CN1712946A - 钢渣年龄测定法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于道路工程领域，具体涉及到一种通过测定钢渣中游离氧化钙的含量(f－CaO)从而测定钢渣年龄的方法。其特征在于包括以下步骤：1)根据钢渣中游离氧化钙含量快速测定的方法测定被测样品中游离氧化钙的含量，2)根据步骤1)测定的被测样品游离氧化钙的含量由钢渣的游离氧化钙的含量与钢渣在温度大于100℃的饱和水蒸气中的存放期的关系图得出钢渣的年龄。本发明的有益效果在于：1)将钢渣稳定的各种因素全部转化为f－CaO，再通过查图表找出钢渣的年龄，这种“年龄”便可以作为通用的钢渣稳定性指标。为了给道路工程建设的设计、施工单位使用钢渣的信心；2)加快钢渣更方便、安全地用于道路工程建设，努力提高钢渣的附加值。
Description
技术领域
本发明属于道路工程领域，具体涉及到一种通过测定钢渣中游离氧化钙的含量(f-CaO)从而测定钢渣年龄的方法。
背景技术
钢渣是炼钢过程中排出的固态废弃物，其具有不同于一般铁质无机非金属材料、钙质无机非金属材料和硅质无机非金属材料的的特性，具体如下：
1、钢渣化学组成
由于我国钢渣主要产自转炉，钢渣的化学组成大致为表1。
转炉钢渣的化学成分表1
| 成分 | CaO | SiO2 | Al2O3 | FeO | Fe2O3 | MgO | P2O5 | MnO | f-CaO |
| 含量(％) | 40-60 | 10-20 | 1-5 | 7-10 | 5-10 | 5-15 | 1-5 | 2-6 | 0-10 |
有些钢渣可能还含有V2O5、TiO2等。
2、钢渣的矿物组成
在碱度较高(R＞3)的钢渣中，以C3S为主，其次是C2S、RO相、铁酸二钙(C2F)、游离氧化钙(f-CaO)等。在碱度较低的钢渣(R＝1.5～3)中，以C2S为主，其次是RO相、铁酸二钙(C2F)、CaS、f-CaO。当碱度很低时(R＜1.5)，还会出现钙镁橄榄石、镁蔷薇辉石、黄长石之类的产物。
钢渣中的矿物基本上都是呈固溶体状态存在。C3S成分为A矿固溶体，它固溶了P2O5等成分，固溶的P2O5达到一定量后，使其构成稳定的β-C2S相，抑制了β-C2S晶型转变造成的分解。RO相是FeO-MgO-MnO连续固溶体，其中常常还固溶有一定量的Ca、Al等，f-CaO相一般固溶有FeO、MnO及少量的MgO，固溶量可多达20％，在固溶限内，固溶的FeO、MnO越多，水化越慢。C2F相中一般固溶有Al2O3、TiO2等，水化极慢。
3、钢渣粉化膨胀特性
引起钢渣粉化膨胀的原因有：
(1)f-CaO(固溶体CaO)引起的粉化
这主要是石灰分解。钢渣中的f-CaO在空气中，吸水后生成Ca(OH)2体积增大约一倍，引起钢渣膨胀崩裂而变为粉末。f-CaO引起的钢渣粉化程度与钢渣中f-CaO的含量及其固溶的杂质多少有关。转炉渣中f-CaO含量在3％时，就会产生风化碎裂，含量在5％以上会出现不同程度的粉化。但是由于钢渣组成的不均匀性，即使同一炉渣的不同部位风化程度也不尽相同。采用100℃蒸汽蒸养3小时，使f-CaO快速消解，粉化率fd＝粉化后小于1mm的重量/总重量×10％，如图1所示。
(2)f-MgO(固溶的MgO)引起的粉化
MgO主要以方镁石状态存在，吸水后会慢慢生成Mg(OH)2，体积增加77.7％，引起钢渣破裂粉化，在转炉渣中一般存在于RO相中，在低碱度的钢渣中还存在于钙镁橄榄石(CMS)和镁蔷薇辉石(C3MS2)中，在通常情况下CMS和C3MS2是稳定的，RO相中只有当MgO含量远远大于FeO才成为不稳定，所以f-MgO在转炉渣中一般是不会引起粉化。
(3)硅酸盐分解
转炉渣中含有相当数量的C2S矿物(B矿固溶体)，冷却通过1100-900℃温度区间时发生α-C2S、β-C2S向γ-C2S的相变，此时体积膨胀10～12％，从而使钢渣粒化。当C2S相中含有B2O3、P2O5或BaO等稳定剂时，可阻止α、β型C2S向γ-C2S转变，由于钢渣中一般含有一定数量的P2O5，主要固溶于C2S相中，所以一般情况下不产生C2S相变粉末，只有当P2O5含量非常低时，才会产生C2S相变引起钢渣膨胀粉化。
(4)Fe、Mn分解
钢渣中的FeS、MnS在水的作用下会生成这些金属的氢氧化物，同时体积发生膨胀。FeS膨胀38％，MnS膨胀24％，引起钢渣的破裂，然而Fe、Mn的分解只有当钢渣中FeS、MnS含量＞3％时，相当于S含量大于1％时才会发生，而一般钢渣中的S含量通常在0.5％以下，所以Fe、Mn分解在钢渣中基本不会发生。
由上可知，转炉钢渣的粉化膨胀主要是由于f-CaO(固溶体CaO)水化所引起的，其解决办法一般采用存放的方法，将钢渣堆放半年至一年以上，使游离氧化钙自然消解，也可采取蒸汽蒸养处理或热焖处理来加速f-CaO消解的办法。
钢渣和钢渣水泥应用于道路工程建设在我国始于20世纪60年代，目前很多施工单位更是想应用钢渣，但是钢渣由于其中所含物质水化的不稳定性造成了钢渣在道路建设中应用难以大规模推广，很多道路设计和施工单位对之更是半信半疑。
国家有关部门也制定了一些标准，如《钢渣石灰道路基层施工及验收规范》(CJJ35-90)、《钢渣矿渣水泥》(GB13590-91)、《钢渣砌筑水泥》(YB4009-96)、《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ032-94)等。但是各种标准都只是规定了钢渣中游离氧化钙(f-CaO)含量要小于多少，堆放多少年以上。而钢渣的水化是一个非常复杂的过程，它涉及到钢渣中各种成分含量、钢渣的堆放条件(主要是地质和气候条件)、炉型等。随着我国钢铁企业技术改造的推进，我国钢铁企业基本上实现了“平改转”的过渡，但同时我们缺乏一种指标用来衡量钢渣的稳定性。
发明内容
本发明所要解决的问题就是提供一种通过快速测定钢渣中游离氧化钙的方法来确定钢渣年龄的方法，以达到各单位对钢渣有一个统一的技术指标，提高钢渣的利用效率。
本发明为解决上述技术问题所提出的技术方案为：一种钢渣年龄测定法，其特征在于包括以下步骤：
1)根据钢渣中游离氧化钙含量快速测定的方法测定被测样品中游离氧化钙的含量，
2)根据步骤1)测定的被测样品游离氧化钙的含量由钢渣的游离氧化钙的含量与钢渣在温度大于100℃的饱和水蒸气中的存放期的关系图得出钢渣的年龄，
所述的钢渣中f-CaO快速测定的方法为：准确称量待测钢渣0.2g于干燥的50mL烧杯中，加入20mL乙二醇，在超级恒温90℃中恒温水浴5min，插入电极测定电导率k1，通过计算公式测定游离氧化钙的含量P，计算公式为：
其中K溶为测定电导率k1，K乙二醇为乙二醇的电导率，Λm∞为无限稀释摩尔电导率。
按上述方案，所述的钢渣的游离氧化钙的含量与钢渣在温度大于100℃的饱和水蒸气中的存放期的关系图的制作方法：通过实验室压蒸实验法来进行模拟自然分化的方法，即在温度大于100℃的饱和水蒸气中每隔15分钟利用钢渣中游离氧化钙含量快速测定的方法测定游离氧化钙的含量一次，记录测定的游离氧化钙的含量，在该条件下每压蒸一小时，其相当于自然堆放6个月的时间，其中以钢渣年龄(月)为横坐标，游离氧化钙的含量(质量％)为纵坐标。
在使用该法时应注意的事项：该法是根据钢渣中f-CaO的含量测定钢渣的年限能够精确到月，在使用的过程中应该注意以下几点：
(1)由压蒸法绘制图的操作过程应该严格按照国家有关标准进行；推断出的年龄为钢渣在自然堆放条件下的年龄。
(2)钢渣中f-MgO的含量可以在测定f-CaO后，在烧杯中补加10mL的乙二醇，加入5mL碘溶液，继续在90℃超级恒温中水浴30min，插入电极测定电导率k2，Δk＝k2-k1计算f-MgO的质量百分含量(P2表示)，计算公式为
(3)根据钢渣中游离氧化镁、P2O5、Fe、Mn、S的含量对游离氧化钙的含量(用P1表示)进行修正，其修正关系式为游离氧化钙的含量P1＝P+K1×P2+K2×P2O5％+K3×FeS％+MnS％×K4，修正系数应用的条件是：MgO》FeO时，其修正系数为k1＝0.889；P2O5＞1％时，特别是钢渣中含有BaO和B2O3，不考虑硅酸盐分解膨胀的因素即k2＝0；当钢渣中S含量大于1％时FeS引起的膨胀系数是k3＝0.64，MnS引起的膨胀系数是k4＝0.62。而一般钢渣中的S含量通常在0.5％以下，所以Fe、Mn分解在钢渣中很少发生，即k3，k4＝0。
本发明的有益效果在于：
1)将钢渣稳定的各种因素全部转化为f-CaO，再通过查图表找出钢渣的年龄，这种“年龄”便可以作为通用的钢渣稳定性指标。为了给道路工程建设的设计、施工单位使用钢渣的信心；
2)给国家有关行业管理部门以统一的标准，加快钢渣更方便、安全地用于道路工程建设，努力提高钢渣的附加值。
附图说明
图1是钢渣粉化率fd与钢渣中f-CaO含量的关系图；
图2是钢渣中f-CaO含量与钢渣存放年限的关系图。
具体实施方式
如图2所示，通过实验室压蒸实验法来进行模拟自然分化的方法，在温度大于100℃的饱和水蒸气中每隔15分钟利用钢渣中游离氧化钙含量快速测定的方法测定游离氧化钙的含量一次，记录测定的游离氧化钙的含量，在该条件下每压蒸一小时，其相当于自然堆放6个月的时间，其中以钢渣年龄(月)为横坐标，游离氧化钙的含量(质量％)为纵坐标。记录的数据如下表2
表2
| 铜渣年龄(月) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| f-CaO | 4.0970 | 3.5125 | 3.2105 | 2.9826 | 2.7176 | 2.4826 | 2.2596 |
| 钢渣年龄(月) | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 15 | 18 |
| f-CaO | 2.1366 | 2.1041 | 2.0756 | 2.0514 | 2.0313 | 2.0190 | 1.9856 |
准确称量待测钢渣0.2g于干燥的50mL烧杯中，加入20mL乙二醇，在超级恒温90℃中恒温水浴5min，插入电极测定电导率k1，通过计算公式测定游离氧化钙的含量P，计算公式为：
其中K溶为测定电导率k1，K乙二醇为乙二醇的电导率，Λm∞为无限稀释摩尔电导率。由钢渣的游离氧化钙的含量与钢渣在温度大于100℃的饱和水蒸气中的存放期的关系图得出钢渣的年龄。
实施例1 准确称量待测钢渣0.2g于干燥的50mL烧杯中，加入20mL 乙二醇，在超级恒温90℃中恒温水浴5min，插入电极测定电导率， 通过计算公式测定游离氧化钙的含量2.019％。由钢渣的游离氧化钙的含量与钢渣在温度大于100℃的饱和水蒸气中的存放期的关系图得出钢渣的年龄为15个月。
实施例2 准确称量待测钢渣0.2g于干燥的50mL烧杯中，加入20mL乙二醇，在超级恒温90℃中恒温水浴5min，插入电极测定电导率，通过计算公式测定游离氧化钙的含量2.0514％。由钢渣的游离氧化钙的含量与钢渣在温度大于100℃的饱和水蒸气中的存放期的关系图得出钢渣的年龄11个月。
实施例3 准确称量待测钢渣0.2g于干燥的50mL烧杯中，加入20mL乙二醇，在超级恒温90℃中恒温水浴5min，插入电极测定电导率，通过计算公式测定游离氧化钙的含量2.0313％。由钢渣的游离氧化钙的含量与钢渣在温度大于100℃的饱和水蒸气中的存放期的关系图得出钢渣的年龄12个月。
实施例4 准确称量待测钢渣0.2g于干燥的50mL烧杯中，加入20mL乙二醇，在超级恒温90℃中恒温水浴5min，插入电极测定电导率，通过计算公式测定游离氧化钙的含量1.9856％。由钢渣的游离氧化钙的含量与钢渣在温度大于100℃的饱和水蒸气中的存放期的关系图得出钢渣的年龄18个月。
Claims (2)
1.钢渣年龄测定法，其特征在于包括以下步骤：
1)根据钢渣中游离氧化钙含量快速测定的方法测定被测样品中游离氧化钙的含量，
2)根据步骤1)测定的被测样品游离氧化钙的含量由钢渣的游离氧化钙的含量与钢渣在温度大于100℃的饱和水蒸气中的存放期的关系图得出钢渣的年龄，
所述的钢渣中游离氧化钙快速测定的方法为：准确称量待测钢渣0.2g于干燥的50mL烧杯中，加入20mL乙二醇，在超级恒温90℃中恒温水浴5min，插入电极测定电导率k1，通过计算公式测定游离氧化钙的含量P，计算公式为：
其中K溶为测定电导率k1，K乙二醇为乙二醇的电导率，Λm ∞为无限稀释摩尔电导率。
2.按权利要求1所述的钢渣年龄测定法，其特征在于所述的钢渣的游离氧化钙的含量与钢渣在温度大于100℃的饱和水蒸气中的存放期的关系图的制作方法：通过实验室压蒸实验法来进行模拟自然分化的方法，即在温度大于100℃的饱和水蒸气中每隔15分钟利用钢渣中游离氧化钙含量快速测定的方法测定游离氧化钙的含量一次，记录测定的游离氧化钙的含量，在该条件下每压蒸一小时，其相当于自然堆放6个月的时间，其中以钢渣年龄(月)为横坐标，游离氧化钙的含量(质量％)为纵坐标。
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