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1、吉林化工学院 材料科学与工程学院毕业设计外文翻译年产3000 万吨钢渣、矿渣、石灰石硅酸盐水泥工艺设计Design of an annual output of 30000000 tons of slag Portland LimestoneCement Technology学生姓名：崔世柱学生学号：10150132专业班级：材料化学1001指导教师：陈连发李军承职 称：副教授高级工程师起止日期：2014.2.242014.3.16吉林化工学院Jilin Institute of Chemical Technology 摘要：通过对气淬钢渣水泥中游离氧化钙、矿物成分、可磨性、力学性质和气淬钢渣
2、制 造钢渣水泥水合物力学性能内容的实验研究，而且通过分析气淬钢渣水泥的经济效益和 简要的造粒技术及其特点。结果表明：在最初的小于 2mm 直径气淬钢渣中游离氧化钙 所占的比率少于2.7%，然而在钢渣被破碎后，粒径小于2mm时，气淬钢渣中游离氧化 钙所占的比率少于 1.3%；主要的矿物成分是硅酸二钙、硅酸三钙、铁铝酸钙，少量的 RO 相，游离氧化钙和氧化镁等。气淬钢渣的可磨性好于热焖钢渣；水泥中混合 20%的 气淬钢渣就可以用来生产波特兰水泥（强度等级 52.5），如果气淬钢渣的添加量是 40% 就可以生产强度等级为32.5Mpa矿渣硅酸盐水泥。因此利用气淬钢渣生产水泥会获得巨 大的经济效益。关
3、键词：造粒，游离氧化钙，强度，可磨性指数，经济效益。1. 引言在2009年国内粗钢的产量达5.08亿吨，钢渣的总产量已经超过5000 万吨。但国内钢 渣的利用率目前还很低，造成了大量的钢渣堆积，不仅占用了大量土地资源，污染环境严 重，而且还浪费了大量的资源。钢渣的处理方法有很多1，但气淬钢渣是一种可以把钢渣 的综合处理和关键资源的综合利用相结合的一种方法。为了满足低碳经济为基础的社会的 发展，研究气淬钢渣对以后的发展很重要。2. 气淬钢渣工艺简要介绍气淬钢渣的制作工艺是在氮气射流下把破碎后的液态钢渣倾倒转炉中，然后在气淬装 置中形成颗粒，同时发生热交换。在形成的颗粒中，大约7%的钢渣颗粒少于2
4、mm，气淬钢 渣粒径分布如表1。在高压高空气流下钢渣被压紧后，它的比表面积可能增加。当温度骤然低于500C时，钢渣在一秒内远离喷嘴15米，液态钢渣的急速冷却技术就 可以实现。图一展示了液态钢渣的气淬粒化装置。图.1液态钢渣的气淬粒化装置表 1 列出了气淬钢渣的粒度分布，我们可以看到炉渣的粒径主要为 1-2mm 和 0.1-0.5mn。结果显示在表2中。由于采用速氮冷却技术，钢渣的热焖和气淬化学成分不同。在测试中的唐山铁和钢板 材料可以检测到的化学成分列在表2 中。表2告诉我们随着比表面积的增加,在颗粒状钢渣中，大多数氧化亚铁被氧化成三氧化 二铁后，CaOFeO和其他物质会降低其他基本元素不变气
5、淬钢渣的真密度大约是3.55 3.65g/cm，堆积密度大约2.22g/cm。表 1.气淬钢渣粒径分布直径/mm32-31-20.6-10.45-0.60.1-0.450.08-0.12mm6.886.706.946.866.706.821.611-2mm2.652.652.572.692.612.631.740.6-1mm1.841.801.881.881.841.851.800.15-0.6mm1.671.631.631.711.591.652.77分解，是由于短时间内急速冷却和气淬钢渣的凝固造成的。在较小的钢渣颗粒和急速 冷却时，游离氧化钙的总量会更低，其它的原因是三氧化二铁总量的增加，
6、部分游离氧化 钙量被消耗，反应如下:Fe2O3+2CaO=2CaOFe2O33.2 不同颗粒直径原子化气淬钢渣中游离氧化钙分布是规则的分别把直径在0.15mm0.6mm和1mm2mm之间的气淬钢渣放到炉窑中加热至300C, 400C和500C。把它们取出进行间质浇水，利用显热实行气淬钢渣中游离氧化钙的原子化 与消化。让这个消化样品在被测量前冷却，然后放入干燥箱干燥6 小时随后用行星式球磨 机磨碎它们直到其粒度小于0.074毫米，最后用乙二醇EDTA的络合法测定样品中游离氧化 钙的量。测量结果显示在表4中。表4不同粒径的雾化气淬钢渣游离氧化钙的量 相对标准偏差气淬钢渣样品 雾化温（C）F-CaO
7、的测定值（W /%）平均值（W/%）（ W /）0.15-0.6mm5000.320.440.360.40.320.371.420.15-0.6mm4000.930.980.980.970.850.945.880.15-0.6mm3001.221.031.141.181.061.135.891-2mm5000.480.470.490.510.410.477.981-2mm4000.730.850.930.810.770.819.411-2mm3001.221.181.31.261.341.265.02表4表明，每个雾化和消化气淬钢渣游离氧化钙含量都小于.5%，在温度从300C升 到500C过程
8、中游离氧化钙的量在明显的减少和表3 比,在500C时，粒径在0.15-0.6mm 和1-2mm气淬钢渣中游离氧化钙减少了82%和77%,这表明，气淬钢渣中游离氧化钙在高温 时被完全雾化和消化。粒径较小的气淬钢渣在雾化和消化下游离氧化钙含量更低正如表1 所示，气淬钢渣粒径小于2%时，游离氧化钙量约为97%，因此，在雾化和消化后，气淬钢 渣被用作水泥的添加物时， 在水泥稳定性上，游离氧化钙的量就不会有坏的影响。此外 试验结果表明，气淬钢渣制备钢渣水泥有卓越的稳定性。3.3气淬钢渣的X射线分析D/MAX2500PC衍射仪是由日本理学国际公司制造的被用来分析气淬钢渣中典型的矿 物，请参阅图（3）的 X
9、 射线衍射谱分析。正如图（3）所示。气淬钢渣衍射峰相对单一。除了更高的衍射峰到其晶面间距的衍射角相当一致外，其它的衍射峰强度更低，峰表面更窄，这表明气淬钢渣中主要矿物 质是硅酸二钙，硅酸三钙，铁铝酸钙和少量的游离氧化钙，氧化镁等。因此，如果被用 作水泥外加剂时，气淬钢渣符合作为水泥原料的潜在条件。4. 钢渣粉磨性能分析钢渣的易磨性在水泥行业的经济效益上有直接关系，因为在水泥生产中生料的破碎和 粉磨要消耗60-70的动力，钢渣必须作为外加剂掺杂是由于它的高凝结性。和热焖钢渣 的传统处理方法相比，平均颗粒尺寸更小些，含量约占8%粒径少于3mm。在相同试验情 况下，钢渣的易磨性与冷却强度的比较，结果
10、如表5 所示。表 5.钢渣易磨性关系研磨时间分钟比表面积/ m2/kg相对可磨性指数标准粉气淬钢渣热焖钢渣气淬钢渣热焖钢渣30252.55273.32276.111.081.0950397.10394.01348.850.990.8870535.17499.05400.180.930.7590667.37606.15414.580.910.62图（4）表示出了钢渣随时间变化的可磨性指数相对的关系。在相同的实验条件下，相同的粉磨时间，两种材料的细度是由它们的物理性质决定的。 材料的可磨性在研磨测试时，影响因素少时会更好。在相同时间，更高的比表面积和标准 砂的较大的比表面积比否则他不会是这样的。从
11、图表中清晰的看到，气淬钢渣的相对可磨 性指数明显的高于缓慢冷却的钢渣。作为水泥掺合料，按照国家标准，气淬钢渣的比表面 积是350m2/kgo更好的粉磨是50分钟获得相对较高的可磨性指数气淬钢渣的易磨性好于 热焖钢渣， 60%-70%能量消耗在水磨过程。在水泥行业通过节约粉磨成本，可以带来巨大 的经济效益。S0 40506070SO MGruiding time .min图（4）钢渣粉磨指数随时间的变化关系。5. 气淬钢渣水泥性能分析随着硅酸二钙，铝酸钙和镁铁相的固溶体为主要成分，还有少量硅酸三钙，游离氧化 钙，氧化镁包括钢渣中的RO相。钢渣被叫做过烧硅酸盐水泥熟料。因为它与硅酸盐熟料 有相似的
12、成分，钢渣的组成特征在2OO-3OOC时高于硅酸盐熟料。因此它是天然碎石和二 氧化硅的完美替代品，抗压性能更优越。由于急速冷却气淬钢渣的处理工艺，对于大多数钢渣材料来说，没有足够时间形成稳 定的晶体化合物。这些金属有潜在的化学活性，因为化学能可能被逐渐增加的覆盖的非晶 态的硅酸三钙储存。通过抑制硅酸二钙的形成阶段形成更多b-C2S这对后期钢渣水泥的 强度很有意义。硅酸盐矿物和铁铝酸盐矿物的总量，水硬性比波特兰水泥熟料要低很多。 更快的发展和少量的硅酸三钙可能导致钢渣水泥硬化率更慢凝结时间更长。随着气淬钢渣 掺入量的增加，保湿的氢氧化钙可以被气淬钢渣中活跃的物质完全吸收。结果缩短了钢渣 水泥的凝结时间。钢渣中的游离氧化钙已经成为影响水泥稳定性的主要因素。表三表明当游离氧化钙量 少于3%时，气淬钢渣粒径超过2mm时，游离氧化钙量更高。当粒径少龙mm时，97% 被用来生产水泥。如果游离氧化钙的成分少于.5%，并不会影响水泥的稳定性。因此气淬 钢渣中游离氧化钙并不会产生明显的影响。根YB/T 022-92规定，钢渣中铁的量
