CN1143001C - 炼钢渣的造块方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种炼钢渣的造块方法，其特征是将含有粒径5mm以下的粉状炼钢渣50wt%以上的炼钢渣，和含SiO2≥30wt%的物质(例如粉煤灰、高炉水渣粉末等)的混合物，经水合反应而固化。还提供了一种块状材料，其特征在于，它是由上述方法获得的含雪硅钙石相20%以上的块状材料。这样得到的块状材料具有过去所没有的强度，作为路基材、建材土木用材等有用的无机质材料是适宜的。

Description

炼钢渣的造块方法
本发明涉及炼钢渣的造块方法，特别是一种将炼钢工艺中大量副生的粉粒状炼钢渣，与含SiO2≥30wt％的物质，例如高炉水渣粉末、或煤火力发电中煤燃烧大量产生的大部份废弃的粉煤灰等混合，以便有效地利用于路基材、建筑、土木材等的技术。
在使用高炉、转炉的联合钢铁厂中，除生铁水和钢水之外，还大量产生所谓冶炼、精炼渣的渣。因此，历来不断进行着将这样的渣利用于路基材等的努力。例如，特开昭50-59205号公报提出了在高炉水渣(是向处于熔融状态的渣中吹入高压水急冷，使之细粒化得到的)中，添加氢氧化钠等，在大气压以上进行水热处理，以提高硬化性能而固化的技术，而特开昭63-017247号公报则提出了在粉状的高炉渣和粉煤灰的混合粉中，添加由消石灰或水泥组成的刺激剂，再在压蒸器中养生、固化的技术。由于采用了上述技术，高炉渣作为路基材的利用达到了一定程度的成果。
另一方面，由于近年来炼钢技术的发展，使炼钢渣具有多而杂的化学组成及特性。也就是说，在炼钢渣的范畴内，包括炼钢工序前由生铁水预先脱硅、脱磷、脱硫的所谓“生铁水预处理”中产生的生铁水预处理渣、在转炉或电炉中用氧吹炼生铁水产生的转炉渣或电炉渣、为在转炉中廉价制造不锈钢而用碳直接熔融还原铬矿石等时产生的熔融还原炉渣、由于要使钢材高级化而在转炉出钢后将钢水另加处理(称为二次精炼，有真空脱气、钢包精炼等)时产生的二次精炼渣、以及在不锈钢的精炼中产生的不锈钢渣等。这些炼钢渣由于渣中存在不可避免的未渣化的CaO，它们氢氧化或碳酸化而膨胀后粉化，因此若以其原来的状态固化，则不适于作为路基材或建筑、土木材使用。
因此，特开平8-253349号公报提出了对未渣化的CaO进行既是物理的又是化学的稳定化时效处理(添加水泥、混凝土废料即二氧化硅系、二氧化硅-碱系物质，在蒸汽、温水或大气中长时间放置)。此外，在特开平8-259946号公报中，揭示了将经过磁选处理及稳定化处理的炼钢渣、生铁水预处理渣，与在煤灰或建筑渣土中混合水泥类而得到的粗碎固化物同时在路基材等中使用的技术。该技术是按照炼钢渣路基设计指针而将经时效处理的渣与其它大量废弃物(煤灰或建筑渣土)同时有效利用的技术。进而，特开平10-152364号公报又提出了将炼钢渣作为骨料，在其中作为结合料组合水泥或高炉水渣粉、粉煤灰、含硅烟雾等加以使用、并经过大气压下自然或蒸汽养生，或压蒸器处理而固化的技术。
但是，特开平8-253349号公报所记载的技术，仅仅单是防止炼钢渣的膨胀和粉化，因此时效后的渣，其强度与碎石等比较是不充分的。因此，这样的渣作为建筑、土木材仅能以临建材的水平利用或不能利用。另外，特开平8-259946号公报记载的技术，是与其它大量的废弃物(煤灰或建筑渣土)同时有效利用的技术，其本身具有不能大量处理炼钢渣的缺点。而特开平10-152364号公报记载的技术，虽然不经养生就能将炼钢渣作为骨料使用，但炼钢渣的使用量少，另一方面，还存在煤火力发电中大量产生的、欲混合的上述粉煤灰的使用量过少的问题。另外，如同可由该技术的实施例判断出的那样，将转炉渣分成粗骨料和细骨料使用，但尽管作为粗骨料使用约59％，其强度也难以说是充分的。
如上所述，炼钢渣的有效利用由于技术上困难至今尚未解决，在钢铁厂内只能走向库存量增加的唯一途径。因此现在的状况是，比过去更进一步地要求开发有效利用炼钢渣的技术。此外，在其它场所多量产生的粉煤灰和高炉水渣等含SiO2≥30wt％的物质，也同样切望加以有效利用。
鉴于上述情况，本发明的目的在于，提供一种炼钢渣的造块方法，该方法在将粉粒状的炼钢渣作为路基材、建筑，土木材等有用的无机材料确实且有效地固化的同时，还可以有效利用高炉水渣和煤火力发电中大量产生的多被废弃的粉煤灰等含SiO2≥30wt％的物质。
本发明人为达到上述目的，着眼于将粉煤灰或高炉水渣粉末那样的含SiO2≥30wt％的物质，在水分存在下于粉粒状炼钢渣中进行混炼，或者在高压水蒸汽下加热处理(例如压蒸器养生)，对其处理条件、被处理物质的物性、结晶组织等反复进行了锐意研究和检讨。
结果得知，将含有50wt％以上粒径5mm以下粉状炼钢渣的炼钢渣，和由粉煤灰和高炉渣中选择的至少1种混合，在水存在下或在高压水蒸汽气氛的加热下反应时，生成雪硅钙石相(5CaO·6SiO2·5H2O)，它赋予该渣的稳定化，提高了固化后渣的强度。
另外得知，在与高炉水渣粉末的混合时，优选的是利用在碱刺激剂及水存在下高炉水渣粉末自硬化的潜在水硬性。此时，作为碱刺激剂，可利用粉粒状炼钢渣含有的CaO或Na2O。然后，基于这些见解再进行反复研究，从而完成了以下的发明。
也就是说，本发明提供了一种炼钢渣的造块方法，其特征在于，将含有粒径5mm以下的粉状炼钢渣50wt％以上的炼钢渣和含有SiO2≥30wt％的物质的混合物经水合反应而固化，以及由此方法得到的块状材料，其特征在于，含雪硅钙石相20％以上。
上述造块方法和块状材料中的上述含SiO2≥30wt％的物质，优选的是由高炉水渣和粉煤灰中选择的至少1种，它们以下述配合比造块更佳。
即，上述含有SiO2≥30wt％的物质是高炉水渣，将上述混合粉的配比取为：该炼钢渣60～80％(重量)、高炉水渣40～20％(重量)，或者上述含有SiO2≥30wt％的物质是粉煤灰，将上述混合粉的配比取为：该炼钢渣60～80％(重量)、粉煤灰40～20％(重量)，此外还有以下情况：上述含SiO2≥30wt％的物质由高炉水渣和粉煤灰组成，上述混合粉的配合比为：该炼钢渣60～80％(重量)、高炉水渣20～13％(重量)、粉煤灰20～7％(重量)。
此外，上述造块方法和块状材料中的上述炼钢渣，优选为由生铁水预处理渣、熔融还原炉渣、转炉渣、电炉渣、二次精炼渣及不锈钢渣所组成的组中选择的至少1种。
而且，上述含SiO2≥30wt％的物质是高炉水渣时，上述高炉水渣粉末的粒径为100μm以下更佳。
此外，在上述任一情况下优选的是，对上述混合物额外添加0.5～10wt％的由碱金属或碱土类金属的氧化物、氢氧化物及碳酸盐组成的组中选择的至少1种，然后固化的造块方法及籍此得到的块状材料。
而且在本申请的发明中，也可以将以下的方法适用于上述任何方法中，可得到强度更高的块状材料。
即，在将上述炼钢渣用水进行前处理后，将与该含SiO2≥30wt％的物质的混合物在高压水蒸汽下进行加热的方法。此时，在温度120～260℃进行上述加热2～48小时为佳，也可以在上述高压水蒸汽中附加二氧化碳。
以下交代达完成本发明的经过，说明本发明的实施方式。
通常，在混凝土实施例当中，使用粒径大的(约40mm以上)的小石作为粗骨料，使用粒径小的(约5mm以下)砂作为细骨料，由强度上考虑一般使用粗骨料为细骨料的约2倍。但在本申请的发明中，将使用含粒径5mm以下粉状炼钢渣50wt％以上的炼钢渣作为原材料规定为要点。这不仅是出于反应性的观点，而且是由于若将粒径5mm以下的粒子取作不足50％时，成形会变难。
此外，上述炼钢渣优选是由生铁水预处理渣、熔融还原炉渣、转炉渣、电炉渣、二次精炼渣及不锈钢渣所组成的组中选择的至少1种。
为了易于理解本发明，这里作为含SiO2≥30wt％的物质，分别选择固化机构相互不同的粉煤灰及高炉水渣粉末的情况作为两个例子，顺序进行说明。
一般炼钢渣作为其主成分，含有CaO、SiO2、其中，由于CaO与H2O反应时渣本身发生膨胀破坏，所以为防止膨胀破坏，有必要将CaO变换成其它物质。另外，粉煤灰的主成分一般为SiO2、Al2O3。
首先，本发明人选择粉粒状的生铁水预处理渣作为含有粒径5mm以下粉状炼钢渣50wt％以上的炼钢渣，在其中混合粉煤灰并使之在水蒸汽存在下反应，研究此时生成的SiO2-CaO-Al2O3-H2O系组合物。然后在该组合物中发现雪硅钙石作为稳定相存在。该雪硅钙石相呈现出提高固化物强度的作用是众所周知的，因此本发明人考虑在其它种炼钢渣的固化中也利用这种雪硅钙石相的作用，并进行反复的试验研究。此时发现，添加高炉渣粉末时也增加固化体的强度。
按照这些试验研究还发现，为生成能提高固化物强度、并且防止膨胀粉化的足够量的雪硅钙石相，将含有粒径5mm以下的粉状炼钢渣50wt％以上的炼钢渣和粉煤灰作为主原料的混合粉，较佳是向其中添加水、或者在水存在下成形为规定形状(例如长方体)，可以将该混合粉或成形体在高压水蒸汽下进行加热。此时，为提高固化物的强度，将加热处理后的雪硅钙石相的生成量定为全固化物中的20～100％(重量)，更佳为50～100％(重量)。同时也得知，后述的水榴石类(3CaO·Al2O3·2SiO2·3H2O)相对上述成形体的固化是不利的，应将其生成量抑制在20％(重量)以下，更佳在10％(重量)以下。这些相的生成量，是用粉末X射线衍射的定量分析求出的。
而在实施上述本发明时，在进行加热加压处理之前，对含有粒径5mm以下粉状炼钢渣50wt％以上的炼钢渣用水进行前处理为佳。这是因为由于渣的膨胀反应一方比固化反应快，发生膨胀裂缝，有可能不能通过模子成为成形体。
作为上述混合粉在高压水蒸汽下进行加热的具体手段，可以使用密闭系耐压容器压蒸器。这是由于，虽然水的蒸汽压(饱和压力)在100℃时为1大压，但在使用压蒸器时，取进一步的高温可以使水的蒸汽压增加。若在这样的高压水蒸汽下加热上述混合粉，则形成混合粉的物质的各种化学反应速度显著变大。本发明就是利用这种促进反应的作用，使含炼钢渣及粉煤灰的物质一起相互进行化学反应，生成对成形体的固化有用的雪硅钙石相。
此外，为在上述固态物中生成适宜量的雪硅钙石相，含有粒径5mm以下粉状炼钢渣50wt％以上的炼钢渣和粉煤灰的配合比，对于炼钢渣60～80％(重量)而言，粉煤灰为40～20％(重量)为佳。更佳为对于炼钢渣50～80％(重量)而言，粉煤灰为50～20％(重量)。其理由是，当该炼钢渣的量超过上述的上限范围或粉煤灰量不足下限范围时，难以生成足够的雪硅钙石相。另外，该炼钢渣的量不足上述的下限范围或粉煤灰量超过上限范围时，生成水榴石类相，得不到足够的成形体强度。
而且，在本发明中，将在压蒸器内的加热取为在120～260℃下2～48小时为佳。更佳是推荐在160～230℃下加热2～24小时。其理由是，温度不足上述的下限时，雪硅钙石相的生成反应迟缓，不能生成足够量的雪硅钙石相，使固化物的强度变得不充分。另一方面，温度超过上述的上限时，则过于促进反应，生成水榴石类相或硬硅钙石相，也得不到具有足够强度的固化物。这些现象对于时间而言也是同样。即，在不足上述的下限时间时，反应进行不充分，不能生成足够量的雪硅钙石相，另一方面，处理时间超过上限时间时，过于促进反应，生成水榴石类相，都不能得到有足够强度的固化物。
另外，在本发明中，还考虑在上述高压水蒸汽中附加二氧化碳。这是由于籍此可生成碳酸钙，以促进固化。但是，对于其适宜的附加量，要按照所用该炼钢渣的种类而作各种变化，因此在本发明中不作特别限定。此外，作为混合粉的原料，除了该炼钢渣及粉煤灰以外，只要是少量的，也可配合高炉渣、石英粉、混凝土废料等。
以下，以选择高炉水渣粉末作为含SiO2≥30wt％的物质的情况进行说明。
炼钢渣含有精炼时使用的氧化钙(CaO)的未反应物及CaO与水反应生成的氢氧化钙(Ca(OH)2)，但是该CaO、Ca(OH)2是碱性的。另一方面，高炉水渣粉末具有受碱刺激时硬化的潜在水硬性。因而，在水存在下，高炉水渣粉末和炼钢渣反应形成硬化体。
一般在高炉渣中，SiO2、Al2O3等与石灰石CaO化合，在高温熔化状态下浮游。另外，高炉渣除含CaO、SiO2、Al2O3之外，还含种种MgO、MnO、硫化物、其它的微量成分。本发明所用的高炉水渣，是将上述高炉渣物理急冷而成的粒径小的砂粒状，而且呈玻璃质。将该玻璃质的高炉水渣微粉碎得到的粉末与碱分混合、与水混炼时，立即受该碱的刺激作用开始固化，虽然最初强度小，但逐渐发挥出高强度。将因该碱分的刺激使高炉水渣自身坚固的性质称为渣的潜在水硬性。高炉水渣粉末其自身不显示水硬性，但如果在水存在下受碱的刺激，则发挥出潜在的水硬性。在刺激剂中，认可的是碱金属或碱土类金属的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐等。本发明利用粉粒状炼钢渣作为碱刺激材，使粉粒状炼钢渣变化成稳定的硬化体。
即有如下见解，含有冶炼时使用的氧化钙(CaO)的未反应物及CaO与水反应生成的氢氧化钙(Ca(OH2)的炼钢渣，构成碱刺激材，向其中混合高炉水渣粉末及水时，高炉水渣粉末硬化，形成固化物，抑止了炼钢渣的膨胀崩坏，以至完成了本发明。
在本发明中，含粒径5mm以下粉状炼钢渣50wt％以上的炼钢渣不仅作为骨料使用，而且作为碱刺激剂使用。此外，高炉水渣粉末的粒径超过100μm时，反应量少，硬化变得不充分，因而不佳。该高炉水渣粉末的混合量，可按照粉粒状炼钢渣的成分和其它特性进行调整，以干基计处于10～90％(重量)的范围。另外优选的是，在含粒径5mm以下粉状炼钢渣50wt％以上的炼钢渣和高炉水渣粉末混合时，由混合起始或中途添加水，进行混炼和防止发尘，向上述全体原料均一供给水分，使其后的固化均一快速进行。混炼作业温度应取为60℃以下。超过60℃时反应快，使混合作业的作业性显著劣化，因而不佳。
在上述固化时，若采用压蒸器养生可促进硬化速度，因而较佳。此时，与粉煤灰的硬化时同样，在进行加热加压处理前，对含粒径5mm以下的粉状炼钢渣50wt％以上的炼钢渣用水进行前处理为佳。高炉水渣粉末潜在水硬性的显现要延续非常长的时间，因此由压蒸器养生促进硬化是有效的。作为压蒸器条件，以温度120～260℃2进行2～48小时为佳。取压力5～15kg/cm2、温度150～200℃更佳。
这种压蒸器养生也称为高温高压养生，是将制品装入气密的锅内，通常在温度180°左右，蒸汽压10大压左右的条件下进行养生。在压蒸器养生时产生水热反应，生成雪硅钙石相，能够在养生之后长期显现出强度，并且在短时间内获得高强度。此外，压蒸器养生最好在进行适当的前养生之后，于高温高压下保持5～24小时。经过这种压蒸器养生，能够将高炉水渣粉末作成200～450kgf/cm2压缩强度的CaO-SiO2-H2O系的所谓硅酸盐硬化体制品。在高温高压蒸汽下养生时，水硬性物质中的二氧化硅和钙结合，形成强固的雪硅钙石相的凝胶或准结晶。也就是说，在普通的温度下，甚至完全不活泼的石英状的二氧化硅也和钙反应，生成强固的硅酸钙。形成雪硅钙石相的过程是常温下形成的水合物3CaO·2SiO2·3H2O在高温高压养生过程中生成更稳定的5CaO·6SiO2·5H2O(雪硅钙石相)而造成的。而且，若在水分及CO2存在下进行压蒸器养生时，由于渣成分的碳酸化而产生硬化，能够造块成强度进一步加大的硬化体。
而且，在本发明中，若是相对于由含粒子5mm以下的粉状炼钢渣50wt％以上的炼钢渣和高炉水渣粉末组成的混合物，额外添加0.5～10wt％的由碱金属或碱土类金属的氧化物、氢氧化物及碳酸盐中选择的1种或2种以补充碱，是适宜的。在不足0.5wt％时，由于量少，缺乏添加效果，添加量超过10wt％时，由于反应快，产生混合作业的不适当情况，因此将上限取作10wt％。
接着，本发明人对于在上述的含粒径5mm以下的粉状炼钢渣50wt％以上的炼钢渣和高炉水渣粉末的混合粉中，再混合上述粉煤灰的情况进行了研究。结果发现，追加粉煤灰时，其固化机能有相乘的效果，进一步促进了雪硅钙石相的生成。因而将这种追加粉煤灰的方法也加进了本发明中。
另外，作为本发明使用的含SiO2≥30wt％的物质，并不限于粉煤灰、高炉水渣粉末，只要是含有SiO2≥30wt％，任何一种均可(例如麦秸或稻皮的灰)。
实施例
(1)含有SiO2≥30wt％的物质是粉煤灰的场合
将表1所示组成的炼钢渣和粉煤灰的粉末称量成表2及表3所示的预定的配合，准备多种配合原料。在这些配合原料中加5％(重量)水并进行混合，再将此混合粉装入不锈钢型箱(内径40mm×40mm×160mm)，在一定压力下成形。然后，将由型箱中拔出的成形体分别装入压蒸器中，以表2及表3所示的各种温度、时间进行多次养生试验。表1～3中的铬矿石熔融还原炉渣指的是熔融还原炉渣，不锈钢精炼脱碳炉渣指的是不锈钢渣。
对于由该压蒸器养生得到的各成形体即固化物，测定比重(按JIS R 2205标准)、压缩强度(按JIS R 2553标准)、雪硅钙石相及水榴石类相的峰值强度(用粉末X射线衍射法)。另外，X射线衍射峰值强度，是取作为标准试样添加的硅的(111)面相当的峰值作为基准，以强、中、弱及无4等级进行评价。将这些结果汇总示于表2及表3。另外，同一配合、同一条件下的成形体的试验次数是3次，表2及表3的值是其平均值。
[表1]
炼钢渣的种类   SiO2   CaO  Al2O3   MgO   t-Fe P2O5
  生铁水预处理渣     A   20   41   7   3   10   3
  转炉渣     B   14   52   2   4   12   3
  电炉渣     C   20   51   11   8   2   0
  铬矿石熔融还原炉渣     D   16   37   18   17   2   0
  二次精煤炼渣     E   12   41   19   6   5   2
  不锈钢精炼脱碳炉渣     F   27   48   3   3   3   0
  粉煤灰     -   50   10   24   2   4   1
注)t-Fe表示全部铁分。
表2
No. 炼钢渣种类 ≤5mm粒子存在率(％) 炼钢渣(wt％)  粉煤灰(wt％)       压蒸器养生       X射线衍射峰值 比重 压缩强度(kgf·cm-2) 注释
温度(℃) 时间(h) 雪硅钙石 水榴石类
1  A  50  90  10  180  6 中 无 2.4  225 实施例
2  A  50  80  20  180  6 中 无 2.4  250 实施例
3  A  50  70  30  180  6 强 无 2.2  250 实施例
4  A  50  60  40  180  6 强 无 2.2  250 实施例
5  A  50  50  50  180  6 强 无 2.2  250 实施例
6  A  50  40  60  180  6 强 弱 2.2  225 实施例
7  A  50  70  30  120  6 中 无 2.2  200 实施例
8  A  50  70  30  160  6 中 无 2.2  225 实施例
9  A  50  70  30  230  6 强 无 2.2  275 实施例
10  A  50  70  30  260  6 强 弱 2.2  225 实施例
11  A  50  70  30  180  2 中 无 2.2  225 实施例
12  A  50  70  30  180  12 强 无 2.2  275 实施例
13  A  50  70  30  180  24 强 无 2.2  275 实施例
14  A  50  70  30  180  36 强 极少 2.2  250 实施例
15  A  50  70  30  180  48 强 弱 2.2  225 实施例
16  A  50  100  0  180  6 无 无     不固化 比较例
17  A  50  30  70  180  6 强 中 2.0  180 实施例
18  A  50  70  30  270  6 强 强 2.2  160 实施例
19  A  50  70  30  180  1 弱 无 2.0  160 实施例
表3
NO. 炼钢渣种类 ≤5mm粒子存在率(％) 炼钢渣(wt％) 炼钢渣种类 ≤5mm粒子存在率(％)   渣(wt％) 粉煤灰(wt％)     压蒸器养生   X射线衍射峰值 比重 压缩强度(kgf·cm-2) 注释
温度(℃) 时间(h) 雪硅钙石 水榴石类
20  A  50  70  30  180  60 强 强 2.2  160 实施例
21  A  50  0  100  180  6 无 无 不固化  - 比较例
22  A  50  70  30  180  6 强 无 2.2  275 实施例
23  A  40  70  30  180  6 弱 无 2.2  60 比较例
24  B  50  70  30  180  6 强 无 2.2  250 实施例
25  C  50  70  30  180  6 强 无 2.2  250 实施例
26  D  50  70  30  180  6 强 无 2.2  250 实施例
27  E  50  70  30  180  6 强 无 2.2  250 实施例
28  F  50  70  30  180  6 强 无 2.2  250 实施例
29  B  50  70  30  180  6 弱 无 2.2  50 比较例
30  C  40  70  30  180  6 弱 无 2.2  50 比较例
31  D  40  70  30  180  6 弱 无 2.2  50 比较例
32  E  40  70  30  180  6 弱 无 2.2  40 比较例
33  F  40  70  30  180  6 弱 无 2.2  40 比较例
34  A  40  70  B  50  10  20  180  6 中 无 2.4  250 实施例
35  C  50  40  D  50  40  20  180  6 中 无 2.4  250 实施例
36  E  50  40  F  50  40  20  180  6 中 无 2.4  250 实施例
由表2及表3可知，在本发明的条件下加热、养生的成形体，与炼钢渣种类的不同无关，全部显示出雪硅钙石相的存在，外观上呈良好的固化状态。总之，固化是成功的。而且这些固态物比重为2.0以上，压缩强度为160kgf/cm2以上，既使在其后于大气压下放置6个月，也不发生任何膨胀、粉化，物理上和化学上均稳定。其结果表明，由于将炼钢渣和粉煤灰多量配合的混合粉的固化，形成了能充分发挥作为路基材、建筑、土木材作用的无机质材料。
与此相对照，在本发明处理条件之外进行处理的成形体则不能固化，或者即使固化强度也处于弱的状态。此外，不固化的成形体中不存在雪硅钙石相，这可以确认本发明人的设想是正确的。
(2)含有SiO2≥30wt％的物质是高炉水渣粉末的场合
使用表4所示成分、性状的炼钢渣及高炉水渣粉末，实施本发明的炼钢渣的造块方法。将其配合及养生条件示于表5、表6。表5是将粉粒状炼钢渣和高炉水渣粉末混合，在水分存在下固化的No.37～61(实施例)、No.62～67(比较例)。表6是将粉粒状炼钢渣和高炉水渣粉末混合，在水分存在下，用CO2置换常压处理容器或压蒸器中的空气进行固化的No.68～92(实施例)、No.93～98(比较例)。制造的块状物的压缩强度也一并示于表5、表6。
由表5、表6可知，使用含粒径5mm以下的粉状炼钢渣50wt％以上的炼钢渣及高炉水渣粉末，其长期压缩强度为160kg/cm2以上，能够得到长期延续也没有膨胀崩坏性的块状物。
[表4]                                                        原料组成(wt％)
炼钢渣种类  SiO2  CaO  Al2O3  MgO  t-Fe  P2O5
生铁水预处理渣     A   25   45   8   1   10   3
转炉渣     B   12   50   3   5   10   2
铬矿石熔融还原炉渣     C   18   41   17   18   1   0
不锈钢精炼脱碳炉渣     D   22   40   3   3   3   0
高炉水渣 - 34 41 14 7 0.3 0
表5
No.                  炼钢渣       高炉水渣       其他添加物          压蒸器养生 比重 压缩强度(kgf·cm-2) 注释
种类 粒度 ≤5mm粒子存在率(％) 重量比(wt％) 粒度 重量比(wt％) 种类 外加(wt％) 温度(℃)  压力(kgf·cm-2)  时间
37  A ＜5mm  100  10 ＜100μm  90 无  20  1  14日 2  350 实施例
38  A ＜10mm  50  90 ＜100μm  10 无  180  10  24h 2  270 实施例
39  A ＜40mm  80  30 ＜100μm  70 无  20  1  14日 2  308 实施例
40  A ＜5mm  100  70 ＜100μm  30 NaOH  5  180  10  5h 2  445 实施例
41  A ＜10mm  70  60 ＜100μm  40 NaOH  1  180  10  24h 2  325 实施例
42  A ＜5mm  100  10 ＜100μm  90 CaCO3  5  20  1  14日 2  356 实施例
43  B ＜5mm  100  10 ＜100μm  90 无  20  1  30日 2  256 实施例
44  B ＜10mm  50  90 ＜100μm  10 无  100  1  7日 2  282 实施例
45  B ＜5mm  100  50 ＜100μm  50 Ca(OH)2  3  180  10  24h 2  411 实施例
46  B ＜40mm  90  40 ＜100μm  60 Na2CO3  10  180  10  24h 2  314 实施例
47  B ＜5mm  100  70 ＜100μm  30 水泥  2  20  1  30日 2  369 实施例
48  C ＜5mm  100  60 ＜100μm  40 无  100  1  7日 2  227 实施例
49  C ＜10mm  50  80 ＜100μm  20 无  180  10  24h 2  255 实施例
50  C ＜5mm  100  50 ＜100μm  50 CaCO3  10  20  1  30日 2  324 实施例
51  C ＜5mm  100  10 ＜100μm  90 水泥  6  100  1  7日 2  299 实施例
52  C ＜5mm  100  90 ＜100μm  10 CaO  1  20  1  14日 2  272 实施例
53  D ＜5mm  100  90 ＜100μm  10 无  20  1  14日 2  267 实施例
54  D ＜10mm  50  40 ＜100μm  60 无  20  1  30日 2  240 实施例
55  D ＜40mm  0  70 ＜100μm  30 无  180  10  5h 2  293 实施例
56  D ＜5mm  100  30 ＜100μm  70 无  180  10  24h 2  218 实施例
57  D ＜5mm  100  50 ＜100μm  50 Na2CO3  5  100  1  7日 2  460 实施例
58  D ＜10mm  70  80 ＜100μm  20 NaOH  8  20  1  14日 2  450 实施例
59  D ＜5mm  100  30 ＜100μm  70 Ca(OH)2  5  20  1  30日 2  403 实施例
60  A ＜5mm  100  70 ＜100μm  30 硅酸钠  2  20  1  14日 2  485 实施例
61  B ＜10mm  80  60 ＜100μm  40 硅酸钠  4  180  10  24h 2  470 实施例
62  A ＜10mm  80  100  -  0 无  180  10  24h     不固化 比较例
63  B ＜5mm  100  100  -  0 Na2CO3  10  180  10  24h     不固化 比较例
64  B ＜5mm  100  40 ＜200μm  60 无  20  1  30日 2  40 比较例
65  C ＜10mm  10  40 ＜200μm  60 NaOH  2  180  10  5h 2  55 比较例
66  D ＜5mm  -  0 ＜100μm  100 无  180  10  24h     不固化 比较例
67  A ＜5mm  100  100  -  0 硅酸钠  2  20  1  14日     不固化 比较例
表6
No.                   炼钢渣       高炉水渣      其他添加物          压蒸器养生 比重 压缩强度(kgf·cm-2) 注释
种类 粒度 ≤5mm粒子存在率(％) 重量比(wt％) 粒度 重量比(wt％) 种类 外加(wt％) 温度(℃)  压力(kgf·cm-2)  时间
68  A ＜5mm 100  10 ＜100μm  90 无  20  1  14日 2  420 实施例
69  A ＜10mm 50  90 ＜100μm  10 无  180  10  24h 2  324 实施例
70  A ＜40mm 80  30 ＜100μm  70 无  20  1  14日 2  369.6 实施例
71  A ＜5mm 100  70 ＜100μm  30 NaOH 5  180  10  5h 2  534 实施例
72  A ＜10mm 70  60 ＜100μm  40 NaOH 1  180  10  24h 2  390 实施例
73  A ＜5mm 100  10 ＜100μm  90 CaCO3 5  20  1  14日 2  427.2 实施例
71  B ＜5mm 100  10 ＜100μm  90 无  20  1  30日 2  307.2 实施例
75  B ＜10mm 50  90 ＜100μm  10 无  100  1  7日 2  338.4 实施例
76  B ＜5mm 100  50 ＜100μm  50 Ca(OH)2 3  180  10  24h 2  493.2 实施例
77  B ＜40mm 90  40 ＜100μm  60 Na2CO3 10  180  10  24h 2  376.8 实施例
78  B ＜5mm 100  70 ＜100μm  30 水泥 2  20  1  30日 2  442.8 实施例
79  C ＜5mm 100  60 ＜100μm  40 无  100  1  7日 2  272.4 实施例
80  C ＜10mm 50  80 ＜100μm  20 无  180  10  24h 2  306 实施例
81  C ＜5mm 100  50 ＜100μm  50 CaCO3 10  20  1  30日 2  388.8 实施例
82  C ＜5mm 100  10 ＜100μm  90 水泥 6  100  1  7日 2  358.8 实施例
83  C ＜5mm 100  90 ＜100μm  10 CaO 1  20  1  14日 2  326.4 实施例
84  D ＜5mm 100  90 ＜100μm  10 无  20  1  14日 2  320.4 实施例
85  D ＜10mm 50  40 ＜100μm  60 无  20  1  30日 2  288 实施例
86  D ＜40mm 0  70 ＜100μm  30 无  180  10  5h 2  351.6 实施例
87  D ＜5mm 100  30 ＜100μm  70 无  180  10  24h 2  261.6 实施例
88  D ＜5mm 100  50 ＜100μm  50 Na2CO3 5  100  1  7日 2  552 实施例
89  D ＜10mm 70  80 ＜100μm  20 NaOH 8  20  1  14日 2  540 实施例
90  D ＜5mm 100  30 ＜100μm  70 Ca(OH)2 5  20  1  30日 2  483.6 实施例
91  A ＜5mm 100  70 ＜100μm  30 硅酸钠 2  20  1  14日 2  582 实例例
92  B ＜10mm 80  60 ＜100μm  40 硅酸钠 4  180  10  24h 2  564 实施例
93  A ＜10mm 80  100   -  0 无  180  10  24h     不固化 比较例
94  B ＜5mm 100  100   -  0 Na2CO3 10  180  10  24h     不固化 比较例
95  B ＜5mm 100  40 ＜200μm  60 无  20  1  30日 2  48 比较例
96  C ＜10mm 10  40 ＜200μm  60 NaOH 2  180  10  5h 2  66 比较例
97  D ＜5mm -  0 ＜100μm  100 无  180  10  24h     不固化 比较例
98  A ＜4mm 100  100   -  0 硅酸钠 2  20  1  14日     不固化 比较例
(3)含有SiO2≥30wt％的物质是高炉水渣粉末及粉煤灰的场合
使用表4所示成分、性状的炼钢渣及高炉水渣粉末、表1所示成分、性状的粉煤灰，实施本发明的炼钢渣的造块方法。将其配合及养生条件示于表7、表8。表7是将含粒径5mm以下的粉状炼钢渣50wt％以上的炼钢渣，和高炉水渣粉末及粉煤灰混合，在水分存在下固化的No.99～124(实施例)、No.125～130(比较例)。表8是将含粒径5mm以下的粉状炼钢渣50wt％以上的炼钢渣和高炉水渣粉末及粉煤灰混合，在水分存在下用CO2置换常压处理容器或压蒸器中的空气而固化的No.131～156(实施例)、No.157～162(比较例)。所制造的块状物的压缩强度也一并示于表7、表8。
表7
No.                   炼钢渣         高炉水渣 粉煤灰(wt％)     其他添加物         压蒸器养生 比重 压缩强度(kgf·cm-2) 注释
种类 粒度 ≤5mm粒子存在率(％) 重量比(wt％) 粒度 重量比(wt％) 种类 外加(wt) 温度(℃)  压力(kgf·cm-2)  时间
99  A ＜5mm  100  10 ＜100μm  60  30 无 20  1  14日 2  280 实施例
100  A ＜10mm  50  50 ＜100μm  20  30 无 180  10  24h 2  430 实施例
101  A ＜40mm  70  80 ＜100μm  10  10 无 20  1  14日 2  250 实施例
102  A ＜5mm  100  60 ＜100μm  20  20 NaOH  5 180  10  5h 2  560 实施例
103  A ＜10mm  80  20 ＜100μm  50  30 无 180  10  24h 2  350 实施例
104  A ＜40mm  70  40 ＜100μm  20  40 无 20  1  14日 2  260 实施例
105  A ＜40mm  50  70 ＜100μm  20  10 硅酸钠 2 20  1  14日 2  530 实施例
106  B ＜5mm  100  10 ＜100μm  60  30 无 20  1  30日 2  280 实施例
107  B ＜10mm  90  50 ＜100μm  20  30 无 100  1  7日 2  300 实施例
108  B ＜40mm  60  80 ＜100μm  10  10 无 180  10  24h 2  300 实施例
109  B ＜5mm  100  60 ＜100μm  20  20 无 180  10  24h 2  500 实施例
110  B ＜10mm  70  20 ＜100μm  50  30 NaOH  2 20  1  30日 2  350 实施例
111  B ＜40mm  50  40 ＜100μm  20  40 无 100  1  7日 2  290 实施例
112  B ＜40mm  80  60 ＜100μm  20  20 硅酸钠 4 180  10  24h 2  570 实施例
113  C ＜5mm  100  10 ＜100μm  60  30 无 180  10  24h 2  420 实施例
114  C ＜10mm  50  50 ＜100μm  20  30 NaOH  10 20  1  30日 2  350 实施例
115  C ＜40mm  50  80 ＜100μm  10  10 无 100  1  7日 2  290 实施例
116  C ＜5mm  100  60 ＜100μm  20  20 无 20  1  14日 2  250 实施例
117  C ＜10mm  90  20 ＜100μm  50  30 无 20  1  14日 2  260 实施例
118  D ＜40mm  70  40 ＜100μm  20  40 无 20  1  30日 2  220 实施例
119  D ＜5mm  100  10 ＜100μm  60  30 NaOH  10 180  10  5h 2  450 实施例
120  D ＜10mm  80  50 ＜100μm  20  30 无 180  10  24h 2  350 实施例
121  D ＜40mm  50  80 ＜100μm  10  10 无 100  1  7日 2  300 实施例
122  D ＜5mm  100  60 ＜100μm  20  20 无 20  1  14日 2  230 实施例
123  D ＜10mm  90  20 ＜100μm  50  30 无 20  1  30日 2  250 实施例
124  D ＜40mm  70  40 ＜100μm  20  40 无 180  10  24h 2  470 实施例
125  A ＜10mm  50  100 ＜100μm  0  0 无 180  10  24h     不固化 比较例
126  B ＜5mm  100  100 ＜100μm  0  0 无 180  10  24h     不固化 比较例
127  B ＜5mm  100  40 ＜200μm  20  40 无 20  1  30日 2  60 比较例
128  C ＜10mm  30  40 ＜200μm  50  10 NaOH 2 180  10  5h 2  80 比较例
129  D ＜5mm  100  0 ＜100μm  50  50 无 180  10  24h     不固化 比较例
 130  A ＜40mm  50  100 ＜100μm  0  0 硅酸钠 4 20  1  14日     不固化 比较例
表8
No.                 炼钢渣        高炉水渣 粉煤灰(wt％)     其他添加物         压蒸器养生 比重 压缩强度(kgf·cm-2) 注释
种类 粒度 ≤5mm粒子存在率(％) 重量比(wt％) 粒度 重量比(wt％) 种类 外加(wt％) 温度(℃)     压力(kgf·cm-2) 时间
131  A ＜5mm  100  10 ＜100μm  60  30 无 20  1  14日 2  330 实施例
132  A ＜10mm  50  50 ＜100μm  20  30 无 180  10  24h 2  470 实施例
133  A ＜40mm  70  80 ＜100μm  10  10 无 20  1  14日 2  310 实施例
134  A ＜5mm  100  60 ＜100μm  20  20 NaOH  5 180  10  5h 2  600 实施例
135  A ＜10mm  80  20 ＜100μm  50  30 无 180  10  24h 2  380 实施例
136  A ＜40mm  70  40 ＜100μm  20  40 无 20  1  14日 2  300 实施例
137  A ＜40mm  50  70 ＜100μm  20  10 硅酸钠  2 20  1  14日 2  580 实蝴例
138  B ＜5mm  100  10 ＜100μm  60  30 无 20  1  30日 2  320 实施例
139  B ＜10mm  90  50 ＜100μm  20  30 无 100  1  7日 2  340 实施例
140  B ＜40mm  60  80 ＜100μm  10  10 无 180  10  24h 2  350 实施例
141  B ＜5mm  100  60 ＜100μm  20  20 无 180  10  24h 2  530 实施例
142  B ＜10mm  70  20 ＜100μm  50  30 NaOH  2 20  1  30日 2  390 实施例
143  B ＜40mm  50  40 ＜100μm  20  40 无 100  1  7日 2  340 实施例
144  B ＜40mm  80  60 ＜100μm  20  20 硅酸钠  4 180  10  24h 2  600 实施例
145  C ＜5mm  100  10 ＜100μm  60  30 无 180  10  24h 2  450 实施例
146  C ＜10mm  50  50 ＜100μm  20  30 NaOH  10 20  1  30日 2  390 实施例
147  C ＜40mm  50  80 ＜100μm  10  10 无 100  1  7日 2  300 实施例
148  C ＜5mm  100  60 ＜100μm  20  20 无 20  1  14日 2  290 实施例
149  C ＜10mm  90  20 ＜100μm  50  30 无 20  1  14日 2  320 实施例
150  D ＜Omm  70  40 ＜100μm  20  40 无 20  1  30日 2  260 实施例
141  D ＜5mm  100  10 ＜100μm  60  30 NaOH  10 180  10  5h 2  500 实施例
142  D ＜10mm  80  50 ＜100μm  20  30 无 180  10  24h 2  410 实施例
143  D ＜40mm  50  80 ＜100μm  10  10 无 100  1  7日 2  340 实施例
144  D ＜5mm  100  60 ＜100μm  20  20 无 20  1  14日 2  270 实施例
155  D ＜10mm  90  20 ＜100μm  50  30 无 20  1  30日 2  300 实施例
156  D ＜40mm  70  40 ＜100μm  20  40 无 180  10  24h 2  520 实施例
157  A ＜10mm  50  100 ＜100μm  0  0 无 180  10  24h     不固化 比较例
158  B ＜5mm  100  100 ＜100μm  0  0 无 180  10  24h     不固化 比较例
159  B ＜5mm  100  40 ＜200μm  20  40 无 20  1  30日 2  70 比较例
160  C ＜10mm  30  40 ＜200μm  50  10 NaOH  2 180  10  5h 2  90 比较例
161  D ＜5mm  100  0 ＜100μm  50  50 无 180  10  24h     不固化 比较例
162  A ＜40mm  50  100 ＜100μm  0  0 硅酸钠  4 20  1  14日 2  10 比较例
由表7、表8可知，使用含粒径5mm以下的粉状炼钢渣50wt％以上的炼钢渣，和高炉水渣粉末及粉煤灭，能够得到长期压缩强度为160kg/cm2以上，长期延续也没有膨胀崩环性的块状物。
上述的任一场合，都是由固化前向混合粉中添加水以后，在常温或在压蒸器造成的高温、高压下固化的。混炼时适宜的水分添加量因构成混合物的原料种类和配合而异，所以不能一概而论，但要点可以是对经混炼使水分均一遍及混合粉全体、经混炼使全体呈可靠的糊状、固化后残存的过剩水分不使强度降低加以综合考虑后决定。
由此观点出发，发现在表9所示各个条件下改变混炼时的水分添加量并进行渣的固化时，在No.163～178所示的任一条件下。固化前均呈可靠的糊状。水分遍及全体。固化后的固化物强度也高。
表9
No.                   炼钢渣        高炉水渣 粉煤灰(wt％) 混炼时外加水(wt％)     其他添加物         压蒸器养生 比重 压缩强度(kgf·cm-2) 注释
种类 粒度 ≤5mm粒子存在率(％) 重量比(wt％) 粒度 重量比(wt％) 种类 外加(wt％) 温度(℃)     压力(kgf·cm-2) 时间
163  A ＜5mm 100  80 ＜100μm  0  20  21 无 180  10  6h 2  300 实施例
164  A ＜40mm 50  50 ＜100μm  0  50  15 无 180  10  6h 2  290 实施例
165  A ＜5mm 100  70 ＜100μm  0  30  23 无 180  10  6h 2  300 实施例
166  A ＜40mm 50  70 ＜100μm  0  30  17 无 180  10  6h 2  280 实施例
167  A ＜40mm 50  70 ＜100μm  0  30  15 无 180  10  6h 2  290 实施例
168  A ＜5mm 100  70 ＜100μm  30  0  19 NaOH  5 180  10  5h 2  500 实施例
169  A ＜40mm 80  30 ＜100μm  70  0  16 无 20  1  14日 2  340 实施例
170  B ＜10mm 80  60 ＜100μm  40  0  20 硅酸钠  2 180  10  6h 2  510 实施例
171  B ＜40mm 70  60 ＜100μm  40  0  18 无 100  1  7日 2  270 实施例
172  B ＜40mm 60  90 ＜100μm  10  0  15 无 20  1  14日 2  310 实施例
173  B ＜5mm 100  10 ＜100μm  60  30  22 无 20  1  14日 2  330 实施例
174  B ＜5mm 100  60 ＜100μm  20  20  17 NaOH  5 180  10  5h 2  600 实施例
175  B ＜40mm 70  70 ＜100μm  20  10  15 硅酸钠  2 20  1  14日 2  580 实施例
176  B ＜5mm 100  60 ＜100μm  20  20  18 无 180  10  24h 2  530 实施例
177  C ＜40mm 50  80 ＜100μm  10  10  15 无 100  1  7日 2  300 实施例
178  C ＜40mm 50  80 ＜100μm  10  10  17 无 100  1  7日 2  340 实施例
此外，表10所示的是将混炼时的水分添加量与表9取为同样，在固化时的气氛中添加CO2，结果发现，与上述情况同样，固化前呈可靠的糊状，水分遍及全体，固化后的固化物的强度比表9中的实例更高。
表10
No.                    炼钢渣          高炉水渣 粉煤灰(wt％) 混炼时外加水(wt％)   其他添加物        压蒸器养生 比重 压缩强度(kgf·cm-2) 注释
种类 粒度 ≤5mm粒子存在率(％) 重量比(wt％) 粒度 重量比(wt％) 种类 外加(wt％) 温度(℃)  压力(kgf·cm-2) 时间
179  A ＜5mm  100  80 ＜100μm  0  20  21 无 180  10  6h 2  340 实施例
180  A ＜40mm  50  50 ＜100μm  0  50  15 无 180  10  6h  2  330 实施例
181  A ＜5mm  100  70 ＜100μm  0  30  23 无 180  10  6h  2  350 实施例
182  A ＜40mm  50  70 ＜100μm  0  30  17 无 1  10  6h  2  330 实施例
183  A ＜40mm  50  70 ＜100μm  0  30  15 无 180  10  6h  2  340 实施例
184  A ＜5mm  100  70 ＜100μm  30  0  19  NaOH  5 180  10  5h  2  530 实施例
185  A ＜40mm  80  30 ＜100μm  70  0  16 无 20  1  14日  2  370 实施例
186  B ＜10mm  80  60 ＜100μm  40  0  20 硅酸钠 2 180  10  6h  2  510 实施例
187  B ＜40mm  70  60 ＜100μm  40  0  18 无 100  1  7日  2  330 实施例
188  B ＜40mm  60  90 ＜100μm  10  0  15 无 20  1  14日  2  350 实施例
189  B ＜5mm  100  10 ＜100μm  60  30  22 无 20  1  14日  2  370 实施例
190  B ＜5mm  100  60 ＜100μm  20  20  17 NaOH  5 180  10  5h  2  650 实施例
191  B ＜40mm  70  70 ＜100μm  20  10  15 硅酸钠 2 20  1  14日  2  620 实施例
192  B ＜5mm  100  60 ＜100μm  20  20  18 无 180  10  24h  2  570 实施例
193  C ＜40mm  50  80 ＜100μm  10  10  15 无 100  1  7日  2  350 实施例
194  C ＜40mmm  50  80 ＜100μm  10  10  17 无 100  1  7日  2  390 实施例
如以上说明的那样，按照本发明，由作为产业废弃物处理的各种炼钢渣中，选定含有粒径5mm以下的粉状炼钢渣50wt％以上的炼钢渣，将其和含SiO2≥30wt％的物质的混合粉在适宜条件下进行处理，由此得到了高强度而且稳定的炼钢渣的块状物。结果能够由过去废弃的炼钢渣、粉煤灰和高炉水渣粉末那样的含SiO2≥30wt％的物质，提供可作为路基材、建筑、土木材等加以利用的无机质材料。因而本发明极大地有利于资源再利用、环境改善等。

Claims (11)

1、炼钢渣的造块方法，其特征在于，将含有粒径5mm以下粉状炼钢渣50wt％以上的炼钢渣和由高炉水渣和粉煤灰中选择的至少1种物质的混合物经水合反应而固化。
2、权利要求1所述的炼钢渣的造块方法，其特征在于，上述由高炉水渣和粉煤灰中选择的至少1种物质是高炉水渣，将上述混合粉的配合比取为：该炼钢渣60～80％(重量)、高炉水渣40～20％(重量)。
3、权利要求1所述的炼钢渣的造块方法，其特征在于，上述由高炉水渣和粉煤灰中选择的至少1种物质是粉煤灰，将上述混合粉的配合比取为：该炼钢渣60～80％(重量)、粉煤灰40～20％(重量)。
4、权利要求1所述的炼钢渣的造块方法，其特征在于，上述由高炉水渣和粉煤灰中选择的至少1种物质由高炉水渣和粉煤灰组成，将上述混合粉的配合比取为：该炼钢渣60～80％(重量)、高炉水渣20～13％(重量)、粉煤灰20～7％(重量)。
5、权利要求1～4任一项所述的炼钢渣的造块方法，其特征在于，上述炼钢渣是由生铁水预处理渣、熔融还原炉渣、转炉渣、电炉渣、二次精炼渣及不锈钢渣组成的组中选择的至少1种。
6、权利要求1、2和4中任一项所述的炼钢渣的造块方法，其特征在于，上述高炉水渣粉末的粒径为100μm以下。
7、权利要求1～4任一项所述的炼钢渣的造块方法，其特征在于，再添加上述混合物的0.5～10wt％的由碱金属或碱土类金属的氧化物、氢氧化物及碳酸盐组成的组中选择的至少1种，然后固化。
8、权利要求1～4任一项所述的炼钢渣的造块方法，其特征在于，将上述炼钢渣用水预处理，然后将其与由高炉水渣和粉煤灰中选择的至少1种物质的混合物在高压水蒸汽下进行加热。
9、权利要求8所述的炼钢渣的造块方法，其特征在于，在温度120～260℃下进行上述加热248小时。
10、权利要求8所述的炼钢渣的造块方法，其特征在于，在上述高压水蒸汽中附加二氧化碳。
11、权利要求1所述的炼钢渣的造块方法，其特征在于，通过上述水合反应进行固化，使雪硅钙石相达到20％以上。
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