刘邦军 池鹏飞 赵慧玲
(安钢集团综合利用开发公司)
摘要 对水渣的成矿原因及其基本特性进行了分析，研究了水渣以及水渣超细粉对水泥及混凝土的影响，阐述了水渣超细粉深加工的重要意义。 关键词 水渣 特性 综合利用
THE APPILATION WAY A ND PERFOROMANCE CHAR AC TERISTIC
OF BLAST FURNAC E WATER D REGS
Liu Bangjun Chi Pengfei Zhao Huiling
(Anyang Lron&Steel Group Co.,Ltd)
ABSTRACT It analys ted that minerlization reason and the basic characteristic of water dregs.It has strdied water drges and su-perfine power influence to the cement and the concrete,It elaborated the vit
al significance of water dregs superfine power in tensive processing
KEY WORDS characteristic comprehensive utilization
0 前言
水渣属于工业固体废料的一种，由于其具有潜在的水硬胶凝性能，作为水泥生产的混合材早已广泛应用。但是，随着炼铁产量的不断提高，水渣产生量大幅度增长，造成大量堆积，成为困扰企业发展和社会环境治理的一大问题。了解和研究水渣的性能特征，开发和综合利用水渣，对废物利用、发展循环经济，建设资源节约型社会，具有十分重大的意义。近年来，随着国内加工技术的不断提高和对水渣的深入研究，发现将水渣磨细到一定细度后，性能有所改变，应用更加广泛。
1 水渣的成矿原因
水渣是钢铁企业冶炼生铁时，由铁矿石中的非铁成份和焦炭、喷吹煤中的灰份等熔化后，从高炉中排出的产物。多为晶质块状、蜂窝状或棒状，以玻璃体为主的细粒，呈浅黄(少量墨绿晶体)，玻璃光泽或丝绢光泽，摩氏硬度为1~2,(自然堆积)比重0.8~1.3t m3。目前国内生产的水渣从处理技术工艺角度讲，可分为水泡渣和水冲渣两种。
1.1 水泡渣
水泡渣是高炉热熔渣浆用罐运到水池，将热熔渣浆倒入水池粹水而成的一种再生矿物。由于热熔渣浆在运输过程中温度的散失，渣罐内的熔浆中心和边缘温度有一定的温差，表面熔浆提前凝结成矿，生成部分灰黑次生矿物(也称高炉重矿渣)，罐壁残留熔浆自然冷却成矿，生成部分富含CaO、SiO2、Fe2O3的灰黑次生矿物重矿渣，从而影响水渣的质量。 1.2 水冲渣
水冲渣是在渣浆出炉时将水冲向热熔渣浆，热熔渣浆经淬水生成的一种再生矿物。由于热熔渣浆直接在炉前淬水形成，熔浆温度较高，相对均匀，成矿速度快，伴生及次生矿物较少，水渣质量相对稳定(安钢新建2200m3高炉就采用这种生产工艺)。
水渣的产生量随着生铁冶炼技术和铁矿石的品位不同而变化，一般为生铁产量的25%~40%，安钢的渣铁比一般情况在30%左右。
2 水渣的化学成分
水渣的化学成分主要由氧化钙(CaO)、二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)等组成。安钢水渣测试化学成分为:CaO、SiO2、Al2O3、MgO、Fe2O3、MnO、TiO、S、P2O5、K、M，与国内其他几家钢铁公司的基本相近(见表1)。
3 水渣的矿物组成
主要由CaO、SiO2和Al2O3组成的C2AS(黄长石)、C AS2(钙长石)、C S(假硅灰石)、C2S(硅酸二钙)四种矿物。其中C2AS(黄长石)和C2S(硅酸二钙)
2005年 12月 河 南 冶 金 Dec. 2005第13卷 第6期 HENAN ME TALLURGY Vol.13 No.6 联系人：刘邦军，经理，工程师，河南.安阳(455004)，安钢集团综合利用开发公司; 收稿日期:2005 10 22
表1 国内几家钢铁公司水渣化学成分比较
%
单位CaO SiO 2Al 2O 3MgO Fe 2O 3MnO Ti
S K
M
安钢38.9033.9213.98 6.73 2.180.260.58邯钢37.5632.8212.06 6.53 1.780.230.46济钢36.7633.6511.698.63 1.380.350.56 1.67首钢36.7534.8511.3213.22 1.380.360.58
1.71 1.08宝钢40.6833.5814.447.81 1.560.32
0.500.2 1.83 1.01武钢35.3234.9116.3410.130.81 1.71 1.810.89马钢
33.26
31.47
12.46
10.99
2.55
3.21
1.37
1.65
1.00
活性较好,C AS 2(钙长石)和C S(假硅灰石)活性较差。因此，水渣中Ca O 和Al 2O 3含量高,SiO 2含量低时，水渣的活性好。4 国内水渣质量标准
1994年，我国发布了 用于水泥中的粒化高炉矿渣(GB T203-94) 的国家标准，该标准规定水渣的质量(或活性)系数和化学成分应满足以下要求(见表2):
表2 用于水泥中的粒化水渣技术标准(GB T203-94)
项目质量系数
K 二氧化钛含量 %氧化亚锰含量 %氟化物(以
S 计) %硫化物(以S 计) %松散容重 kg L 最大粒度
mm 大于10mm 颗粒含量 %
合格品 1.20 10.0 4.0 2.0 3.0 1.20 100 8
优等品
1.60
2.0
2.0
2.0
2.0
1.00
50
3
注:K 为活性成分与非活性成分之比(CaO+MgO+Al 2O 3) (SiO 2+MnO+TiO)。
用于水泥中的粒化水渣技术标准(GB T203-94)要求：碱性矿渣M>1；中性矿渣M=1；酸性矿渣M<1。碱度系数M 为碱性氧化物与酸性氧化物之比(CaO+MgO) (Al 2O 3+SiO 2)。
从表1、表2可以看出，安钢水渣质量系数K=1 73;M<1，达到优等品标准。5 水渣的性能分析研究及应用5.1 传统应用技术
水渣主要用作水泥的混合材，一般采用与水泥熟料、石膏一起粉磨，生产矿渣水泥，细度要求达到310m 2
kg(比表面积)以上，参加量小于40%。5.2 研究成果及应用途径
新的研究结果表明，将水渣磨细成400m 2
kg 以上细度的超细粉，其性能大大改善，其特有的胶凝性能更好，应用领域更加广泛。纯矿渣超细粉主要用
途：一可以用来与高标号纯硅酸盐水泥混合配制生产矿渣水泥；二是可以作为混凝土的外加剂，利用其
具有同水泥相似的功能，在混凝土中等量替代水泥，来改变混凝土的强度和工作性能。为了解和掌握水渣的性能，更好的开发和利用水渣，现从不同角度对水渣超细粉进行分析如下:5.2.1 水渣易磨性
研究表明，水渣的易磨性很差，要达到400m 2
kg 以上细度时，水渣很难继续磨细，水渣细度越高，电耗越高。
5.2.2 水渣超细粉对水泥性能影响
1)不同细度水渣超细粉和掺量对水泥抗压强度的影响。在比表面积相同时，随着水渣超细粉掺量的增加水泥抗压强度降低；在掺量相同时，比表面积越小水泥抗压强度降低越快。试验数据见表3:
表3 不同细度水渣超细粉和掺量对3天和28天抗压强度的影响 MPa
细度 m 2 kg
掺量20%时掺量30%时掺量40%时掺量50%时掺量60%时掺量70%时30025.1 54.224.9 52.922.4 48.718.2 45.615.3 42.713.6 39.640030.5 57.428.7 54.526.3 52.625.2 50.719.0 49.617.1 47.950032.1 62.331.1 61.429.9 60.227.9 55.623.1 53.719.8 50.960038.8 63.836.9 62.435.4 61.533.4 58.629.6 54.827.1 52.5700
40.6 64.140.0 63.0
38.6 62.2
34.4 59.130.7 56.9
27.8 53.3
800
41.0 64.7
40.7 63.0
39.5 62.1
35.3 60.1
31.3 57.5
29.0 53.5
注：熟料细度为300m 2 kg 。
2)一定细度和不同掺量的超细粉对水泥抗压强度的影响。实验表明：在一定细度时，随水渣超细粉
掺加比例的加大，水泥强度下降。掺加比例大于80%时,28天强度下降幅度明显，所以水渣超细粉的最大掺加量以小于等于80%为宜，其试验数据见
表4。
5.2.3 水渣超细粉对混凝土性能的影响
水渣磨细至400~800m 2
kg 以上时，表现出与普通细度水渣(<400m 2
kg)明显不同的性能，这主要表现在混凝土拌合物的工作性和硬化混凝土的力学
30 河 南 冶 金 2005年第6期
表4 一定细度和不同掺量的超细粉对3天、7天和28天抗压强度的影响
试样编号
配比 %
矿渣熟料石膏等
抗压强度 MPa
3天7天28天
抗压强度比 %
3天7天28天
D1905520.430.333.4450.457.943.4 D2*******.038.150.4874.972.865.6 D3*******.440.471.4184.677.292.84 D4*******.256.974.2293.9109.996.5 D5*******.6652.376.91100100100 注：试验用水渣超细粉细度为350 kg，熟料细度为310 kg,
性能方面。不同比表面积的水渣超细粉可用于配制
不同强度和性能的混凝土(见表5)。
表5 不同强度的混凝土对水渣超细粉要求
混凝土等级水渣超细粉最佳
细度 m3 kg
水渣超细粉最佳
掺加量 %
C30>40035~40
C40400~50035~40
C5050035~40 C60以上>50035~40
水渣超细粉对混凝土早期抗压强度影响较大，水渣超细粉在一定细度时，对混凝土早期强度影响，随掺加量的增加而强度降低；对混凝土后期强度影响较小，随矿渣超细粉掺加量的增加混凝土后期强度变化不大。
5.2.4 水渣超细粉对混凝土其他性能的影响
1)和易性的影响。矿渣超细粉改善了水泥浆体和易性。这是由于矿渣超细粉的粒子具有平滑而致密的表面，在搅拌初期吸附水量比水泥颗粒要少，可在浆体表面形成光滑的滑移面，它具有较好的颗粒分散性及较高的流动性。
2)对凝结时间的影响。用矿渣超细粉等量取代水泥后，混凝土的凝结时间有所延长。这就是常说的矿渣水泥早期强度低后期强度高的影响。
3)对坍落度损失的影响。一般条件下，用矿渣超细粉等量取代水泥后，能适当的减少混凝土坍落度损失，因为矿渣超细粉初期吸附水量较少，水化速度也慢，因而使坍落度损失减少。
4)对混凝土渗透性的影响。混凝土的渗透性决定于混凝土的孔隙分布状况，矿渣超细粉的颗粒一般比水泥颗粒细，它可以填充在混凝土孔隙之间，降低了混凝土的孔隙，另一方面，矿渣超细粉混凝土的孔隙中常为硅酸钙水化物所填充，孔隙减小，渗透性大大降低。57cao
5)抗酸碱性能。为了解矿渣水泥的抗腐蚀性能，对其进行了抗硫酸盐腐蚀长期侵泡试验。实验表明，用矿渣超细粉替代部分硅酸盐水泥，可改善混凝土的抗硫酸盐性，其原因是：混凝土拌合物中C3S (硅酸三钙)的含量的降低，随矿渣超细粉取代率的增大而降低，由于形成水化硅酸钙，可溶性氢氧化钙减少，这样减少了形成硫酸钙的条件；另外，抗硫酸盐腐蚀性能，很大程度取决于混凝土的渗透性，硅酸钙水化物在微孔中形成时，一般有碱及钙的氢氧化物，这样降低了混凝土的渗透性，从而防止了侵蚀性的硫酸盐侵入，从而提高了混凝土的抗腐蚀性能。
6)抑制碱-集料反应。世界各国都公认掺入矿渣超细粉是抑制碱-集料(砂石等)反应的有效措施，抑制效果与矿渣超细粉取代水泥数量成正比。矿渣超细粉抑制碱-集料反应的原因是：在矿渣超细粉混凝土中，由于渗透性降低，碱离子的活动能力大大下降，从化学反应角度分析，这时的反应热降低，而且随着掺量的增加，反应热降低的幅度增大，降低了由于碱-集料反应引起的混凝土体积膨胀开裂，提高混凝土质量(一般硅酸盐水泥混凝土反应热高，易产生应力集中，导致砼裂缝)。
7)对钢筋的保护作用。氯化物会侵蚀混凝土中的钢筋，由于矿渣超细粉能降低混凝土的孔隙率，从而
降低氯离子的渗透，形成对钢筋的防腐保护层。因此，矿渣超细粉混凝土具有比普通硅酸盐混凝土更强的抗氯化物渗透性。利用这一特性，矿渣超细粉混凝土比较适用于水利、海防工程。
值得注意的是，矿渣超细粉水泥混凝土对养护条件比硅酸盐水泥混凝土更为敏感，由于矿渣超细粉水化速度较慢，养护龄期也应比硅酸盐水泥混凝土需要更长一些时间。
6 矿渣超细粉的生产技术
由于高炉水渣具有致密度较高、相对易磨性较小的特点，因此将其磨细至400m2 kg以上有较大的难度。就目前而言，超细矿渣的生产技术有以下几类:
1)利用高细球磨机对水渣进行开路粉磨。其优点是系统简单、操作方便、投资较低。缺点是产量低、系统电耗高；出磨成品温度很高，易吸潮结块、降低矿粉活性、库存周期短；目前有一些厂家自行做了类似改造。
2)利用振动磨对水渣进行开路粉磨。其优点是系统简单、占地面积小,(下转第50页)
31
2005年第6期 河 南 冶 金
氧化层，其中易酸洗的Fe O 重量百分比达80%以上。65#
优碳盘条要得到适合于拉拔的是索氏体组织，根据CCT 曲线，冷却速度应控制在8 S 左右，使奥氏体在650 开始相变。为达到这个冷却能力，必须合理控制风机的风量。此外要获得线圈均一性组织，还要正确使用 佳灵 装置合理的分配横剖断面宽度方向上的风量，根据吐丝速度正确设定辊道速度控制线环间距，改善线环 搭接点 对冷却条件的影响。在轧制条件不变的情况下，提高吐丝温度能提高线材的强度指标，但对氧化铁皮控制不利，吐丝温度在900 以下时，氧化铁皮以90%~95%的FeO 为主，当吐丝温度在980 以上时，氧化铁皮中Fe 3O 4达到70%~76%，这时酸洗不易除去。因此必须综合考虑性能与氧化铁皮等情况选取合适的吐丝温度。
5 结论
1)采用 优质废钢兑铁水+电炉冶炼+LF 炉外精炼+小方坯连铸+高速线材轧制 工艺路线生产高碳钢盘条是切实可行的。
2)控轧控冷、高精度轧制等技术的运用，为制品行业提供优质原料创造了条件。6 参考文献
[1] 戴宝昌.重要用途线材制品生产新技术.北京：冶金工业出版
社,2001,15~18
[2] 高速轧机线材生产 编写组.高速轧机线材生产.北京：冶金
工业出版社,1995.400~406.
(上接第31页) 其缺点是能耗较高，细度达到400~450m 2
kg 的超细矿渣，单位电耗为80~90kW h t；单台振动磨的生产规模小(最大规格振动磨也小于5t h)，不能大规模生产；由于振动磨的故障率明显高于球磨机，因此系统维修费用较高、运转率较低。目前国内采用该项技术的很少。3)利用国外带内分选的立磨对水渣进行闭路粉磨。这种粉磨方式的优点是集粉磨、烘干、选粉于一体，系统简单、粉磨效率高、节约能耗。由于立磨进行料层间挤压粉碎，而水渣属脆性物料，因此能量利用率得到了较大提高，一般将水渣粉磨到400m 2
kg 时的单位电耗为45~55kW h t 。缺点是投资规模巨大，一般企业难以承受，一条60万吨 年的生产线需要投资7千多万元；而且主机的维修费用昂贵；对生产管理要求很高。目前国内少数大型钢铁企业实施了该项技术。
4)采用高细球磨机对水渣进行闭路粉磨。在成熟的球磨机闭路粉磨系统上进行优化改进，水渣入磨前进行粗磨，增加选粉机进行闭路粉磨。该技术优点是系统能耗低、粉磨率高，细度达到400~450m 2
kg 的超细矿渣，单位电耗为70kW h t 以下；精度高、易调节，能够快捷实现超细粉产品多元化；系
统投资较小，维护管理方便，生产控制简单易行，可实现连续稳定生产。目前国内有十余条这样的生产线。
7 国内外利用情况和安钢水渣的应用前景展望
国外对水渣超细粉的应用比国内早，南非于1958年以来，将比表面积400m 2
kg 以上的水渣超细粉用于商品混凝土；英国于1969年以来也开始生产掺有磨细矿渣的商品混凝土，并用于世界上最长的Humber 桥大的主塔混凝土等工程。用磨细矿渣和
硅酸盐水泥混合制造矿渣水泥，在英国几乎成为规范，每年磨细矿渣混凝土的用量超过800万立方。目前，美国和加拿大也用此法替代过去的矿渣硅酸盐水泥。
我国水泥生产有75%~85%的企业掺用了不同数量的水渣，平均掺兑比例小于40%，利用率相对较低。随着近几年粉磨技术的不断提高，我国东南沿海等城市应用水渣超细粉较早，如上海教育电视台综合楼基础混凝土用量达3000m 3
，其中胶凝材料中水渣超细粉掺量达50%；深圳福田中华广场大楼用砼矿渣粉掺量为35%；北京地铁复八线八王坟车辆段工程用砼矿渣粉掺量27%~35%。充分展示了水渣超细粉的美好应用前景。
目前，安钢集团公司 三步走 发展中的前两步
已全面竣工投产，八座高炉(包括2200m 3
高炉)每年产生水渣150余万吨，随着安钢第二座大高炉上马，每年水渣总量将超过200万吨以上。而与宝钢、武钢、济钢等企业相比，场地的不足以及水渣存储场地的大量萎缩，成为制约安钢发展的一大阻碍。开发和综合利用水渣，对水渣废物利用、发展循环经济，意义十分重大，既解决了水渣的出路问题，也节约了自然资源，同时解决了因大量堆积造成的环境污染。因此，尽快上马大型水渣超细粉生产线正当其时，以解决水渣的长期出路和增值再利用问题，促进安钢在可持续发展之路上快步前行。8 参考文献
[1] 高福裕.刘贤儒.矿物学.北京：地质出版社,1984.10~14.[2] 徐永柏.岩石学.北京：地质出版社,1984.6~8.
[3] 张永娟.矿渣微粉颗粒分布与水泥性能的关系研究.水泥,
2002(1):23~25.
[4] 罗帆.矿渣粉磨特性及其相关参数的探讨.水泥,2002(1):11~
13.
50 河 南 冶 金 2005年第6期
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