本文關鍵詞： 液態(tài)鋼渣 熱態(tài)改質 高堿度微晶玻璃 新燒結工藝　出處：《北京科技大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：鋼渣排出溫度在1400-1600℃左右,但余熱未能有效回收利用,是一種高質量熱能的浪費。由于鋼渣f-CaO和f-MgO含量偏高,導致體積穩(wěn)定性差,加上含鐵量偏高,所以鋼渣利用率和產(chǎn)品附加值很低,造成占用大量土地和污染環(huán)境等突出問題,急需解決。因此,本文提出對液態(tài)鋼渣直接進行熱態(tài)改質及制備高附加值材料的技術路線,具體分為液態(tài)鋼渣粗調改質改善性能、精調改質控制質量和高堿度鋼渣微晶玻璃(相對傳統(tǒng)低堿度微晶玻璃)制備三個步驟進行研究,目的是高效利用鋼渣的“熱”和“渣”資源,開發(fā)高附加值新產(chǎn)品,實現(xiàn)“固體廢棄物”的高值利用。研究得到了如下結論：為提高熱態(tài)鋼渣利用率和減少冷態(tài)改質劑配入量,提出并研制了堿度為0.5～0.7的高堿度鋼渣微晶玻璃,并對其組成、工藝、結構和性能之間的關系進行了研究,獲得燒結致密化過程對微晶玻璃性能影響顯著大于析晶過程的規(guī)律,以及更加適合于采用一步燒結法熱處理工藝的結論。此外,研究表明熱處理氣氛對微晶玻璃性能及其工藝具有重要影響。在空氣下基礎玻璃析晶溫度較低,輝石相析出量高于黃長石相,微晶玻璃燒結收縮率和抗折強度均隨溫度增加而呈“階梯形”規(guī)律升高,最佳燒結溫度高于1000℃。而在氮氣下玻璃析晶溫度較高,輝石相忻出量接近于黃長石相,燒結收縮率和抗折強度均隨溫度增加而呈“拋物線形”規(guī)律升高,最佳燒結溫度低于1000℃。且空氣氣氛對玻璃析晶及晶粒長大具有促進作用,樣品析晶過程顯著,平均粒徑是氮氣下的1.77倍。進一步研究表明,不同氣氛下鐵離子價態(tài)及其含量變化是影響鋼渣微品玻璃性能的主要原因。隨鐵離子含量增加,玻璃析晶溫度降低,析晶溫度范圍變窄,樣品最佳燒結溫度在氮氣下向低溫方向轉移,而在空氣下則較不明顯。空氣下玻璃中Fe2+被氧化形成大量Fe3+, Fe3+/Fe2+比值升高,樣品微觀化學組成發(fā)生改變,促進了玻璃析晶過程,同時提高了樣品黏度而抑制燒結過程,最終形成先析晶后燒結的變化過程,使微晶玻璃最佳燒結溫度高于析晶溫度。而在氮氣下玻璃中Fe2+含量較高,由于FeO具有降低玻璃熔化溫度作用,微晶玻璃燒結過程早于析晶過程,因此能夠在較低溫度下實現(xiàn)燒結致密化。通過相關計算分析表明,利用粉煤灰對鋼渣進行熱態(tài)改質的方法能夠調控鋼渣理化性質,據(jù)此提出液態(tài)鋼渣在排放和輸送過程中,利用余熱對其進行改質以提升鋼渣性能的粗調改質方法。分析結果顯示,隨著粉煤灰／鋼渣比例升高,改質渣初晶相由硅酸二鈣、石灰等逐漸轉變?yōu)殁}鋁黃長石、鈣長石等晶相,熔渣黏度、熔化溫度、非橋氧比例逐漸降低。鋼渣余熱可熔解室溫粉煤灰比例約占鋼渣量的25%,并隨著粉煤灰預熱溫度升高和改質渣熔化溫度降低該熔解比例將逐漸升高。同時工業(yè)試驗結果表明,當液態(tài)鋼渣中粉煤灰熔入量達鋼渣量的38%時,熔渣堿度由2.6降至1.3,游離氧化鈣含量由6.43 w.%降至3.03 w.%,鐵氧化物還原率達39%,固渣易磨性也較原鋼渣得到提高。在以上研究基礎上,為控制鋼渣改質質量和為微晶玻璃制備做準備,設計了一套熔渣精調改質爐試驗系統(tǒng),由旋風燃燒筒、改質爐熔池等組成。通過鋼渣精調改質試驗表明,爐內高溫區(qū)主要位于旋風筒中下部,溫度達1500℃以上,有利于冷態(tài)改質劑的加熱。而熔池內熔渣溫度可達1400℃,有利于改質劑和熔渣的混勻和順利排出。獲得的改質渣或基礎玻璃,堿度為0.6,進一步熱處理后可制成黑色微晶玻璃材料,其燒結收縮率約10%、抗折強度94.44MPa、抗壓強度569.79 MPa、顯微硬度6.26 GPa、吸水率0.04%,性能參數(shù)顯著優(yōu)于國家標準要求。同時,在改質渣底部形成一層2-3 mm金屬鐵層,部分鐵氧化物得到還原回收。對鋼渣熱態(tài)改質制備微晶玻璃的技術路線進行經(jīng)濟性分析,每處理1噸鋼渣,共消耗約1.8噸工業(yè)固體廢棄物,獲得3396.42元利潤,遠高于鋼渣傳統(tǒng)破碎磁選工藝收益,環(huán)境經(jīng)濟效益顯著,技術經(jīng)濟可行。
[Abstract]:In this paper , the influence of heat treatment atmosphere on the properties and properties of glass ceramics is studied . The results show that the effect of heat treatment atmosphere on the properties of glass - glass and the process of high - alkalinity steel - slag glass - ceramics ( relative to the traditional low - alkalinity microcrystal glass ) is higher than that of the yellow - feldspar phase . The results show that the sintering shrinkage and the bending strength of the glass - glass are higher than that of the yellow feldspar phase . The sintering shrinkage and the bending strength of the glass - glass are higher than that of the yellow feldspar phase . The experiment results show that the slag basicity is reduced from 2.6 to 1.3 , the content of free calcium oxide is reduced from 6.43 w / % to 3 . 03 w . % , the content of free calcium oxide is up to 3 . 03 w . % , the content of free calcium oxide is 0 . 04 % .

【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X757;TQ171.733

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 程金樹，湯李纓，王全，，黃玉生;鋼渣微晶玻璃的研究[J];武漢工業(yè)大學學報;1995年04期

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1 吳丹丹;Fe_2O_3對R_2O-CaO-MgO-Al_2O_3-Fe_2O_3-SiO_2系統(tǒng)的微晶化的影響以及鋸切石粉在微晶玻璃中的應用[D];華僑大學;2007年

本文編號：1473773