宝钢高炉水淬矿渣水硬性的分析
2007年第6期宝 钢 技 术39
宝钢高炉水淬矿渣水硬性的分析
沈燕华, 张树青
(1. 宝钢开发公司, 上海 201900; 2. 同济大学, 上海 200092)
摘要:异。、度。结果表明, ; :. 1:B 文章编号:1008-0716(2007) 06-0039-04
1
2
Ana lysis of Hydrauli c ity of W a ter 2Quenched Granul a ted BF Sl ag a t Baosteel
Shen Yanhua , Zhang Shuqing
1
2
(1. Baosteel D evelop m en t Corpora ti on, Shangha i 201900, Ch i n a;
2. Tongji Un i versity, Shangha i 200092, Ch i n a)
Abstract:D ifference in p r operties of water 2quenched granulated slag is mainly caused by the difference in BF slag
granulating p r ocess,which, in turn, causes the difference in slag ’s glassy structure . Changes in quick self 2hydraulicity of Baosteel different BF slag, changes in strength of different slag at different maintenance te mperatures and changes in strength of differentBF slag sti m ulated by clinker are tested in vari ousways . Effect of external fact ors on slag ’s activ 2ity is analyzed . The results indicate that the slag fr om Baosteel has higher hydraulicity, and it increases with ti m e .
Keywords :slag; hydraulicity; activity; strength
0 前言
粒化水淬高炉矿渣是急剧冷却液态熔融矿渣而得到的产品, 其中大部分是玻璃态物质, 玻璃体含量与矿渣的化学成分及急冷速度有关。矿渣玻璃体的聚合度很低, 具有活性。
对于矿渣的玻璃体结构, 现在比较有代表性的理论有三种:①认为粒化高炉矿渣是由不同的氧化物(A l 2O 3, Si O 2) 形成的各方向发展的空间网络, 它的分布规律要比晶体差得多, 近程有序, 远程无序。②认为矿渣玻璃体的结构可以看成是不同的极度变形的微晶体所组成, 它们的尺寸极其微小, 仅50～4000! , 是有缺陷的、扭曲的处于介稳态的微晶子, 具有较高的活性。③认为矿渣的结构在宏观上是由硅氧四面体组成的聚合度不同的网状结构, 钙、镁离子分布在网状结构的空穴中, 微观上大体是按相律形成不均匀物相或微晶矿物, 近程有序, 远程无序
[1]
释矿渣玻璃体的性质时取得了很好的效果, 但是对于一个特定的粒状高炉矿渣来说, 还必须根据其情况, 作出相应的结构理论判断。
在相同激发剂的情况下, 水淬高炉矿渣水化的速度, 对于成分接近的矿渣来说主要取决于矿渣的结构形态, 亦即是结晶还是玻璃体, 以及微晶的大小和结晶度。经验表明, 结构形态不同, 水化速度也不同。
对于宝钢不同高炉产出的水淬高炉矿渣, 由于矿石原料相同, 经过冶炼水淬后, 其产出的粒化高炉矿渣化学成分差别不大。造成不同高炉矿渣性能差别的原因, 主要是由于不同高炉渣水淬工艺的差别引起矿渣玻璃体结构的差别。1 试验用原材料
(1) 水泥:某厂生产的52. 5型硅酸盐水泥,
。以上三种理论在解
抗压强度(按G B175—1999) R 3=30. 8MPa, R 28=54. 8MPa 。
(2) 矿渣:宝钢4座高炉水淬矿渣。
沈燕华 高工 1964年生 1987年毕业于同济大学 现从事硅
酸盐专业 电话 56695511-2072
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2 试验方法与方案
宝 钢 技 术2007年第6期
3. 1. 1 不同高炉矿渣自身快速水硬性变化
2. 1 试验方法
(1) 矿粉的活性测定参照《用于水泥和混凝
土中的粒化高炉矿渣粉》国家标准(G B /T18046—2000) ;
(2) 矿渣的自身快速水硬性测定, 是采用烘干(100±5) ℃、磨细(试验室小磨粉磨65m in ) 后的矿粉, 按0. 285的水灰比成型为2c m ×2c m ×2c m 试块, 在(60±5) ℃的环境下带模保湿养护24h, 拆模后在(100±5) ℃的养护箱中14h, 。
(3) G 件) 进行。2. 2 试验方案
图1是宝钢不同高炉矿渣自身快速水硬性变
化情况。由图1看, 1号高炉自身快速水硬性上下波动幅度最大, 最大与最小的差别达79. 2%; 2, 3号相对比较平稳, 且2号的略高于3号的。因分析时间为2004年5月至2005年11月, 4号高炉仅有一次取样数据为16. 3MPa, 其矿渣的自
2号高炉接近本项研究针对宝钢4座高炉测定不同时段的高炉矿渣、同一时段高炉矿渣的自身快速水硬性变化情况, 同一时段的高炉矿渣在不同养护温度、不同养护龄期的活性发展情况以及在水泥熟料激发下的水泥浆体强度变化情况, 借助于各种测试方法, 分析不同高炉矿渣玻璃体的活性差别以及产生差别的原因。3 试验结果
3. 1 不同时段高炉矿渣自身快速水硬性
图1 宝钢不同高炉矿渣自身快速
水硬性随时间的变化
Fig . 1 Changes in hydraulicity of Baosteel
different BF slag with ti m e
3. 1. 2 不同高炉矿渣活性指数
自身快速水硬性就是矿粉在快速水硬过程中, 原始矿渣中矿物晶体没有太大的变化, 而矿渣自身的玻璃体在水化过程中形成了C 2S 2H 凝胶, 同时吸收空气中的CO 2形成CaCO 3晶体析出。
为了进一步比较4座高炉矿渣系列性能差别, 同时分析它们之间的关系, 将不同时段所取矿渣的细度模数、容重、自身快速水硬性以及不同龄期的活性指数进行了平均处理, 结果见表1。
从表1中可以看出, 1号高炉矿渣的平均容
表1 矿渣砂浆强度与快速水硬性及活性指数均值
Table 1 M ean value of slag mortar ’s strength, quick hydraulicity and activity index
炉号基准水泥
1234
细度模数
—
3. 203. 203. 072. 91
容重/(kg ・L -1)
—
1. 2761. 1841. 1481. 170
快速水硬性/MPa
—
16. 714. 914. 216. 3
活性指数/%
3d 100. 063. 662. 360. 261. 5
7d 100. 079. 278. 075. 478. 7
28d [**************]
重、细度模数、自身快速水硬性以及各龄期活性指
数均比较大; 3号高炉矿渣的平均容重、细度模数、自身最大水硬性以及早期(3d, 7d ) 活性指数均为最小, 28d 活性指数最高; 2号高炉矿渣的各项性能指标基本介于1号和3号之间; 因4号高炉矿渣仅有一次取样, 从测试数据看, 其细度模数最小, 活性指数指标与2号高炉矿渣较为接近。
从不同时段不同高炉矿渣的取样数据看, 矿渣自身快速水硬性与矿渣的早期活性指数有一定的相关性, 尤其是同一批矿渣, 这种规律更明显。3. 2 同一时段高炉矿渣的自身快速水硬性3. 2. 1 不同高炉矿渣自身快速水硬性
表2是2005年11月4日所取高炉矿渣样品的自身快速水硬性值。从表2看, 此批2号和4号
沈燕华等 宝钢高炉水淬矿渣水硬性的分析
高炉的矿渣自身快速水硬性相对较大, 而1号和3
号高炉矿渣的相对较低, 相差幅度在20%左右。
表2 不同高炉矿渣快速水硬性
Table 2 Quick hydraulicity of different BF slag 炉号
1234
41
编号容重/(kg ・L -1)
E1E2E3E4
1. 291. 321. 231. 17
快速水硬性/MPa
12. 415. 412. 916. 3
图2是高炉水淬矿渣及其自身快速水硬性处
理后XRD 图谱的比较。由图2可以看出, 经过快速水硬处理后, 矿渣中原有γ-C 2S 和C 2AS 晶体的峰值变化不大, 但产生了明显的水化产物CSH 晶体峰。这一结果说明, 矿粉在发生快速水硬过程中, 原始矿渣中矿物晶体没有太大的变化, 产生自硬性的主要原因是矿渣自身的玻璃体在水化过C 2S 2H 凝胶。由图, CSH 晶体峰的。
3.
2. 2 不同高炉矿渣水硬前后的XRD 图2 不同高炉水淬矿渣及其自身快速水硬性XRD 图谱
Fig . 2 The XRD chart of water 2quenched BF slag and quick self 2hydraulicity
3. 2. 3 不同高炉矿渣活性指数
表3是不同高炉矿渣不同龄期的活性指数情况。由表3可以看出, 快速水硬性高的矿渣(E2, E4) , 早期(3d, 7d ) 活性指数相对高一些, 后期(28d ) 活性指数相对低一些。
3. 2. 4 高炉矿渣强度与养护温度和养护龄期的
表3 不同高炉矿渣的活性指数
Table 3 Activity index of different BF slag 编号快速水硬性/MPa
E1E2E3E4
12. 415. 412. 916. 3
活性指数/%
3d 58. 263. 357. 561. 5
7d 78. 784. 377. 682. 2
28d [1**********]1
关系
表4为不同高炉矿渣在不同养护温度下不同养护龄期强度值。
由表4可以看出, ①养护温度越高, 矿渣的强度发展越快。矿渣在20℃下养护90d 后自身水硬强度与40℃养护28d 强度接近; ②自身快速水硬性越大的矿渣强度发展越快, 达到极限强度的时间越短。自身快速水硬性相对较高的2, 4号高炉矿渣在40℃下养护60d 后强度基本相同, 而自身快速水硬性相对较低的1, 3号高炉矿渣在养护60d 到90d 期间仍有10%左右的增长; ③4座高
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宝 钢 技 术
表4 高炉矿渣在不同养护温度下
不同养护龄期强度变化
2007年第6期
60%左右, 7d 强度约为纯水泥强度的85%左右;
Table 4 Changes in strength of BF slag in different curing
peri od at different curing te mperature
编号
E1E2E3E4
M Pa
90d 30. 735. 535. 338. 4
养护温度40℃
28d 29. 535. 333. 936. 5
60d 39. 944. 544. 844. 2
90d 45. 545. 047. 845. 1
养护温度20℃
28d 18. 821. 920. 323. 4
60d 23. 928. 626. 828. 3
②水泥熟料激发下的矿粉前7d 强度发展极其迅速, 7d 以后强度发展略缓, 到第28天其强度基本达到峰值; ③自身快速水硬性较大的2, 4号高炉矿渣早期强度较1, 3号高炉的要略高, 后期强度基本相当。4 结论
(,
炉同一批矿渣, , 3. 2. 5 为了进一步分析4座高炉矿渣在熟料水泥激发情况下的活性发展情况, 按照熟料水泥∶矿粉=30∶70, 水灰比为0. 285进行净浆试件成型。测得数据见表5。
表5 高炉矿渣在水泥激发下不同养
护龄期的净浆强度
Table 5 Strength of BF slag mortar excited by ce ment
clinker in different curing peri od 编号
EJ0(纯水泥)
EJ1EJ2EJ3EJ4
H , ; 其水硬强度随着养护龄期的增加逐渐增长。
(2) 4座高炉同一批矿渣, 自身的极限水硬活性及在熟料激发下的极限强度基本相当。也就是说, 高炉矿渣自身快速水硬性越大, 受熟料水泥激发的早期的净浆强度相对越高。
(3) 不同高炉矿渣自身活性发展的速度不一致, 自身快速水硬性越大的矿渣, 在不同养护温度下的早期强度发展越快, 早期的活性指数及净浆强度也越高。
(4) 养护温度越高, 矿渣自身的水化越快, 不同高炉矿渣在20℃下养护90d 的自身水硬强度与40℃下养护28d 的强度基本相当。
参
考文
献
M Pa
28d 10184. 883. 984. 082. 1
养护龄期
3d 83. 144. 154. 750. 753. 6
7d 88. 978. 979. 673. 275. 2
[1] 吴达华, 吴永革, 林蓉. 高炉水淬矿渣结构特性及水化机理
[J ].石油钻探技术, 1997, 25(1) :31-33.
由表5所测结果表明:①加入水泥熟料后, 矿
渣的强度发展十分迅速, 虽然水泥掺量只有30%, 但其3d 强度已经达到纯水泥3d 强度的
(收稿日期:2007-04-28) (改稿日期:2007-09-21)
(上接第16页)
和压下制度, 其产品的内材质量是稳定的, 能够满足国家标准之规定。
(2) 初轧一火成材的生产, 在现有装备条件下, 制订合理的加热制度、压下制度和规范操作, 其轧制具有可靠的稳定性, 表面质量能够满足国家标准之规定。
(3) 初轧一火成材的生产, 具有生产周期短、交货快等特点, 并能满足用户超长材的需要。
(4) 初轧一火成材的生产、工艺日趋完善, 合
格率、成材率明显提高, 具有较好的经济性, 产品
的生产成本具有较强的市场竞争能力。
参
版社, 1985:131.
[2] 王健安. 金属学与热处理[M].北京:机械工业出版社,
1980:159.
[3] 王廷傅. 轧钢工艺学[M].北京:冶金工业出版社, 1986:
299.
(收稿日期:2007-09-06)
考文献
[1] 赵志业. 金属塑性变形与轧制理论[M].北京:冶金工业出