高爐礦渣是高爐冶煉過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，其主要化學(xué)成分為CaO、SiO2、Al2O3和MgO，其中含有Ti、S等微量元素，經(jīng)研究，Ti含量的變化會(huì)影響高爐礦渣沖制過程中泡沫渣的含量。高爐不同的沖渣方式，導(dǎo)致高爐渣在高溫冷卻的速度不同，產(chǎn)生的高爐礦渣的結(jié)構(gòu)也不同。同時(shí)高爐礦渣本身化學(xué)成分的波動(dòng)，對(duì)高爐礦渣的排水、礦渣立磨的煤耗和臺(tái)時(shí)產(chǎn)量以及礦渣粉的活性有密切的影響。

　　1試驗(yàn)

　　1.1原料

　　我公司高爐產(chǎn)生的高爐礦渣，以及利用該高爐礦渣生產(chǎn)的礦渣粉，化學(xué)成分見表1。

　　1.2高爐沖渣和立磨工藝布局

　　我公司采用印巴法和明特法沖制高爐礦渣，經(jīng)皮帶運(yùn)輸至高爐礦渣料場(chǎng)，經(jīng)自然堆放和晾曬72h后，作為礦渣立磨原料。礦渣立磨型號(hào)為德國(guó)萊歇生產(chǎn)的LM56.3+3，配套140GJ供熱能力的熱風(fēng)爐。

　　1.3試驗(yàn)方法

　　（1）采用德國(guó)Bruke D8 Advance型X射線衍射儀分析不同沖渣制度下的高爐礦渣礦物結(jié)構(gòu)。

　　（2）使用實(shí)驗(yàn)室小磨，將烘干好的3kg高爐礦渣，粉磨40min后，測(cè)定比表面積，表征高爐礦渣易磨性。

　?。?）按照GB/T 18046—2017《用于水泥、砂漿和混凝土中的?；郀t礦渣粉》中的膠砂強(qiáng)度比法測(cè)定礦渣粉活性指數(shù)。

　　2結(jié)果與討論

　　2.1不同沖渣方式對(duì)高爐礦渣礦物結(jié)構(gòu)、易磨性和活性的影響

　　測(cè)試了明特法與印巴法沖制的高爐礦渣的礦物組成，見圖1，可知明特法沖制的高爐礦渣含有大量的鈣鋁黃長(zhǎng)石（Ca2Al2SiO7）晶體，以及小部分的鎂薔薇輝石（Ca3MgSi2O8）晶體，通過定性分析，玻璃體的含量遠(yuǎn)小于鈣鋁黃長(zhǎng)石晶體的含量，而鈣鋁黃長(zhǎng)石晶體抑制礦渣粉的水化活性，其活性主要是玻璃體在堿性環(huán)境下的解聚產(chǎn)生的，通過對(duì)比可知，印巴法的熱水沖渣制度下的礦渣，鈣鋁黃長(zhǎng)石的晶體含量極少，且晶體形式主要以微晶狀態(tài)存在，玻璃體含量高。

　　測(cè)試了明特法與印巴法沖制的高爐礦渣的易磨性和活性指數(shù)，見表2，結(jié)合上述圖1的XRD圖譜可知：印巴法冷卻液態(tài)渣速度較快，礦物結(jié)構(gòu)以玻璃體為主，包含較高的能量，其機(jī)械粉磨做功較小，導(dǎo)致其易磨性（比表面積）較明特法沖制的高爐礦渣高30m2/kg，7d和28d活性指數(shù)分別高13%和12%。下文所討論高爐礦渣和礦渣粉都采用印巴法沖制。

　　圖1明特法與印巴法兩種沖渣制度下的礦渣粉的XRD圖

　　2.2高爐礦渣化學(xué)成分對(duì)活性的影響

　　礦渣粉主要的結(jié)構(gòu)為玻璃體結(jié)構(gòu)，其水化活性的來源為高溫的液態(tài)渣經(jīng)急冷保存下來的能量，主要是其中的Al2O3經(jīng)水化環(huán)境中的Ca(OH)2激活，反應(yīng)生成具有膠凝特性的絮狀結(jié)構(gòu)的C-A-H（鋁膠結(jié)構(gòu)），C-A-H又與水化體系中的SO3反應(yīng)，生成具有針棒狀的AFt（鈣礬石），在水泥硬化漿體中起骨架結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)水泥體系強(qiáng)度，宏觀表征為礦渣粉具有活性。因此綜合上述分析，影響礦渣粉活性的主要因素包含礦渣粉的Al2O3、SiO2和玻璃體含量。

　　通過圖2可知，Al2O3和SiO2含量的波動(dòng)對(duì)礦渣粉的7d活性指數(shù)有較顯著的影響，這是因?yàn)楫?dāng)?shù)V渣中Al2O3含量高時(shí)，液態(tài)高爐渣的黏度較高，不易形成鈣鋁黃長(zhǎng)石微晶，同時(shí)礦渣中玻璃體中的主要水化活性物質(zhì)Al2O3較高。而礦渣中SiO2含量高時(shí)，礦渣的活性會(huì)出現(xiàn)明顯的下降。因此需對(duì)兩者綜合考慮。

　　圖2礦渣中Al2O3和SiO2的含量變化與其7d活性指數(shù)的關(guān)系

　　2.3高爐礦渣化學(xué)成分對(duì)易磨性的影響

　　礦渣的易磨性不僅受到其沖渣方式的影響，也受到其化學(xué)成分的影響，分析了高爐礦渣中的化學(xué)成分對(duì)礦渣的易磨性和對(duì)立磨臺(tái)時(shí)產(chǎn)量的影響，見圖3，可見：在相同沖渣方式下，隨著高爐礦渣中SiO2含量由32%上升至34%，高爐礦渣比表面積由420m2/kg降至400m2/kg。

　　2.4高爐礦渣堆積密度對(duì)水分、立磨臺(tái)時(shí)產(chǎn)量和煤耗的影響

　　統(tǒng)計(jì)了2018年5月至6月時(shí)間段的高爐礦渣堆積密度和水分的數(shù)據(jù)，見圖4，可知：從2018年5月下旬至6月，高爐礦渣堆積密度呈不斷下降趨勢(shì)，同時(shí)，高爐礦渣水分呈不斷上升的趨勢(shì)，表明了高爐礦渣堆積密度與水分有直接關(guān)系。

　　按照入磨高爐礦渣的水分≤8.5%的要求，從圖5中可以得出，對(duì)應(yīng)的高爐礦渣堆積密度臨界點(diǎn)為1060kg/m3，因此要求高爐礦渣的堆積密度不小于1060kg/m3，否則將嚴(yán)重影響礦渣粉的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量、煤耗等。圖6為2018年5月份和6月份高爐礦渣水分對(duì)礦渣磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量曲線圖，可以看出，隨著礦渣水分增加，磨機(jī)的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量下降，主要原因?yàn)?，高爐礦渣水分提高，磨機(jī)運(yùn)行工況不穩(wěn)定。

　　同時(shí)，因高爐礦渣水分的提高，礦渣磨機(jī)的煤耗也呈上升趨勢(shì)，通過測(cè)算可知，高爐礦渣水分每上升1%，礦渣立磨煤耗上升約0.5kg/t。

　　圖3高爐礦渣化學(xué)成分與易磨性變化對(duì)應(yīng)關(guān)系

　　圖4 2018年5月份和6月份高爐礦渣堆積密度和水分的變化趨勢(shì)

　　圖5高爐礦渣堆積密度和水分的關(guān)系

　　圖6高爐礦渣水分對(duì)立磨臺(tái)時(shí)產(chǎn)量的影響

　　3結(jié)論

　?。?）印巴法沖制的高爐礦渣結(jié)構(gòu)主要為活性高的玻璃體結(jié)構(gòu)，明特法沖制的高爐礦渣主要為活性低的鈣鋁黃長(zhǎng)石（Ca2Al2SiO7）晶體結(jié)構(gòu)，且印巴法沖制的高爐礦渣易磨性要高于明特法沖制的。

　?。?）高爐礦渣堆積密度≥1060kg/m3時(shí)，經(jīng)堆放72h自然排水后，高爐礦渣水分可以控制在8.5%，有利于立磨煤耗的降低和臺(tái)時(shí)產(chǎn)量的提高。

　?。?）高爐礦渣中SiO2化學(xué)成分的升高會(huì)降低礦渣磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量。

　?。?）高爐礦渣中對(duì)活性指數(shù)有益的化學(xué)成分為Al2O3，其對(duì)活性不利的成分為SiO2。

　　作者：日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司梁曉杰

　　編輯：冶金渣與尾礦

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