熔渣用于生产水泥的试验研究与生产实践

赵晓东

1 前言

辽宁冀东水泥有限公司φ4.74m×74m生产线自2010年6月投产以来，一直使用矿渣配料生产水泥熟料与矿渣水泥，生产指标和经济效益比较理想，窑产量平均为4 236.25t/d；熟料3d抗压强度平均为28.62MPa，28d抗压强度平均为57.08MPa；熟料标准煤耗平均为110.43kg/t。2015年后，辽宁地区的矿渣资源日趋紧张，价格连年上涨，造成水泥成本逐年增高，因此寻求矿渣的替代原材料成为水泥生产企业的当务之急。

熔渣与矿渣都是炼钢厂生产的高炉废渣。尽管其化学成分十分相近，但因冷却速率不同，矿物结构完全不同。熔渣没有经过水淬冷，其冷却速率很缓慢，液相在漫长冷却过程中产生结晶反应，其矿物晶体含量较矿渣多，玻璃相含量较矿渣少，表现出明显的耐磨、耐火特性。使用熔渣作混合材生产水泥，水泥磨机的台时产量会降低，单位电耗会增加；使用熔渣作配料成分生产水泥熟料，生料磨机的台时产量会降低，单位电耗会增加，回转窑的台时产量也会降低，熟料标准煤耗会增加，影响生产经济效益。所以，水泥企业一直使用矿渣生产水泥，熔渣一直被废弃，没有得到充分利用。鞍山钢铁公司每年排放熔渣300余万吨，本溪钢铁公司每年排放熔渣200余万吨，抚顺钢铁公司每年排放熔渣200余万吨，如今辽宁地区的熔渣储量已经多达1.5亿吨，而每年用于公路基石、铁路基石等工程的仅有30余万吨，其余的都废置在农田。这些废弃的熔渣不仅占用大量耕地，而且还会污染土地和地下水。因此，研究熔渣用于水泥生产，不但具有现实的生产意义，而且还具有利废、环保的社会意义。

表1 熔渣和矿渣的化学成分，%

2 熔渣用于水泥生产的可行性研究

（1）化学成分分析

选取鞍山钢铁公司、本溪钢铁公司和抚顺钢铁公司生产的熔渣及已生产使用多年的鞍钢矿渣试样，做化学成分分析，结果见表1。

由表1可知，鞍钢、本钢和抚钢熔渣与鞍钢矿渣的化学成分十分相近，就化学成分而言，均符合GB/T 203-2008《用于水泥中的粒化高炉矿渣》标准要求。

（2）活性分析

根据质量系数计算公式K=[CaO+Al2O3+MgO]/[SiO2+MnO+TiO2][2]，分别计算鞍钢矿渣、鞍钢熔渣、本钢熔渣、抚钢熔渣的质量系数，其数值分别为K1=1.50、K2=1.44、K3=1.41，K4=1.43，质量系数均＞1.20，符合GB/T 203-2008《用于水泥中的粒化高炉矿渣》标准要求，适合作生产水泥的原料。

（3）岩相结构分析

选取鞍钢、本钢和抚钢熔渣及鞍钢矿渣试样，做岩相结构分析，其结果见表2。

表2 熔渣和矿渣的岩相成分，%

由表2可知，鞍钢、本钢和抚钢熔渣与鞍钢矿渣的岩相结构差别很大，鞍钢矿渣的玻璃相成分高达35.45%，比鞍钢熔渣高13.66%，比本钢熔渣高19.12%，比抚钢熔渣高17.21%，其原因是矿渣经过水淬冷处理，其冷却速率相对较快，液相不容易发生结晶反应，矿物中玻璃相成分相对较高，晶相成分相对较低。熔渣没有经过水淬冷，其冷却速率相对缓慢，液相容易发生结晶反应，矿物中的晶体成分比矿渣多，玻璃相成分比矿渣少。但熔渣的含水量较矿渣低4%～6%，粉磨时可以节省烘干能源。

（4）易磨性分析

分别称取鞍钢、本钢和抚钢熔渣及鞍钢矿渣试样6kg，各自分别在φ500mm×500mm的试验小磨中粉磨10min、20min及30min，再测试其比表面积，结果见表3。

表3 熔渣和矿渣的比表面积测试，m2/kg

由表3可知，粉磨相同的时间，鞍钢矿渣的比表面积大于鞍钢熔渣的比表面积，鞍钢熔渣的比表面积大于本钢熔渣的比表面积，本钢熔渣的比表面积大于抚钢熔渣的比表面积，说明鞍钢矿渣的易磨性优于鞍钢熔渣的易磨性，鞍钢熔渣的易磨性优于本钢熔渣的易磨性，本钢熔渣的易磨性优于抚钢熔渣的易磨性。熔渣和矿渣的易磨性试验结果，与其岩相成分的分析结果完全吻合。

3 熔渣用于水泥熟料的生产试验

根据质量系数的计算、岩相结构分析及易磨性试验的测试结果，选用鞍山钢铁公司生产的熔渣用于生产水泥熟料，并于2016年6月从鞍山钢铁公司购进8 000t熔渣连续7d进行生产试验，试生产所用的原材料化学成分见表4，原料配比见表5，熟料率值及矿物组成见表6，生料磨机的主要技术指标见表7，回转窑的主要技术指标见表8。

由表7可知，熔渣代替矿渣配料进行试生产，生料磨机的产量降低了2.75t/h，生料分步电耗增加了0.71kWh/t，生料细度合格率降低了0.67%，其主要原因是熔渣的活性与易磨性都比矿渣差。

由表8可知，熔渣代替矿渣配料进行试生产，窑的产量降低了4.87t/h，熟料标准煤耗增加了3.84kg/t，熟料3d抗压强度降低了0.17MPa，28d抗压强度降低了0.27MPa，熟料强度变化微小。就生料磨机与回转窑的试生产技术指标而言，熔渣代替矿渣试生产效果比较理想。

4 熔渣用作水泥混合材的生产试验

借鉴熔渣代替矿渣生产水泥熟料的试生产经验，继续选用鞍钢熔渣用作水泥混合材进行生产试验。2016年7月从鞍山钢铁公司购进5 000t熔渣，连续7d在φ4.2m×13m水泥磨中进行生产P·S42.5水泥试验，水泥配比见表9，水泥磨机的主要技术指标见表10，水泥物理性能检测结果见表11。

由表10可知，熔渣代替矿渣40%作为混合材生产水泥，水泥磨机的产量降低了3.07t/h，水泥分步电耗增加了2.49kWh/t，生料细度合格率降低了0.58%，其主要原因是熔渣的易磨性比矿渣差，在水泥磨机内的粉磨时间相对较长。

表4 试生产的原材料化学成分，%

表5 熔渣与矿渣的生料配比，%

表6 熔渣与矿渣配料的矿物组成（%）及熟料率值

表7 熔渣与矿渣配料的生料磨机主要技术指标

表8 熔渣与矿渣配料的窑主要技术指标

表9 熔渣与矿渣的水泥配比，%

表10 熔渣与矿渣配料的水泥磨机主要技术指标

由表11可知，熔渣代替矿渣40%作为混合材生产水泥，其标准稠度、初凝时间、终凝时间、3d抗压强度及28d抗压强度等指标都比较理想，完全符合GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》标准的要求。

5 熔渣用于水泥生产的实践

借鉴熔渣生产水泥熟料及用作水泥混合材的试生产经验，2016年8月，从鞍山钢铁公司批量采购熔渣用于水泥生产：熔渣100%代替矿渣配料生产水泥熟料；熔渣40%代替矿渣配料生产P·S42.5水泥。经过一年时间的生产实践，取得了降低成本、增加效益的生产实效。使用熔渣生产水泥一年，其生料磨机、回转窑及水泥磨机的主要生产技术指标分别见表12、表13、表14。

由表12可知，使用熔渣生产水泥熟料，生料磨机的产量降低了2.41t/h，生料分步电耗增加了1.32kWh/t，生料细度合格率降低了0.64%，其主要原因是熔渣的易磨性较矿渣差。

表11 熔渣与矿渣配料的水泥物理性能检测

表12 熔渣配料前后生料磨机的主要生产技术指标

表13 熔渣配料前后窑的主要生产技术指标

表14 熔渣配料前后水泥磨机的主要生产技术指标

由表13可知，使用熔渣生产水泥熟料，窑产量降低了4.34t/h，标准煤耗增加了3.43kg/t熟料，3d抗压强度降低了0.39MPa，28d抗压强度降低了0.31MPa，其主要原因是熔渣的活性较矿渣差。

由表14可知，熔渣40%代替矿渣配料生产P·S42.5水泥，水泥磨机的产量降低了2.45t/h，水泥分步电耗增加了1.87kWh/t，水泥球耗增加了7.39g/t，生料细度合格率降低了0.92%，其主要原因是熔渣的易磨性较矿渣差。

6 取得的经济效益及社会效益

使用熔渣代替矿渣生产水泥，生料磨、回转窑及水泥磨等主机生产技术指标增量与取得的经济效益见表15。

由表15可知，使用废弃闲置的熔渣生产水泥，年创经济效益509.70万元。

辽宁冀东水泥有限公司使用熔渣代替矿渣生产水泥，在取得较好经济效益的同时，也取得了较好的社会效益，带动了辽西渤海水泥有限公司、辽阳小屯水泥有限公司也使用熔渣生产水泥，解决了多年积存的熔渣对周边地下水、土壤及环境的污染问题，极大地提高了公司的社会知名度。

[1]赵晓东.熔渣代替矿渣配料生产水泥熟料[J].新世纪水泥导报，2012，（2）.

[2]GB/T 203-2008，用于水泥中的粒化高炉矿渣[S].

[3]GB 175-2007，通用硅酸盐水泥[S].■