探討鋼渣在建筑材料中的低成本應用

王博

摘要：一直以來，鋼渣的結構和特點都是人們研究的重點，但是整體而言，鋼渣的利用率并不高。本文首先對鋼渣改質進行了研究，然后分析了其在建筑材料中具體的應用，希望能夠實現鋼渣的有效利用，減少能源消耗。

關鍵詞：鋼渣;風淬處理：改質劑;混凝土

引言

眾所周知，鋼渣是冶煉鋼鐵產生的廢料，但是產量卻十分驚人，能夠占到粗鋼產量的10%以上，但是在具體的利用方面，還存在嚴重的不足，并且對環境造成了不小的污染。如何挖掘鋼渣的價值，并且合理進行利用，是科研工作者需要認真考慮的問題。

1鋼渣改質研究

隨著我國鋼鐵行業的不斷發展，鋼渣的產量日益增多，但是利用情況卻不盡如人意，主要是用于制作水泥，效果也不是很好。目前，鋼渣處理的方法主要是風淬法，利用壓縮空氣，將熔融態的鋼渣吹人到水池中，完成冷卻處理工作，這種方法可以避免鋼渣遇水發生爆炸的情況，而且促進了氧化鈣的消解反應。

1.1定性分析

在對鋼渣的性質研究時，需要遵循以下規律：首先，當鋼渣處于高溫液態時，需要降低氧化鈣的含量，這就需要充分應用悶罐處理工藝，提高鋼渣的膠凝活性。其次，模擬鋼渣處理過程時，要控制鋼渣的粒徑，并且適當加入氧氣和二氧化硅，改變鋼渣中鈣離子和鎂離子的存在形式，并且分析不同的添加劑對氧化鈣的消解情況以及熱量損失情況。再次，結合鋼渣處理工藝，著重處理添加劑添加過程中的熱量損失、材料腐蝕以及污染等問題，并確定改質劑的成分。最后，因為風淬工藝需要經過氧化、分散和淬冷三個階段，所以鋼渣會發生氧化還原反應，所以要確定氧化對鋼渣磁選的影響程度。

由于鋼渣中含有SiO2、CaO、MgO、Al2O3、P2O5、Fe2O3等物質，而且鋼渣的生成溫度在15 80℃以上，而硅酸鹽的生成溫度在1360℃以上，所以鋼渣的水化速度很慢，在制作水泥材料時需要考慮鋼渣的活性，所以要準確測量鋼渣中凝膠性礦物質的含量。

鋼渣的化學熱計算公式如下：

Q=m×△H

其中，△H是每公斤爐渣的內部發生化學反應產生的熱量，單位是KJ/kg

一般而言，鋼渣的內部反應化學式與堿度的大小有一定的關系，具體的熱效應計算公式如下：

△H=6.36（CaO）+15.32（SiO2）+42.96（P2O5）

假設有30t鋼渣需要處理，再加入2.3t粉煤灰后，鋼渣的堿度變為1.97，那么具體的熱量為：

Qi=m*{6.36（CaO）+15.32（SiO2）+42.96（P2O5）}=2300×（6.36×6%+15.32×31%+42.96×15%）=26622.04kJ

這里需要涉及鋼渣改質后的溫度計算問題，當鋼渣溫度由1700℃下降到t時，釋放的熱量Q2=2.39×（1700-t）×20000=47800×（1700-t），假設按照11%的比例向鋼渣中摻人粉煤灰，比熱容的值為0.106kCal/kg℃，那么損失的熱能Q3=0.106×20000×4.2986=9113.032tkJ，然后利用平衡溫度的計算公式：Q1+Q2=Q3，代人26622.04+47800×（1700-t）=9113.032t

解得t=81286622.04/5 6913.032=1428.26℃

由于鋼渣從出渣到運輸到處理現場的時間大概在15分鐘左右，在對鋼渣的流動性進行分析時，需要考慮這一過程的溫度下降情況，也就是要保證溫度不能低于1450℃，不同堿度以及不同溫度條件下鋼渣的流動性如表1所示。

從上表我們可以發現，加入一定比例的粉煤灰后，鋼渣的流動性略有增加，可以順利進行風淬處理。

1.2具體實驗

首先，使用高溫爐實驗設備，然后添加相應的硅質材料，對鋼渣進行預處理，減少其中氧化鈣的含量，提高穩定性。在對氧化鈣的含量進行測定時，可以使用礦物顯微鏡，并且分析礦物析出的規律。其次，需要將改質劑與鋼渣按照一定的比例進行混合，并且保證研磨均勻，加熱時的溫度設置在1600℃。再次，將裝有鋼渣和改質劑的坩堝放在爐膛內，加熱完成后，分別采用三種冷卻方式，一種是爐冷，一種是空冷，一種是水冷，并觀察不同冷卻方式對生成礦物質的影響，并做好記錄。最后，通過礦物顯微鏡觀察鋼渣成分的變化，找到提高鋼渣耐磨性的方法。

為了驗證實驗效果，可以到鋼廠中進行取樣，比如將50kg的廢鋼放人中頻爐中加熱，直到變成液態，然后加入改質劑，對鋼渣進行取樣，液態的廢鋼可以提供反應的熱量，在進行風淬處理時，鋼渣會變成小顆粒，需要進行統一的收集和烘干，烘干原理如圖l所示。經過改質后，鋼渣的硬度有了明顯的下降，同時耐磨度有了一定的提高，所以比較穩定。

2鋼渣實際應用

鋼渣在建筑材料中的低成本應用主要有兩方面的內容：

第一方面，制作水泥路面混凝土，某鋼廠使用鋼渣對周邊的路段進行了試驗，并且使用了當地的原材料配制了混凝土，經過多次試驗，找到了正確的配合比，并且對路面進行了施工。通過不斷調整用水量，路面的抗壓強度有了明顯的提高，施工20天后，抗壓強度達到設計值的180%，這是因為鋼渣砂活性較高，而且C2S屬于活性礦物質，能夠與水泥漿的界面發生反應，增加混凝土的強度。可以說，將鋼渣應用到公路建設中，可以起到水泥的作用，從而節約施工成本。

第二方面，制作工程預制件，比如混凝土制品，典型的就是混凝土涵管，而且這類混凝土制品對于早期的強度沒有任何要求，通過具體的養護環節，可以保證產品的外觀光滑，同時強度較高。目前一些建筑公司已經將鋼渣用于制作混凝土細集料，每月可以處理鋼渣2000t以上，并且預制件的抗壓強度值大于43MPa，到達設計值的132.9%。

3結論

綜上所述，通過對鋼渣改質的情況進行分析，并且結合具體的實驗，可以發現，這種方法能夠得到了大力的推廣和應用，市場前景十分廣闊，經濟效益異常明顯。但是在具體的應用過程中，還要對相關的操作人員進行指導，幫助他們掌握改質技術，同時要具體情況具體分析，合理對鋼渣進行改質，從而提高利用率。