1．目的及意义

钢渣是工业炼钢过程中产生的副产品，是一种典型的固体废弃物，主要成分有：金属质的炉料中各种元素被氧化后生成的氧化物，如CaO、SiO₂、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO、P₂O₅、f-CaO等，炉料带进来的杂质和为改善钢渣性质而添加的物料，如石灰石、方镁石、铁矿石等^[1]。钢渣的化学成分和碱度决定了钢渣的矿物组成，其主要矿物相有：硅酸二钙、硅酸三钙、钙镁橄榄石、RO（铁、镁等金属的氧化物形成的固溶体）^[2]。钢渣的特性受矿物组成和碱度的影响，活性随碱度的增加而升高。钢渣依据炼钢方法不同分成转炉渣、平炉渣和电炉渣，依据不同炼钢进度分成初期渣、精炼渣、粗钢渣以及浇铸渣。

我国炼钢量巨大，钢产量排名多年位居世界第一。而钢渣生产量约占粗钢产量的8%~15%，数量也不容忽视。截至2016年，我国尚未有效使用超过3亿吨钢渣。早期人们把钢渣作为废弃物采用堆放方式进行处理，不仅浪费了土地资源，还污染了环境。例如上个世纪六十年代，北京卢沟桥西侧堆放了大量来自首钢炼钢产生的钢渣，对当地环境造成了很大的破坏，是首钢搬迁的导火索。后来，西方许多发达国家发现钢渣的很多物化特性可以使之变废为宝，于是他们开始对钢渣回收利用，目前部分发达国家的钢渣利用率已超过90%，而我国对钢渣的资源化应用还在发展阶段。

钢渣的体积稳定性受f-CaO影响较大，f-CaO会和水反应。

CaO H₂O →Ca(OH)₂ (1-1)

此化学过程在常温下就可以发生，钢渣由此反应体积膨胀率可达97.8%。游离氧化镁也会水化产生类似效应，但含量较低，影响不大。钢渣因其优良的耐磨性，抗压强度，抗滑性能，可以加工钢渣成为钢渣粉用于道路建设，但是因为上述游离氧化钙导致的体积膨胀会使道路产生病害，因此要解决钢渣安定性不良的问题。我们可以通过源头来改善钢渣的稳定性，例如在炼钢高温过程中加入氧气和石英砂使游离氧化钙熔解并化学结晶，尽量减少方镁石作为造渣物料以减少游离氧化镁的含量，也可以改进钢渣处理工艺，目前国内主要处理工艺有：热泼法、风淬法、滚筒法、粒化轮法、热闷法等^[3]。在工程应用中通常采用自然陈化的方法消解游离氧化钙以提高钢渣体积稳定性，然而钢渣的自然陈化虽然可以消解游离氧化钙，但是还会改变钢渣的粒径分布、几何特性等物理性能和化学组成等化学性能^[4]。因此研究钢渣的自然陈化对其物理化学性能的影响对开发钢渣的再利用价值具有重要意义。本课题将以钢渣的物理化学性能作为主要评价指标，研究不同陈化时间钢渣的游离氧化钙含量、化学组成、粒径分布和几何特性等性能衍变规律，为钢渣的百分百资源化利用提供理论依据。

1.2.1 钢渣的物化性能