第2期 李宇等：钢铁熔渣在高压水射流条件下的粒度与胶凝活性变化规律 163 ★Ca,Si0, 0203040506070 26) 图3射流钢渣与原钢渣XRD图谱比较 F3 Comparison of XRD pattems of jetted steelshg with the rawv 一射流架，2一喷嘴；3一矿渣熔体；4高压水：一射流矿渣 shg 图2矿渣射流试验现场 F2 BF skgm elts je tted by high Pressure wa ter 2.2射流钢渣的粒度分布 由钢渣粒度分布曲线（图5）可知，射流钢渣粒 司)分析原料化学组成，如表2所示.用X射线衍 度分布为：d,=25.634四ds=61.53u四dg= 射仪(D/maxRB型号，R公司)分析样品的物 220.54μm体积平均粒径D=94.29μ四 相组成变化.试验条件：40kV100mAC靶，扫描 从粉体粒度大小的角度分析，传统水淬钢渣的 速度4°mr,扫描范围5°~70°.采用激光粒度分 粒径为毫米级：而经过高压水射流冷却的钢渣的平 析仪(MasterSiz还r2000美国马尔文公司)分析样品 均粒径接近80μ四低于传统水淬钢渣粒径大小两 的粒度分布， 个数量级，已经达到微细化要求，减少了后续粉磨所 表2转炉钢渣与高炉矿渣组成（质量分数） 带来的能耗。 Table2 Compositin of steel and BF steel % 普通钢渣易磨性差的原因主要是含有R○相和 渣种类FOM0C0S0A!OM0 橄榄石(CRS等硬度较大的矿相.结合图3射流钢 转炉钢渣23.2718738842194472 809 渣的RD分析可知，从粉体矿相角度，射流钢渣中 高炉矿渣1.92 424034.971255817 仅存在硅酸二钙为主的结晶相，没有难磨的RO和 RS等矿相，因而后续粉磨能耗将会大大减少. 2试验结果与分析 在高压水射流冷却过程中，对于高温熔渣的快 速凝固是利用高速喷水射流的超强剪切力和动能克 2.1射流钢渣XRD分析 服熔体的表面张力，同时增大液态熔体下落或飞行 射流钢渣与原钢渣的XRD图谱如图3所示. 速度，使之分散雾化成细小的液滴，从而快速冷却 由图3可知射流钢渣仍然具有结晶相，但结晶矿物 凝固为细小颗粒.从能量利用的角度看，高压水射 比原钢渣单一，主要是C号S0(JCPDS33-0302). 流的能量集中在靶体（固体颗粒或液珠）上，所克服 这表明在高压水射流冷却条件下，大部分晶相来不 的熔体表面张力等阻力小于固体颗粒分子间的作用 及析出，就被冻结形成玻璃相. 力，因此它的能量利用率比现有的固体颗粒的粉碎 高压水射流冷却熔渣的冷却速率达10℃。s! 设备要高，相当于充分利用了转炉熔渣的高温 数量级.在如此高的冷却速率下，射流钢渣仍然析 显热. 出C4S0晶相，其原因可以用A!O-CO-M) 2.3胶凝活性变化 S0系相图进行解释.由AQ为5%的CO-M0) 射流钢渣的胶凝活性变化如图6所示.由图可 S0系相图19（图4）可知，在表2中射流钢渣成分 知，原钢渣所制试块抗压强度较低，所制试块28d 点正好位于CSQ初晶区，其析晶温度高于 强度仅25.55MP:射流钢渣所制备的胶凝材料3.7 1700℃.虽然钢渣中加入了少量氟化钙后能够在 和28d抗压强度分别达到10.01、20.89、33.96MP? 1600℃熔化并流动，但在这个温度下，熔渣会析晶 高于相应的原钢渣所制备的胶凝材料各个龄期的抗 生成大量的C4SQ.也就是说，射流钢渣中 压强度，28的抗压强度超过8MP以上.可见，射 C号SO晶相在熔渣冷却前就己经产生. 流钢渣活性高于原钢渣.第 2期 李 宇等:钢铁熔渣在高压水射流条件下的粒度与胶凝活性变化规律 1—射流架;2—喷嘴;3—矿渣熔体;4—高压水;5—射流矿渣 图 2 矿渣射流试验现场 Fig.2 BFslagmeltsjettedbyhighpressurewater 司 ) 分析原料化学组成, 如表 2所示.用 X射线衍 射仪 ( D/max-RB型号, Rigaku公司 ) 分析样品的物 相组成变化.试验条件:40 kV, 100 mA, Cu靶, 扫描 速度 4°·min -1 , 扫描范围 5°～ 70°.采用激光粒度分 析仪 ( MasterSizer2000, 美国马尔文公司 )分析样品 的粒度分布 . 表 2 转炉钢渣与高炉矿渣组成(质量分数 ) Table2 CompositionofsteelandBFsteel % 渣种类 Fe2O3 MnO CaO SiO2 Al2O3 MgO 转炉钢渣 23.27 1.87 38.84 21.94 4.72 8.09 高炉矿渣 1.92 — 42.40 34.97 12.55 8.17 2 试验结果与分析 2.1 射流钢渣 XRD分析 射流钢渣与原钢渣的 XRD图谱如图 3 所示 . 由图 3可知射流钢渣仍然具有结晶相, 但结晶矿物 比原钢渣单一, 主要是 Ca2 SiO4 ( JCPDS # 33 0302) . 这表明在高压水射流冷却条件下, 大部分晶相来不 及析出, 就被冻结形成玻璃相. 高压水射流冷却熔渣的冷却速率达 10 3 ℃·s -1 数量级 .在如此高的冷却速率下, 射流钢渣仍然析 出 Ca2 SiO4 晶相, 其原因可以用 Al2O3--CaO--MgO-- SiO2 系相图进行解释.由 Al2 O3为 5%的 CaO--MgO-- SiO2 系相图 [ 8] (图 4)可知, 在表 2中射流钢渣成分 点正好 位于 Ca2 SiO4 初晶 区, 其析 晶温 度高于 1 700℃.虽然钢渣中加入了少量氟化钙后能够在 1 600℃熔化并流动, 但在这个温度下, 熔渣会析晶 生成 大 量的 Ca2 SiO4 .也 就 是说, 射 流 钢 渣中 Ca2SiO4 晶相在熔渣冷却前就已经产生. 图 3 射流钢渣与原钢渣 XRD图谱比较 Fig.3 ComparisonofXRDpatternsofjettedsteelslagwiththeraw slag 2.2 射流钢渣的粒度分布 由钢渣粒度分布曲线 (图 5)可知, 射流钢渣粒 度分布为:d0.1 =25.63 μm, d0.5 =61.53 μm, d0.9 = 220.54μm, 体积平均粒径 DV =94.29 μm. 从粉体粒度大小的角度分析, 传统水淬钢渣的 粒径为毫米级 ;而经过高压水射流冷却的钢渣的平 均粒径接近 80 μm, 低于传统水淬钢渣粒径大小两 个数量级, 已经达到微细化要求, 减少了后续粉磨所 带来的能耗. 普通钢渣易磨性差的原因主要是含有 RO相和 橄榄石 ( CRS)等硬度较大的矿相 .结合图 3射流钢 渣的 XRD分析可知, 从粉体矿相角度, 射流钢渣中 仅存在硅酸二钙为主的结晶相, 没有难磨的 RO和 CRS等矿相, 因而后续粉磨能耗将会大大减少. 在高压水射流冷却过程中, 对于高温熔渣的快 速凝固是利用高速喷水射流的超强剪切力和动能克 服熔体的表面张力, 同时增大液态熔体下落或飞行 速度, 使之分散雾化成细小的液滴, 从而快速冷却 凝固为细小颗粒 .从能量利用的角度看, 高压水射 流的能量集中在靶体 (固体颗粒或液珠 )上, 所克服 的熔体表面张力等阻力小于固体颗粒分子间的作用 力, 因此它的能量利用率比现有的固体颗粒的粉碎 设备要高 [ 9] , 相当于充分利用了转炉熔渣的高温 显热 . 2.3 胶凝活性变化 射流钢渣的胶凝活性变化如图 6所示 .由图可 知, 原钢渣所制试块抗压强度较低, 所制试块 28 d 强度仅 25.55MPa.射流钢渣所制备的胶凝材料 3、7 和 28d抗压强度分别达到 10.01、20.89、33.96 MPa, 高于相应的原钢渣所制备的胶凝材料各个龄期的抗 压强度, 28 d的抗压强度超过 8 MPa以上.可见, 射 流钢渣活性高于原钢渣 . · 163·