钢渣的粉磨特性及其复合技术研究

作者： 张树青 杨全兵 0. 序言

钢渣是钢铁企业的主要废渣之一，其排放量约为钢产量的15%~20%，我国每年的钢渣排放量在2000万吨以上，利用率为36%，而且整体利用水平不高。若不处理和综合利用，钢渣会占用越来越多的土地、污染环境、造成资源的浪费、影响钢铁工业的可持续发展。因此有必要对钢渣进行减量化、资源化和高价值综合利用的研究。建材行业是钢渣的主要利用部门，若增加钢渣在建材水泥方面的利用效率，则可以减少对环境的污染，增加建材行业的绿色含量有十分重要的意义。

由于钢渣含有硅酸三钙、硅酸二钙和铁酸钙等活性物质，具有水硬性，这为钢渣在建材水泥业中的应用提供了可能性。但另一方面由于钢渣成分波动大，活性差、易磨性差及安定性不好等原因，不可能像矿渣一样得到大量的应用。因此，发展钢渣与其它矿物掺合料的复合利用技术已成当务之急[1]。

本文主要从钢渣的粉磨特性、安定性、活性等性能出发，寻找钢渣的最佳粉磨细度，测定比较钢渣、矿粉及粉煤灰按不同比例复合所配复合微粉的水泥性能，得出复合微粉的最佳配比，为钢渣的充分利用提供理论基础。

1.原材料 1. 1水泥

上海宝山水泥厂生产的42.5R型普硅水泥，水泥抗压强度(按GB175-1992)R3=39.9MPa，R7=44.8MPa，R28=60.0MPa。 1.2 矿粉

梅钢公司矿粉，密度2.90g/cm3，细度（45μm筛余）1.0%，比表面积As=430m2/.kg，化学成分见表1。 1.3 粉煤灰

梅钢公司原状灰，细度（45μm筛余）36%，化学成分见表1。 1.4 钢渣

梅钢公司钢渣。钢渣的密度3.39g/cm3，具体化学成分见表1，原始钢渣级配见表3。

2.试验方法

2.1 钢渣粉磨试验

采用实验室Φ500mm×500mm的小磨进行粉磨试验。 2.2 钢渣的安定性试验

按GB1346-2001水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法进行测定。 2.3 活性测定

按GB1596-2005“用于水泥和混凝土中的粉煤灰”标准中附录D：活性指数测定方法测定。 2.4 流动度测定

按GB2419-81水泥胶砂流动度测定方法进行测定。 2.5 颗粒级配测定

采用激光粒度分析仪测定。 3.试验结果及分析 3.1粉磨试验

采用实验室Φ500mm×500mm的小磨，控制不同的粉磨时间对钢渣和粉煤灰分别进行了粉磨试验。 表3是钢渣细度随粉磨时间变化情况。由表3可以看出,在初始阶段，随着粉磨时间的延长，钢渣的45μm筛筛余逐渐降低，而当粉磨时间达到一定程度后，45μm筛筛余逐渐走平，基本维持在19%左右，即继续粉磨对提高钢渣的细度作用不明显，但将显著增加钢渣的粉磨电耗。分析造成这一现象的主要原因，可能是因为钢渣中存在较多的铁，含铁量高的钢渣一般很耐磨。因此，经过多次筛分试验后，选取0.315mm方孔筛对粉磨产品进行了筛分分离，筛分后所得钢渣粉产品细度随粉磨时间变化情况见表3和图1，筛分后所得钢渣粉以及筛余部分粗钢渣化学成分变化情况见表4。

由表3及图1可以看出,经不同粉磨时间粉磨后的钢渣粉，通过0.315mm方孔筛筛分后，大于0.315mm的粗钢渣颗粒含量基本保持不变，维持在14%左右，而筛下的产品细度随粉磨时间变化趋势与筛分前基本一致，即随着粉磨时间的增加钢渣粉的比表面积逐渐增加，45μm筛筛余百分比逐渐降低，当粉磨时间达到一定程度后，比表面积上升及45μm筛筛余百分比下降的幅度逐渐降低，粉磨时间延长对钢渣细度的贡献越来越小。

表4的化学成分变化情况表明，经0.315mm方孔筛筛分所得的钢渣粗颗粒部分氧化铁含量明显高于钢渣粉，达32.1%，同时从烧失量数据也可看出，筛余粗钢渣中铁或氧化亚铁含量较高，这进一步解释了钢渣粉磨到一定程度很难被进一步磨细的原因。

表5和图2为不同细度钢渣的颗粒级配分布情况。由表5和图2可以看出，随着粉磨时间的增加，钢

渣的平均粒径逐渐下降，但当钢渣细度达到618 m2/kg后，继续粉磨，尽管钢渣的平均径仍有一定程度的下降，但<5μm的微粉含量已基本不再增加，甚至因微粉结团出现一定的下降。这说明钢渣在粉磨到一定细度后，继续粉磨将会出现过粉磨现象，对于研磨体级配一定的粉磨系统，钢渣粉磨存在一个最佳粉磨细度。

梅钢公司原状灰，细度（45μm筛余）达36%，性能较差。为此，对梅钢原状灰进行了粉磨，粉磨产品细度（45μm筛余）为12%，密度为2.21g/cm3 ，比表面积478 m2/kg。 3.2不同细度钢渣粉的系列性能比较 3.2.1 安定性

由表1可以知道钢渣自身含有较高的游离CaO（f-CaO），达5.62%，使用过程中应用不当将有可能影响水泥混凝土的安定性。为此，按水泥安定性检验方法测定了不同细度、不同掺量钢渣粉的安定性，具体见表6。

由表6可以看出，当钢渣粉比表面积为439 m2/kg时，在掺量小于30%时所配水泥安定性均合格，超过40%时所配水泥安定性不合格；当比表面积大于523 m2/kg时，钢渣粉掺量不大于40%时所配水泥安定性也均合格，但当钢渣粉掺量大于50%时所配水泥安定性不合格。这表明，钢渣经粉磨增加细度后，可以提高钢渣粉的安定性，从而提高钢渣粉应用的掺量。 3.2.2. 活性

由于钢渣在冷却过程中，形成了与硅酸盐水泥熟料相近的矿物，自身具有一定的水硬活性。随着粉磨细度的提高钢渣自身的活性将有一定幅度的增加，但钢渣自身属于易磨性较差的矿物，粉磨细度的提高将进一步增加粉磨电耗，提高粉磨成本，为进一步平衡钢渣活性和粉磨电耗的关系，按用于水泥和混凝土中的粉煤灰活性指数测定方法测定比较了不同细度钢渣不同龄期的活性指数，具体见表7和图3。 由表7及图3可以看出，在钢渣粉比表面积小于523m2/kg范围内，随着钢渣粉比表面积的增加，钢渣粉各龄期活性指数明显增加；当钢渣粉比表面积大于523m2/kg后，随着钢渣粉比表面积的增加，钢渣粉各龄期活性指数逐渐增加，但增加幅度明显减小。这表明，从性价比看，钢渣粉的比表面积过大并不合算，应控制在550m2/kg之内。

3.2.3流动性

由表7同时可以看出，当钢渣比表面积在439-658m2/kg范围内，随着钢渣粉细度的增加，所配钢渣粉水泥的流动性略有增大，具有与普硅水泥相近的流动性。总体来看，钢渣细度对水泥流动性的影响不大。

3.3不同掺合料复配试验

结合钢渣的粉磨试验及不同细度钢渣的系列性能试验结果，选择钢渣的最终粉磨细度为比表面积523

m2/kg。采用此细度的钢渣粉与矿粉两组分以及与矿粉、粉煤灰三组分分别按不同的比例配制不同品种的掺合料，不同品种掺合料配制比例及所配掺合料水泥性能情况见表8。

由表8可以看出 ：（1）比表面积接近的钢渣粉和粉煤灰所配水泥各龄期活性指数接近，但钢渣粉所配水泥流动性明显高于粉煤灰所配水泥，与基准水泥流动性接近；（2）矿粉早期（3、7天）活性指数略低于基准水泥，但28天后龄期的活性指数明显高于基准水泥，同时矿粉的掺入可以改善水泥的流动性；（3）采用钢渣粉和矿粉复配，随着钢渣粉掺量的增加，所配掺合料早期（3、7天）活性指数变化不大，28天活性指数略有降低，所配水泥流动性变化不大；（4）采用钢渣粉、矿粉以及粉煤灰三组分复配，在粉煤灰比例一定的情况下，随着钢渣粉掺量的增加，所配掺合料早期（3、7天）活性指数变化不大，28天活性指数存在最佳配比，所配水泥流动性变化不大。

综合所配水泥不同龄期活性指数及流动性指标，结合工厂矿渣、钢渣和粉煤灰的排渣情况，选用CKG2F2配比来制备复合微粉，即矿粉：钢渣粉：粉煤灰=65：25：10，钢渣细度选定为比表面积523 m2/kg。 4.结论

1. 对于比表面积大于439 m2/kg的梅钢钢渣粉，在掺量小于30%时所配水泥安定性均合格；在比表面积大于523 m2/kg时，钢渣粉掺量不大于40%时所配水泥安定性也均合格；对于比表面积523 m2/kg的钢渣粉，钢渣粉掺量大于50%时所配水泥安定性不合格。

2. 钢渣粉与粉煤灰所配水泥各龄期活性指数接近，低于矿粉，但掺钢渣粉水泥流动性明显高于粉煤灰，与矿渣粉相当，在钢渣细度为523 m2/kg时，掺钢渣粉水泥流动性与基准水泥接近。

3. 结合钢渣的粉磨曲线及不同细度钢渣粉所配水泥性能情况，选择钢渣粉产品细度控制为45μm筛余小于10%，比表面积500~550 m2/kg；综合不同掺合料所配水泥各龄期活性指数和流动性，以及梅钢矿渣、钢渣和粉煤灰的排渣情况，确定最佳复合微粉配比为：矿粉：钢渣粉：粉煤灰=65：25：10。该最佳复合微粉的活性指数及流动性与矿渣粉相当，基本克服了钢渣粉和粉煤灰早期活性低，以及粉煤灰需水量大、流动性差的缺点。 参考文献

[1]张云莲,李启令,陈志源.钢渣作为水泥基材料掺合料的相关问题.机械工程材料，2004，（5）：38～40.

来 源： 中国混凝土网