钢渣替代铁粉制备硅酸盐水泥熟料

戴昌军

摘要：为了用钢渣作为铁定标原料制备硅酸盐水泥熟料，采用X射线衍射（XRD）对比了不同石灰石饱和系数下常规铁粉成分和钢渣成分制备的原料的可燃性，测试了烧熟熟料的矿物组成，并测试了熟料的物理和机械性能，并与工业生产的熟料进行了比较。结果表明，当煅烧温度低于1350℃时，由钢渣烧结的熟料样品的f-CaO含量略高于铁粉批次，当煅烧温度高于1400℃时，两种成分的可燃性很低。实验室研究和工业生产实践表明，与铁粉成分相比，钢渣成分不会改变熟化熟料的矿物成分，钢渣可以完全替代铁粉成分，生产出高品质的熟料，矿物组成和良好的矿物发展。

关键词：易烧性；熟料；钢渣

钢渣是炼钢过程中产生的废渣、排放量大，约占钢铁产量的15%～20%。目前，钢渣采用广泛的处理方法，利用效率低。水泥行业对各种工业废渣具有良好的适应性，当钢渣用于生产水泥熟料时，可以减少水泥工业中石灰石，粘土等天然材料的消耗，实现钢渣的大量有效利用。本文以梅山钢渣作为铁定标原料，制备优质水泥熟料，并根据不同石灰石饱和系数，采用常规铁粉配料和钢渣配料制备的原料的可燃性，进行了比较和研究，衍射研究了烧熟熟料的矿物组成。

1、原材料与实验方法

1.1硅酸盐水泥原材料

实验原料：石灰石、砂岩、粘土、铁粉，均来自句容台泥水泥厂，通过在约950℃的高温下燃烧煤而产生灰。各种原料在使用前先破碎、干燥、研磨。从钢渣的化学成分可以看出，钢渣中的Fe2O3含量很高低于铁粉，氧化钙含量高。当使用钢渣代替铁粉时，可以减少石灰石的数量，从而减少二氧化碳的排放，并有效的降低能耗。

1.2硅酸鹽水泥配料方案

为降低粘土用量而增加砂岩使用量，在进行熟料三率值设计时，应尽可能地提高硅酸率，降低铝氧率。但是，过低的铝氧率可能会降低熟料粉磨效率。综合考虑原料配比和熟料粉磨性能，采用如下三率值：KH=0.88～0.92，SM=2.7，IM=1.5。

1.3实验方法

水泥原料的可燃性试验方法：将各原料按照设定的混合比例（精确至0.01g）混合均匀后加入约10%的水搅拌均匀，然后用特制的模具，在5t压力下制成的质量为约5g直径20mm的原料片。成型后，将生片置于105-120℃的烘箱中以使其完全干燥，以防止其在突然进入高温状态后发生破裂。将干燥的生片放入950℃的马弗炉中30分钟，然后加热至煅烧温度（1250℃，1300℃，1350℃，1400℃，1450℃），保温30分钟分钟，然后迅速冷却。研磨冷却至室温的熟料样品，根据国家标准GB/T176-2008“水泥的化学分析方法”中的乙二醇法测定熟料中的f-CaO含量。使用XRD射线衍射仪分析熟料的矿物组成，并且使用光学显微镜观察熟料的微观结构。。

2、结果与讨论

2.1熟料中游离氧化钙含量

通过烧结铁粉成分和钢渣成分获得的熟料样品的fCaO含量的测定结果示于表3中。分析可得，当煅烧温度为1250℃至1350℃时，随着煅烧温度的升高，钢渣成分样品的f-CaO含量不断降低，但略高于铁粉成分样品在相同速率下的含量。当煅烧温度高于1400℃时，两种成分的可燃性是可比的。对钢渣和铁粉原料粒度分布的分析结果表明，钢渣中细颗粒含量明显低于铁粉，而粗颗粒多。受钢渣中粗颗粒的影响，当煅烧温度低于1350℃时，钢渣不能有效地促进原料对f-CaO的吸收，反而也可能会阻碍其效果。因此，钢渣批量样品的f-CaO含量略高于铁粉批量样品的f-CaO含量。

2.2铁粉和钢渣高温液相的粘度

据统计，当钢渣成分与水泥熟料混合时，钢渣中的微量元素可作为矿化剂降低液相线温度和粘度，但大多数只是推理而来。为了定性研究铁粉和钢渣液相在高温下的粘度，本文对铁粉和钢渣冷却后的样品进行热分析后进行对比分析。铁粉样品的Fe表面呈凸形，容器壁光滑，没有壁爬现象，表明高温下形成的铁粉具有高的液相粘度和大的表面张力。钢渣样品RP在氧气气氛和氮气气氛下有明显的爬壁现象，钢渣表面为凹面，表明高温下形成的钢渣液相表面张力小，液体粘度低。因此，在用钢渣煅烧熟料的过程中，形成的液相有利于包括Ca在内的离子的扩散，从而促进熟料矿物尤其是高温矿物的形成和生长。

2.3熟料的XRD分析

对两种在不同煅烧温度下焙烧的熟料样品进行XRD衍射分析，KH值为0.92。分析表明，与铁粉成分相比，钢渣成分不会改变烧成熟料的矿物成分。当煅烧温度低于1300℃时，熟料中的f-CaO含量高，主要矿物组成为C2S，C3A和铝酸钙。当煅烧温度高于1350℃时，fCaO的衍射峰明显减弱，并形成大量的C3S矿物。随着煅烧温度的升高，C3S的衍射峰强度不断增强。当在1450℃煅烧时，f-CaO的衍射峰几乎消失。比较不同煅烧温度下铁粉批次样品和钢渣批量样品的XRD图谱，衍射峰的变化趋势基本相同，但在1450℃时，C3A和Ca2（Al，Fe）2O5是显着不同的。

2.4烧成熟料的物理力学性能

一家以1000吨/日，1500吨/日，5000吨/日三条新型干法水泥生产线为原料，采用美钢钢渣公司钢渣代替铁粉生产原料的水泥公司。配比方案接近本研究方案，铁粉成分相反，使用钢渣后（钢渣量约为原料的3%），原料粉磨没有明显差异。烧成时没有明显变化或异常，也没有发生堵塞和结壳等异常现象。该公司使用美钢钢渣成分烧制的水泥熟料的主要物理性能。分析可以得出，不同规模生产线用于生产熟料的钢渣具有良好的物理性能，其28d强度大于59MPa，凝结时间也符合国家标准。

2.5钢渣配料水泥熟料的矿物组成

熟料的XRD图谱和分析结果分别使用钢渣和铁粉成分在1450℃下焙烧。钢渣投加水泥熟料主要由C3S、C2S、C23A和Ca2（Al，Fe）2O组成。其他矿物的成分；图中几乎没有可见的fCaO衍射峰，表明熟料fCaO含量非常低。与铁粉成分相比，钢渣成分并没有改变烧成熟料的矿物类型，但两种熟料中C3A和Ca2（Al，Fe）203铁铝相的衍射峰存在显着差异。铁粉熟料C3A和Ca2Al、Fe）2O。衍射峰是独立的和不同的，而钢渣成分的衍射峰重叠，表明两者的组成和结晶度与铁粉熟料显着不同。这主要是由于在钢渣配料中引入了MgO和其他次要组分，这改变了液相组成和性质（增加了液相并降低了液体粘度），进而影响C3A、CaAl，Fe）2O3的结晶过程所致。

3、结论

综上所述，在制备硅酸盐水泥时，用钢渣代替铁粉制备可有效地改善水泥的力学性能。首先，当煅烧温度低于1350℃时，钢渣中的粗颗粒更多。钢渣焙烧熟料中f-CaO含量的影响略高于铁粉样品，当煅烧温度高于1400℃时，两种配料原料燃烧相当，其次是梅山钢渣，当熟料用铁粉煅烧时，可以得到具有相同矿物组成的熟料，并且钢中的一些矿物质矿渣可以促进C3S的形成，从而使烧成熟料矿物的晶体发育良好。利用梅岗钢渣完全替代铁粉，可以生产不同规模的干法水泥生产线中的优质熟料。

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