發(fā)布時間：2020-06-27 21:57

【摘要】：針對高爐渣水淬處理工藝中顯熱回收率低、水消耗量大且污染環(huán)境、高附加值利用率低的現(xiàn)狀,利用高爐熔渣配加適量調(diào)質(zhì)劑直接噴吹成纖工藝生產(chǎn)礦渣棉,可高效利用熔渣顯熱,同時實現(xiàn)高附加值利用,且生產(chǎn)過程不消耗水資源、不產(chǎn)生H2S、SO2等有毒氣體,具有良好的經(jīng)濟、社會效益。然而目前調(diào)質(zhì)高爐熔渣直接噴吹成纖工藝之所以未實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用,主要是由于高爐熔渣調(diào)質(zhì)、析晶控制以及調(diào)質(zhì)過程中的熱質(zhì)傳輸?shù)确矫嫔行柽M行大量的基礎(chǔ)研究。本文采用熱力學計算模擬、微觀分析、熱態(tài)實驗及半工業(yè)化試驗相結(jié)合的方法,分析了高爐渣與調(diào)質(zhì)劑的相關(guān)物化性能,研究了調(diào)質(zhì)高爐熔渣的析晶行為、粘度行為、調(diào)質(zhì)劑的調(diào)質(zhì)特性、高爐熔渣析晶控制機理、調(diào)質(zhì)過程的熱量變化規(guī)律,構(gòu)建了調(diào)質(zhì)劑熔化及擴散系數(shù)的數(shù)學模型,提出了一種利用高爐熔渣直接噴吹制備礦渣纖維的方法,進行了高爐熔渣調(diào)質(zhì)成纖的半工業(yè)化試驗,為高爐熔渣直接成纖調(diào)質(zhì)工藝的研發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。研究過程中從分析高爐渣及調(diào)質(zhì)劑的基本成分、礦物特征、粘度行為入手,結(jié)合礦渣棉生產(chǎn)原料成分設(shè)計的經(jīng)驗指標,提出了高爐熔渣調(diào)質(zhì)的目標要求。進而基于SiO2-CaO-MgO-Al2O3四元渣系礦相變化的特點及析晶熱力學計算,研究了調(diào)質(zhì)熔渣體系中各類礦物的析晶開始溫度、析出量以及相互影響規(guī)律,探索了以鐵尾礦為調(diào)質(zhì)劑的熔渣體系析晶傾向最小的區(qū)域位于鎂黃長石與鈣長石的低共熔線附近或位于鎂黃長石、假硅灰石與鈣長石低共熔點附近,以粉煤灰為調(diào)質(zhì)劑的熔渣體系析晶傾向最小的區(qū)域位于鈣長石、鎂黃長石及尖晶石低共熔點,鋁黃長石、鎂黃長石及尖晶石低共熔點或鎂黃長石與鈣長石的低共熔線附近的狹長區(qū)域。在研究調(diào)質(zhì)熔渣析晶行為基礎(chǔ)上,系統(tǒng)研究了鐵尾礦、粉煤灰對熔渣體系物化性能的衍變規(guī)律。隨調(diào)質(zhì)劑配比增加：熔渣的Mk、Mη和K/O逐漸升高,氫離子指數(shù)逐漸降低,適宜成纖粘度的溫度區(qū)間逐漸變寬；熔化性溫度呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢,當Mk高于1.4時,熔化性溫度約為1300℃,且變得粘稠；熔渣冷卻過程中析晶能力降低,玻璃相增多,礦物析出量減少,Mk高于1.2時,爐渣中未發(fā)現(xiàn)析出礦物,而形成均勻的玻璃相。以鐵尾礦、粉煤灰為調(diào)質(zhì)劑時,熔渣適宜成纖的酸度系數(shù)范圍為1.2～1.4,而以混合物為調(diào)質(zhì)劑時,適宜成纖的酸度系數(shù)范圍為1.3～1.4；綜合各類調(diào)質(zhì)劑的調(diào)質(zhì)效果可知：鐵尾礦最好、混合物次之、粉煤灰相對較差。研究了工藝條件變化對高爐熔渣析晶的影響規(guī)律,結(jié)果表明：單一改變工藝條件,來控制熔渣的析晶行為,難以全部形成均勻的玻璃相。利用FactSage熱力學軟件的平衡凝固模塊、Sheil-Cooling模塊模擬計算和熱態(tài)實驗,研究了化學成分變化對高爐渣析晶的影響規(guī)律,確定了析晶控制的方向,其研究結(jié)果表明：當堿度為1.1～0.8時,隨堿度降低,熔渣的開始析晶溫度降低,析晶量減少,玻璃相含量增加,黃長石類礦物粒度有變粗的趨勢；提高冷卻強度,可抑制黃長石類礦物、尖晶石類礦物的析出,白榴石消失,可促進鈣長石、輝石類礦物的析出,硅灰石類礦物、橄欖石類礦物開始出現(xiàn)。當A1203含量為14.0%-17.5%,隨Al2O3含量增加,熔渣的開始析晶溫度略有升高,析晶量略有降低,黃長石類礦物粒度有變細的趨勢；提高冷卻強度,可抑制黃長石類礦物、尖晶石類礦物的析出,白榴石消失,可促進輝石類礦物的析出。當MgO含量為9.0%～11.0%時,隨MgO含量增加,熔渣的開始析晶溫度、析晶量變化不大,提高冷卻強度,析晶量有降低的趨勢,黃長石類礦物的粒度有變粗的趨勢；提高冷卻強度,可抑制鈣長石與尖晶石類礦物的析出,白榴石消失,輝石類礦物、橄欖石類礦物開始出現(xiàn)。研究了調(diào)質(zhì)劑在熔渣中的熱質(zhì)傳輸規(guī)律,并構(gòu)建了調(diào)質(zhì)劑顆粒在熔渣浸沒過程中熔化時間t的數(shù)學模型、Si02分子擴散系數(shù)的數(shù)學模型,確定了調(diào)質(zhì)劑適宜的加入方式、粒徑范圍；研究表明：調(diào)質(zhì)劑顆粒半徑r小于臨界值時,加入方式優(yōu)先選擇與熔渣直接接觸的方式；r高于臨界值時,優(yōu)先選擇上部加入的方式；無論哪種加入方式,盡量選擇粒徑較小的調(diào)質(zhì)劑,縮短熔化時間。在此基礎(chǔ)上,進一步研究了調(diào)質(zhì)劑在熔渣中的傳熱規(guī)律,探索了調(diào)質(zhì)劑配比與熔渣體系溫度變化規(guī)律、流動性變化規(guī)律、補熱量的內(nèi)在聯(lián)系,并繪制了調(diào)質(zhì)劑配比與熔渣體系溫度、爐渣流動性溫度、補熱量的協(xié)同調(diào)控圖。最后,以Mk為1.2-1.4調(diào)質(zhì)高爐熔渣為原料,進行高爐熔渣調(diào)質(zhì)直接噴吹成纖的半工業(yè)化試驗,制得了直徑小于3μm,渣球含量低于5.14%,成棉率高于70%的礦渣纖維,其質(zhì)量優(yōu)于國家標準。
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TF534
【圖文】：

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流動性并不一定好，因此更具有實際意義的是爐渣的烙化性溫度，即爐逡逑渣從不能流動轉(zhuǎn)變?yōu)槟茏杂闪鲃拥臏囟�。選擇爐渣的烙化溫度時，必須兼顧爐逡逑渣流動性和爐缸熱量兩方面的因素�；瘜W成分對爐渣格化溫度的影響見圖１．１逡逑所示。逡逑0０邋Ｓ邋１０邋１５邋２０邋２３邋？邋？５邋化邋＜５邋Ｍ邋矜邐ＣｉＯ邋５邋ＩＲ邋１３邋３０邋２？邋Ｍ邋３Ｓ邋４０邋４５邋ＭｆＯ逡逑ＡｌｚＯ；！卻％邐ＡｈＯ盧邋１０％逡逑。0邋５邋＂。＂。巧巧。＂Ｍ＊0邐￣５—￣＼ｔ＼Ｓ—￣？邋Ｋ—￣￣３５￣＾—￣４５￣？８0逡逑ＡＬ０產(chǎn)巧％邐Ａｈ0３＝２０％逡逑圖１．１邋ＣａＯ－Ｓｉ0２－ＭｇＯ－Ａｈ0３四元系烙化溫度圖逡逑Ｆｉｇ．１．１邋Ｍｅｌｔｉｎｇ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｇｒａｐｈ邋ｏｆ邋ＣａＯ－Ｓｉ0２－Ｍ

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2732151