CN101555531B - 利用转炉钢渣的余热对钢渣进行活化改性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用转炉钢渣的余热对钢渣进行活化改性的方法，包括如下几个步骤：将性能调节材料电炉还原渣、煤渣及辅助材料按重量份数混合造粒；在钢渣出炉前将干燥好的性能调节材料置放于钢渣包中或利用螺旋输送机输送到钢渣包中；利用熔融钢渣倾倒的冲击力将性能调节材料和钢渣进行混合；将混合的性能调节材料和钢渣在渣包中热闷8～24小时；对重构后的钢渣采用颚式破碎机进行破碎，并进行磁选分离；最后粉磨至比表面积400～500m2/kg，得到活性钢渣微粉。本发明将性能调节材料投放到钢渣包中与熔融钢渣进行混合，利用熔融钢渣的余热使得两者在高温下发生化学反应，提高转炉钢渣的水化与胶凝活性。

Description

利用转炉钢渣的余热对钢渣进行活化改性的方法
技术领域
本发明涉及转炉钢渣的利用技术领域，具体利用转炉钢渣的余热对钢渣进行活化改性的方法。
背景技术
钢渣作为炼钢时的废渣，一般为粗钢产量的20％左右。近年来，随着我国钢铁工业的快速发展，钢渣的堆积量逐年增长，不仅占用了大量的土地，也造成了严重的环境污染。转炉钢渣的矿物组成主要为硅酸三钙、硅酸二钙、铁酸钙、氧化铁、游离钙和RO相等，其中硅酸盐矿物为胶凝活性矿物，因此，钢渣在用作水泥混合材或混凝土掺合料等方面具备具有良好的利用潜力。但是，由于钢渣中的矿相存在：(1)C3S中固溶有铁、硫等；(2)C2S中固溶有磷且部分C2S以低活性的γ-C2S形态存在；(3)铁铝酸盐中铝含量低和(4)晶粒粗大、结构致密等特点，导致水化和胶凝活性差，同时，由于f-CaO、方镁石(MgO)所致的安定性差等问题，严重制约了钢渣作为辅助性胶凝材料在水泥、混凝土行业的广泛利用。目前，钢渣在水泥混凝土工业的利用率仅约10％，其主要利用方式是用作筑路材料、回填料等，只能说是一种低附加值的利用模式。因此，开拓新技术或研发新装备，改善钢渣的胶凝活性，既可一定程度上减轻水泥、混凝土工业辅助性胶凝材料不足的压力和降低水泥、混凝土生产成本，又可为钢厂减轻环境压力和产生经济效益。
就改善钢渣的物化和胶凝性能，国内外众多学者开展了大量工作，钢渣活化是迄今为止的主流性研究工作，主要为：
机械力活化，通过研磨，钢渣颗粒变小，比表面积增大，粉磨能量中的一部分转化为新生颗粒的内能和表面能，同时颗粒表面形成易溶于水的非晶态结构，因而钢渣活性提高。甄广常等在水泥中掺入30～50％的磨细钢渣粉，制备了52.5复合硅酸盐水泥。但是，钢渣易磨性差，粉磨能耗高，而且通过此方法其胶凝活性的提高也有限。
压蒸养护，通过压蒸养护，可促进硅酸盐矿物、镁橄榄石、黄长石等惰性或低活性矿物发生水热反应。Yasumasa Fukashima提出，压蒸加速了钢渣与矿渣混合料的水化，可制备出托贝莫来石含量达20％以上的各种道路建筑材料制品；钱光人、徐光亮等通过采用压蒸手段加速了低碱度钢渣的水化速度，制备出了蒸压强度50MPa以上的石英砂橄榄石类钢渣胶凝材料。
化学激发，化学激发是通过化学的作用(一般是掺加化学外加剂)加速钢渣的水化硬化。常用激发剂为石膏、熟料、石灰和碱金属的硅酸盐、碳酸盐氢氧化物等。林宗寿等以Na2SiO4+Na2CO3活化处理钢渣、粉煤灰，在掺量达35％时可稳定生产42.5早强型水泥。
以上活化措施均属于“后端”处理技术，是传统的方法，主要是建立在利用钢渣中所含有效或潜在的胶凝组分基础上，但由于钢渣在活性方面的先天性不足，性能改善的空间不大，而且每种方法也都存在着一定的局限性，也不具备普适性，对钢渣在水泥、混凝土行业的大规模应用意义不大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供利用转炉钢渣的余热对钢渣进行活化改性的方法。该方法充分利用转炉钢渣的余热，提高转炉钢渣的水化和胶凝性能，不仅能够保护环境、节约资源，节约水泥用量，减少CO2排放，同时也为钢渣的有效综合利用，提供新的途径。本发明通过如下技术方案实现：
本发明将性能调节材料投放到钢渣包中，利用熔融钢渣倾倒的冲击力将性能调节材料和钢渣进行混合，利用钢渣的余热使二者发生化学重构反应，提高转炉钢渣的活性。具体技术方案如下：
利用转炉钢渣的余热对钢渣进行活化改性的方法，该方法将炼钢转炉中的熔融钢渣倾倒至装有性能调节材料的钢渣包中，倾倒产生的冲击力将性能调节材料和熔融钢渣进行混合，性能调节材料和熔融钢渣在熔融钢渣的余热的作用下发生化学重构反应，使钢渣的活性得到提高；所述性能调节材料由如下组分按重量份数混合制成：
电炉还原渣                50～95
煤渣                      0～50
辅助材料                  0～5。
上述利用转炉钢渣的余热对钢渣进行活化改性的方法中，所述电炉还原渣的主要化学组成重量百分比为：SiO210～25％、FeO0.1～2％、Al2O31～6％、CaO45～65％、MgO5～10％。
上述利用转炉钢渣的余热对钢渣进行活化改性的方法中，所述煤渣的主要化学组成重量百分比为：SiO255～65％、Fe2O31～6％、Al2O316～23％、CaO1～3％、MgO0～3％。
上述利用转炉钢渣的余热对钢渣进行活化改性的方法中，所述辅助材料主要组分为淀粉类聚合物或聚乙烯醇聚合物。
上述利用转炉钢渣的余热对钢渣进行活化改性的方法中，所述淀粉类聚合物为保塑性淀粉、增稠性淀粉、保塑增稠淀粉中的一种或两种以上。
上述利用转炉钢渣的余热对钢渣进行活化改性的方法中，性能调节材料经过造粒后，再置放于钢渣包中或利用螺旋输送机输送到钢渣包中，其中性能调节材料的加入量为钢渣重量的10％～30％。
上述利用转炉钢渣的余热对钢渣进行活化改性的方法中，性能调节材料和钢渣混合后在钢渣包中热闷8～24小时。
上述利用转炉钢渣的余热对钢渣进行活化改性的方法中，在钢渣的余热作用下钢渣和性能调节材料发生化学反应，反应后钢渣中游离氧化钙的重量百分比含量小于2％，比表面积400～500m2/kg，28d活性指数大于85％。
本发明将性能调节材料投放到钢渣包中与熔融钢渣进行混合，利用熔融钢渣的余热使得两者在高温下发生化学反应，提高转炉钢渣的水化与胶凝活性。本发明相对于现有技术具有如下优点：
1、从钢渣的源头上进行化学活性的调控，克服在后期由于钢渣成分波动而引起活性差异大的缺点，保证钢渣的胶凝性能，推进钢渣在胶凝材料中的大规模应用。
2、利用电炉还原渣和煤渣作为主要的性能调节组分，不需要任何激发剂，克服了单掺钢渣粉早期强度较低的缺点，同时将电炉还原渣、煤渣等工业废弃物进行资源再利用。
3、避免排出钢渣热量的直接损失，实现钢渣余热的再利用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施作进一步说明。实施例1～4中涉及的钢渣、电炉还原渣、煤渣的化学组成如表1(重量百分比％)：
表1
实施例1：
转炉钢渣排渣量为3吨，性能调节材料为钢渣重量的10％。
将电炉还原渣、煤渣、外加剂按如下重量份数混合，制备性能调节材料：
电炉还原渣                70份(210千克)
煤渣                      25份(75千克)
保塑性淀粉                5份(15千克)
将性能调节材料造粒后，置放于钢渣包中。
利用熔融钢渣倾倒的冲击力将性能调节材料和钢渣进行混合。
将混合的性能调节材料和钢渣在渣包中热闷8小时。
在熔融钢渣的余热作用下钢渣和性能调节材料发生化学反应。
实施例2：
转炉钢渣排渣量为3吨，性能调节材料为钢渣重量的15％。
将电炉还原渣、煤渣、外加剂按如下重量份数混合，制备性能调节材料：
电炉还原渣            80份(360千克)
煤渣                  17份(76.5千克)
增稠性淀粉            3份(13.5千克)
将性能调节材料造粒后，置放于钢渣包中。
利用熔融钢渣倾倒的冲击力将性能调节材料和钢渣进行混合。
将混合的性能调节材料和钢渣在渣包中热闷12小时。
在熔融钢渣的余热作用下钢渣和性能调节材料发生化学反应。
实施例3：
转炉钢渣排渣量为3吨，性能调节材料为钢渣重量的20％。
将电炉还原渣、煤渣、外加剂按如下重量份数混合，制备性能调节材料：
电炉还原渣            90份(540千克)
煤渣                  7份(42千克)
保塑增稠淀粉          3份(18千克)
将性能调节材料造粒后，利用螺旋输送机输送到钢渣包中。
利用熔融钢渣倾倒的冲击力将性能调节材料和钢渣进行混合。
将混合的性能调节材料和钢渣在渣包中热闷18小时。
在熔融钢渣的的余热作用下钢渣和性能调节材料发生化学反应。
实施例4：
转炉钢渣排渣量为3吨，性能调节材料为钢渣重量的30％。
将电炉还原渣、煤渣、外加剂按如下重量份数混合，制备性能调节材料：
电炉还原渣            50份(450千克)
煤渣                  49.5份(445.5千克)
聚乙烯醇              0.5份(4.5千克)
将性能调节材料造粒后，利用螺旋输送机输送到钢渣包中。
利用熔融钢渣倾倒的冲击力将性能调节材料和钢渣进行混合。
将混合的性能调节材料和钢渣在渣包中热闷24小时。
在熔融钢渣的的余热作用下钢渣和性能调节材料发生化学反应。
对实施例1～4的重构钢渣采用颚式破碎机进行破碎，并对重构钢渣进行磁选分离；最后粉磨的比表面积分别为421m2/kg、426m2/kg、432m2/kg、419m2/kg。参照国家标准GB/T20491-2006《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》进行重构钢渣细粉的性能试验。上述四个实施例的钢渣细粉的物理性能如表2。
表2
Figure G2009100396046D00051
表2结果说明：将重构钢渣粉掺入水泥中，掺量为水泥重量的30％时28d活性指数均大于85％，且实例3的28天抗压强度超过基准水泥的强度。可见，该方法利用性能调节材料，在高温下与钢渣发生化学重构反应，从源头上进行钢渣胶凝活性的调控，克服在后期由于钢渣成分波动而引起活性差异大的缺点，保证钢渣的胶凝性能。实现了转炉钢渣、电炉还原渣、煤渣等工业废弃物的再资源化利用。利用转炉钢渣的余热对钢渣进行活化改性的方法，实现钢渣余热的再利用，节能减排，为钢渣的有效综合利用提供新的途径。

Claims (5)

1.利用转炉钢渣的余热对钢渣进行活化改性的方法，其特征在于将炼钢转炉中的熔融钢渣倾倒至装有性能调节材料的钢渣包中，倾倒产生的冲击力将性能调节材料和熔融钢渣进行混合，性能调节材料和钢渣混合后在钢渣包中热闷8～24小时，性能调节材料和熔融钢渣在熔融钢渣的余热的作用下发生化学重构反应，使钢渣的活性得到提高；性能调节材料的加入量为钢渣重量的10％～30％，所述性能调节材料由如下组分按重量份数混合制成：
电炉还原渣      50～95
煤渣            7～50
辅助材料        0～5；
所述电炉还原渣的主要化学组成重量百分比为：SiO210～25％、FeO 0.1～2％、Al2O31～6％、CaO45～65％、MgO5～10％；所述煤渣的主要化学组成重量百分比为：SiO255～65％、Fe2O31～6％、Al2O316～23％、CaO1～3％、MgO0～3％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述辅助材料主要组分为淀粉类聚合物或聚乙烯醇聚合物。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述淀粉类聚合物为保塑性淀粉、增稠性淀粉中的一种以上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于性能调节材料经过造粒后，再置放于钢渣包中或利用螺旋输送机输送到钢渣包中。
5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于在钢渣的余热作用下钢渣和性能调节材料发生化学反应，反应后钢渣中游离氧化钙的重量百分比含量小于2％，比表面积400～500m2/kg，28d活性指数大于85％。
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