.钢渣粉磨工艺技术探讨 [J], 陆静娟;邢天鹏;施存有;陈剑飞
4.钢渣粉磨选钢渣精矿粉减少磷带入量的探讨 [J], 马利科;赵鸿波;贾丽春
5.分段粉磨高效除铁新工艺在钢渣粉磨中的应用 [J], 孙铭海
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◆114技术/研究R es ear ch邹兴芳(葛洲坝集团水泥有限公司,湖北荆门市448000)中图分类号:TQ l72.781文献标识码:B文章编号:1007—6344(2014)02一0114一05摘要:钢渣是在炼钢时产生的_T-,l k废渣,约为钢产量的15洳20%,是主要的m,_l k废弃物之一,由于其含有较高铁相,可以代替水泥中的铁质校正材料应用于水泥熟料的烧成,但因其难磨而制约了它的推广应用。
基-pt L,,该文在了解钢渣的显微结构的基础上,利用材料结构与性能之间的关系,分析了用其取代铁质校正原材料时应采取的粉磨工艺u:Z a.钢渣对水泥熟料烧成可能产生的影响,并通过实际熟料烧成效果对钢渣显微结构和性能之间的相互关系进行了验证。
关键词:钢渣显微结构粉磨烧成熟料0引言水泥是世界上用量较广的建筑材料,我国每年的产量约为12亿吨,大量消耗了自然资源,铁矿石是水泥生产中不可缺少的铁质校正材料,目前国内资源的匮乏及可持续发展战略的要求,使人们开始寻求一些可替代工业废弃资源,达到节省资源和能源、变废为宝的目的。
钢渣因其主要成分是C aO、M gO、Si O:、A l。
O,、F eO和Fe:O,等,其中铁相按Fe:O,含量计算一般在19%~25%之间,C aO含量为40.48%,因此钢渣具备取代铁质校正材料的条件。
在此拟通过对钢渣显微结构和性能之间相互关系的分析,达到指导实际生产的目的。
1实验原材料和实验方法1.1实验原材料实验原材料主要为钢渣、石灰石、页岩、砂岩、铁矿石等,其中原材料均经过烘干、破碎、研磨等工艺,使得原材料的细度达到符合要求(即经过75的筛子,筛余不大于8%),各原材料成分如表l 所示。
R es ear ch研究/技术115●表1实验原材料成分%原料L os s S i02A120317e203C aO M gO钢渣9.2710.273.4324.0840.489_38石灰石41.683.701.840.4449.451.09页岩10.6254.3611.007.076.224.O l砂岩7.2179.004.016.451.220.44铁矿石14.7311.656.4448.6311.424.641.2实验方法(1)钢渣的粉磨将钢渣块破碎为4.75r am以下后入实验球磨粉磨30r ai n,用磁场强度为0.06T的磁铁进行选铁,选完铁后再人球磨进行粉磨至相应时间,得到需要的钢渣粉备用。
(2)钢渣熟料高温烧成按计算配比配制相应重量的生料粉。
将已经称量好的原料粉放人球磨罐中充分混匀(3-5m i n),取出后喷人少量的水,便于成型。
称取209的生料粉于成型模具中,置于压力机座上以20.30kN的压力压制成块。
将生料置于匣钵中,放人升温好的马弗炉(1000。
C)中,保持10m i n。
之后小心取出匣钵再转入硅碳棒炉(1350。
C及以下)或硅钼炉(1350℃及以上)中,在设定保温时间后取出匣钵,将熟料立即置于空气中进行快速冷却。
冷却后,粉磨至比表面积为360m V kg左右备用,钢渣熟料中游离氧化钙采用甘油一乙醇法进行测定。
(3)显微结构观察岩相观察可根据视野中的晶体形态判断物相。
利用光学显微镜进行了钢渣和熟料显微结构分析。
实验时取钢渣块或煅烧好的熟料试样,敲碎后取位于试块中间部位的且较为平整的一小块试样,在金相试样镶嵌机(X Q一1型)筒内加入酚醛树脂粉末进行镶嵌,镶嵌后的试样在Si C砂纸上进行打磨,并在金相试样抛光机(PG一2D型)上进行抛光。
抛光后再将试样放入氯化铵溶液中进行腐蚀,10s后取出,用电吹风吹干。
制备好的试样在X P一201型偏光显微镜下进行观察。
(4)熟料净浆强度测定采用标准稠度用水量拌和后,用20m m X20m m X20m m/l、试模成型,养护温度为20士1℃,各试样外掺脱硫石膏配制成水泥。
标准稠度、凝结时间和安定性按G B l346进行,细度按G B l345进行,水泥胶砂强度按G B l77—1999进行。
实验采用尺寸为40m m X40m m X160m m 的试件,试件在成型后24h拆模,拆模后将其放人标准养护室养护,养护条件为:温度20±1℃水中养护,且在养护室内试件彼此间隔不少于10m m;分别测定砂浆试样7d和28d抗压和抗折强度。
2钢渣显微结构特性及其与性能的关联分析为观察钢渣的显微结构,对选取的具有代表性各种钢渣块,在无水酒精介质中经过打磨、抛光等工艺制成光片,在偏光显微镜下观察钢渣自身的显微构造。
观察得到钢渣的矿物组成如图1所示。
(a、f b)图1钢渣的显微结构构造由图1.-J见,钢渣主要矿物成分为板状硅酸三钙和圆形及类圆形的硅酸二钙,其次为铁酸钙和玻璃相,玻璃相主要为富铁的浅色中间相(晶态、非晶态共存,富铁玻璃相居多)和分布在浅色中间相中的深灰色点滴状富含镁铝硅的深色中间相(晶态、非晶态共存,富镁硅玻璃相居多)。
图l(a)中硅酸三钙最大为1998斗nl,有的粒径为1059¨13q;硅酸三钙包裹中的M g O颗粒粒径为142肛133至271I t,m 不等,如图1(c)中深色颗粒为硅酸三钙包裹中的M gO颗粒粒径即为159I X m;钢渣中的金属铁主要呈球粒状嵌布,见图l(b),粒度大小一般介于100~300斗m,最大可达3m m;与图1(a)中的粒径差别不大;图1(d)中白色颗粒为硅酸二钙,粒径为943斗m。
从钢渣的显微结构和化学特性可以看出,钢渣在作水泥原材料具有以下优势:(1)钢渣中含铁:钢渣是冶金行业的工业废渣,其矿物组分主要为C,S、C2s、C aF:、C aO、M gO和单质铁等。
钢渣中含有的铁以Fe,0,计可高达40%左右,适合替代铁质校正原料用于水泥的生产。
钢渣作为铁质校正原料,不仅可以减少大量钢渣外排,还可以节省天然铁矿石资源,降低生产成本。
因此,虽然钢渣中铁含量不是很高,但是它对提高液相量,形成最低共熔温度是非常有用的。
◆116技术/研究R es ear ch(2)“诱导晶种”作用:90年代中国建材科学研究院推出“添加晶种”熟料煅烧技术,即在生料制备过程中,引入适量的优质水泥熟料作为“晶种”,在熟料煅烧过程中起到“诱导晶种”的特殊作用。
钢渣中含有硅酸i钙、硅酸二钙等物质,这些矿物在熟料煅烧过程中同样能起到了“诱导晶种”的作用。
该作用可有效地降低晶体形成时的核化势垒,打破原CaO—Si02一A1:0,一Fe:0,系统的动态平衡,促使化学反应速度进一步加快,为C:S吸收f C aO形成C,S的反应创造条件,最终促进水泥熟料烧成。
若采用钢渣,可作为水泥熟料煅烧中的“非熟料晶种”配料,可取得与水泥熟料晶种相同的技术经济效果。
(3)调节生料中的铝率(I M):就化学组成而言,武钢钢渣中Fe,0,和FeO含量一般约为24%左右,而水泥工业常用的铁粉含Fe203一般为40%左右,其次钢渣(Fe203+FeO)/A1203为4~5,而铁粉中Fe:0,/A1:0,一般为2.5。
可见,钢渣铁铝比值较大,便于调节生料中铝氧率(I M)值。
作矿化剂和促进剂:钢渣中含有M gO和FeO等矿物组分,是熟料烧成过程中良好的矿化剂和促进剂,能够降低C aC O,分解温度,并加速化学反应提高C aC O,的分解率。
如钢渣中M90含量较高,将造成熟料M gO含量升高,煅烧时可提高熟料液相量,利于煅烧;同时含有的部分FeO也可降低液相出现的温度。
部分代替石灰石和硅铝质校正材料:钢渣中C、S、C2S等中含有的C aO、Si O,和A1,0、,在取代铁质的时候还可部分替代石灰石和硅铝质校正材料,减少石灰石和硅铝质校正材料资源的消耗,进一步保护生态环境。
同时钢渣中高活性ca0可以相对减少C aC O,分解所需能量,降低熟料热耗,减少配煤量,同时活性氧化钙减少Tco:排放,达到适当减排的目的。
通过生料预均化克服钢渣组分波动大的问题;并通过回转窑旋转煅烧再次均化。
且无钢渣安定性不良的问题。
考虑钢渣中铁粒对易磨性影响大,即会由于钢渣粉生料不易磨细而影响生产控制。
而铁粒一般易富集在一起,故考虑铁粒一般大小在0.3r am左右,加之富集效果影响,可采取对钢渣进行初磨后进行选铁,将不易磨细的单质铁粒选出后将对钢渣易磨性进行改善。
从钢渣的显微结构可见,采用钢渣代替铁质校正材料配料有诸多优点,而且对提高钢渣的易磨性也具有明显的参考价值。
下面从以下几个方面再来验证钢渣结构与性能之间关系的正确性。
3钢渣的粉磨特性影响钢渣易磨性的主要因素是单质铁。
为此采用二次除铁工艺来对钢渣进行粉磨性能试验(工艺见图2)。
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筛[】匠匪蔓亚图2钢渣粉磨工艺示意图表2除铁和粉磨对钢渣粉粉磨性能的影响0.08r am0.045m m比表面积项目粉磨方式筛余,%筛余,%/(I n2/kg)钢渣粉12.4l10.3423粉磨30m i n后不除铁钢渣粉22.329.7432粉磨30rai n后除铁粉磨30ra i n后不除铁,钢渣粉32.288.7472再粉磨50m i n粉磨30r ai n后二次除钢渣粉42.208.0537铁,再粉磨50m i n一◆一◆由表2可见,当采用二次除铁工艺后,在同样的粉磨时间下,钢渣粉的比表面积从472m2/kg提高蛩J T537m2/kg,钢渣的易磨性明显得到改善。
可见,在实际生产中只有采用二次除铁工艺,将钢渣粉磨到适宜的细度是没有问题的,而且经过二次除铁后钢渣对磨机的磨损也会大幅度降低。
4钢渣熟料烧成性能为对比采用钢渣配料后对熟料性能的影响,在此引入未掺钢渣T一11000倍放大R es e ar ch研究/技术117●的利用铁矿石进行配料的参比来进行对比研究。
为增加结论的对比性,在保持满足率值要求的范围内,使其率值基本保持一致。
实验配比见表3。
烧制好的熟料断面的显微形貌如图3所示。
表3钢渣与铁矿石水泥熟料烧成配合比设计l试样石灰石页岩砂岩钢渣铁矿石K H s M I M T—l80.016.O2.00.O2.00.9072.241.33『G-178.419.2O.02.400.8972.301.6lG一1l ooo倍放大图3未掺钢渣对比样(T一1)和掺有钢渣的水泥熟料(G一1)显微图像从图3可以看出,掺有铁矿石的水泥熟料中气孑L较多。
掺有钢渣的水泥熟料断面较为致密,对比可知,掺有钢渣的水泥熟料烧成矿物相中c,S含量更高,这也再次说明钢渣的晶种效果明显,也从微观结构方面证明,掺有钢渣的水泥熟料具有较高的强度。
对以上两种配合比烧制水泥熟料,与石膏配制水泥(其中s0,含量在1.9%),测定水泥净浆在标准养护条件下的3d及28d强度,实验结果如表4所示。