.558· 工程科学学报，第40卷，第5期 content decreases to 1.64%,the modified slags meet the requirements for building materials.Additionally,the study also attempted to use coke to reduce the iron in the modified slag.As a result,the facile separation of slag and iron is realized,and the grindability of the modified slag has been improved. KEY WORDS steelmaking slag;blast furnace slag;modification;cementitious properties;carbon reduction 中国是钢铁生产大国，据国家统计局公布最新 与转炉渣中的f-Ca0反应生成C,S、C,S,同时利用 数据显示，2016年全国粗钢产量达8.08亿t),钢 高炉渣的显热，达到消除转炉渣不安定因素，提高转 渣是炼钢过程中产生的废弃物，排出量占粗钢产量 炉渣胶凝性，提高热量利用率的目的.卿玉国和赵 的15%~20%.钢渣的大量堆积，不仅占用大量土 国武2]从基本原理上分析了熔融高炉渣、钢渣生产 地，而且经过雨水的冲刷，造成环境污染.钢渣中铁 水泥熟料的可行性，但缺乏热力学基础分析及实验 质量分数（换算成金属F)达7%~10%，这部分资 研究的支撑. 源尚未充分利用：此外，钢渣中含有与水泥熟料相似 针对上述存在的问题，本文提出使用不同比例 的化学成分和矿物组成，即钢渣含有一定量的硅酸 的热态高炉渣熔融改性钢渣，利用炉渣显热控制反 二钙(2Ca0·Si02,C,S)和硅酸三钙(3Ca0·Si02, 应，调整改性渣化学组成，达到消除钢渣稳定性不 C,S),它具有较高的潜在活性，磨细后可作为建筑 良、提高胶凝性的目的：并探究配碳还原改性渣实现 材料资源开发利用2-]；同时，终期排放的钢渣含有 渣铁分离的可能，为提高钢渣利用效率提供实验数 高品位的显热，1kg(1600℃)钢渣的热含量达2000 据支撑 k4),以2016年1.2亿t熔融钢渣计算，热量总值 1实验过程 超过7100t标准煤.如果能对这部分铁资源和热量 加以有效利用，不仅减少资源浪费，还能节约能源， 1.1实验材料 间接减少了温室气体的排放，是绿色发展的新思路. 本实验钢渣和高炉渣均由分析纯的Ca0、SiO2、 用作建筑材料是钢渣绿色发展重要的途径，然 Fe203、A山，O3和Mg0配置而成.实验中所用试剂汇 而钢渣中游离氧化钙(f-Ca0)含量较高、易磨性比 总见表1. 较差，这两种因素阻碍了钢渣在水泥行业的应 表1实验所用试剂表 用s-6].熔融钢渣改性是降低钢渣中游离氧化钙含 Table 1 Reagents used in the experiment 量及改善易磨性常用的手段.彭犇)研究了用 试剂 纯度 试剂来源 SiO2、焦炭等高温改性熔融钢渣，得出Si02、焦炭在 Ca0 分析纯 西陇化工股份有限公司 一定掺加范围内可降低钢渣中f-CaO含量，提高钢 SiO2 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 渣易磨性、C,S和C,S含量.雷云波等]考察了粉 Fe2O3 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 煤灰对钢渣中f-Ca0的消解效果，得出在一定范围 Mgo 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 内，随着粉煤灰掺加量的提高，钢渣中f-Ca0降低， A山203 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 并生成更多的C,S.Li等研究了电炉渣改性钢渣 Ar 分析纯 北京科技大学 的实验，得出电炉渣的加入使钢渣胶凝性提高.张 作顺等1研究了铁尾矿高温改性钢渣的实验，结果 实验设计的钢渣及高炉渣成分如表2所示. 表明铁尾矿高温改性钢渣能降低钢渣f-Ca0含量， 表2实验用合成钢渣，高炉渣成分（质量分数） Table 2 Composition of synthetic steel slag and blast fumace slag 提高钢渣胶凝性能.以上研究均使用酸性冶金固废 % 改性钢渣，消除f-CaO的影响，提高钢渣的胶凝性 物料 碱度 Ca0 Si0, 和易磨性. 钢渣 3.0 8 16 7 7 22 高炉渣是高炉炼铁过程副产品，与钢渣相比，高 高炉渣1.0 40 4012 炉渣碱度较低，S02含量较高，因此可以考虑高炉 渣作为钢渣改性剂.高炉渣出炉温度大于1500℃， 钢渣和高炉渣的制备：将所需试剂分别按照表 热焓为1700M如t1,由于目前高炉渣的处理普遍采 2比例进行充分混合，放入钼坩埚（中36mm×60 用水淬工艺，这部分显热没有加以利用].使用高 mm)中，压实，置于井式硅钼棒炉中加热，在1550℃ 炉渣改性熔融转炉渣，既可以利用高炉渣中的S02 下保温0.5h,全程均采用净化处理的高纯Ar保护，工程科学学报,第 40 卷,第 5 期 content decreases to 1郾 64% , the modified slags meet the requirements for building materials. Additionally, the study also attempted to use coke to reduce the iron in the modified slag. As a result, the facile separation of slag and iron is realized, and the grindability of the modified slag has been improved. KEY WORDS steelmaking slag; blast furnace slag; modification; cementitious properties; carbon reduction 中国是钢铁生产大国,据国家统计局公布最新 数据显示,2016 年全国粗钢产量达 8郾 08 亿 t [1] ,钢 渣是炼钢过程中产生的废弃物,排出量占粗钢产量 的 15% ~ 20% . 钢渣的大量堆积,不仅占用大量土 地,而且经过雨水的冲刷,造成环境污染. 钢渣中铁 质量分数(换算成金属 Fe)达 7% ~ 10% ,这部分资 源尚未充分利用;此外,钢渣中含有与水泥熟料相似 的化学成分和矿物组成,即钢渣含有一定量的硅酸 二钙(2CaO·SiO2 ,C2 S) 和硅酸三钙(3CaO·SiO2 , C3 S),它具有较高的潜在活性,磨细后可作为建筑 材料资源开发利用[2鄄鄄3] ;同时,终期排放的钢渣含有 高品位的显热,1 kg(1600 益 )钢渣的热含量达 2000 kJ [4] ,以 2016 年 1郾 2 亿 t 熔融钢渣计算,热量总值 超过 7100 t 标准煤. 如果能对这部分铁资源和热量 加以有效利用,不仅减少资源浪费,还能节约能源, 间接减少了温室气体的排放,是绿色发展的新思路. 用作建筑材料是钢渣绿色发展重要的途径,然 而钢渣中游离氧化钙( f鄄鄄 CaO)含量较高、易磨性比 较差,这两种因素阻碍了钢渣在水泥行业的应 用[5鄄鄄6] . 熔融钢渣改性是降低钢渣中游离氧化钙含 量及改善易磨性常用的手段. 彭犇[7] 研究了用 SiO2 、焦炭等高温改性熔融钢渣,得出 SiO2 、焦炭在 一定掺加范围内可降低钢渣中 f鄄鄄 CaO 含量,提高钢 渣易磨性、C2 S 和 C3 S 含量. 雷云波等[8] 考察了粉 煤灰对钢渣中 f鄄鄄CaO 的消解效果,得出在一定范围 内,随着粉煤灰掺加量的提高,钢渣中 f鄄鄄 CaO 降低, 并生成更多的 C2 S. Li 等[9]研究了电炉渣改性钢渣 的实验,得出电炉渣的加入使钢渣胶凝性提高. 张 作顺等[10]研究了铁尾矿高温改性钢渣的实验,结果 表明铁尾矿高温改性钢渣能降低钢渣 f鄄鄄 CaO 含量, 提高钢渣胶凝性能. 以上研究均使用酸性冶金固废 改性钢渣,消除 f鄄鄄 CaO 的影响,提高钢渣的胶凝性 和易磨性. 高炉渣是高炉炼铁过程副产品,与钢渣相比,高 炉渣碱度较低,SiO2 含量较高,因此可以考虑高炉 渣作为钢渣改性剂. 高炉渣出炉温度大于 1500 益 , 热焓为 1700 MJ·t - 1 ,由于目前高炉渣的处理普遍采 用水淬工艺,这部分显热没有加以利用[11] . 使用高 炉渣改性熔融转炉渣,既可以利用高炉渣中的 SiO2 与转炉渣中的 f鄄鄄 CaO 反应生成 C2 S、C3 S,同时利用 高炉渣的显热,达到消除转炉渣不安定因素,提高转 炉渣胶凝性,提高热量利用率的目的. 卿玉国和赵 国武[12]从基本原理上分析了熔融高炉渣、钢渣生产 水泥熟料的可行性,但缺乏热力学基础分析及实验 研究的支撑. 针对上述存在的问题,本文提出使用不同比例 的热态高炉渣熔融改性钢渣,利用炉渣显热控制反 应,调整改性渣化学组成,达到消除钢渣稳定性不 良、提高胶凝性的目的;并探究配碳还原改性渣实现 渣铁分离的可能,为提高钢渣利用效率提供实验数 据支撑. 1 实验过程 1郾 1 实验材料 本实验钢渣和高炉渣均由分析纯的 CaO、SiO2 、 Fe2O3 、Al 2O3 和 MgO 配置而成. 实验中所用试剂汇 总见表 1. 表 1 实验所用试剂表 Table 1 Reagents used in the experiment 试剂 纯度 试剂来源 CaO 分析纯 西陇化工股份有限公司 SiO2 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 Fe2O3 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 MgO 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 Al2O3 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 Ar 分析纯 北京科技大学 实验设计的钢渣及高炉渣成分如表 2 所示. 表 2 实验用合成钢渣、高炉渣成分(质量分数) Table 2 Composition of synthetic steel slag and blast furnace slag % 物料 碱度 CaO SiO2 Al2O3 MgO Fe2O3 钢渣 3郾 0 48 16 7 7 22 高炉渣 1郾 0 40 40 12 8 — 钢渣和高炉渣的制备:将所需试剂分别按照表 2 比例进行充分混合,放入钼坩埚( 准36 mm 伊 60 mm)中,压实,置于井式硅钼棒炉中加热,在 1550 益 下保温 0郾 5 h,全程均采用净化处理的高纯 Ar 保护, ·558·