苏兴文—钢渣粉生产的关键技术与在混凝土应用

钢渣粉生产的关键技术与在混凝土应用苏兴文鞍钢矿渣开发公司当前，钢铁行业的发展已经进入“新常态”,依靠钢铁主业盈利生存的时代已经过去。加快产业结构调整，加速企业转型升级，加大固废资源开发利用力度，大力发展非钢产业是钢铁行业走出困境的必然出路。矿渣开发公司承担着鞍钢保产和冶金固废资源开发利用的双重任务，多年来，紧紧围绕节能减排，发展循环经济，保护生态环境，创造和谐企业这个中心，坚持建设“两大基地”，构筑“两大中心”，实现“两大目标”发展战略，依靠科技进步，不断探索冶金渣高附加值产品研发途径，使公司的冶金固废处理能力和技术达到了国际一流水平。一、钢渣粉应用的战略意义随着我国经济的迅猛发展，环境和资源问题正成为我国经济发展的瓶颈，冶金渣的利用是可持续发展的核心之一，我们钢铁工业中高炉矿渣已经基本实现零排放，转炉钢尾渣却没有完全利用，只是简单的填埋和堆积，利用率较低。据统计，我国每年所产生的钢渣排放量在1亿吨以上，每年产生钢尾渣保守估计达到7000万吨，且绝大多数无法得到利用，钢尾渣的堆放对环境造成巨大的污染，浪费了大面积的占地，这严重制约了钢铁工业循环经济的发展。1吨水泥的产生需要1.1吨左右的石灰石矿，产生0.815吨二氧化碳，2014年我国水泥的产量约为25亿吨，大约需要28亿吨石灰石矿开采，产生约20亿吨的二氧化碳，并且需要大量的能源和其他社会资源，这不但污染环境，而且造成大量的不可再生资源过度开采。钢渣粉是转炉钢尾渣粉磨一定细度后的活性掺和料，钢铁渣粉是钢渣粉与矿渣粉按一定比例混合的活性掺和料，钢渣粉、钢铁渣粉都可以代替熟料应用在水泥中，也可以代替水泥应用在混凝土中。通过试验研究，钢渣粉或钢铁渣粉可以代替20%左右的熟料应用在水泥，钢渣粉或钢铁渣粉可以代替20%左右的水泥应用在混凝土中，如果能够将钢渣粉或钢铁渣粉真正应用到水泥、混凝土中，按2014年25亿吨水泥产量计算，仅在水泥应用方面就可以减少5亿吨矿山的开采，二氧化碳减排4亿吨，可以消耗钢渣粉或钢铁渣粉5亿吨，全国每年产生的7000万吨左右的钢尾渣将全部被消化，真正实现冶金渣固废的全部利用，不但如此，7000万吨钢尾渣的利用可以带来将近20亿元的收入。二、钢渣粉生产工艺技术2008年，公司在掌握了钢渣处理全套工艺技术的基础上，创造性地提出熔融钢渣热闷、磁选、深加工生产工艺，打破了一个多世纪以来钢渣处理的误区，为钢渣深加工利用找到了切实可行的途径。该工艺属于国内首创，具有适应性强、渣铁分离度大、稳定性好、活性好,金属回收率高和安全可靠的特点。公司在鲅鱼圈钢铁新区的钢渣处理上首次采用该工艺，成为了国内第一家成功采用熔融钢渣入池热闷工艺的企业。1、闷渣处理工艺来罐接罐翻渣出渣翻满打水打水松渣闷渣闷渣工艺流程闷渣处理工艺优点•渣铁分离更彻底；•粉化率高；•钢渣浸水膨胀率2%以下；•消除钢渣的膨胀性，稳定性好，为钢尾渣生产钢渣粉创造有利条件。（2）解决了钢渣的活性指数问题（3）解决了渣铁分离的问题（4）解决爆炸的问题（1）解决了钢渣的稳定性问题（5）解决混合排放处理所带来的问题高炉炼铁铁水脱硫转炉炼钢炉外精炼脱硫渣转炉钢渣精炼渣2、磁选处理工艺钢渣中由于含铁量高，造成钢渣难磨的问题，而矿渣开发公司经过世界领先的磁选生产线进行加工，采用先进的磁选技术，使钢尾渣的金属铁含量小于2.0%，能够有利于钢渣粉深加工磨细利用。矿渣开发公司在德国带磁技术的基础上，通过技术改进，采用磁场选别技术，创造性地采用宽带高效新型带磁技术，该项技术是国际上最先进的磁选技术，列入国家“十二五”冶金渣处理重点攻关项目。传统钢渣处理磁选技术采用磁辊。3、钢渣粉生产工艺原料储存静态选粉机钢渣粉库钢渣粉磨工艺主要环节示意图旋风筒高效选粉机高压辊压机计量1）、采用三级磁选与高效辊压机相结合的技术，边磨边选，成功解决了钢渣中含铁高、易富集、难选、难磨的技术问题，加工后的钢渣粉中金属铁含量小于0.02%。传统管磨机系统对无法选铁，对建材产品质量有影响满足不了建材产品的要求。立磨在粉磨钢渣过程中，连续运转的情况下，辊压磨盘上会出现金属杂质的“富集现象”，被磨物料料床中的金属杂质的含量越来越高，粉磨部件磨损进展加速，电耗迅速提高，产能急剧下降。（见下图）铁富集高压辊压机粉磨物料为开路粉磨，同时在循环过程中设置多道磁选，将物料中的铁选别出来，不存在铁在设备中富集的问题。2)、采用了辊压机终粉磨和动、静态选粉机相结合以及高料量循环技术，成功解决了钢渣大规模生产中粉磨细度和加工能力的问题，生产过程中台时产量可达80吨每小时，可根据需要生产400-550平方米每千克不同比表面积的钢渣粉及钢铁渣粉产品。POLYCOM®：PM17/10-7C主机功率：2x660kW工作压力：13500kN动态选粉机：ESW200生产能力：70t/h；年产能：50万吨•3)、采用国际领先的旋风筒分离半成品与动态选粉机终产品直接收集技术，成功解决了产成品及产品收集过程中糊袋、收集率低，污染的问题。•4)、采用先进设计结构的静态选粉机技术，成功解决了生产加工过程中半成品料成饼打散的问题，确保了成品质量均匀性、稳定性。•在该工艺中选用的静态选粉机STATOSEP的结构设计根据钢渣的特性，采用了先进的结构设计，用分离充气床替代了原有的导流叶片，风速更高，分布更均匀。无导流叶片磨损，粗细粉分离更彻底，效率更高。由于没有运转部件，不需要驱动装置，简单可靠，特别适合磨蚀性较强的钢渣粉磨系统。5)、采用干料加工技术（含水率控制在2%以内），成功的解决了确保钢渣粉活性的技术问题，为钢渣粉成功大规模应用于建材水泥混凝领域提供了技术保证。由于钢渣具有一定的活性，如果在生产过程中打水会造成钢渣粉的活性降低。在该生产工艺中，不需要打水，物料进入辊压机受到挤压粉碎后瞬间通过辊压机。不需要像立磨生产工艺过程中，必须通过打水来产生稳定的料层。三、钢渣粉产品的应用1、产品性能介绍•钢渣粉是继矿渣粉之后又一种活性掺合料，是钢尾渣高附加值应用的方向。钢渣粉产品即可采用单独外掺技术又可以采用双掺技术应用于水泥和混凝土行业。•鞍钢生产的比表面钢渣粉积400-500㎡/kg的钢渣粉均满足国家标准一级钢渣粉的性能指标。•比表面积可达到500㎡/kg以上，并可随需要进行调整。•7天活性达72%•金属铁含量0.02%以下•体积安定性合格•钢渣粉应用在建材行业中具有工作性好、稳定性高等特点。钢渣粉产品的优点及应用钢渣粉可以的应用于建材、建筑工业。在用于水泥和混凝土的生产实践中，不仅可以代替部分熟料生产高质量的水泥而且可大量减少其生产成本。同时钢渣粉属于碱性掺合料，可有效激发水泥、混凝土的活性，同时能够有效改善制成混凝土的流动度、水化热、抗腐蚀、抗微缩、强度、耐久性等多项指标。钢渣粉生产线磁选的含铁物料钢渣粉钢铁渣粉1）、钢渣粉在高性能混凝土中的应用将钢渣粉等量代替高强混凝土中胶凝材料，提高钢渣粉的使用价值，使钢渣粉成为高附加值产品，增加企业经济效益，真正实现钢尾渣的高附加值应用，大力发展循环经济，同时解决单一掺和超细矿渣粉后混凝土工作性差的问题，减少高强混凝土的生产成本。2钢渣粉应用混凝土（掺钢渣粉）试验结果试验编号水胶比水泥用量kg/m3集料总量kg/m3钢渣粉kg/m3外加剂UNF-5混凝土抗压强度MPa3d7d28dZF-10.323841814966.027.441.052.8ZF-20.3233618141446.025.338.454.0ZF-30.323841814966.037.551.358.0ZF-40.3233618141446.034.346.357.0试验中对混凝土拌合物进行坍落度测试，测试数据依次为：255mm，250mm，230mm，250mm工作性良好。所列试验结果采用台泥P.O42.5级水泥，单掺钢渣粉掺量占胶凝材总量30%，萘系减水剂UNF-5掺量1.2%，碎石5-25mm，砂细度模数2.4，含泥量2%。试验编号水胶比胶材总量kg/m3集料总量kg/m3钢渣粉kg/m3外加剂UNF-5混凝土抗压强度MPa3d7d28dZF-100.3444018501325.3——40.754.1ZF-110.3148018171445.8——42.855.8ZF-120.3053017851566.2——46.860.0ZF-130.2856017521686.7——52.665.8ZF-140.2760017201807.2——56.270.5混凝土（掺钢渣粉）试验结果钢铁渣粉应用混凝土试验试验编号水胶比胶材总量kg/m3集料总量kg/m3钢渣粉/矿渣粉外加剂UNF-5混凝土抗压强度MPa3d7d28dZF-670.34440185066/665.335.448.160.7ZF-680.32480181772/725.843.051.161.6ZF-690.30520178578/786.246.956.965.7混凝土（钢渣粉+矿渣粉复合掺合料）试验结果将钢渣粉等量代替高性能混凝土中胶凝材料，提高钢渣粉的使用价值，使钢渣粉成为高附加值产品，增加企业经济效益，真正实现钢尾渣的高附加值应用，大力发展循环经济，同时解决单一掺和超细矿渣粉后混凝土工作性差的问题，减少高强混凝土的生产成本。鞍钢建设公司、鞍钢房产公司等多家大型建材公司已经批量使用鞍钢钢渣粉、钢铁渣粉，鞍钢钢渣粉也成功应用于沈阳滨河湾浇筑工程地梁部位，现场测试混凝土拌合物坍落度230mm，坍落扩展度530mm，坍落度于初始坍落度比较，损失较小，拌合物不粘滞，易于泵送，浇筑顺畅，且混凝土强度达到初始设计要求C30混凝土标准,钢渣粉应用于高性能混凝土已经通过辽宁省沈阳市科学成果鉴定。2)、在混凝土中的工程应用钢渣粉成功应用于沈阳滨河湾浇筑工程地梁部位炼钢三工区改造工程大型厂改造工程冷轧厂高强连退工程鞍钢人才公寓工程人工鱼礁就是模仿天然珊瑚礁的功能给鱼搭窝，不仅具有聚鱼效果，还具有显著的净化海水、恢复海岸带生态系统的功能。为了进一步降低人工鱼礁混凝土的原料成本，促进节能减排。该人工鱼礁混凝土胶凝材料几乎全部利用钢尾渣、矿渣、脱硫石膏。采用1%水泥熟料，胶凝材料99%由超细矿渣粉、钢渣粉和脱硫石膏代替，比普通人工鱼礁混凝土减排90%以上的CO2。目前已完成国家海洋局重大工益项目“基于生态系统的海洋牧场研究与示范”，并通过验收。3）、钢渣粉应用于绿色混凝土人工鱼礁钢渣粉制作的海底人工鱼礁及其应用钢渣粉制作的海底人工鱼礁及其应用4）、钢渣粉在低碱水泥中的应用低碱水泥是指水泥中氧化钾、氧化钠的含量以等当量氧化钠计不超过0.6%，水泥中的碱(Na2O,K2O等)与集料(即混凝土的沙,石等)中的某些有害化学成份发生化学反应、形成碱的硅酸盐凝胶,体积增大10倍、产生膨胀应力、从而导致混凝土开裂和破坏，使用低碱水泥是预防混凝土中碱集料反应的主要途径之一，采用低碱水泥能够有效地预防碱集料反应。避免水泥砼体的开裂,崩塌。生产低碱水泥，需要使用低碱孰料、低碱石膏和低碱矿物掺合料，低碱孰料又必须是用低碱石灰石和其它低碱原材料生产，钢渣粉中氧化钾、氧化钠含量极低，可以代替水泥中熟料用于生产低碱水泥，减少石灰石矿开采，降低生产低碱水泥成本。低碱水泥结束语钢渣粉中含有一定数量的硅酸二钙、硅酸三钙，具有潜在的水化活性，经磨细后可作混凝土掺合料使用，使用钢渣粉能提高混凝土和易性，提高混凝土耐久性，增加表观密度，提高耐磨性能，保证混凝土各项性能指标，钢渣粉可以与矿渣粉混合成钢铁渣粉，使混凝土工作性和力学性能、长期性能得到很大改善，钢渣粉、钢铁渣粉代替水泥应用混凝土中大大减少混凝土成本，具有广阔的经济效益，钢渣粉、钢铁渣粉的技术应用推广是国家推进循环经济、绿色钢铁的重要战略的重要环节，符合节能减排、保护资源的方针，符合可持续发展战略，具有显著的社会效益和经济效益。