安鋼礦渣微粉生產(chǎn)實(shí)踐

呂心剛

(安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

0 前言

“礦渣”的全稱是“?；郀t礦渣”，是鋼鐵企業(yè)煉鐵生產(chǎn)過程中生成的以硅酸鹽和硅鋁酸鹽為主要成分的熔融物，浮在鐵水表面，定期從高爐排渣口排出，經(jīng)空氣或水急冷處理形成的粒狀顆粒物。由于礦渣具有潛在的水硬膠凝性能，作為水泥生產(chǎn)的混合材早已得到了應(yīng)用。但是，20世紀(jì)90年代以前多是將礦渣和水泥熟料一起粉磨，由于礦渣和水泥熟料的易磨性相差很大，混磨后的礦粉較粗，其比表面積在300 m2/kg左右，在水泥水化時(shí)礦渣的活性不能充分發(fā)揮。因此，摻混合材的水泥一般都是早期強(qiáng)度低，凝結(jié)時(shí)間長。近年來，隨著國內(nèi)外對(duì)礦渣性能的深入研究，將礦渣單獨(dú)粉磨到一定細(xì)度，比表面積達(dá)到400 m2/kg以上，其活性可以得到充分發(fā)揮，應(yīng)用更加廣泛。這種顆粒細(xì)小的粉磨礦渣就是磨細(xì)礦渣，也稱礦渣微粉。了解和研究礦渣的性能特征，開發(fā)和綜合利用礦渣，對(duì)廢物利用和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)意義十分重大。

1 礦渣的性能分析

礦渣是一種以玻璃體為主的細(xì)粒，淺黃色(少量墨綠色晶體)，玻璃光澤或絲絹光澤，多為晶質(zhì)塊狀、蜂窩狀或棒狀。摩氏硬度為1～2，比重為0.8 t/m3～1.3 t/m3。

測(cè)試結(jié)果表明，礦渣化學(xué)成份主要由氧化鈣(CaO)、二氧化硅(SiO2)、三氧化二鋁(Al2O3)、氧化鎂(MgO)等組成，四者合計(jì)約占礦渣組成的95%。另外，礦渣還含有少量的氧化鐵(FeO、Fe2O3)、氧化亞錳(MnO)、二氧化鈦(TiO2)、五氧化二磷(P2O5)等成份。安鋼與國內(nèi)其他幾家鋼鐵企業(yè)礦渣的成分比較見表1。

表1 安鋼及國內(nèi)幾家鋼鐵企業(yè)礦渣化學(xué)成分比較 %

對(duì)于礦渣的質(zhì)量評(píng)定采用化學(xué)成分分析法。根據(jù)我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T203-2008規(guī)定，?；郀t礦渣質(zhì)量系數(shù)K(活性成分與非活性成分之比)表示為：

質(zhì)量系數(shù)K反映了礦渣中活性組份與低活性組份、非活性組份之間的比例關(guān)系，質(zhì)量系數(shù)K值越大，礦渣的活性越高。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，礦渣的質(zhì)量系數(shù)、化學(xué)成分及相關(guān)指標(biāo)應(yīng)滿足以下要求，具體見表2。

表2 用于水泥中的?；V渣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，?；郀t礦渣堿性系數(shù)Mo(堿性氧化物與酸性氧化物之比)表示為：

礦渣的渣堿性系數(shù)Mo＞1為堿性礦渣，Mo=1為中性礦渣，Mo＜1為酸性礦渣。

從表1、表2可以看出，安鋼礦渣質(zhì)量系數(shù)K=1.74，堿度系數(shù) Mo＜1，已達(dá)到優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)。

2 礦渣微粉在建材行業(yè)中的應(yīng)用

礦渣微粉也稱為高性能水泥和混凝土的增強(qiáng)劑，對(duì)硅酸鹽水泥具有明顯的增強(qiáng)作用。具體的作用機(jī)理是當(dāng)?；郀t礦渣得到超細(xì)粉磨后，由于其玻璃體結(jié)構(gòu)的破壞，使其潛在的活性被激發(fā)出來，當(dāng)它作為混凝土的摻合料時(shí)，可使混凝土的泌水性好，可塑性好，水化析熱速度快，利于防止混凝土內(nèi)部溫升引起的裂縫，而且能產(chǎn)生較多的鈣礬石微晶，從而對(duì)混凝土因細(xì)粉過多而引起的收縮起補(bǔ)償作用。當(dāng)它作為水泥混合材時(shí)，可以吸收其中的f-CaO，從而增加水泥的安定性，且能加速水泥的水化過程，吸收水泥水化時(shí)形成的Ca(OH)2，形成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，通過激發(fā)作用，形成鈣礬石，從而增加水泥的強(qiáng)度。礦渣微粉用于水泥和混凝土中的主要作用是：

2.1 提高水泥和混凝土的強(qiáng)度

將礦渣粉磨至比表面積達(dá)400 m2/kg以上時(shí)，按照一定比例摻入普通水泥中，可提高水泥強(qiáng)度5 MPa～8 MPa。礦渣微粉在提高混凝土強(qiáng)度的同時(shí)，可防止混凝土及其制品表面泛白。

2.2 提高密實(shí)性和抗?jié)B性

礦渣微粉在混凝土及其制品中起到了微觀填充的作用，同時(shí)礦渣微粉中的活性組份Al2O3與水泥中的Ca(OH)2、SO3生成鈣礬石，鈣礬石具有一定的微膨脹作用，可以補(bǔ)償制品的化學(xué)干縮，從而提高制品的密實(shí)性和抗?jié)B性。

2.3 吸堿能力強(qiáng)

由于礦渣微粉的活性需要堿的激發(fā)，因此具有良好的吸堿能力。對(duì)于硅酸鹽水泥，可以吸收K、Na等堿金屬元素，抑制堿集料反應(yīng)，提高制品的防潮性能和防水性能。

2.4 提高耐久性

由于加入礦渣微粉的水泥和混凝土中的Ca(OH)2、K2O、Na2O的濃度降低，密實(shí)性和抗?jié)B性提高，并能有效抑制堿集料反應(yīng)。另外，混凝土中摻加礦渣依粉可降低水化熱，從而大大提高水泥、混凝土及其制品的耐久性。

總之，礦渣微粉對(duì)水泥和混凝土的各種性能均有良好的促進(jìn)作用，是一種比較理想的水泥和混凝土的增強(qiáng)劑，其應(yīng)用前景廣闊。

3 安鋼礦渣微粉生產(chǎn)實(shí)踐

3.1 裝備情況

安鋼綜利建材公司現(xiàn)有兩條球磨生產(chǎn)線，配備的主要設(shè)備為：兩臺(tái)Φ2.4 m×16 m烘干機(jī)，兩臺(tái)Φ3.2 m×13 m球磨機(jī)，四座Φ10 m×25 m成品料倉。兩條生產(chǎn)線生產(chǎn)能力為年產(chǎn)40萬噸礦渣微粉。

3.2 生產(chǎn)工藝流程

礦渣經(jīng)自然風(fēng)干一定時(shí)間后，由皮帶上料入烘干機(jī)，采用沸騰爐產(chǎn)生的熱量對(duì)礦渣進(jìn)行烘干。礦渣烘干后經(jīng)皮帶入半成品庫，晾一定時(shí)間后由皮帶上料入磨頭倉，礦渣按設(shè)定的給料量入球磨機(jī)進(jìn)行粉磨。礦渣粉磨到一定細(xì)度后經(jīng)提升機(jī)送至選粉機(jī)進(jìn)行選粉，符合要求的細(xì)粉經(jīng)皮帶入成品料倉，未達(dá)標(biāo)的粗粉返回球磨機(jī)重新進(jìn)行粉磨。在礦渣烘干和粉磨的過程中都采用除塵器進(jìn)行收塵以回收物料，并達(dá)到環(huán)保的要求。球磨生產(chǎn)線工藝流程如圖1所示。

圖1 球磨生產(chǎn)線工藝流程

3.3 生產(chǎn)過程及分析

3.3.1 入磨礦渣水分的控制

礦渣由安鋼廠區(qū)運(yùn)至綜利建材公司原料場(chǎng)，經(jīng)一個(gè)月左右的晾曬，礦渣水分在10%左右。礦渣由皮帶上料入烘干機(jī)進(jìn)行烘干，出烘干機(jī)的礦渣水分控制在2.0%左右。礦渣經(jīng)烘干后入半成品庫，晾2～3天后由皮帶上料入球磨機(jī)，入球磨機(jī)礦渣水分一般控制在1.5%以下。

3.3.2 系統(tǒng)除鐵

在烘干機(jī)出料皮帶上加裝電磁除鐵器，以降低入磨礦渣中鐵含量，提高礦渣易磨性能，減少磨耗和備件消耗，提高磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量，同時(shí)可回收金屬鐵，增加經(jīng)濟(jì)效益。

3.3.3 粉磨流程選擇

礦渣粉磨采用球磨機(jī)，有開路和閉路兩種生產(chǎn)工藝流程。開路生產(chǎn)工藝流程簡單，便于控制，運(yùn)行費(fèi)用低。但開路生產(chǎn)工藝流程產(chǎn)量相對(duì)較低，生產(chǎn)比表面積大于450 m2/kg的礦渣微粉比較困難。因?yàn)樯a(chǎn)比表面積較大的礦渣微粉時(shí)為保證產(chǎn)品合格必然存在較明顯的過粉磨現(xiàn)象，降低了生產(chǎn)效率。閉路生產(chǎn)工藝流程較復(fù)雜，生產(chǎn)過程控制難度大，運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較高。但由于閉路生產(chǎn)工藝流程配有選粉機(jī)，礦渣微粉的細(xì)度調(diào)節(jié)較為靈活，顆粒級(jí)配較為合理，有效降低了過粉磨現(xiàn)象，可生產(chǎn)比表面積較高的礦渣微粉，生產(chǎn)效率較高。另外，閉路生產(chǎn)工藝流程對(duì)入磨礦渣的水分要求低。由于閉路生產(chǎn)工藝流程配有選粉機(jī)，磨內(nèi)風(fēng)速高，通風(fēng)好，因此允許入磨礦渣的水分不大于2%，而開路生產(chǎn)工藝流程允許入磨礦渣的水分一般不大于1%，否則會(huì)引起糊磨現(xiàn)象，影響產(chǎn)量和質(zhì)量。綜利建材公司球磨機(jī)采用的是閉路生產(chǎn)工藝流程，實(shí)際生產(chǎn)中，這一工藝流程取得了較理想的效果。

3.3.4 粉磨工藝參數(shù)調(diào)整

礦渣比水泥熟料難磨，易磨性系數(shù)一般高出5(kW·h)/t以上，礦渣微粉產(chǎn)品的比表面積又比水泥要求高，因此，用球磨機(jī)生產(chǎn)礦渣微粉，在相同工藝裝備條件下，比水泥磨的產(chǎn)量約下降40% ～50%。在單獨(dú)粉磨礦渣時(shí)，關(guān)鍵技術(shù)是嚴(yán)格控制物料在磨內(nèi)的停留時(shí)間。與粉磨水泥相比，球磨機(jī)系統(tǒng)應(yīng)作如下調(diào)整：

研磨體級(jí)配。由于經(jīng)篩分處理后的入磨礦渣粒度減小，球磨機(jī)研磨體的平均球徑應(yīng)隨之減小。一般來說，最大球的球徑不要超過Φ60 mm，平均球徑一般不超過Φ45 mm。根據(jù)磨機(jī)的倉位，減大球、換小球。

研磨體裝載量。由于礦渣難磨，研磨體的裝載量應(yīng)適當(dāng)高于磨機(jī)設(shè)計(jì)裝載量，約增加5% ～10%，不要超過15%，正規(guī)的設(shè)備制造廠家已給球磨機(jī)預(yù)留了這部分電機(jī)功率。開路磨的研磨體裝填形式應(yīng)保持后倉高于前倉，閉路磨則保持后倉略低或前后倉基本持平。

隔倉板形式。單層隔倉板應(yīng)適當(dāng)縮小篦縫寬度，一般為5 mm～7 mm;雙層隔倉板篦縫寬度控制在10 mm左右。

襯板形式。粉磨礦渣時(shí)，襯板形式也應(yīng)作相應(yīng)變化。由于礦渣的流動(dòng)性好、磨琢性強(qiáng)，磨機(jī)采用環(huán)溝襯板較好，尤其是細(xì)磨倉。粉磨作業(yè)時(shí)，環(huán)溝襯板的溝槽內(nèi)，不同程度的存有一部分物料，所形成的料墊既增加了物料的研磨機(jī)會(huì)，又減少了磨內(nèi)金屬的空撞消耗，延長了襯板使用壽命。

出磨回轉(zhuǎn)篩篦縫。經(jīng)過磨前篩分和有效控制物料粉磨時(shí)間后，為保證出磨礦渣微粉的質(zhì)量，應(yīng)將磨尾回轉(zhuǎn)篩的篦縫縮小到3 mm以下，以便及時(shí)清除出磨物料中的金屬雜物。

3.3.5 粉磨平衡

一般來說，物料粉磨時(shí)間越長，出磨粒度越細(xì)。但是，隨著粉磨時(shí)間的延長，物料比表面積逐漸增大，其比表面能也增大，因而，微細(xì)顆粒相互聚集、結(jié)團(tuán)的趨勢(shì)也逐漸增強(qiáng)。經(jīng)過一段時(shí)間后，磨內(nèi)會(huì)處于一個(gè)“粉磨?團(tuán)聚”的動(dòng)態(tài)平衡過程，達(dá)到所謂的“粉磨極限”。在這種狀態(tài)下，即使再延長粉磨時(shí)間，物料也難粉磨得更細(xì)，有時(shí)甚至使粒度變粗。同時(shí)，粉磨能耗成倍增加，粉磨效率降低。這種現(xiàn)象在普通粉磨時(shí)并不明顯，但在高細(xì)粉磨和超細(xì)粉磨中經(jīng)常出現(xiàn)。解決辦法是添加助磨劑。它能形成物料顆粒表面的包裹薄膜，使表面達(dá)到飽和狀態(tài)，不再互相吸引粘結(jié)成團(tuán)，并通過裂紋形成和擴(kuò)展過程中的防“閉合”和吸附，降低顆粒硬度、減弱強(qiáng)度，改善其易磨性。助磨劑通過保持顆粒的分散，來阻止顆粒之間的聚結(jié)或團(tuán)聚。粉磨粒度越細(xì)，使用助磨劑的效果越顯著。綜利建材公司生產(chǎn)過程中助磨劑的加入量約為萬分之二，效果較明顯，促進(jìn)了磨機(jī)的生產(chǎn)順行。

4 生產(chǎn)效果

綜利建材公司礦渣微粉生產(chǎn)一年多來，經(jīng)過生產(chǎn)工藝的不斷優(yōu)化和技術(shù)攻關(guān)，取得了顯著的效果。磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量從剛投產(chǎn)時(shí)的20 t/h～23 t/h提高到目前的30 t/h左右，并且很穩(wěn)定;磨機(jī)單位電耗從剛投產(chǎn)時(shí)的80(kW·h)/t左右下降到目前的70(kW·h)/t以下。磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量和單位電耗指標(biāo)均達(dá)到國內(nèi)同類型磨機(jī)的先進(jìn)水平。成品微粉平均比表面積在430 m2/kg以上;成品微粉性能經(jīng)安陽市技術(shù)監(jiān)督局檢驗(yàn)，7天活性指數(shù)平均在80%以上，28天活性指數(shù)平均在98%以上。成品微粉的比表面積和活性指數(shù)均超過國家標(biāo)準(zhǔn)。

目前，礦渣微粉的效益在20元/t左右，綜利建材公司礦渣微粉的年產(chǎn)量按30萬噸計(jì)算，則每年可創(chuàng)效益約為600萬元。

5 結(jié)語

安鋼礦渣微粉的生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了礦渣利用上質(zhì)的轉(zhuǎn)變，提升了鋼鐵渣的綜合利用水平，提高了鋼鐵渣加工利用的附加值，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)也在一定程度上緩解了集團(tuán)公司產(chǎn)能擴(kuò)大后水渣的周轉(zhuǎn)和銷售困難的問題，促進(jìn)了集團(tuán)公司鋼鐵主業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的順行。

［1］ 韋傳穩(wěn).聯(lián)峰鋼鐵60萬噸礦渣微粉生產(chǎn)工藝實(shí)踐.現(xiàn)代冶金，2009，37(8)：4-5.

［2］ 紹龍.礦渣微粉生產(chǎn)工藝實(shí)踐.遼寧建材，2007(8)：20-26.