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粒度分布对钢渣水泥物理性能影响研究

发布于：2022-08-26 16:24:26 来自：环保工程/固废处理 1 3

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通过分别粉磨熟料和钢渣再混合的方法，制得钢渣水泥。通过钢渣水泥粒度分布测定、物理力学性能检测对钢渣水泥相关性能进行分析和研究，得出合理控制钢渣粉磨细度，可以降低标准稠度，提高水泥强度的结论。研究认为钢渣最佳粉磨细度控制参数为 450m ² /kg~500m ² /kg 左右。

钢渣

/ Stell slag

钢渣是炼钢中产生的废渣，一般占钢产量的15%～20%。由于金属矿储存的地域不同，冶炼后排放的废渣成分和活性也有较大的区别，使冶金废渣的使用带有一定的地方性。云南昆明钢铁公司每年的钢产量为700多万t，钢渣的排除量约130万t 左右，云南钢渣的利用已刻不容缓。本研究结合云南省钢渣资源的特点，利用本地钢渣作为混合材生产优质钢渣水泥，以减少钢渣对环境的污染，降低水泥生产成本，改善水泥性能，对本地经济的可持续发展做出贡献。传统的钢渣水泥生产将各组分材料混合入磨粉磨，由于钢渣和熟料的易磨性不同，导致生产出的水泥颗粒均匀性差，水泥的性能不能充分发挥出来。本研究的钢渣水泥以硅酸盐水泥熟料为基料，将熟料和钢渣分别粉磨再混合，通过复合制备，使钢渣水泥的性能得到大幅度改善。研究采用分别粉磨再复配的工艺路线，通过熟料与不同比面积的钢渣组合，测定钢渣水泥粒度分布，检验钢渣水泥物理力学性能，探索粒度分布对水泥物理性能的影响。

1、实验

1.1 原料

本研究选用某新型干法水泥公司生产的熟料（KH=0.92，SM=2.63，IM=1.55），云南某钢铁公司炼钢排除的钢渣配制水泥。

采用某新型干法水泥公司正常生产的各种原材料进行试验，化学成分见表 1。

采用某钢铁公司冶炼钢排除的钢渣，化学成分见表 2。

1.2 方案

利用云南某钢铁公司钢渣磨制的钢渣粉与某新型干法水泥公司普通水泥熟料粉配合，钢渣掺量占水泥总量的30%。

水泥配比采用表3方案，分别将钢渣粉磨到比表面积为350m ² /kg、400m ² /kg、450m ² /kg、500m ² /kg、550m ² /kg 的细度，与比表面积为 350m ² /kg的熟料粉混合制成钢渣水泥，通过测定钢渣水泥的颗粒级配，对不同细度钢渣水泥的强度、凝结时间、标准稠度、安定性等物理指标进行检测，研究钢渣水泥粒度分布对水泥物理性能的影响。

二、 检验结果

2.1 检验过程

将钢渣烘干至水份＜1.0%，熟料、石膏等块状物料破碎至＜0.5mm 以下，通过试验小磨将熟料与石膏共同粉磨至 350m ² /kg，钢渣分别磨至 350m ² /kg、400m ² /kg、450m ² /kg、500m ² /kg、550m ² /kg，将熟料粉、钢渣粉按表 3 配料方案进行配料，并充分混合均匀制成试验 6 个样品。

水泥颗粒级配测定使用欧美克激光粒度分析仪。钢渣水泥凝结时间、标准稠度、安定性等物理性能按国家标准 GB1346-2001 进行检测，胶砂强度采用 ISO 法测定，水灰比均为 0.5。

2.2 检验结果

钢渣水泥粒度分布见表 4，钢渣水泥物理性能见表 5。

三、分析与讨论

3.1 水泥试样粒度分布

（1）比表面积均为 350m ² /kg 的 O 样品和 A 样品，颗粒级配的特征值大致相同，尽管 O 样品最大粒径大于 A 样品，最小粒径与 A 样品一致，但平均粒径较 A 样品小，且 3-80um 之间的 9 个特征值的通过率均高于 A 样品。说明熟料的易磨性较钢渣好。

（2）钢渣比表面积由 350m ² /kg 提高到 450m ² /kg的 A、B、C 三个样品中，随着样品比表面积的增加，一方面最大粒径、平均粒径逐步降低，8um至80um 通过率逐步提高，另一方面，最小粒径有增大的趋势，且 3um、5um 通过率逐步降低。

（3）钢渣比表面积由 450m ² /kg 提高到 550m ² /kg的 C、D、E 三个样品中，随着样品的比表面积增加，样品最大粒径和平均粒径随之增大，3um、5um、8um、16um、24um 通过率不断增加，说明随着 24um 以下的细微颗粒不断增加比表面积增加。而 32um 至 80um 通过率却逐步降低。原因可能是由于细颗粒较多，存在微粒间的静电吸附，形成大量 32um 至 80um 的颗粒团，由于这部分颗粒团的存在，降低了 32um 至 80um 通过率。

（4）测定的数据还说明，C 样品是最大粒径、平均粒径变化的拐点，E 样品是最小粒径的突变点。

以上实验说明随着钢渣比表面积增加，水泥的颗粒分布会发生变化，钢渣比表面积达到450m ² /kg 应该是比较理想的平衡点。

3.2 粒度分布对钢渣水泥标准稠度的影响

从表 5 可以看出，无钢渣掺入时，本试验 0组的标准稠度最低，为 24.2% ；钢渣细度从350m ² /kg 增加到 450m ² /kg 的 A、B、C 三个样品，水泥标准稠度在 24.8%左右，基本无变化。细度从 450m ² /kg 增加到 550m ² /kg 的 C、D、E 三个样品，水泥的标准稠度从 24.7%增加到 26.3%，增加 1.6%。说明钢渣细度在 450m ² /kg 及以下时，水泥颗粒级配合理，合理的颗粒级配能实现颗粒间的紧密堆积效应，降低钢渣水泥的标准稠度用水量。但细度超过 500m ² /kg 后，由于水泥中细颗粒较多，导致标准稠度增加。故钢渣比表面积450m ² /kg 是较合理的细度控制指标。

3.3 粒度分布对钢渣水泥凝结时间的影响

本实验中，细度从 350m ² /kg 增加到 450m ² /kg的 A、B、C 三个样品，水泥初终凝时间变化不大。细度从 450m ² /kg 增加到 550m ² /kg 的 C、D、E三个样品，水泥初凝时间从123 min 增加到148min，终凝时间从 201min 增加到 230min；即随着钢渣细度增加，水泥的初终凝时间反而延长。从理论上说，水泥凝结时间的长短和水泥细度有直接关系，水泥越细，水泥颗粒和水接触面积越大，水化速度快，水泥凝结时间应该越短。但在本试验中钢渣比表面积增加到 450m ² /kg 及以上时，水泥初终凝结时间反而变长，分析原因可能是钢渣细度超过 500m ² /kg 以后，颗粒组成中超细颗粒较多，微粒间的静电吸附形成大量的 32um 至80um 的颗粒团，这部分颗粒团的存在，使水泥加水后和水的水化反应速度变慢，形成水化产物的时间长，因此凝结时间变长。

3.4 细度对钢渣水泥强度的影响

从表 5 可以看出，随着钢渣比表面积的增加，水泥的抗折抗压强度均增加。特别是水泥钢渣比表面积达450m ² /kg 以上时，强度增加明显。这是因为钢渣的比表面积越大，其表面能越大，活性越高，越容易发生水化反应生成大量的水化产物，从而提高硬化浆体的致密度，强度亦较高。本研究认为钢渣粉磨到比表面积450m ² /kg 以上，水泥强度发挥较为理想。

四、结语

分别粉磨混合生产优质钢渣水泥，可有效提高钢渣的细度，大大提高钢渣粉等混合材的水化活性，克服共同粉磨生产钢渣水泥生产工艺代来的水泥颗粒分布范围窄，均匀性差的缺陷。分别粉磨混合生产优质钢渣水泥制备工艺，对加快水泥的水化速度，改善水泥的凝结时间，提高水泥的后期强度，提高钢渣掺入量，降低生产成本，提高经济效益具有很好的现实意义。在钢渣掺量30%的情况下，钢渣细度在450m ² /kg ~500m ² /kg，是水泥物理性能发挥较佳及经济效益较好的控制指标。

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