CN100357208C - 钢渣改质及钢渣水泥 - Google Patents
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Abstract
一种钢渣改质处理和配制三种钢渣水泥的方法，属于环保和建材技术领域。其主要技术特征是在炼钢炉出渣过程中加入钢渣改质剂并随即进行搅拌，实现渣铁分离。所得的块状铁能达到清洁废钢和生铁的标准，大大提高了它的使用价值。采用不同配方的改质剂所得的改质钢渣，可分别用来配制钢渣普通水泥，钢渣中热 水泥和钢渣道路水泥。该种钢渣也可广泛用作生产各种水泥的活性混合材。上述三种水泥熟料消耗低，磨制中不须再加外加剂，混凝土早期强度高，不泛霜，强度等级稳定达到32.5(GB175-1999)以上。电炉、平炉、转炉钢渣均可100%回收利用。
Description
一、技术领域
本发明属于环保及建材技术领域，涉及钢渣综合利用，特别是实现钢渣中渣铁分离的钢渣改质处理以及用改质处理后的钢渣生产钢渣普通水泥、钢渣中热水泥和钢渣道路水泥。
二、背景技术
本发明是对申请人的另一项发明专利——钢渣中热水泥(专利申请号92108240.1)的后续改进和拓展。钢渣中热水泥专利说明书和权利要求书中都提到了钢渣改质处理，但如何进行低成本高效益的钢渣改质处理，当时尚无定论。
目前，常规生产所用的钢渣分离技术有：机械破碎加磁选；水淬、风淬后加磁选[1][2][3]。但是，经以上方法处理后的钢渣，仍不能有效地实现渣铁分离，特别是磁选所得铁粒或铁屑杂质较多，其含铁量只有60-80％，价值较低。
关于用钢渣生产水泥，查中国发明专利公报有：新型快硬钢渣矿渣水泥(CN1051159A)，早凝早强钢渣矿渣水泥(CN1030067A)，钢渣矿渣水泥(节能型)(CN1036750A)。查近年来国内技术刊物上发表的相关文章有：“转炉钢渣与钢渣混合水泥”[4]。“利用钢渣作混合材生产水泥”[5]，“利用钢渣生产425号钢渣道路水泥的研究”[6]。我国现行钢渣矿渣水泥标准GB13590-92规定：凡由平炉、转炉钢渣、粒化高炉矿渣为主要成分，加入适量硅酸盐水泥熟料、石膏(或其它外加剂)，磨细制成的水硬性胶凝材料，称为钢渣矿渣水泥。以上资料都有一个共同点，就是在钢渣水泥生产过程中用石膏或各种不同的外加剂来激发钢渣的潜在活性。这些外加剂包括纯碱、烧碱、芒硝、消石灰等。但是，在炼钢过程中的不同时期，钢渣的化学成份波动很大，例如在炼钢的前期和后期，CaO含量可能相差一倍以上。冶炼各种不同的钢种，钢渣化学成份也各不相同。另外，研究证明[6]，钢渣中某些组分，例如RO相，根本就不具有活性。用不同成份的钢渣按同一工艺来生产水泥，质量就难以保证。
三、发明内容
本发明的目的是：(1)不采用现行的破碎、水淬或风淬加磁选的方法，而是在钢渣出渣过程中及随后的很短一段时间里，对红热状态的液体钢渣进行改质处理，实现渣铁分离。分离出的块状铁，能达到清洁废钢或生铁的标准，从而大大提高它的使用价值；(2)经改质处理后分离出的钢渣，其化学成份比较接近水泥熟料，可直接取代大部分甚至全部水泥熟料，从而大大降低了水泥生产成本，并可确保水泥质量稳定达到425#以上(按GB175-92)；(3)拓展了钢渣水泥的范围。这又包括两方面：一是原料范围，GB13590-92规定，钢渣矿渣水泥所用钢渣为平炉、转炉钢渣，未提及电炉钢渣。而经过改质处理的电炉(包括电弧炉、感应炉)钢渣，不论氧化期或还原期渣，均能取代熟料用以制作水泥；二是用途范围，在钢渣改质过程中采用不同配料成分和不同份量的钢渣改质剂，可获得性质不同的改质钢渣，再配以不同的水泥生产工艺，可分别制成钢渣普通水泥、钢渣中热水泥和钢渣道路水泥。
本发明的目的是用下述工艺来达到的。钢渣改质的工艺流程如下：
制作改质剂——加入渣罐——出渣——开出渣罐车——搅拌——静置——冷却——倾倒——回收。
上述工艺中钢渣改质剂为粉状材料，粒径＜0.12mm，水分≤0.5％。改质剂的配方如下(按重量百分比)：
生石灰：5-75％；煤炭：0-50％；石英砂：0-70％；高岭土(铝土矿)：0-30％；萤石：3-10％；纯碱(或芒硝)：2-10％。
钢渣改质剂的配方要按照不同的钢渣和不同的用途(水泥品种)来调整，即是说有的改质剂中上列六个组分全有，有的改质剂则不是全部含有上列六个组分。
钢渣改质剂可制成散状材料或袋装材料，在出渣之前或出渣过程中边出渣边加入渣罐中，加入方式可用皮带机或提升机运至卸料槽再加入渣罐，小炉子也可用人工加入。改质剂加入量为钢渣总重量的3-15％。
对高架式的炼钢厂房，钢渣搅拌机设置在炼钢平台下与渣车轨道中心线相对应；对地坑式炼钢厂房，则设置在渣坑旁边。搅拌机的传动、减速、升降均采用常规技术，其特征在于伸入液体渣层的搅拌头采用带尖端的波轮结构、材质采用高铝质耐火材料，将传动轴包裹在内。
钢渣搅拌是这样进行的，以高架式炼钢厂房为例，待炼钢炉出渣完毕并已加入改质剂后，开出渣车，使渣罐中心对准搅拌机波轮中心线，然后启动波轮旋转并同时下降，当波轮尖端戳开渣面后，搅拌随即开始，待波轮完全埋入渣面后计算搅拌时间，波轮转速由低到高分为三档，一档20转/分，二档40转/分，三档80转/分，每个档速搅拌时间1-3分，总搅拌时间5-8分。对于公称容量5吨以下的小炼钢炉，在条件不具备时，也可采用人工进行搅拌。
搅拌完毕，静置半小时后，将渣罐运至渣场，待冷却后倾翻渣罐，分别回收块状铁和改质钢渣。至此，钢渣改质过程即告完成。
用改质钢渣磨制水泥的过程同钢渣中热水泥(专利申请号92108240.1)但配料不一样，其中熟料应符合GB13590-92标准，其氧化镁含量不超过5％，游离氧化钙含量不超过3％，熟料标号不低于525号。改质钢渣不必经过磁选，水泥的细度可放宽到0.08mm方孔筛筛余不超过8％。
四、附图说明
搅拌波轮结构的正视图、俯视图和剖视图分别见附图1、2、3。传动轴垂直于波轮面，并在波轮中心轴孔内用螺纹连接。波轮上沿面以上一米的传动轴用袖砖包裹，袖砖最下端套在波轮中心轴孔外沿上，用螺纹连接。
五、具体实施方式
为生产钢渣普通水泥而配制的改质剂，一般可用前述的6个组分配制，当钢渣碱度不够时，可剔除石英砂，用其余5个组分配制。用改质钢渣磨制钢渣普通水泥的重量百分配比为：熟料0-20％、钢渣50-70％、矿渣(或其它混合材)15-30％、石膏2-5％。
为生产钢渣中热水泥而配制的改质剂，须在前述的6个组分中剔除高岭土(铝土矿)，如钢渣碱度不够时，可再剔除石英砂，用改质钢渣磨制钢渣中热水泥的重量百分配比为：熟料5-30％、钢渣40-60％、矿渣(或其它混合材)20-35％、石膏2-5％。
为生产钢渣道路水泥而配制的改质剂，可参照普通水泥的配比，适当加重高岭土的份量，用改质钢渣磨制钢渣道路水泥的重量百分配比为：熟料5-25％、钢渣50-80％、矿渣(或其它混合材)10-25％、石膏2-5％。
本发明实施后的效果比较：
(1)钢渣改质渣铁分离：
| 名称 | 金属收得率％ | 改质剂成本元/吨钢渣 | 钢渣售价元/吨 | 回收铁售价元/吨 | 备注 |
| 本发明背景技术 | 100-10580-90 | 250 | 800 | 1300(块状铁)300(带渣粒铁) | 改质剂可将钢渣内部分氧化铁还原成金属铁，故金属收得率可达105％。 |
(2)磨制水泥：
| 名称 | 钢渣利用率 | 外加剂 | 混凝土泛霜情况 | 水泥品种 | 标号 | 用途 |
| 本发明背景技术 | 100％＜50％ | 不需要需要 | 不泛霜泛霜 | 多品种单一品种 | 稳定达到425#以上不稳定 | 广泛有限制 |
实施例一，钢渣普通水泥：(参照标准GB175-92)转炉钢渣：
钢渣改质剂配方：生石灰42％、煤碳30％、高岭土20％、萤石5％、纯碱3％，改质剂加入量：10％。磨制钢渣普通水泥的配方及性能如下：
| 组分(％) | 细度(％) | 安定性 | 凝结时间h:ming | 抗折强度(MPa) | 抗压强度(Mpa) | ||||||
| 钢渣 | 矿渣 | 熟料 | 石膏 | 初凝 | 终凝 | 3天 | 28天 | 3天 | 28天 | ||
| 60 | 26 | 10 | 4 | 8 | 合格 | 1:27 | 2:39 | 4.3 | 7.1 | 22.3 | 46.7 |
实施例二，钢渣中热水泥：(参照标准GB200-89)，转炉钢渣。
钢渣改质剂配方：生石灰47％、煤碳35％、石英砂10％、萤石5％、纯碱3％。改质剂加入量8％，磨制中热水泥配方及性能：
| 组分(％) | 细度(％) | 安定性 | 凝结时间h:min | 抗折强度(MPa) | 抗压强度(MPa) | 7天水化热Kj/Kg | ||||||
| 钢渣 | 矿渣 | 熟料 | 石膏 | 初凝 | 终凝 | 7天 | 28天 | 7天 | 28天 | |||
| 50 | 26 | 20 | 4 | 7.5 | 合格 | 3:25 | 6:22 | 6.7 | 8.3 | 29.5 | 48.1 | 276 |
参考文献
1、王兴洲等，钢铁，1984，No、10、69烧结利用钢渣；
2、乔致奇，钢铁，1984，No、11、55，我国钢铁工业“三废”资源化状况与展望；
3、陈森，钢铁，1986，No、6、52，转炉钢渣水淬试验与设计；
4、郭奇强等，水泥，1988，No、9；
5、王立庆，钢铁，1989，No、8、64；
6、许谦等，水泥，1993，No、2、1。
Claims (1)
1、一种钢渣改质的方法，其特征是炼钢炉在其钢渣排出的过程中或排出前后，加入一种称为钢渣改质剂的粉状材料，加入量以重量百分比计为钢渣总重量的3-15％，该种钢渣改质剂具有如下的附加技术特征：
(1)组成按重量百分比计为：生石灰5-75％、煤0-50％、石英砂0-70％、铝土矿或高岭土0-30％，萤石3-10％、纯碱或芒硝2-10％；
(2)改质剂粉末粒径＜0.12mm；
(3)改质剂所含水份≤0.5％；
加入钢渣改质剂后立即对液体钢渣进行机械搅拌，机械搅拌的特征是搅拌头采用中心带尖端的倒扣的波轮结构，材质为耐火材料，将钢质传动轴包裹在内，搅拌后实现渣铁分离，获得块状铁和改质钢渣，前者用作炼钢的原料，后者用作生产水泥的原料，前文所述的炼钢炉选自转炉、平炉和电炉。
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