CN112390559B - 一种利用锰硅合金热熔渣制备砂石骨料的方法及应用 - Google Patents

一种利用锰硅合金热熔渣制备砂石骨料的方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用锰硅合金热熔渣制备砂石骨料的方法，采用顶部开口且整体呈梯形槽体结构的保温模具体以及能够对开口进行盖合的保温盖作为模具；将生产锰硅合金产生的液态的锰硅合金热熔渣浇筑到所述模具体中；将所述保温盖盖合到模具体的开口处，静置12‑36h后脱模得浇筑块；将制得的浇筑块经过三级破碎得到粉碎料；对粉碎料进行筛分，去除粒径不符合要求的颗粒以及粉末，最终制得粗集料或细集料；将粗集料或细集料放入制砂机中制得适用于混凝土或砂浆中的砂石骨料；采用本发明的方法制备砂石骨料，有效降低锰硅合金熔渣的脆性，提高砂石骨料表面的粗糙度，保持混凝土或砂浆具有良好的粘合度，并且有效做到锰硅合金熔渣的二次利用。

Description

一种利用锰硅合金热熔渣制备砂石骨料的方法及应用
技术领域
本发明属于锰硅熔渣处理技术领域，具体涉及一种利用锰硅合金热熔渣制备砂石骨料的方法及应用。
背景技术
锰硅合金是炼钢常用的复合脱氧剂，几乎所有的钢种都需要用锰来脱氧，2018年以来全国生铁、粗钢产量均呈正增长，因此对锰硅合金需求居高不下。锰硅合金渣是由锰硅合金冶炼过程中排放的高温炉渣经水淬而形成的一种高炉矿渣，每生产1吨锰硅合金约产生1.2-1.3吨锰硅合金渣，大量的固体废弃物已成为环境污染大户。2018年1月1日《中华人民共和国环境保护税法》开始施行，对堆存的工业固体废弃物加大征税力度，对不符合规定的冶金渣贮存、处置和资源化利用，需缴纳25元/吨的环境保护税，将给企业带来新的负担。同时2019年国家发改办44号文件将锰硅合金渣的治理列为固废重点治理的对象。
目前，对锰硅合金渣的常规处理是对其进行水淬处理后，再和其它添加剂熔炼、浇筑、冷却固化、破碎后，根据工程要求添加到混凝土或砂浆中；这样的方式存在以下问题：1、对锰硅合金渣的水淬处理过程要耗费大量的水资源，造成水资源的大量浪费；2、热熔锰硅合金渣的排出温度在1500℃左右，每吨热熔锰硅合金渣含热量约1.8GJ，水淬过程中这些热量被消耗，再次热熔时需要再次加热，从而造成热能源的损失和资源的过度消耗；3、经过水淬处理后的锰硅合金渣为轻质多孔结构，多孔结构的锰硅合金渣经过粉碎处理后应用于范围较为局限，只能用于部分需要轻质骨料的场所。
而锰硅合金渣直接自然冷却固化，则会形成如图2所示的玻璃体，此玻璃体脆性较大，表面光滑，作为混凝土骨料加入混凝土中，在搅拌过程中不易灌浆，与混凝土中水泥和细骨料粘合度差，和易性不理想；并且，玻璃体破碎过程产生的针片状较多，粉化率高，与合格产品分离难度大。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种通过对锰硅合金热熔渣采用保温缓慢冷却的方式固化，有效降低锰硅合金热熔渣固化后的脆性，制备的砂石骨料应用混凝土或砂浆中，实现锰硅熔渣资源化利用、节能环保、节省经济成本的利用锰硅合金热熔渣制备砂石骨料的方法。
本发明的技术方案根据下：
一种利用锰硅合金热熔渣制备砂石骨料的方法，包括以下制备过程：
S1、模具的制造，制作顶部开口且整体呈梯形槽体结构的保温模具体以及能够对开口进行盖合的保温盖，所述开口的面积大于模具体底部的面积；
S2、浇筑，首先在模具体底部铺一层固态锰硅合金熔渣，然后将生产锰硅合金产生的液态的锰硅合金热熔渣浇筑到所述模具体中；
S3、冷却，完成步骤S2后，将所述保温盖盖合到模具体的开口处，静置12-36h后脱模得浇筑块；
S4、破碎，将步骤S3制得的浇筑块经过三级破碎得到粉碎料；
S5、筛分，对步骤S4得到的粉碎料进行筛分，去除粒径不符合要求的颗粒以及粉末，最终制得粗集料或细集料；
S6、制砂，将步骤S5制得的粗集料或细集料放入制砂机中制得适用于混凝土或砂浆中的砂石骨料。
进一步，所述模具体包括内层以及外层，所述内层与外层之间填充有第一保温层，所述保温盖包括中空的壳体，所述壳体内填充有第二保温层。
进一步，所述内层为铸铁，所述外层以及壳体均为钢板。
进一步，所述内层与外层焊接。
进一步，所述第一保温层以及第二保温层为矿棉或陶瓷纤维或玻璃棉中的任一种。
进一步，所述内层的外表面涂覆有黄泥层或耐火土层。
进一步，所述步骤S4中的三级破碎依次为颚式破碎机作为一级破碎、圆锥破碎机作为二级破碎、反击式破碎机作为三级破碎。
进一步，所述粗集料的粒径级别为5-25mm，所述细集料的粒径级别为0.15-5mm。
一种利用前述方法制备的砂石骨料的应用，所述粗集料或所述细集料应用于土木工程或建筑工程混凝土或砂浆的制备。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明将生产锰硅合金产生的液态的锰硅合金热熔渣浇筑到具有保温层的模具体内后，盖上同样具有保温层的保温盖，静置12-36h进行保温状态的缓慢冷却，与采用直接的自然冷却相比，有效降低固化后的锰硅合金熔渣的脆性，破碎后得到的砂石骨料表面具有良好的粗糙度，掺和到混凝土或砂浆中具有良好的粘合度，并且有效降低破碎过程中针片状碎料含量，同时有效降低粉化率；
2、本发明的模具体采用顶部开口的梯形槽体结构，便于固化后的浇筑块脱离模具体；浇筑前在模具体的底部铺一层固态锰硅合金熔渣，有效避免液态的锰硅合金热熔渣与模具体粘连；
3、本发明对浇筑块通过三级破碎，有效对浇筑块进行充分破碎以提高粉碎料的颗粒均匀度，并通过筛分去除粒径不符合要求的颗粒以及粉末，以提高得到的粗集料或细集料应用到混凝土或砂浆后的骨料性能；
4、本发明无需对锰硅合金热熔渣进行水淬处理，直接利用具有保温功能的模具体进行缓慢冷却，有效节省水资源的浪费，同时做到锰硅合金热熔渣的二次利用，有效提高锰硅合金热熔渣的综合利用率，进而解决工业固体废弃物堆存困难的问题，一定程度上减少对山体开挖、砂石开采，有效保护生态环境。
附图说明
图1为本发明中模具体与保温盖的结构示意图；
图2为自然冷却后的锰硅合金热熔渣晶体图；
图3为在具有保温功能的模具体内缓慢冷却后的锰硅合金热熔渣晶体图；
其中，1、模具体，101、内层，102、外层，103、第一保温层，2、保温盖，201、壳体，202、第二保温层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种利用锰硅合金热熔渣制备砂石骨料的方法，包括以下制备过程：
S1、模具的制造，制作顶部开口且整体呈梯形槽体结构的保温模具体1以及能够对开口进行盖合的保温盖2，所述开口的面积大于模具体1底部的面积；
S2、浇筑，首先在模具体1底部铺一层固态锰硅合金熔渣，然后将生产锰硅合金产生的液态的锰硅合金热熔渣浇筑到所述模具体1中；
S3、冷却，完成步骤S2后，将所述保温盖2盖合到模具体1的开口处，静置12-36h后脱模得浇筑块；
S4、破碎，将步骤S3制得的浇筑块经过三级破碎得到粉碎料；
S5、筛分，对步骤S4得到的粉碎料进行筛分，去除粒径不符合要求的颗粒以及粉末，最终制得粗集料或细集料；
S6、制砂，将步骤S5制得的粗集料或细集料放入制砂机中制得适用于混凝土或砂浆中的砂石骨料。
本实施中，所述模具体1包括内层101以及外层102，所述内层101与外层102之间填充有第一保温层103，所述保温盖2包括中空的壳体201，所述壳体201内填充有第二保温层202，所述第一保温层103与第二保温层202的厚度为10-15cm，当保温盖2盖合到模具体1上时能够对模具体1进行完全密封。
本实施中，所述内层101为铸铁，所述外层102以及壳体201均为钢板。
本实施中，所述内层101与外层102焊接。
本实施中，所述第一保温层103以及第二保温层202为矿棉或陶瓷纤维或玻璃棉中的任一种。
本实施中，所述内层101的外表面涂覆有黄泥层或耐火土层，从而对铸铁内层101进行防护，避免高温锰硅合金热熔渣对内层产生损坏。
本实施中，所述步骤S4中的三级破碎依次为颚式破碎机作为一级破碎、圆锥破碎机作为二级破碎、反击式破碎机作为三级破碎，从而对浇筑块进行逐级充分破碎。
本实施中，所述粗集料的粒径级别为5-25mm，所述细集料的粒径级别为0.15-5mm。
一种利用前述方法制备的砂石骨料的应用，所述粗集料或所述细集料应用于土木工程或建筑工程混凝土或砂浆的制备。
实验例说明：
按本发明提供的方法制备锰硅合金热熔渣砂石骨料，其中粗集料的粒径级为5-25mm，细集料的粒径级为5-0.15mm，胶凝材料采用42.5普通硅酸盐水泥和二级粉煤灰，减水剂为聚羧酸干粉，配制以下实验例的混凝土，并测试其塌落度、扩展度以及抗压强度变化；其中，胶凝材料、粗集料、细集料、水的添加量为每一立方混凝土对应的添加质量(kg)，塌落度及扩展度的单位为mm。
实验例1
按规格配制C30混凝土，各组分添加量及实验情况如下：
C30混凝土配比及塌落度和扩展度：
Figure BDA0002815376000000051
C30混凝土强度变化情况：
龄期/d 3 7 28
抗压强度/MPa 11.06 24.79 35.34
实验例2
按规格配制C30混凝土，各组分添加量及实验情况如下：
C40混凝土配比及塌落度和扩展度
Figure BDA0002815376000000052
Figure BDA0002815376000000061
C40混凝土强度变化情况：
龄期/d 3 7 28
抗压强度/MPa 14.67 33.12 46.85
实验例3
按本发明提供的方法制备锰硅合金热熔渣砂石骨料，其中粗集料的粒径级为5-25mm，细集料的粒径级为5-0.15mm，胶凝材料采用42.5普通硅酸盐水泥和95级矿粉，减水剂为聚羧酸干粉，配制高性能混凝土，并测试其塌落度、扩展度以及抗压强度变化；其中，胶凝材料、粗集料、细集料、水的添加量为每一立方混凝土对应的添加质量(kg)，塌落度及扩展度的单位为mm。
高性能混凝土配比及塌落度和扩展度：
Figure BDA0002815376000000062
高性能混凝土强度：
龄期/d 3 7 28
抗压强度/MPa 61.54 73.79 89.34
经过上述实验例，可知采用依靠本发明提供的利用锰硅合金热熔渣制备砂石骨料的方法制备的砂石骨料，应用于混凝土中，混凝土性能良好、稳定，抗渗、抗碳化、抗硫酸盐登记均符合要求，并且未发生碱骨料反应，可应用于建筑工程、土木工程的混凝土和砂浆中。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用锰硅合金热熔渣制备砂石骨料的方法，其特征在于，包括以下制备过程：
S1、模具的制造，制作顶部开口且整体呈梯形槽体结构的保温模具体（1）以及能够对开口进行盖合的保温盖（2），所述开口的面积大于模具体（1）底部的面积；
S2、浇筑，首先在模具体（1）底部铺一层固态锰硅合金熔渣，然后将生产锰硅合金产生的液态的锰硅合金热熔渣浇筑到所述模具体（1）中；
S3、冷却，完成步骤S2后，将所述保温盖（2）盖合到模具体（1）的开口处，静置12-36h进行保温状态的缓慢冷却后脱模得浇筑块；
S4、破碎，将步骤S3制得的浇筑块经过三级破碎得到粉碎料；
S5、筛分，对步骤S4得到的粉碎料进行筛分，去除粒径不符合要求的颗粒以及粉末，最终制得粗集料或细集料；
S6、制砂，将步骤S5制得的粗集料或细集料放入制砂机中制得适用于混凝土或砂浆中的砂石骨料。
2.根据权利要求1所述的利用锰硅合金热熔渣制备砂石骨料的方法，其特征在于：所述模具体（1）包括内层（101）以及外层（102），所述内层（101）与外层（102）之间填充有第一保温层（103），所述保温盖（2）包括中空的壳体（201），所述壳体（201）内填充有第二保温层（202）。
3.根据权利要求2所述的利用锰硅合金热熔渣制备砂石骨料的方法，其特征在于：所述内层（101）为铸铁，所述外层（102）以及壳体（201）均为钢板。
4.根据权利要求3所述的利用锰硅合金热熔渣制备砂石骨料的方法，其特征在于：所述内层（101）与外层（102）焊接。
5.根据权利要求2所述的利用锰硅合金热熔渣制备砂石骨料的方法，其特征在于：所述第一保温层（103）以及第二保温层（202）为矿棉或陶瓷纤维或玻璃棉中的任一种。
6.根据权利要求2所述的利用锰硅合金热熔渣制备砂石骨料的方法，其特征在于：所述内层（101）的外表面涂覆有黄泥层或耐火土层。
7.根据权利要求1所述的利用锰硅合金热熔渣制备砂石骨料的方法，其特征在于：所述步骤S4中的三级破碎依次为颚式破碎机作为一级破碎、圆锥破碎机作为二级破碎、反击式破碎机作为三级破碎。
8.根据权利要求1所述的利用锰硅合金热熔渣制备砂石骨料的方法，其特征在于：所述粗集料的粒径级别为5-25mm，所述细集料的粒径级别为0.15-5mm。
9.一种利用权利要求1所述方法制备的砂石骨料的应用，其特征在于：所述粗集料或所述细集料应用于土木工程或建筑工程混凝土或砂浆的制备。
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