鋼渣_石灰石復(fù)合硅酸鹽水泥的研制

1、0前言鋼渣是煉鋼生產(chǎn)過程的廢渣,它凝聚了爐料被氧化后生成的氧化物及硫化物等,主要來自金屬爐料中各元素被氧化后生成的氧化物、被侵蝕的爐襯、補(bǔ)爐材料和為調(diào)整鋼渣性質(zhì)而特意加入的造渣材料(如石灰石、白云石、鐵礦石、螢石、硅石等1-3。每生產(chǎn)1t 粗鋼約排放15%的鋼渣,我國積存鋼渣已有4億t 以上,且每年仍以數(shù)千萬噸的排渣量遞增4,但是鋼渣的利用率較低,僅為10%5。這些鋼渣若不處理和綜合利用,將會(huì)占用越來越多的土地,污染環(huán)境,影響鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。石灰石一直被當(dāng)作是惰性混合材,只是在水泥超標(biāo)號(hào)時(shí)為降低成本而在其中少量摻入。近年來國內(nèi)外大量研究表明6-8,石灰石在水泥中并不完全是簡單的惰性摻合料

2、,它具有加速效應(yīng)和活性效應(yīng),同時(shí)也具有可觀的形態(tài)效應(yīng)和優(yōu)異的微集料效應(yīng)。用石灰石能部分替代緊缺的活性混合材、高成本的熟料和石膏,大大降低了水泥成本,增加水泥產(chǎn)量,節(jié)約能耗,為企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。本文研究了石灰石不同摻入量對(duì)復(fù)合水泥性能的影響,確定鋼渣石灰石復(fù)合水泥的合理配比。通過測(cè)定復(fù)合水泥的強(qiáng)度、安定性等性能并且利用XRD 分析水泥水化產(chǎn)物的組成,利用掃描電鏡觀察水化產(chǎn)物形貌、微觀組織結(jié)構(gòu),分析石灰石摻入量對(duì)鋼渣水泥性能的影響,制得鋼渣石灰石復(fù)合水泥。1試驗(yàn)原料及方法濟(jì)鋼轉(zhuǎn)爐罐悶鋼渣,石灰石、二水石膏、水泥熟料來自萊蕪連云水泥集團(tuán)有限公司?；瘜W(xué)激發(fā)劑為本實(shí)驗(yàn)室自配。原料的化學(xué)分析見表1。

3、水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1346-2001進(jìn)行測(cè)定,安定性按照GB/T 750-1992壓蒸法檢驗(yàn),水泥膠砂強(qiáng)度按照GB/T 17671-1999進(jìn)行測(cè)定,比表面積按照GB/T 8074-1987水泥比表面積測(cè)定方法勃氏法測(cè)定。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析討論2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果鋼渣石灰石復(fù)合水泥的配比見表2;不同配比的鋼渣石灰石復(fù)合水泥的物理性能見表3。從表3可以看出:(1固定鋼渣摻量分別為30%,40%,50%,調(diào)節(jié)石灰石的摻量分別為5%,10%,15%,20%。分析試樣S1S4可得,當(dāng)鋼渣摻量為30%時(shí),隨著石灰石摻量的增加,復(fù)合水泥28d 抗折抗壓強(qiáng)度先增長后減中圖分類號(hào):TQ1

4、72文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1007-0389(201001-19-03鋼渣-石灰石復(fù)合硅酸鹽水泥的研制閆加旺1,李志強(qiáng)2,周宗輝2(1.唐山學(xué)院,河北唐山063020;2.濟(jì)南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,山東濟(jì)南250022摘要:通過研究石灰石摻量對(duì)鋼渣復(fù)合水泥強(qiáng)度和安定性等的影響,確定了鋼渣石灰石復(fù)合水泥的合理配比,制備了摻量大、性能優(yōu)良的鋼渣石灰石復(fù)合水泥。結(jié)果表明,水泥熟料摻量50%、鋼渣35%、石灰石10%的鋼渣復(fù)合水泥,其各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到32.5R 等級(jí)復(fù)合硅酸鹽水泥國家標(biāo)準(zhǔn)要求。關(guān)鍵詞:鋼渣;石灰石;復(fù)合水泥Development of steel slag-limestone

5、composite cementYan Jiawang 1,Li Zhiqiang 2,Zhou Zonghui 2(1.Tangshan College,Tangshan 063020,ChinaAbstract:The influence of the limestone addition on the strength and invariability of the steel slag composite cement was studied and the suitable ratio of the steel slag-limestone composite cement was

6、 determined.And steel slag-limestone cement with a large amount addition and good property was produced.The research results show that all performance indices of the steel slag-limestone composite cement,containing 50%cement clinker,35%steel slag content and 15%limestone content,reach to the require

7、ments of national stan dards for 32.5R composite portland cement.Keywords:steel slag;limestone;composite cement中國國家自然科學(xué)基金(項(xiàng)目號(hào):50872043,山東省教育廳科技計(jì)劃(項(xiàng)目號(hào):J08LA122010 年第1期設(shè)計(jì)研究閆加旺,等:鋼渣-石灰石復(fù)合硅酸鹽水泥的研制-19表1原料的化學(xué)成分%名稱燒失量w (SiO 2w (Fe 2O 3w (Al 2O 3w (CaO w (其它w (Mg w (R 2O0.2316.7317.995.2041.217.7810.862.75小

8、,當(dāng)石灰石摻量為10%時(shí)(S2復(fù)合水泥的抗折抗壓強(qiáng)度最大;當(dāng)鋼渣摻量為40%和50%時(shí)有相同的規(guī)律,同時(shí)當(dāng)石灰石摻量為10%時(shí)的S6樣和S10樣的抗折強(qiáng)度在同組中為最大。這說明石灰石在水化過程中起到微集料和促進(jìn)水化的作用,促使形成更多水化硅酸鈣,從而促進(jìn)了水泥強(qiáng)度的增長。(2固定石灰石的摻量,復(fù)合水泥的抗折抗壓強(qiáng)度隨著鋼渣摻量的增加逐漸減小(如S2,S6,S10,這充分說明了鋼渣活性比較差。(3S2樣(水泥熟料摻量50%、鋼渣30%、石灰石10%的鋼渣復(fù)合水泥的各項(xiàng)物理性能均達(dá)到32.5R 等級(jí)復(fù)合硅酸鹽水泥國家標(biāo)準(zhǔn)要求。在本試驗(yàn)條件下,S2是滿足鋼渣石灰石復(fù)合水泥的最優(yōu)配比。2.2水化產(chǎn)物組

9、成分析S2樣的3d 、28d 水化XRD 圖譜如圖1所示。分析圖1可以看出:在鋼渣摻量30%、石灰石摻量10%的S2復(fù)合水泥體系中,3d 水化產(chǎn)物主要是AFt 、C-S-H 凝膠;而28d 水化產(chǎn)物中Ca(OH2,水化硫鋁酸鈣固溶體(AFt 的量明顯增多,說明由于摻入了石灰石,鋼渣復(fù)合水泥體系中的鈣質(zhì)元素大量水化形成氫氧化鈣、水化硫鋁酸鈣固溶體(AFt 和水化硅酸鈣(C-S-H 。水化硅酸鈣在強(qiáng)度發(fā)展中起著主要作用,鈣礬石對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)主要在早期。2.3水化產(chǎn)物形貌分析S2樣的鋼渣石灰石復(fù)合水泥試樣養(yǎng)護(hù)3d 的掃描電子顯微鏡照片和X 射線能譜分析結(jié)果見圖2及圖3。由圖2和圖3可以看出,S2樣的鋼

10、渣石灰石復(fù)合水泥水化產(chǎn)物主要是團(tuán)絮狀等多種形狀的水化硅酸鈣凝膠、六角狀的氫氧化鈣、針棒狀的鈣礬石、桿柱狀沸石類水化鋁硅酸鈣以及水化硫鋁酸鈣等交織在一起,它們密集連生交叉結(jié)合,形成密實(shí)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。3結(jié)論(1當(dāng)石灰石摻量一定時(shí),復(fù)合水泥的抗折抗壓強(qiáng)度隨著鋼渣摻量的增加而減小;(2水泥熟料摻量50%、鋼渣30%、石灰石10%表3不同配比的鋼渣石灰石復(fù)合水泥的物理性能對(duì)比編號(hào)需水量凝結(jié)時(shí)間/min 抗壓強(qiáng)度/MPa 抗折強(qiáng)度/MPa %初凝終凝3d28d3d28d S125.05610015.023.63.35.0壓蒸安定性均為合格表2鋼渣石灰石復(fù)合水泥的質(zhì)量配比%編號(hào)熟料鋼渣石灰石激發(fā)劑二水石膏S1

11、5530555S250301055S345301555S440302055S54540555S640401055S735401555S830402055S93550555S1030501055S1125501555S1220502055Ca(OH2;AFt ;C-S-H ;SiO 2圖1鋼渣復(fù)合水泥(S2試樣3d 、28d 水化XRD 圖譜2010 年第1期設(shè)計(jì)研究閆加旺,等:鋼渣-石灰石復(fù)合硅酸鹽水泥的研制-20110-6以下;而且鋼中元素氧化輕微,夾雜物少;若爐料清潔,煉得的鋼液就很純凈。真空冶煉這種鋼材時(shí),配料要充分考慮錳元素的蒸發(fā),因?yàn)樵谡婵諚l件下熔煉時(shí),錳會(huì)發(fā)生顯著的蒸發(fā)現(xiàn)象,因而損

12、耗非常顯著。另外,應(yīng)考慮到在真空條件下,爐襯中的SiO 2被鋼中的碳還原,SiO 2+2CSi+2CO 其結(jié)果是鋼中的碳含量減少,硅含量增加。真空熔煉可以利用碳氮化合物與相等析出弱沉淀硬化型1相的精鋼共格析出強(qiáng)沉淀硬化型結(jié)構(gòu),來提高鋼材的高溫強(qiáng)度,產(chǎn)生超耐熱合金。4結(jié)語(1在新型干法生產(chǎn)線的燒成系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,三次風(fēng)管的合理設(shè)計(jì)非常重要。其中三次風(fēng)管的取風(fēng)點(diǎn)位置是關(guān)鍵之一,通常應(yīng)設(shè)置在窯頭罩內(nèi)且盡量遠(yuǎn)離窯筒體的位置。三次風(fēng)管直徑是關(guān)鍵之二,直徑不可過大,否則管內(nèi)風(fēng)速小,管底易積灰。目前4.8m 的5000t/d 生產(chǎn)線設(shè)置單根三次風(fēng)管時(shí)直徑的適宜范圍為2.83.0m 。管內(nèi)風(fēng)速控制是關(guān)鍵之三,設(shè)計(jì)

13、風(fēng)速為30m/s ,不僅節(jié)省投資并便于操作,且即使風(fēng)管為水平布置,管底也不易積灰。(2目前大多數(shù)廠三次風(fēng)管高溫閥閥板壽命都達(dá)不到105h ,仍需進(jìn)一步的設(shè)計(jì)改進(jìn)。【作者簡介】劉啟元,天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,教授級(jí)高工,退休。陳華,女,2004年7月西南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)畢業(yè)?，F(xiàn)在中建材國際裝備有限公司工作,參與了沙特6000t/d 項(xiàng)目及約旦6000t/d 項(xiàng)目的建設(shè)工作。(編輯:沈新(收修改稿日期:2010-01-05乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺

14、乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺乺20m圖2鋼渣石灰石復(fù)合水泥(S2水化3d SEM 照片的鋼渣復(fù)合水泥,安定性能良好,28d 抗壓強(qiáng)度最高,是鋼渣石灰石復(fù)合水泥的最優(yōu)摻量配比,其各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到32.5R 等級(jí)復(fù)合硅酸鹽水泥國家標(biāo)準(zhǔn)要求。參考文獻(xiàn)1肖琪仲.鋼渣的膨脹破壞與抑制J.硅酸鹽學(xué)報(bào),1996,24(6:635-640.2高橋達(dá)人.鐵鋼渣的再利用技術(shù)J.世界鋼鐵,2004,(5:65-69.6楊華山,方坤河,涂勝金,楊惠芬.石灰石粉在水泥基材料中的作用及其機(jī)理J.混凝土,2006(6:32.7Moncef Nehdi,Sidney Mindess.Optimization of high strengthlimestone filler cement mortarsJ.Cement andConcrete Res,1996(26:883-890.8Mustafa Sahmaran,Heru Ari Christianto,Ismail zgu rYa-man.The effect of chemical admixture