代文彬[1]2015年在《钢渣热态改质的工艺、装备及制备微晶玻璃的研究》文中指出钢渣排出温度在1400-1600℃左右,但余热未能有效回收利用,是一种高质量热能的浪费。由于钢渣f-CaO和f-MgO含量偏高,导致体积稳定性差,加上含铁量偏高,所以钢渣利用率和产品附加值很低,造成占用大量土地和污染环境等突出问题,急需解决。因此,本文提出对液态钢渣直接进行热态改质及制备高附加值材料的技术路线,具体分为液态钢渣粗调改质改善性能、精调改质控制质量和高碱度钢渣微晶玻璃(相对传统低碱度微晶玻璃)制备叁个步骤进行研究,目的是高效利用钢渣的“热”和“渣”资源,开发高附加值新产品,实现“固体废弃物”的高值利用。研究得到了如下结论：为提高热态钢渣利用率和减少冷态改质剂配入量,提出并研制了碱度为0.5～0.7的高碱度钢渣微晶玻璃,并对其组成、工艺、结构和性能之间的关系进行了研究,获得烧结致密化过程对微晶玻璃性能影响显着大于析晶过程的规律,以及更加适合于采用一步烧结法热处理工艺的结论。此外,研究表明热处理气氛对微晶玻璃性能及其工艺具有重要影响。在空气下基础玻璃析晶温度较低,辉石相析出量高于黄长石相,微晶玻璃烧结收缩率和抗折强度均随温度增加而呈“阶梯形”规律升高,最佳烧结温度高于1000℃。而在氮气下玻璃析晶温度较高,辉石相忻出量接近于黄长石相,烧结收缩率和抗折强度均随温度增加而呈“抛物线形”规律升高,最佳烧结温度低于1000℃。且空气气氛对玻璃析晶及晶粒长大具有促进作用,样品析晶过程显着,平均粒径是氮气下的1.77倍。进一步研究表明,不同气氛下铁离子价态及其含量变化是影响钢渣微品玻璃性能的主要原因。随铁离子含量增加,玻璃析晶温度降低,析晶温度范围变窄,样品最佳烧结温度在氮气下向低温方向转移,而在空气下则较不明显。空气下玻璃中Fe2+被氧化形成大量Fe3+, Fe3+/Fe2+比值升高,样品微观化学组成发生改变,促进了玻璃析晶过程,同时提高了样品黏度而抑制烧结过程,最终形成先析晶后烧结的变化过程,使微晶玻璃最佳烧结温度高于析晶温度。而在氮气下玻璃中Fe2+含量较高,由于FeO具有降低玻璃熔化温度作用,微晶玻璃烧结过程早于析晶过程,因此能够在较低温度下实现烧结致密化。通过相关计算分析表明,利用粉煤灰对钢渣进行热态改质的方法能够调控钢渣理化性质,据此提出液态钢渣在排放和输送过程中,利用余热对其进行改质以提升钢渣性能的粗调改质方法。分析结果显示,随着粉煤灰／钢渣比例升高,改质渣初晶相由硅酸二钙、石灰等逐渐转变为钙铝黄长石、钙长石等晶相,熔渣黏度、熔化温度、非桥氧比例逐渐降低。钢渣余热可熔解室温粉煤灰比例约占钢渣量的25%,并随着粉煤灰预热温度升高和改质渣熔化温度降低该熔解比例将逐渐升高。同时工业试验结果表明,当液态钢渣中粉煤灰熔入量达钢渣量的38%时,熔渣碱度由2.6降至1.3,游离氧化钙含量由6.43 w.%降至3.03 w.%,铁氧化物还原率达39%,固渣易磨性也较原钢渣得到提高。在以上研究基础上,为控制钢渣改质质量和为微晶玻璃制备做准备,设计了一套熔渣精调改质炉试验系统,由旋风燃烧筒、改质炉熔池等组成。通过钢渣精调改质试验表明,炉内高温区主要位于旋风筒中下部,温度达1500℃以上,有利于冷态改质剂的加热。而熔池内熔渣温度可达1400℃,有利于改质剂和熔渣的混匀和顺利排出。获得的改质渣或基础玻璃,碱度为0.6,进一步热处理后可制成黑色微晶玻璃材料,其烧结收缩率约10%、抗折强度94.44MPa、抗压强度569.79 MPa、显微硬度6.26 GPa、吸水率0.04%,性能参数显着优于国家标准要求。同时,在改质渣底部形成一层2-3 mm金属铁层,部分铁氧化物得到还原回收。对钢渣热态改质制备微晶玻璃的技术路线进行经济性分析,每处理1吨钢渣,共消耗约1.8吨工业固体废弃物,获得3396.42元利润,远高于钢渣传统破碎磁选工艺收益,环境经济效益显着,技术经济可行。
葛潭潭[2]2013年在《钢渣制备微晶玻璃的性能及其粘度模型计算研究》文中提出钢渣微晶玻璃具有许多得天独厚的条件，因为钢渣含有的化学成分与微晶玻璃的基本组成非常接近，只要加入少量的添加剂，就可以制造出具有很高的机械强度，且耐酸碱、耐腐蚀的微晶玻璃。随着各学科的相互渗透和废渣微晶玻璃研究的不断深入，这使将材料设计和模型分析的方法引入到钢渣微晶玻璃的生产成为可能。充分发挥环境学作为交叉学科的优势，紧密结合材料学、计算机学、建筑学等是解决和攻克目前固废处理领域重大问题的关键。本论文简要介绍了废渣微晶玻璃和粘度模型的研究进展，并详细阐述了所用Sergei粘度模型的估算机理；研究中依据所设计钢渣微晶玻璃的化学组成，采用烧结法成功制备了目标晶相为透辉石和斜辉石的微晶玻璃；研究发现热处理制度对微晶玻璃的析晶和性能具有显着的影响，本文所设计的微晶玻璃合适的核化温度为770℃，核化时间是1h，烧结温度为930℃，烧结时间为2h；在最佳热处理条件下制得的微晶玻璃试样所析出的晶体形状主要为枝杈状和颗粒状，试样的抗压强度达到530Mpa，并具有优良的耐腐蚀性能，能够胜任建筑用材料的要求。本文优化了模型中有关FeO的模型参数，并校验了模型预测CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO-FeO体系及其子体系熔体粘度的准确性；校验结果认为该粘度模型能够以较少的参数准确预测CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO-FeO体系熔体的粘度，可以用于含FeO类废渣制备微晶玻璃的高温粘度和熔制温度的研究中；结合粘度模型估算微晶玻璃某一组分含量发生改变时所引起的粘度变化，结果发现在同一变温区域内，Al_2O_3和SiO_2含量的增加会增加粘度，MgO含量的增加能够降低粘度，而且SiO_2和MgO对粘度的影响明显强于Al_2O_3。在本实验中设计的微晶玻璃化学组成，粘度估算结果显示其熔制温度在1400℃到1450℃之间。本文将少量飞灰作为晶核剂引入到微晶玻璃中，探讨了飞灰掺入量对微晶玻璃析晶和性能的影响，研究发现在较低的掺入量下（如3wt%和6wt%），飞灰的掺入不会对微晶玻璃的抗压强度和耐腐蚀性产生显着的影响；结合Sergei粘度模型研究掺入飞灰对微晶玻璃的高温粘度的影响，发现飞灰的掺入对母相玻璃粘度与温度之间的线性关系没有显着的影响，但是相同温度下飞灰的掺入能够降低熔体的粘度；研究认为可以将少量飞灰（如3wt%-6wt%）作为晶核剂引入到微晶玻璃中，不仅能够降低母相玻璃的熔制温度，还能够解决飞灰中重金属元素的固化问题，具有节能增效和环境保护的双重优势。
邓春明[3]2002年在《钢渣微晶玻璃的研究》文中研究说明本文对矿渣微晶玻璃的发展历史、制备技术及其应用作了较系统的综述。以高炉渣、钢渣和其它天然矿物原料为主要原料，Cr_2O_3、锆英砂为主晶核剂，采用熔融法制备了废渣用量在50wt％以上的钢渣微晶玻璃。用X射线衍射仪测定了材料的物相组成，其主晶相为普通辉石(CaMg(SiO_3)_2)和透辉石(CaFe,Mg(SiO_3)_2)，用扫描电子显微镜镜观察了材料的显微结构，其晶粒尺寸为1～2μm。 实验表明，Cr_2O_3是钢渣微晶玻璃有效的晶核剂，以引入0.4wt％为最佳，增加Cr_2O_3的引入量不利于玻璃的熔制。锆英砂提高玻璃的粘度，使玻璃的核化温度和晶化温度升高，有效地抑制晶体长大。未引入锆英砂时晶粒超过10μm，而引入6wt％锆英砂时晶粒小于2μm，其用量不宜超过6wt％。随着钢渣引入量的增加，玻璃的核化温度和晶化温度均降低，材料中辉石类晶体的析出相应增加。添加一定量SiC作为还原剂有利于玻璃中的Fe_O_3部分还原为Fe_3O_4，促进了玻璃的核化和晶化。SiC的引入量以1wt％为佳，当引入达3wt％时，玻璃中有金属铁析出。该钢渣微晶玻璃的主要的性能为：抗折强度276MPa；显微硬度为11.9GPa；耐磨性为GCr15钢的13倍。 利用正交分析确定钢渣玻璃的最佳热处理制度，其工艺参数为：以5～7℃／min升至840℃，核化保温1h；然后以3～4℃／min升至920℃，晶化保温1h，然后随炉冷却。核化温度对材料的力学性能影响最大，而核化保温时间影响最小。
李延竹[4]2015年在《转炉钢渣制备CMAS系微晶玻璃的实验研究》文中研究指明采用贵州省某钢厂的转炉渣和国内某电厂的粉煤灰,在不添加其它晶核剂的基础上,利用转炉渣和粉煤灰中含有的Fe2O3和TiO2为晶核剂,以烧结法制备出了主晶相为透辉石(Ca(Mg,Fe)Si2O6),副晶相为硅灰石(Ca3(Si3O9)),晶粒尺寸为0.2-0.4μm的钢渣微晶玻璃,大幅度的提高了这两种废物的生产利用率。采用DTA、XRD、SEM等分析手段研究了基础玻璃的析晶行为和微观结构,确定了最优的热处理制度。本实验所采用的钢渣和粉煤灰综合掺量达到63%。研究结果表明:其微晶制备的最优的热处理制度为:核化温度870℃,核化时间2h,晶化温度1150℃,晶化时间2h。获得的微晶玻璃的性能参数为:耐酸性0.14%、耐碱性0.015%、密度2.84g/cm3、抗压强度107.27MPa、抗折强度74.89MPa、显微硬度756.97kgf/mm2。探讨了Fe2+对整个微晶玻璃析晶过程、微观结构和物相结构的影响。当Fe2+含量在3.11%以下时,微晶玻璃的主晶相为钙铝黄长石;当Fe2+含量增加到5.46%时,微晶玻璃的主晶相由钙铝黄长石变为钙镁黄长石;当Fe2+含量增加到7.80%及以上时,微晶玻璃的主晶相由钙镁黄长石转变为透辉石。
习琛[5]2017年在《汉钢钢渣制备微晶玻璃的实验研究》文中研究指明钢铁工业是重要的原材料部门,为制造业的各个领域提供重要的钢铁材料。当前我国钢铁工业规模已经连续多年保持世界第一,并遥遥领先。粗钢年产量接近8亿吨,占世界总产量50%左右。然而,庞大的产业规模同时也带来了大量固体废弃物。钢渣是钢铁工业排放量仅次于高炉渣的固体废弃物,排放量约为粗钢产量的15%~20%。但利用率远低于高炉渣,仅约为10%~20%。大多处于堆放状态,不仅占用了大量的土地,也给自然环境造成了巨大压力。相较于传统的钢渣利用途径,利用钢渣研制微晶玻璃有着更大的经济潜力。特别是在“十叁五”时期我国经济深化供给侧结构性改革,人民群众普遍对生态环境有了更高的要求的大背景下,传统重工业研究发展绿色循环经济就显得尤为迫切。本文利用陕西钢铁集团汉中钢铁公司所出产的转炉钢渣尾矿,采用熔融法工艺研究制备CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2系统微晶玻璃。作为冶金资源综合利用方面的研究,尽可能提高冶金固体废弃物的利用率是一大核心问题。因此本文着重研究了钢渣引入比对微晶玻璃析晶、组织、性能的影响。实验结果表明,在本文所设计的基础玻璃配方中,钢渣引入比不大于40wt%时,微晶玻璃试样难以实现整体晶化。钢渣引入比超过60wt%前,提高钢渣引入比能较显着地促进基础玻璃的析晶。钢渣引入比在55wt%~60wt%左右时,微晶玻璃试样多种性能的综合表现较优。所制得的微晶玻璃中的晶体主要为辉石、透辉石相,晶体颗粒大小约为0.2~0.5μm左右。在筛选出较优的原料配比的基础上,为了制定出更优的热处理制度。利用正交实验法,以试样的弯曲强度为考察指标,对“两步法”阶梯式热处理制度进行了调整优化。结果表明在“成核温度730℃,保温1h;晶化温度840℃,保温2h;”的热处理制度下,试样的弯曲强度最高,达到192.8MPa。
张凯[6]2012年在《模拟热态钢渣直接熔制微晶玻璃晶化规律》文中认为热态钢渣是炼钢过程中产生的含有大量热能的液态或半液态副产物。传统的热态钢渣处理工艺存在能量浪费大、物质消耗多、环境污染重、后续利用难、产品附加值低等诸多问题。利用热态钢渣直接制备微晶玻璃的技术不仅可以实现热态钢渣物质和能量的双重利用,减少能源和环境问题,而且制备的微晶玻璃产品附加值高,经济效益好,是钢铁行业实现节能减排的重要研究课题之一。通过建立并求解多元方程组的方法计算制备给定组分基础玻璃所需的钢渣及各辅料组分的用量；采用液-液混熔的方法进行热态钢渣与适当辅料的混合与均化从而制备玻璃熔体；利用差热分析,粉晶X-射线衍射以及扫描电镜等分析方法探讨了不同辅料含量、不同热处理制度对钢渣微晶玻璃晶化、显微结构和性能的影响；运用非等温动力学理论分析了不同铁含量微晶玻璃晶体生长特性及机理。(1)研究了不同混合辅料制备透辉石体系钢渣微晶玻璃。在700℃核化2 h,900℃晶化2 h的相同热处理条件下,不同辅料含量的微晶玻璃中晶相的类型和形貌存在差别。辅料用量较多的微晶玻璃样品,其耐酸性、显微硬度、吸水率、密度等值较低,抗折强度随辅料含量的减少而增大。相同组分的基础玻璃样品,随着晶化温度的增加,微晶玻璃样品的显微硬度逐渐增加,密度呈现先增加后减小的趋势。(2)研究了以废玻璃为辅料的钢渣微晶玻璃。在惰性气氛下,采用液-液混熔方法制备的钢渣掺量为50%的基础玻璃,经700℃核化2 h、900℃晶化2 h热处理后微晶玻璃的主晶相为透辉石。当晶化温度高于900℃时,在微晶玻璃热处理过程中Fe2+和Fe3+发生易位和有序度变化,形成磁铁矿(Fe3O4)晶相,使微晶玻璃具有磁性。由基础玻璃在不同加热速率下DTA曲线分析来研究析晶动力学。基础玻璃样品的结晶活化能为450 KJ/mol,晶体生长指数n的平均值为1.7。晶体生长的机制是表面控制下的叁维析晶。随着晶化温度的升高,微晶玻璃样品中晶体的微观形貌由针状转变为片状,最后变成球状。晶形转变主要控制因素由界面能转变为应变能。(3)研究了不同铁含量的钢渣微晶玻璃。随着铁含量的增加(5%-15%),基础玻璃的结晶活化能呈增大趋势,由494 KJ/mol(铁含量为5.79%的基础玻璃样品Fe-1)升高到517 KJ/mol(铁含量为15.38%的基础玻璃样品Fe-3)。晶体生长指数为1.69,晶体生长是整体成核、扩散控制下的叁维析晶过程。在相同热处理条件下,不同铁含量的微晶玻璃样品析出的晶体种类不同。其中透辉石[Diopside(72-1379)]为共有的主晶相。微晶玻璃所析出的晶体的稳定性随着铁含量的增加而增强,耐酸性能随着铁含量的增加而减弱。本文开展的配方优化设计、热态混熔工艺研究、热处理过程中相转变规律及晶体生长机理对热态钢渣资源化的应用具有参考价值。
胡文广[7]2017年在《钢渣—金尾矿复合微晶玻璃的研制》文中认为随着社会和经济的发展,人们对钢铁和黄金的需求量日益增大,随之而来的钢渣和金尾矿的排放量与日俱增,为社会发展带来了严重负担。本论文创新性的以钢渣和金尾矿为主料,辅以合适比例的添加剂,寻求最佳工艺方法制备出性能良好的钢渣-金尾矿复合微晶玻璃,有广阔的应用前景。根据钢渣和金尾矿的特性,并通过前期实验探索,本文将钢渣和金尾矿总用量控制在90%,选取钢渣含量分别占总量的85%、80%、75%、70%、65%、60%六组配方进行实验。利用DTA热分析仪确定了钢渣-金尾矿微晶玻璃的热处理制度,对基础玻璃和热处理后的微晶玻璃进行XRD分析,并用扫描电子显微镜观察了样品表面形貌。同时对钢渣-金尾矿复合微晶玻璃的抗折强度、密度、耐腐蚀性进行了测定,最终得出制备钢渣-金尾矿复合微晶玻璃的最佳配方和热处理制度。钢渣-金尾矿复合微晶玻璃的物相种类不随原料配比变化,六组配方均以普通辉石为主晶相,以透辉石为次晶相。其衍射峰强度随金尾矿掺量的增加而增强。并且随着金尾矿掺量增加,微晶玻璃样品的晶粒尺寸越来越小且趋于均匀,尺寸在0.1~1μm之间。微晶玻璃样品的抗折强度和密度随金尾矿掺量的增加先增大后减小,耐酸性随金尾矿掺量增加越来越好,耐碱性则相反。当钢渣含量为70%,金尾矿掺量为20%获得的微晶玻璃性能最佳,其抗折强度达到171.7 MPa,密度达到2.8g/cm3,并有较好的化学稳定性。在钢渣/金尾矿比例实验的基础上,对最佳比例的4#(钢渣70%,金尾矿20%)样品进行了最佳热处理制度的实验研究,分析了热处理制度的变化对微晶玻璃物相、表面形貌和性能的影响。实验结果表明:微晶玻璃的物相种类不随热处理制度的变化而变化,均是以普通辉石为主晶相,以透辉石为次晶相,衍射峰强度随热处理温度的升高和热处理时间的延长而增强。热处理温度升高和热处理时间延长会使样品中晶粒长大并趋于均匀致密,但温度过高和时间过长会导致样品中出现微裂纹,当热处理温度870℃热处理120min时,样品表面晶粒均匀致密。4#微晶玻璃样品的抗折强度和耐酸碱腐蚀性随热处理温度增加和热处理时间延长先增大后减小,样品整体耐酸性要好于耐碱性,密度随温度增加和时间延长逐渐增大并最后趋于一致。最终确定其最佳热处理温度870℃,热处理时间120min,此时抗折强度达到171.7MPa,密度2.8 g/cm3,经酸溶液腐蚀后的质量损失率为0.18%,经碱溶液腐蚀后的质量损失率为0.22%。
饶磊[8]2007年在《钢渣熔制微晶玻璃技术研究》文中研究指明炼钢生产中,排出大量的钢渣,不仅堆置,占用了大量土地,而且造成环境污染。钢渣本身是一种资源,随着经济发展,资源的减少,国家大力提倡清洁生产,走循环经济道路,钢渣有效的综合利用成为一门重要课题。本文研究利用钢渣生产微晶玻璃,探讨热态钢渣直接熔制微晶玻璃新技术,以更好实现节能降耗。本文着重研究了用钢渣熔制微晶玻璃的配料及工艺条件,通过差热分析,粉晶衍射以及扫描电镜等方法探讨合理的热处理工艺参数,分析不同的热处理制度对钢渣微晶玻璃显微结构和性能的影响,以及现微结构与性能之间的关系。实验结果表明:以TiO2为晶核剂,掺量为2. 2%左右;核化温度为700℃,核化时间为1小时;晶化温度为940℃,晶化时间为2小时;得到钢渣微晶玻璃样品主晶相为钙铁透辉石Ca(Fe,Mg)Si2O6,晶体生长充分,排列致密,其显微硬度达到791. 8MPa,抗折强度为150MPa,耐碱腐蚀性强于耐酸腐蚀性,该种钢渣微晶玻璃的钢渣掺量达到47. 5%。根据微观分析研究钢渣微晶玻璃的显微结构得出,钢渣微晶玻璃中主晶相为钙铁透辉石Ca(Fe,Mg)Si2O6,同时含有少量钠长石NaAlSi3O8和Na2Ca(CO3)2·5H2O。其中主晶相对样品机械性能影响明显,含量越高机械性能越好;同时主晶相的晶体存在形式对于样品的机械性能影响也很明显,晶体排列越致密,球形晶和柱状晶混合排列时样品性能较好。最后本文对热态钢渣直接成型工艺做了初步的探讨,并以年产10~15万m2微晶玻璃面板为例对项目的经济性做初步的估算:项目总投资为6340. 0万元,有望在2~3年收回投资,资本金利润率32. 85%。
杨志杰, 李宇, 苍大强, 刁美玲, 郭文波[9]2012年在《Al_2O_3含量对提铁后的钢渣及粉煤灰微晶玻璃结构与性能的影响》文中进行了进一步梳理为了实现熔融态钢渣的"渣"和"热"高附加值双利用,提出了将熔融提铁后钢渣制备成高附加值微晶玻璃的研究思路。采用DTA、XRD、SEM和EDS等手段研究了Al2O3含量对提铁后钢渣微晶玻璃的影响,结果显示随Al2O3含量的增大微晶玻璃析晶温度逐渐升高,并且主晶相由假硅灰石转变为铝黄长石,最终转变为钙长石。Al2O3含量为15%时微晶玻璃的力学性能较好,其抗弯强度、显微硬度、抗压强度分别达到了49.85 MPa、3.52 GPa和181.47 MPa,同时钢渣和粉煤灰的利用率分别高达56%和36%。
代文彬, 李宇, 苍大强[10]2013年在《热处理过程对钢渣微晶玻璃结构和性能的影响规律》文中进行了进一步梳理利用转炉钢渣作为原料,采用烧结法制备了碱度(CaO/SiO2质量比)分别为0.5、0.6和0.7的微晶玻璃.通过X射线衍射分析、扫描电镜观察和能谱分析等手段,结合样品收缩率与力学强度测试结果,研究了在不同热处理条件下叁种微晶玻璃的结构与性能的变化规律.微晶玻璃的力学强度主要受基础玻璃烧结性能和内部晶体组织结构的影响.烧结收缩率高,内部晶体呈方柱状交织形态,则微晶玻璃的力学强度最好.微晶玻璃的晶相主要为黄长石晶体和辉石晶体,高温条件有利于黄长石晶体生长而促使辉石/黄长石比例减少.碱度为0.6的微晶玻璃收缩率最大,其内部的黄长石晶体呈方柱状交织排列,构成晶体骨架,并同残余玻璃相形成力学强度较高的微观组织,从而使得其具有优异的力学性能.
参考文献：
[1]. 钢渣热态改质的工艺、装备及制备微晶玻璃的研究[D]. 代文彬. 北京科技大学. 2015
[2]. 钢渣制备微晶玻璃的性能及其粘度模型计算研究[D]. 葛潭潭. 上海大学. 2013
[3]. 钢渣微晶玻璃的研究[D]. 邓春明. 湖南大学. 2002
[4]. 转炉钢渣制备CMAS系微晶玻璃的实验研究[D]. 李延竹. 贵州大学. 2015
[5]. 汉钢钢渣制备微晶玻璃的实验研究[D]. 习琛. 西安建筑科技大学. 2017
[6]. 模拟热态钢渣直接熔制微晶玻璃晶化规律[D]. 张凯. 华中科技大学. 2012
[7]. 钢渣—金尾矿复合微晶玻璃的研制[D]. 胡文广. 山东建筑大学. 2017
[8]. 钢渣熔制微晶玻璃技术研究[D]. 饶磊. 华中科技大学. 2007
[9]. Al_2O_3含量对提铁后的钢渣及粉煤灰微晶玻璃结构与性能的影响[J]. 杨志杰, 李宇, 苍大强, 刁美玲, 郭文波. 环境工程学报. 2012
[10]. 热处理过程对钢渣微晶玻璃结构和性能的影响规律[J]. 代文彬, 李宇, 苍大强. 北京科技大学学报. 2013