冷却方式对钢渣中f-CaO显微形貌及含量的影响

采用扫描电子显微镜和化学分析方法对三种不同方式处理的钢渣中f-CaO的显微形貌及含量进行分析研究,试验结果表明,钢渣中弥散型f-CaO主要形成于C2S和C3S初晶、RO相形成和C3S分解等过程,其数量多、分布广、粒径较小;缓冷渣中氧化钙的典型显微形貌为灰色圆粒状、薄膜状、细小长条状;气淬渣中氧化钙的典型显微形貌为灰色薄膜状和细小长条状;热焖渣中氧化钙典型显微形貌为细小长条状;冷却强度对钢渣中f-CaO含量影响显著,因此冷却强度最弱的缓冷渣中f-CaO含量达到了6.96％,而冷却强度最高、经过水解的热焖渣中f-CaO含量只有0.55％;前期冷却强度高、后期冷却强度弱的气淬渣中f-CaO含量为2.28％;降低气淬钢渣粒径,可降低渣中f-CaO含量,从而提高其综合利用价值.     

EDTA络合滴定法测定钢渣中游离氧化钙

在测定钢渣中游离氧化钙(f-CaO)含量的实验中,选择乙二醇溶液浸取钢渣中游离氧化钙,用EDTA络合滴定法测定其含量。实验中分别考察了乙二醇萃取液用量、萃取温度和恒温振荡时间等对测定结果的影响,并选择已知含量的分析纯氧化钙来修正钢渣中游离氧化钙含量,进而消除溶液稀释及钢渣试样中含有的Fe2+、Al3+、Mn2+等二价金属氧化物相(RO相)对测定结果产生的影响。测定了不同渣系中f-CaO含量,普通钢渣f-CaO含量约为6.95%;气淬渣不同粒径时游离氧化钙含量差异较大:粒径≥2 mm的f-CaO含量为6.82%,粒径为1~2 mm的f-CaO含量为2.63%,粒径为0.6~1 mm和0.15~0.6 mm的f-CaO含量分别为1.85%与1.65%;热焖渣与水淬渣中f-CaO含量低,其值分别为0.55%与0.65%。测定结果的相对标准偏差(RSD)均≤3%,符合测定标准。     

钢渣矿相组成及其显微形貌分析

利用X射线衍射法分析了钢渣(缓冷渣、气淬渣、热焖渣)中主要矿物组成,采用金相光学显微镜观察了其各自的显微形貌,并且采用平行截线法分析了具有相同形貌特征相的晶粒度。结果表明,由于化学组成相近,缓冷渣、气淬渣和热焖渣的主要物相均为硅酸二钙、RO相和铁酸钙,以及少量硅酸三钙、f-CaO和f-MgO;在三类钢渣中,C3S为黑色板状晶体,C2S为黑色圆粒状与枝状晶,铁酸钙相多为灰色无定形状,并以连续的形式填充于其他物相中;铁镁相多数呈现白色无定形状,连续延伸于黑色相与灰色相中;高温段冷却强度对钢渣中各类典型矿物晶粒度的影响较大,呈现出冷却强度越高,矿相晶粒度越小的趋势,因此热焖渣矿物晶粒度最大、气淬渣矿物晶粒度最小、缓冷渣矿物晶粒度居中。     

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。     

利用铁尾矿高温改性钢渣的性能

研究了铁尾矿高温改性处理对钢渣体积稳定性和胶凝性能的影响,结合X射线衍射分析、扫描电镜观察和能谱分析等测试方法,对改性钢渣的矿物组成和微观形貌进行了分析.发现铁尾矿的高温改性显著降低了钢渣中游离氧化钙(f-CaO)的含量,提高了钢渣胶凝性能.铁尾矿掺加质量分数为20%和处理温度为1250℃时,钢渣中f-CaO的质量分数由4.84%降低至1.82%,降幅达到62.4%,28d活性指数比原始钢渣体系提高5.6%.铁尾矿掺量由10%增加至30%时,改性钢渣中相继出现镁蔷薇辉石、镁黄长石和钙镁辉石等硅酸盐矿相.高温改性过程促使RO相分解,RO相中的FeO转化为磁铁矿相(Fe₃O₄).      

气淬钢渣烧结基础性能的试验研究

研究了气淬钢渣和几种烧结用铁矿粉的烧结基础性能,结果表明：气淬钢渣具有适宜的同化性能、较好的流动性能和较高的粘结相强度;气淬钢渣含铁品位较低、熔剂含量较高,可以作为烧结熔剂.     

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。     

Al_2O_3对气淬钢渣等温析晶动力学的影响规律

用Al2O3对气淬钢渣进行调质重构,将不同Al2O3含量的气淬钢渣在不同温度条件下进行恒温热处理,利用金相显微镜和金相分析软件研究热处理后渣样中矿物等温析晶行为的规律,采用JMA方程研究Al2O3对气淬钢渣等温析晶动力学的影响规律。结果表明:Al2O3含量的增加,钢渣中C2S,C3S结晶量呈现出减少的趋势,钢渣中C3A呈现出增加的趋势,但趋势不明显。Al2O3含量的增加,会使C2S等温析晶活化能变大,C3S等温析晶活化能略有变小,不利于C2S和C3S析晶,有利于C3A析晶;当Al2O3质量分数为3.58%时,C3A等温析晶活化能为-2.32kJ/mol。     

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.      

CaO对气淬钢渣中C2S等温析晶动力学影响规律

 用CaO对气淬钢渣进行调质重构,对不同CaO含量的气淬钢渣在不同温度条件下进行恒温热处理,利用金相显微镜和金相分析软件统计分析热处理后渣样中C2S等温析晶行为的规律, 采用Arvami等人提出的JMA方程研究CaO对C2S等温析晶动力学的影响规律。结果表明：随着CaO含量的增加,钢渣中C2S结晶量呈现出先增加后减少的趋势,在碱度为3.25,恒温时间为30min时,C2S结晶量达到最大为64.06%。碱度为3.25时,C2S等温析晶活化能最小为-6.36kJ/mol,此时C2S析晶的能量势垒最小,最有利于C2S析晶。     

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。     

熔融态下掺入粉煤灰对钢渣性质的影响研究

在实验室,高温炉重熔钢渣,通过QM-ISP2行星式球磨机粉磨后,对比钢渣75μm晒下量;测定f-CaO含量,以及分析改性钢渣的矿相,研究其在高温下成分改性对改善钢渣易磨性和稳定性的作用效果和作用机理,确定粉煤灰是一种改善钢渣应用性能的优良改性剂,解决了钢渣应用中的不稳定性和易磨性差问题。该技术的研究可为寻求大量应用钢渣的途径,开发出高质量的钢渣产品奠定基础。     

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。     

气淬处理钢渣中C2S等温析晶动力学研究

将气淬处理钢渣在不同温度条件下进行恒温热处理,利用金相显微镜和金相分析软件统计分析气淬渣中C₂S等温析晶和长大的规律,使用电子扫描电镜和能谱分析仪研究渣样的显微形貌和元素赋存状态,采用Arvami等人提出的JMAK方程研究C₂S等温析晶动力学。结果表明：气淬钢渣等温结晶的适宜温度是1 450 ℃,恒温时间是30 min,采用此温度和时间,C₂S的平均粒径为34.80 μm,结晶面积为60.97%,30 min后生长缓慢;气淬钢渣中C₂S等温析晶的析晶活化能为-31.34 kJ/mol。     

气淬渣粒飞行动力学模拟试验研究

气淬粒化钢渣工艺是一种全新的干法处理钢渣工艺,此工艺既可以干法处理钢渣又可以对液态钢渣的显热进行高效回收.同时,通过对气淬粒化工艺过程进行有效控制可为钢渣制备高附加值产品奠定基础.采用不同孔型的拉瓦尔喷嘴喷吹不同粒径石英砂,冷态模拟液态钢渣气淬粒化过程中渣粒的飞行轨迹,通过正交实验方法研究不同条件下渣粒落地距离和落地宽...     

钢渣碳酸盐化的动力学模型

钢渣碳酸盐化反应可以有效的消解钢渣中的f-CaO,稳定钢渣的物理化学性质。采用未反应核模型对钢渣碳酸盐化反应的动力学进行了研究,通过查阅文献找出了反应过程颗粒孔隙结构相关参数的变化规律,由此修正了扩散系数,得出扩散系数与转化率之间的关系。根据修正后的模型对不同粒度钢渣反应控制环节进行了判断,通过综合考虑钢渣碳酸盐化的粒径应控制在180μm之内。     

鞍钢热熔钢渣处理技术研究进展

对鞍钢现有热熔钢渣处理工艺进行了介绍,分别对鞍钢现有热泼工艺和闷渣生产工艺的特点进行了分析,并对处理后钢渣性能进行了对比研究,结果表明,热闷工艺可明显降低钢渣中的f-CaO等不安定性物质,渣铁分离效果明显,但处理后钢渣的f-CaO仍高于2%,还需进一步风化后才能直接应用于建材行业。     

不锈钢风淬渣非平衡凝固晶相偏离评价

不锈钢渣的风淬法处理是一种快速的非平衡冷却凝固过程。为了探究不锈钢风淬渣的结晶行为,通过Factsage计算钢渣平衡凝固过程,利用X射线衍射法分析AOD炉不锈钢风淬渣的主要矿物组成,采用扫描电子显微镜观察了其各自的微观形貌和分布。结果表明,随着钢渣颗粒粒径由大于4 mm减小到大于0.5 mm,结晶物相面积占比由36.28%降低到24.88%。同时,快速冷却会使平衡态下不稳定的Ca₃SiO₅分解受到抑制而使其保留下来。此外快速冷却会抑制晶体形核、生长,影响结晶度,玻璃体比例增大进而提高炉渣胶凝活性。通过控制风淬时气体流速(冷却速度)可以控制钢渣物相组成,改变钢渣的胶凝活性,改善钢渣的利用率。     

气淬渣滴冷却过程数值模拟研究

液态钢渣气淬后将经历复杂的冷却凝固过程。采用Fluent软件对渣滴冷却过程动力学进行了数值模拟,并与数值计算结果相比较。研究结果表明:渣滴冷却经历液相冷却、潜热释放和固相冷却三个阶段;在没有考虑过冷度的情况下,Fluent软件模拟出液态冷却耗时较短,而潜热释放和固相冷却耗时较长;Fluent数值模拟能更形象地展示渣滴凝固形壳过程,数值计算更能准确地计算液相冷却、潜热释放和固相冷却等各阶段所消耗的时间;综合来看,Fluent数值模拟和数值计算两种方法均可准确预测出渣滴由1 723 K冷却至1 073 K所需要的时间,从而为液态钢渣气淬工艺提供理论基础。     

钢渣热闷技术的特点

<正>a.钢、渣分离效果好,含铁品位较高的大粒径渣钢可直接返回炼钢使用。b.粉化率高,粒度小于20mm的钢渣占60%以上,易磨,省去了钢渣热泼工艺的多级破碎设备,也提高了应用于建材行业的粉磨效率。c.钢渣稳定性好,经热闷处理后的钢渣可充分消解f-CaO和f-MgO,消除了钢渣的不稳定因素。d.机械化程度较高,劳动强度低。e.由于采用湿法处理钢渣,环境污染少。