張先華

(攀鋼集團(tuán)成都鋼釩有限公司,四川成都610303)

攀成鋼公司高爐水渣綜合利用研究

張先華

(攀鋼集團(tuán)成都鋼釩有限公司,四川成都610303)

為了推進(jìn)攀成鋼公司高爐水渣的綜合利用,攀成鋼公司進(jìn)行了相關(guān)研究,探討了攀成鋼公司高爐水淬渣的相關(guān)性能,微粉生產(chǎn)的基本工藝參數(shù)以及在水泥和混凝土中的應(yīng)用前景等。

高爐水淬渣;綜合利用;研究

1 引言

高爐渣作為煉鐵工業(yè)的副產(chǎn)品,價(jià)格低廉。而超細(xì)粉磨的礦渣微粉,不論是作為中間產(chǎn)品和熟料一起生產(chǎn)礦渣水泥,還是作為最終產(chǎn)品,都具有廣闊的市場前景,不僅具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,還具有顯著的生態(tài)效益。據(jù)測算,超細(xì)粉磨的礦渣細(xì)粉每替代1t水泥熟料,約減少原煤消耗180kg,減排CO2約1t。

礦渣粉摻入在混凝土中顯著提高混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)性,降低了混凝土的干縮率,相應(yīng)地降低了混凝土的吸水率和氯離子擴(kuò)散系數(shù),改善了混凝土的抗?jié)B性和對(duì)海水、酸及硫酸鹽的抗化學(xué)侵蝕能力。另外,以礦渣粉合理地置換水泥,能降低混凝土中水泥水化的早期放熱速度,抑制混凝土的絕熱溫升,減少了大體積混凝土早期的溫度拉應(yīng)力。細(xì)磨礦渣粉制成的高性能混凝土作為優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)建材,廣泛用于大體積混凝土的水工工程和海工工程、高強(qiáng)度大跨度的橋梁和高層建筑中,在我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)中正發(fā)揮著積極的作用。

而攀成鋼公司隨著釩鈦磁鐵礦的使用比例逐年提升,高爐渣中TiO2含量也會(huì)逐步提高,這樣將會(huì)顯著影響高爐渣作為水泥和混凝土原料的性能。因此,為了使高爐水淬渣的利用達(dá)到效益最大化,公司成立了專門研究小組,進(jìn)行有關(guān)高爐渣用于生產(chǎn)水泥或混凝土原料的研究。

2 研究的主要內(nèi)容

2.1 原料基本性能的檢測與評(píng)估

對(duì)研究所涉及的熟料、礦渣、石膏、砂子、石子等各種原料,按照相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行檢測和評(píng)估,為進(jìn)行下一步的研究工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 新型礦渣水泥生產(chǎn)工藝的研究

新型礦渣水泥生產(chǎn)工藝參數(shù)主要包括:熟料和礦渣的配比、石膏用料、石膏處理方式、礦渣的細(xì)度等。最終確定出用攀成鋼原料可生產(chǎn)新型礦渣水泥的強(qiáng)度等級(jí)、各等級(jí)的配料方案、各等級(jí)水泥的主要性能。

2.3 用于水泥和混凝土的活性礦渣微粉的研究

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)礦渣微粉分為S75、S95和S105三個(gè)等級(jí),而主要影響因素有礦渣的化學(xué)組成和玻璃體含量,以及礦渣粉的比表面積和粒度分布、石膏熱處理方式等。所以這一部分的研究目的是確定攀成鋼礦渣粉的等級(jí),以及相關(guān)的一些工藝參數(shù),為礦渣微粉用戶提供相關(guān)參數(shù)。

2.4 礦渣微粉作為混凝土摻合料的應(yīng)用

礦渣微粉作為混凝土摻合料配入混凝土中,替代部分水泥(硅酸鹽水泥河鋪通硅酸鹽水泥),進(jìn)行配制不同流動(dòng)性和不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土中參考配比的實(shí)驗(yàn),為混凝土用戶提供配比依據(jù)和參照;用混凝土摻合料制備的混凝土耐久性試驗(yàn)研究以及與原工藝生產(chǎn)的普通水泥作比較。

3 研究試驗(yàn)結(jié)論

3.1 原料的化學(xué)成分和礦物組成

經(jīng)過分析,攀成鋼礦渣的水硬性系數(shù)、活性系數(shù)較高,礦渣的活性一般。堿性系數(shù)略小于1,屬于酸性礦渣。質(zhì)量系數(shù)很小,略小于國家規(guī)定的合格指標(biāo),同時(shí)TiO2含量高于目前國家標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 礦渣水泥物理性能研究

(1)根據(jù)礦渣粉細(xì)度和摻量對(duì)水泥熟料強(qiáng)度的影響,提出了新型礦渣水泥配比方案,見表1。

(2)石膏在礦渣水泥中既是緩凝劑,又是礦渣水化的硫酸鹽激發(fā)劑,礦渣摻量的變化會(huì)影響水泥的最佳石膏加入量。研究發(fā)現(xiàn)攀成鋼石膏的最佳摻量為3%～4%;

(3)摻燒石膏的礦渣水泥3天、7天抗折強(qiáng)度明顯高于摻加二水石膏的礦渣水泥,而摻加二水石膏的礦渣水泥的3天、7天抗壓強(qiáng)度高于摻燒石膏的水泥。對(duì)于28天的抗折和抗壓強(qiáng)度差別很小。

(4)硅酸鹽水泥有明顯針狀CSG凝膠,在礦渣水泥里卻不存在。硅酸鹽水泥中的Ca(OH)2衍射峰明顯高于礦渣水泥,水化體系中的Ca(OH)2數(shù)量較多;同時(shí)隨細(xì)度增加,Ca(OH)2衍射峰略有減少。

3.3 礦渣在水泥混凝土中的應(yīng)用

為對(duì)比新型礦渣水泥為膠凝材料的混凝土,與原工藝生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥混凝土在工作性和力學(xué)性能兩方面的差異,對(duì)采用普通水泥設(shè)計(jì)的C30、C40混凝土,坍落度控制在110mm±10mm。采用機(jī)械攪拌成型,在溫度為20℃±2℃、濕度大于65%養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)24h后脫模,然后放入養(yǎng)護(hù)箱中進(jìn)行養(yǎng)護(hù),分別在3天、7天、28天時(shí)測其抗壓強(qiáng)度。

表1 新型礦渣水泥配比方案

混凝土拌和好后,迅速測量其各種性能,同時(shí)判斷拌和物的和易性,測量容重,用來修正配合比。

通過礦渣在水泥混凝土的實(shí)驗(yàn)研究,得出如下結(jié)論:

(1)試驗(yàn)用砂石性能指標(biāo)均符合國家標(biāo)準(zhǔn),可作為混凝土原料用;減水劑奈系高效減水劑,試驗(yàn)摻量為0.8%～1.0%,減水率約為15%～21%。

(2)礦渣摻入的C30和C40混凝土和易性良好,摻量20%～40%的時(shí)候均能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求,摻量為50%或60%混凝土經(jīng)激發(fā)后可達(dá)到設(shè)計(jì)要求,建議最大摻量為50%。

(3)用礦渣替代普通水泥的混凝土,在要求的坍落度范圍內(nèi),具有良好的和易性。

(4)礦渣水泥混凝土在抗?jié)B性、收縮、抗凍性等方面的性能良好。

3.4 礦渣微粉的制備工藝參數(shù)及性能

國家在礦渣微粉的三個(gè)等級(jí)中對(duì)質(zhì)量的要求逐級(jí)提高。其中,活性系數(shù)和流動(dòng)度比為最重要的兩個(gè)指標(biāo),都與礦渣粉的細(xì)度、粒度分布和顆粒形貌有關(guān),在一定范圍內(nèi)是可以人為控制的。通常提高活性系數(shù)和流動(dòng)度比的方式有增加礦渣粉細(xì)度、改變礦渣粉粒度分布、使用助墨劑、改變石膏形態(tài)、添加其他激發(fā)劑。

通過實(shí)驗(yàn)分析得出以下結(jié)論:

(1)礦渣微粉的生產(chǎn)工藝參數(shù)為:

①S75級(jí)礦渣與4%天然二水石膏共同粉磨或礦渣單獨(dú)粉磨至685m2/kg以上的細(xì)度。

②煅燒石膏對(duì)礦渣微粉活性系數(shù)的提高不起作用。

(2)因攀成鋼礦渣含鈦量高,質(zhì)量較差,礦渣微粉活性系數(shù)偏低,特別是28天。但7天活性系數(shù)還略有富余,如進(jìn)一步采取技術(shù)措施還有望使S75級(jí)礦渣微粉所需的細(xì)度下降,以減少礦渣粉磨的綜合成本。

(3)攀成鋼高爐礦渣粉磨功能指數(shù)為19.25k W·h/t。

4 結(jié)論

礦渣作為混合材可生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥(P·O)和礦渣硅酸鹽水泥(P·S)。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:P·O中礦渣摻量不能超過15%,而P·S中礦渣摻量可為20%～70%。因此P·S對(duì)最大限度地利用礦渣和降低水泥生產(chǎn)成本更有意義。但是,傳統(tǒng)P·S的生產(chǎn)方法是將水泥熟料和礦渣在粉磨設(shè)備(主要為球磨機(jī))內(nèi)混合粉磨而成,因熟料和礦渣兩者易磨性差別較大,所得水泥中礦渣平均粒度偏大,細(xì)粉含量低,其潛在活性得不到有效發(fā)揮,影響了水泥的早期強(qiáng)度等性能,也制約著礦渣摻量的提高。

超細(xì)粉磨的礦渣微粉不僅顯著地改變水泥和混凝土的性能,而且大幅度地提高了水泥中礦渣的摻量。以前從廢物利用及節(jié)能環(huán)保角度將礦渣作為“經(jīng)濟(jì)組分”摻入水泥中,如今,隨著對(duì)其性能的深入研究,超細(xì)粉磨的礦渣具有更大的水硬活性和優(yōu)越的施工性能,而將其發(fā)展成為“功能組分”加以利用。礦渣細(xì)粉改性的深入研究為其在水泥和混凝土中的應(yīng)用開辟了新的途徑,而高效低耗的礦渣超細(xì)粉磨技術(shù)的不斷進(jìn)步又為其實(shí)際應(yīng)用提供了可能。

對(duì)于公司高爐水渣微粉,磨制的細(xì)度等級(jí)不同,只要摻入適量都可以達(dá)到相應(yīng)水泥及混凝土的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)國家對(duì)礦渣微粉所制定的標(biāo)準(zhǔn),公司高爐礦渣必須磨制成細(xì)度為685m2/kg才能達(dá)到S75的要求。國內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備細(xì)度的控制水平一般都在450m2/kg～480m2/kg。同時(shí)公司高爐水渣本身就屬于大于14 k W·h/t的高耗能、特難磨物料,如果磨至685m2/kg,恐早已失去經(jīng)濟(jì)效益。

研究結(jié)果反映了公司當(dāng)前高爐水渣的性能及各相關(guān)參數(shù)。但是對(duì)于研究所提出的在水泥和混凝土中應(yīng)用的方案,目前還只是停留在實(shí)驗(yàn)室里。攀成鋼要依照實(shí)施,并按照效益最大化的原則開發(fā)利用高爐水渣,還需要做更多探討及研究工作。

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

張先華,工程師,主要從事科研管理及循環(huán)經(jīng)濟(jì)管理工作。