轉(zhuǎn)爐鋼渣的相演變和自粉化規(guī)律研究

轉(zhuǎn)爐鋼渣微粉化處理是鋼渣綜合利用的主要途徑之一，然而轉(zhuǎn)爐鋼渣易磨性差。本項(xiàng)目提出了轉(zhuǎn)爐鋼渣自粉化的新思路，主要研究了SiO2改質(zhì)對(duì)轉(zhuǎn)爐鋼渣礦相變化和C2S相優(yōu)勢(shì)析出的影響、轉(zhuǎn)爐鋼渣中C2S相晶型轉(zhuǎn)變的溫度控制、渣中固溶離子對(duì)C2S相晶型轉(zhuǎn)變的影響、SiO2改質(zhì)轉(zhuǎn)爐鋼渣自粉化和實(shí)際轉(zhuǎn)爐鋼渣高溫改質(zhì)還原自粉化。本項(xiàng)目的研究結(jié)果表明，轉(zhuǎn)爐鋼渣自粉化效果與鋼渣中C2S的含量成正比，通過SiO2改質(zhì)，控制轉(zhuǎn)爐鋼渣堿度范圍R=2.3~3.1左右，渣中C2S可優(yōu)勢(shì)析出，有利于鋼渣實(shí)現(xiàn)自粉化；同時(shí)通過溫度調(diào)節(jié)，可控制渣中C2S相各晶型的轉(zhuǎn)變；轉(zhuǎn)爐鋼渣中的P、Cr、V均會(huì)抑制C2S相晶型轉(zhuǎn)變，特別是轉(zhuǎn)爐鋼渣中P2O5含量大于0.5%時(shí)，鋼渣一般不能自粉化，因此實(shí)際轉(zhuǎn)爐鋼渣要實(shí)現(xiàn)自粉化還需進(jìn)一步進(jìn)行還原脫磷處理，而將轉(zhuǎn)爐鋼渣高溫熔融改質(zhì)有利于還原脫磷及鋼渣自粉化。通過本項(xiàng)目研究，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐鋼渣高溫改質(zhì)完全還原自粉化，研究成果能大大推動(dòng)轉(zhuǎn)爐鋼渣的微粉化及大宗量循環(huán)利用。 2100433B

轉(zhuǎn)爐鋼渣微粉化是鋼渣資源化大宗量利用的有效途徑之一，然而制約鋼渣微粉化的主要問題是其易磨性差。本項(xiàng)目申請(qǐng)依據(jù)于項(xiàng)目組前期的工作積累和發(fā)現(xiàn)，分析了問題存在的根本原因，提出通過促進(jìn)轉(zhuǎn)爐鋼渣相演變和自粉化以解決此難題的新思路，研究包括轉(zhuǎn)爐鋼渣中硅酸二鈣相（C2S）的優(yōu)勢(shì)析出；C2S析出相由β向γ相的演變和C2S相演變與轉(zhuǎn)爐鋼渣自粉化關(guān)系三個(gè)方面。研究集中在析出和演變的機(jī)理以及其實(shí)現(xiàn)條件等基礎(chǔ)科學(xué)問題，運(yùn)用經(jīng)典的冶金、材料科學(xué)理論，結(jié)合SEM, XRD, EBSD等現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)，來解決研究過程中遇到的科學(xué)難題。項(xiàng)目的目標(biāo)是降低轉(zhuǎn)爐鋼渣粉磨耗能，改善其易磨性，為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐鋼渣的高效循環(huán)利用提供科學(xué)依據(jù)和相應(yīng)的參數(shù)。

轉(zhuǎn)爐鋼渣是轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中產(chǎn)生的一種固體廢棄物,大量鋼渣的棄置堆積占用土地、影響環(huán)境，因此轉(zhuǎn)爐鋼渣的循環(huán)利用是鋼鐵冶金技術(shù)研究的重要課題。我國目前的鋼渣的資源化再利用主要包括三大難點(diǎn)，一是鋼渣中有害元素高，特別是磷含量高。二是鋼渣的化學(xué)成分復(fù)雜，其相對(duì)較高的堿度使得鋼渣中會(huì)有大量的自由氧化鈣不斷析出，引起鋼渣的體積膨脹從而導(dǎo)致材料體積失穩(wěn)及強(qiáng)度降低，造成了鋼渣在工程實(shí)際應(yīng)用上的困難。此外，我國多元伴生、共生礦物時(shí)鋼渣中還會(huì)含有諸如釩、鈦等價(jià)值很高的合金資源，這些有價(jià)組分在鋼渣中的品位較低，高附加值資源化利用的難度大，造成了有價(jià)資源的大量浪費(fèi)。針對(duì)三大難點(diǎn)目前各自均有一系列的研究，本項(xiàng)目依據(jù)熱力學(xué)計(jì)算和相圖分析原理，希望通過鋼渣改質(zhì)處理，添加合適的改質(zhì)劑，將磷和有價(jià)元素同時(shí)富集于不同礦物相中，并控制渣中自由氧化鈣含量，完善鋼渣循環(huán)和高附加值利用的理論基礎(chǔ)。

轉(zhuǎn)爐鋼資源化再利用目前有三大難點(diǎn)，一是鋼渣中磷含量高；二是鋼渣中自由氧化鈣不斷析出，導(dǎo)致鋼渣安定性差，在工程實(shí)際應(yīng)用上困難；三是鋼渣中的一些有價(jià)元素如釩等高附加值資源化利用難度大。針對(duì)這些問題，本項(xiàng)目通過鋼渣改質(zhì)的方式，添加合適的改質(zhì)劑，將磷和有價(jià)元素富集于不同礦物相中，并控制渣中自由氧化鈣含量。研究表明，在轉(zhuǎn)爐鋼渣中，磷元素主要依存于C2S相中，在鐵酸鹽、方鎂石和基質(zhì)相中含量極少，只要控制好C2S的生成量，就可實(shí)現(xiàn)磷元素在C2S相中的優(yōu)質(zhì)富集。轉(zhuǎn)爐鋼渣的SiO2改質(zhì)表明，通過SiO2改質(zhì)，轉(zhuǎn)爐鋼渣中的高硬度礦相C2F逐漸減少并消失，SiO2與C2S、自由氧化鈣反應(yīng)，使相對(duì)硬度較低的C2S相含量增加，鋼渣安定性增強(qiáng)。P主要富集在C2S相中，合理控制鋼渣中C2S相的析出量，就能實(shí)現(xiàn)磷的有效富集。而在Al2O3改質(zhì)過程中，隨著Al2O3加入量的增加，合成鋼渣的礦相組織發(fā)生變化，渣中C2F含量不斷減少，轉(zhuǎn)變?yōu)殍F鋁酸鹽，甚至出現(xiàn)尖晶石類組織。Al2O3可選擇性地改變轉(zhuǎn)爐鋼渣中高硬度C2F的性質(zhì)，使之轉(zhuǎn)變?yōu)殍F鋁酸鹽，這有利于改善轉(zhuǎn)爐鋼渣的易磨性。但Al2O3改質(zhì)對(duì)于渣中C2S和MgO的影響不大，渣中磷元素仍主要富集于C2S相中。而隨著SiO2加入量的增加，渣中Ca/Si降低，加入的SiO2與鋼渣中自由CaO及C3S反應(yīng)生成C2S，過量的C2S、SiO2將與MgO融合，渣中硅鈣相發(fā)生轉(zhuǎn)變：C2S→C3MS2→CMS，方鎂石相逐漸溶入硅鈣相中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析基本一致。渣中方鎂石的減少將有利于提高鋼渣的安定性。而對(duì)于含釩含磷的鋼渣，控制合適的SiO2加入量，可使P富集于C2S相中，而V富集于釩鐵尖晶石中，從而實(shí)現(xiàn)鋼渣中磷和釩的分別富集。此外，本項(xiàng)目還研究了鋼渣SiO2改質(zhì)后的自粉化現(xiàn)象，明確了自粉化鋼渣中C2S生成量的理論計(jì)算方式。本項(xiàng)目研究成果將為轉(zhuǎn)爐鋼的進(jìn)一步資源化再利用提供科學(xué)依據(jù)。 2100433B

鋼鐵工業(yè)廢棄物鋼渣年產(chǎn)生量大，但因其活性差、早期強(qiáng)度低，存在安定性問題一直未能實(shí)現(xiàn)大摻量大規(guī)模利用,因此必須解決鋼渣活性差、水化后體積膨脹的缺點(diǎn)。本研究的內(nèi)容是鋼渣的基本性質(zhì)與其活性、安定性之間關(guān)系的明晰，找出影響鋼渣活性的因素，明晰鋼渣早期強(qiáng)度低的原因，確定鋼渣中游離氧化鎂和游離氧化鈣的測(cè)定方法，明晰鋼渣和鋼渣在混凝土中的水化膨脹機(jī)理，鋼渣粉成分、比表面積和粒度分布對(duì)其活性的影響機(jī)理和規(guī)律；各類活性激發(fā)劑對(duì)鋼渣活性的影響，建立鋼渣安定性評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型，開發(fā)出高效的鋼渣早強(qiáng)激發(fā)劑；解決鋼渣粉、鋼渣和礦渣復(fù)合粉配制混凝土的合理摻量、所配混凝土的工作性能和耐久性能。為鋼渣粉、鋼渣和礦渣復(fù)合粉大摻量應(yīng)用提供依據(jù)，為配制出性能良好的鋼渣細(xì)集料混凝土提供依據(jù)，提高鋼鐵工業(yè)固體廢棄物資源化的利用水平，符合《國家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》環(huán)境領(lǐng)域的綜合治污與廢棄物循環(huán)利用優(yōu)先主題規(guī)定。