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钢渣是炼钢过程中排出的废渣,数量约为钢产量的15-20%。钢渣成分复杂多变,含有的胶凝性矿物较少且活性较低,所含的f—CaO和MgO易引起安定性不良,这就使得钢渣的综合利用比较困难。数量巨大的钢渣只有少量被利用,剩余的大多数被堆积起来,不仅占用大量耕地,同时污染大气和水源,带来了越来越多的环境问题。因此,钢渣的综合利用问题已经成为亟需解决的问题。
钢渣中的MgO及RO相的长期体积安定性是限制钢渣应用的主要问题。MgO在钢渣中的存在状态取决于钢渣的碱度。在碱度低的钢渣中如电炉渣,主要为化合状态,形成钙镁橄榄石和镁蔷薇辉石。此时的RO相主要是方铁石;在碱度较高的钢渣中如转炉渣,主要与FeO和MnO形成固溶体,即RO相;只有在电炉还原渣中,由于铁被还原,渣中几乎没有FeO,以纯方镁石存在。纯方镁石会与水发生反应生成Mg(OH)2引起钢渣的安定性不良。
本文以转炉钢渣为研究对象,按照较佳的率值通过添加一定量的校正材料重构钢渣,研究其各项性能。对于钢渣体积安定性的主要影响因素—MgO的存在形式进行了研究。利用岩相、SEM等测试方法分析了钢渣与重构钢渣中MgO的存在形式,以及在重构过程中的变化。利用水杨酸—甲醇溶液和氢氧化钾—蔗糖溶液分别萃取硅酸盐相和中间相,对钢渣和重构钢渣进行化学相分离,定量测定各相中MgO的含量,定量分析钢渣与重构钢渣中MgO的分布。通过研究热处理温度、保温时间、冷却制度及设计组成等对重构钢渣中MgO存在形式的影响,选取了较佳的重构条件。结论如下:
1.利用化学相分离的方法适合测定钢渣、重构钢渣中MgO的分布。
2.钢渣中的MgO主要固溶于硅酸盐相和RO相中,以及存在一部分堆积在一起的游离MgO,容易引起体积安定性不良。钢渣重构过程中生成了大量的硅酸盐相和RO相,并且促进了部分游离MgO固溶于RO相中。
3.最佳重构条件为:热处理温度为1300℃,冷却方式为急冷,保温为60min,其有利于体积安定性的提高。
4.不同钙硅比和硅铝比对重构钢渣中MgO的存在形式有着明显的影响。调整重构钢渣的Ca/Si=2.5、Si/Al=3时,重构钢渣中的RO相含量到最大值,最有利于MgO的固溶,提高了体积安定性。
5.率值对重构钢渣中MgO的主要存在形式RO相的影响不是很明显。但随着石灰饱和系数(KH)的增加,生成胶凝性矿物的量增多,但是过高的石灰饱和系数会增加游离MgO的含量,游离MgO的特征峰越来越明显。最佳率值为:KH=0.92,n=2.5,p=1.5。
6.钢渣重构的最佳校正材料添加量为:SiO2为2.48%,Al2O3为2.79%,CaO为8.85%。经过重构过程,重构钢渣中的游离MgO含量变少,通过压蒸试验证明,重构钢渣的体积安定性比钢渣有很大提高。