高炉渣对钢渣改性的物理化学基础研究

钢渣用作建筑材料时,由于其中含有大量游离氧化钙(f-CaO),稳定性较差,通常需要改性钢渣以提高其稳定性、胶凝性. 在对钢渣、高炉渣进行化学成分和矿物组成分析的基础上,对高炉渣改性钢渣的可能性进行了热力学计算,结果表明高炉渣中的SiO₂与钢渣中f-CaO反应,生成胶凝相,同时降低了钢渣中的f-CaO含量. 本文通过研究热态高炉渣改性钢渣,结合X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜及能谱分析等研究方法,对改性钢渣的矿物成分、f-CaO含量、黏度变化等进行了分析. 研究发现随着热态高炉渣配比量的增加,改性渣黏度缓慢增加,改性钢渣中f-CaO、RO相含量降低,改性渣的胶凝性能提高. 在1550℃下,钢渣中添加10%高炉渣时,改性渣中2CaO·SiO₂(C₂S)、3CaO·SiO₂(C₃S)含量显著提高,f-CaO质量分数降至1.64%,稳定性大大提高,符合建材化使用要求. 此外,进一步使用焦炭还原改性渣中的铁,轻松实现了渣铁分离,提高改性渣的易磨性.      

影响鞍钢转炉渣安定性的矿物相研究

由于鞍钢转炉钢渣存在体积安定性不良等问题,严重制约了钢渣的再利用途径和范围。采用扫描电子显微镜的X射线能谱仪等手段观察了鞍钢转炉渣的矿物形貌,测定了矿物的元素成分,并对不同时期转炉渣中f-CaO与f-MgO的含量进行化学分析,以明确f-CaO、RO相和f-MgO等对钢渣安定性的影响规律。结果表明:1)鞍钢转炉钢渣中主要矿物相为C2S、铁铝钙、镁铁相固溶体和少量C3S、f-CaO与f-MgO;2)鞍钢转炉渣中RO相的主要组织为镁铁相,质量分数为10%~20%,MgO/FeO的典型比例约为1∶2;3)鞍钢转炉渣f-CaO质量分数为2.08%~7.79%,f-MgO质量分数为0.16%~0.41%;4)微观形貌和化学分析结果均证明鞍钢转炉钢渣安定性的主要影响因素为f-CaO含量;5)游离氧化镁的单相组织极少,对转炉渣的安定性影响主要取决于RO相。     

酸性氧化物对转炉钢渣的改性作用

分别研究了酸性氧化物SiO2、B2O3、P2O5对转炉钢渣中f-CaO的消解作用。实验结果表明,当SiO2、B2O3、P2O5掺加量与f-CaO摩尔质量比均为1∶3时,钢渣中f-CaO的质量分数由4.27%降低到0.5%以下。即SiO2、B2O3、P2O5可有效降低钢渣中f-CaO含量,提高其体积安定性。通过对改性钢渣的矿物相组成和微观形貌进行分析可知,改性剂不仅固定了钢渣中的f-CaO,还夺取了铁酸二钙中的CaO,生成了更多的C2S。通过对转炉钢渣进行改性,制备得到了低f-CaO、低铁酸二钙和高硅酸二钙的改性钢渣,由此更有利于其在水泥熟料中的应用。     

高温改性及风淬处理对钢渣易磨性影响的工业性试验研究

通过工业性试验,采用向高温热态钢渣中掺入5%粉煤灰对钢渣进行改质,并采用风淬工艺处理。结果表明:与原渣相比,改性风淬钢渣中铁酸钙相、硅酸二钙和镁蔷薇辉石的含量升高,金属Fe、RO和自由CaO量降低。研磨试验结果显示:在相同的研磨条件下,改性风淬钢渣微粉表面积比未改性钢渣微粉高22.4%。理论分析表明:改质后并风淬处理,可有效降低难磨矿相Fe和RO的含量,提高钢渣的易磨性。该结果为钢渣微粉化处理提供理论支持和新的技术方向。     

大掺量钢渣-尾矿蒸压砖水化过程的强化

 因活性低、体积稳定性差,钢渣在蒸压砖中的用量受到限制。以钢渣-尾矿-水泥蒸压体系为基础,增加旨在改善钢渣安定性的预养护阶段。同时,加入柠檬酸钠作为抑制剂,减少预养护阶段钢渣中胶凝成分的损失。结果表明,当柠檬酸钠掺量为钢渣掺量的2%时,钢渣在尾矿蒸压试块中的安全用量由未改性时的11%提高至45%,水泥用量由7%降低至4%,其抗压强度从10.6提高到30.1 MPa。借助化学结合水量、游离氧化钙质量分数及XRD分析了钢渣的水化特征,柠檬酸钠在大掺量钢渣-尾矿-水泥体系中既是钢渣改性过程中硅酸二钙和硅酸三钙水化的抑制剂,又是蒸压条件下激发钢渣的水化活性激发剂。机械磨细、湿热条件和柠檬酸钠的协同作用强化了体系的水化反应过程。     

氟化钙对重构钢渣胶凝活性和体积安定性的影响

针对钢渣作为胶凝材料时存在胶凝活性低、体积安定性差等问题,采用向钢渣中添加不同比例氟化钙(CaF_2)的方法来提高重构钢渣的胶凝活性和体积安定性。研究表明,随着CaF_2掺量的增加,重构钢渣的胶凝活性指数呈现不断上升的趋势,在CaF_2的掺量为5%下,重构钢渣的胶凝活性指数达到120%左右;同时通过EDTA化学滴定发现游离氧化钙(f-CaO)和游离氧化镁(f-MgO)含量均不断下降,最终分别下降到0.09%、0.19%;通过XRD和SEM分析发现,随着CaF_2掺量的增加,硅酸二钙(C_2S)的衍射峰逐渐减弱,硅酸三钙(C_3S)的衍射峰逐渐增强;当CaF_2掺量为1%现了铁铝酸四钙(C_4AF)、铝酸三钙(C_3A)的衍射峰,但C_3A的衍射峰较弱。分析原因表明:矿化剂(CaF_2)的加入可以促进中间相氟硅酸三钙(3C_3S-CaF_2)和氟硅酸二钙(2C_2S-CaF_2)的生成,降低重构钢渣的熔点,增加反应的液相量,降低重构钢渣的粘度,同时CaF_2还可提高CaO、SiO_2和MgO的反应活性,降低熔渣中f-CaO和f-MgO,促使C_3S和C_2S顺利生成。     

改性钢渣气淬行为对消解f-CaO的影响

以钢渣为研究对象,选取不同掺量(0%、15%、25%、35%)的高炉渣对其调质重构并进行高温气淬,研究气淬行为和重构渣对消解f-CaO的影响。结果表明:气淬行为利于消解钢渣中f-CaO,并且气淬完全的钢渣粒度越小,消解效率越好;经过XRD和矿相分析,发现钢渣经过气淬之后,矿相成分为玻璃质物相,以及RO相、硅酸二钙、方镁石等。     

钒钛铁尾矿复合胶凝材料的制备及性能

为促进钒钛铁尾矿高质量、规模化地有效利用,以钒钛铁尾矿为主要原料制备复合胶凝材料,采用粒度分析、力学性能测试、X射线衍射(XRD)及扫描电镜(SEM)测试等手段,研究了钒钛铁尾矿粉磨特性、掺量对复合胶凝材料性能影响及复合胶凝材料的水化机理。结果表明：粉磨30 min的钒钛铁尾矿比表面积达到400 m²/kg,其28 d活性指数接近70%;当钒钛铁尾矿掺量为27%,胶砂比为1∶3,水胶比为0.4时,所制备的复合胶凝材料3 d和28 d抗压强度分别为14.9 MPa和32.6 MPa,标准稠度为32.6%,凝结时间为125 min(初凝)和396 min(终凝),复合胶凝材料净浆试样14 d的收缩值较同龄期P·O 42.5水泥净浆试样收缩值低51.8%;在标准养护条件下,复合胶凝材料的水化产物主要为C-S-H凝胶、Ca(OH)₂、Mg(OH)₂和钙矾石(AFt),钒钛铁尾矿水化反应后残余矿物相石英和透辉石颗粒与水化产物的凝聚效应为复合胶凝材料的强度提供了保障,透辉石水化生成Mg(OH)₂对胶凝体系早期自...     

转炉渣掺粉煤灰高温熔融消解游离CaO的试验

在1 500℃高温条件下,通过向转炉渣合理添加粉煤灰能有效消解游离氧化钙（f-CaO）含量。改性实验中考察了粉煤灰不同掺量（4%、6%、10%）对转炉渣中f-CaO的消解效果。结果表明,在1 500℃恒温30min情况下,转炉渣f-CaO的消解率为：掺10%粉煤灰〉掺6%粉煤灰〉掺4%粉煤灰,其消解率分别为67.14%、64.09%、52.33%。对改性渣作XRD衍射分析,认为改性后渣中主要矿物成分为磁铁矿、镁（铝）铁尖晶石、硅酸二钙、硅酸三钙、橄榄石。     

转炉双渣冶炼半钢渣矿物相分析及回收利用

为研究转炉双渣冶炼工艺半钢渣性质并实现半钢渣的回收利用,以CaO-MgO-SiO2-FetO作为基础渣系进行实验室研究,在X射线衍射(XRD)分析的基础上结合扫描电子显微镜背散射电子像(SEM)、能谱仪(EDS)对半钢渣的矿物组成和微观形貌特征进行系统分析。结果表明:半钢渣的矿物组成主要为钙镁蔷薇辉石(C3MS2)、镁铁相(RO)、钙镁橄榄石相(CMS)及少量的硅酸二钙(C2S)、硅酸钙(CS);其矿物形貌可总结为3类,灰色相主要矿物为硅钙镁相、白色相为镁铁相、灰白色相为蔷薇辉石相或者是硅酸盐与镁铁相的复合相;同时,半钢渣物相、矿物形貌受到碱度、冷却速度的影响,并会进一步影响到其回收利用。半钢渣可用于冶金领域作炼铁熔剂、回收废钢铁,建筑领域生产砖砌块、作路面基层材料、制备微晶玻璃,农业领域生产化肥、作土壤改良剂等。     

Effects of Quicklime and Iron Tailings as Modifier on Composition and Properties of Steel Slag

Steel slag had lower activity and much lower hydration rate than cement.Quicklime and iron tailings were designed as modification agent to adjust the composition and properties of high temperature steel slag.The results show that quicklime as modifier can greatly increase the content of cementitious minerals in modified steel slag and also promote the decomposition of RO phases and transformation of MgO in RO phase to f-MgO.After high temperature modification with compound modifier of quicklime and iron tailings,steel slag shows the main mineral phases of C3 S,C2F and MgFe2O4.The activity index of modified steel slag at 28 days reaches 95.5% when the steel slag is modified by 15% of the compound modifier with the ratio of quicklime to iron tailings equal to 2∶1at 1 350℃.Moreover,the sample with the modified steel slag exhibits the dense structure of hydration paste and the main hydration products of C-S-H gels and Ca(OH)2 crystals.     

螯合处理对钢渣体积安定性的改善

摘要：钢渣中存在的游离氧化钙(f-CaO)会与水反应生成氢氧化钙（Ca2(OH)2）,造成体积膨胀,使得钢渣的利用变得困难。通过配制草酸与柠檬酸钠螯合剂消除游离氧化钙。探讨钢渣水化规律和吸水率,确定最佳螯合时间和螯合浓度。利用XRD、TG、SEM分析钢渣矿物成分、游离氧化钙含量及微观形貌变化;对比处理前后钢渣膨胀率、黏附性和压碎值等物理指标。结果表明：草酸和柠檬酸钠螯合剂最佳螯合时间分别为84、108h,最佳螯合浓度分别为0.4、0.2mol/L,均对钢渣膨胀性有所抑制,尤其是草酸螯合剂,游离氧化钙消除率达到52%,钢渣膨胀率下降51%。螯合处理后钢渣断面部分物质发生水化反应,表面分别形成大量草酸钙(CaC2O4)和柠檬酸钙(C12H10Ca3O14)络合物,发生沉淀转化,改善了钢渣集料的物理特性。     

转炉熔渣低温气化脱磷行为

 在低温下脱磷转炉熔渣中的磷质量分数过高往往是限制转炉渣循环利用的重要因素,因此如何有效降低转炉熔渣中磷质量分数成为众多钢铁企业迫切需要解决的重点问题之一。基于此,从理论分析和工业试验角度,并结合XRD、SEM-EDS和拉曼光谱等试验手段进一步分析研究了理论热力学条件、转炉渣熔点、矿相结构和炉渣结构对低温气化脱磷的影响。通过理论分析表明,较高温度、较低的FeO含量和碱度有利于低温气化脱磷反应。工业试验结果表明,当终点温度为1 350～1 360 ℃、转炉渣FeO质量分数为25%～35%、碱度控制为1.2～2.5时,气化脱磷率可以达到30%以上。当炉渣碱度小于1.25、FeO质量分数小于35%时,适当地提高炉渣碱度和FeO含量能促进炉渣熔点降低,进而有利于低温气化脱磷反应的发生。XRD和SEM-EDS分析结果表明,转炉渣主要由富磷相、基体相和RO相组成,其中Si、P、Ca质量分数高的Ca₂SiO₄-Ca₃(PO₄)₂富磷相的存在不利于低温气化脱磷反应发生,Fe、Mn等金属氧化物质量分数高的RO相和基体相的存在有利于低温气化脱磷。通过转炉渣拉曼光谱分析表明,当转炉渣硅氧四面体结构Qn(n=1,2,3)相对含量较低时,渣中聚合度降低,且Ca₃Si₂O₇相含量较少,炉渣流动性较好,此种渣结构有利于低温气化脱磷。通过本研究可以为钢铁企业实现脱磷转炉渣的二次利用提供借鉴。     

碱度变化对电炉渣含铁组分回收率的影响规律

 电炉渣相对于转炉渣具有更多的高温余热和更低的含铁组分回收率,但目前还没有合适的处理方法利用其余热回收更多的含铁物质。试验以河沙为改质剂,采用熔态改质方法处理电炉渣,研究在不同改质剂掺量下电炉渣碱度变化对其含铁组分回收率的影响规律,并进一步采用XRD、SEM-EDS等手段分析其中的矿相和结构变化。研究表明,采用熔态改质方法,在电炉熔渣排渣过程中加入改质剂降低其碱度,不仅能够充分利用其余热,还能够提高熔渣固化后的铁质组分回收率和胶凝活性,是电炉渣排渣处理的一条新途径。当改质电炉渣碱度下降到1.6时,随着SiO2的增加,以三价铁形式存在的Ca2Fe2O5和以二价铁形式存在的RO相减少并消失,活性矿物Ca2SiO4和强磁性的MgFe2O4、Fe3O4、FeCr2O4等形成并增加,这有利于铁及铬、锰重金属的回收以及尾渣胶凝活性的提高。在碱度为1.3时,强磁性矿物数量和磁选物质含铁组分回收率达到最大值69.71%,铁品位提高了43.74%。当改质电炉渣碱度小于1.3时,磁性矿相逐渐转变为弱磁性的含铝尖晶石,铁组分回收率下降。     

CaO/SiO2对钢渣平衡物相的组成及含量的影响

为了提高钢渣的资源化利用率,找到合适的钢渣成分改质工艺,以CaO-SiO₂-MgO-FeO-Fe₂O₃-Al₂O₃六元渣系为研究对象,利用FactSage热力学软件计算并分析了不同w(CaO)/w(SiO₂)组成的模拟钢渣在1 600~200 ℃冷却过程中平衡物相组成和含量的变化规律。得出钢渣的平衡物相主要有Ca₂SiO₄相、Ca₂(Al,Fe)₂O₅相、MgO-FeO固溶体相、f-CaO相、少量的Ca₃MgAl₄O₁₀相以及w(CaO)/w(SiO₂)为2时钢渣中才会析出的Ca₃MgSi₂O₈相。w(CaO)/ w(SiO₂)越低,钢渣析出的有益相硅酸盐相含量越高,而铁酸盐相、MgO-FeO固溶体相和f-CaO相不利于钢渣循环利用的物相含量越低。因此,降低钢渣的w(CaO)/ w(SiO₂)可以改善钢渣在后续处理和使用过程中的易磨性以及安定性。     

不锈钢渣高温改性?析晶调控解毒研究现状及发展趋势

截止到目前,钢铁工业普通固废（高炉铁渣）循环利用技术取得了重要进展,但仍存在固废顽疾亟需处理。不锈钢冶炼产生的含铬（Cr）渣长期以来缺乏有效的无害化处置方法,环境隐患巨大。国内外专家学者通过添加还原物质、高温调质及调节冷却方式等以改变渣中铬元素的赋存状态,控制Cr6+的溶出,进而实现不锈钢渣的解毒。其中,高温改性?析晶调控方法可以通过调整钢渣组分和控制温度制度促进含铬尖晶石相的形成和长大,提高铬元素在尖晶石相中的富集程度,有望成为最有效且安全的无害化处理技术,在近些年得到快速发展。本文从不锈钢渣高温改性?析晶调控解毒的热力学机理和结晶动力学原理出发,针对不锈钢渣的高温调质改性、解毒方面的研究进展进行了综述。基于高温调质?选择性析晶的核心问题,重点阐述了改善解毒效果的方法和措施。另外,针对不锈钢渣高温改性?析晶调控解毒存在的问题提出了今后的发展方向。      

MgO对高碱度高铝烧结矿的影响

 随着钢铁企业高铝铁矿粉使用比例的提高,带来了高炉炉渣黏度增大、渣铁分离困难等一系列问题。采用烧结杯试验,研究了MgO含量增加对高碱度高铝烧结矿经济技术指标、冷强度和冶金性能的影响,采用Nova400 NanoSEM型场发射扫描电子显微镜分析了烧结矿微观结构。试验结果表明,高碱度高铝烧结矿中MgO质量分数从1.72%提高到2.49%时,垂直烧结速度降低4.38 mm/min,利用系数降低0.51 t/(m2·h),低温还原粉化指数增加6.7%;当烧结矿中MgO质量分数为2.11%时,转鼓指数和还原度最高,分别达到61.93%和86.39%;Mg2+主要固溶在磁铁矿晶格中并替代Fe2+,替代的质量分数最高达3.64%,生成的含镁磁铁矿抑制烧结矿降温过程中由Fe₃O₄→Fe₂O₃氧化过程的相变,减少了二次赤铁矿的生成,有利于改善烧结矿的低温还原粉化性能。研究结果可以为改善高碱度高铝烧结矿性能和提高炉渣流动性提供理论指导和参考依据。     

Study on rapid stabilization of steel slag powder

Dry ball milling and wet ball milling were used to treat converter slag with particle size < 10 mm and the converter slag powder was stabilized by H₂O only and H₂O coupled with CO₂.respectively.Results showed that when CO₂ &H₂O was used,the free-calcium oxide（f-CaO） content in converter slag decreased significantly and after an-hour treatment the f-CaO content was reduced to 3%;however,when only treated by H₂O without CO₂, f-CaO needed 3-hour stabilization to decrease its content to 3%.When f-CaO in converter slag powder was treated by CO₂ &H₂O,its main reaction products were CaCO₃ and then Ca（OH）₂;however,when only H₂O was used, the f-CaO content decreased gently and the main products were Ca（OH）₂.     

低碳钢薄板坯高速连铸保护渣研究与优化

 针对低碳钢薄板坯高速连铸过程中保护渣液渣层过薄、黏结报警频发、铸坯表面纵裂纹过多等问题,在充分考虑高拉速下低碳钢凝固收缩特性的基础上,确定了保护渣润滑与传热性能的优化方向并开展了工业试验。将保护渣碱度从1.10提高到1.30,Li₂O质量分数从0.57%提高到1.06%,Na₂O质量分数从5.48%提高到8.16%,碳质量分数由7.71%降低到6.72%。对2种保护渣的流变性能和渣膜3层结构进行了深入研究,发现优化后保护渣渣膜中的液渣层比例增加,渣膜润滑系数α增大;同时,渣膜中的结晶层比例也有一定程度的提高,渣膜热阻系数β增大,从而使保护渣的润滑性能和控制传热能力均得到改善。从矿相分析结果看出,保护渣碱度的提高在一定程度上会促进硅灰石的析出,导致渣膜结晶率提高、热阻增大,进而起到控制传热的目的。生产实践表明,在拉速提高后,使用新型保护渣基本避免了黏结和裂纹的产生,生产效率和铸坯质量均得到显著提高。