利用vod爐高堿度鋼渣制備cmas系微晶玻璃的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用VOD爐高堿度鋼渣制備CMAS系微晶玻璃的方法，它是用重量份數(shù)占66%～75%的鋼渣、重量份數(shù)占19%～30%的粉煤灰、重量份數(shù)占1%～4%的澄清劑和重量份數(shù)占2%～3%的助溶劑混合并通過燒結(jié)法制備CMAS系微晶玻璃。本發(fā)明采用VOD爐高堿度鋼渣和粉煤灰來燒制微晶玻璃，通過兩種廢棄物的不同配比，利用其在化學(xué)成分上的互補性，適當加入一些其它化學(xué)試劑調(diào)節(jié)其成分范圍。通過控制燒結(jié)過程中的晶化、核化溫度和其時間得到性能最佳的CAMS系微晶玻璃。因為鋼渣和粉煤灰成分的特點，在燒制過程中無需再加入晶核劑，降低生產(chǎn)成本，產(chǎn)品性能更加均勻。
【專利說明】利用VOD爐高堿度鋼渣制備CMAS系微晶玻璃的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無機非金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用VOD爐高堿度鋼澄制備 CMS系微晶玻璃的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鋼渣是一種工業(yè)固體廢物，鋼渣中各種成分的含量因煉鋼爐型、鋼種以及每爐鋼 冶煉階段的不同，有較大的差異。鋼渣在溫度1500?1700°C下形成，高溫下呈液態(tài)，緩慢 冷卻后呈塊狀，一般為深灰、深褐色。有時因所含游離鈣、鎂氧化物與水或濕氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為 氫氧化物，致使渣塊體積膨脹而碎裂；有時因所含大量硅酸二鈣在冷卻過程中（約為675°C 時）由β型轉(zhuǎn)變?yōu)棣眯投榱?。如以適量水處理液體鋼渣，能淬冷成粒。粉煤灰，是從煤 燃燒后的煙氣中收捕下來的細灰，粉煤灰是燃煤電廠、城市集中供熱鍋爐及各類燃煤加熱 爐排出的主要固體廢物。粉煤灰也是我國當前排量較大的工業(yè)廢渣之一，隨著電力工業(yè)的 發(fā)展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加處理，就會產(chǎn)生揚塵，污染大 氣；若排入水系會造成河流淤塞，而其中的有毒化學(xué)物質(zhì)還會對人體和生物造成危害。
[0003] 目前，公知的鋼渣和粉煤灰作為廢棄物只能用作鋪路和水泥材料等，利用率不是 很高，鋼渣和粉煤灰排放量的急劇增加導(dǎo)致了環(huán)境受到嚴重污染，并且占用了大量的土地 面積。為了使這兩種廢棄物質(zhì)得到高效利用的目的，根據(jù)成分上互補的特點，利用鋼渣和粉 煤灰生產(chǎn)微晶玻璃是一種可行的方法。然而現(xiàn)有技術(shù)中利用高爐渣、鉻渣等礦渣來生產(chǎn)微 晶玻璃的研宄較多，但是利用鋼渣和粉煤灰生產(chǎn)微晶玻璃的研宄成果較少，還處在初研階 段。
[0004] VOD(vacuum oxygen decarburization)真空精煉爐是在真空條件下吹氧脫碳 并吹氬攪拌來生產(chǎn)高鉻不銹鋼等鋼種的一種爐外精煉技術(shù)，VOD法是真空吹氧脫碳法的簡 稱。因為不同廠家冶煉技術(shù)的不同，所以不同VOD爐鋼渣的成分也存在較大的差異，VOD爐 鋼渣中主要含有CaO、A1 203、Si02、MgO等氧化物，以及少量MnO、FeO、1102和金屬鐵。其中 Ca037% ?55. 40%、Si0215% ?23. 48%、Al2039% ?20%、Mg07% ?13%。正是燒制微晶玻璃的 必需成分。由于鋼渣成分中含有少量TiO2，是燒制鋼渣微晶玻璃最好的晶核劑，不需加入其 它晶核劑即可得到良好的晶化效果，所以用VOD爐鋼渣和粉煤灰可以燒制出性能優(yōu)越的微 晶玻璃。迄今為止，VOD爐鋼渣大部分都是以廢棄物方式來處理，還沒有得到一種科學(xué)有效 的利用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種利用VOD爐高堿度鋼渣結(jié)合粉煤灰制備CMAS系 (CaO-MgO- Al2O3-SiO2)微晶玻璃的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中鋼渣和粉煤灰等工業(yè)廢棄物的 再利用問題。
[0006] 本發(fā)明采用燒結(jié)法，燒制出一種性能優(yōu)越的CMS系（CaO-MgO- Al2O3-SiO2)微晶玻 璃，燒結(jié)出的微晶玻璃形狀是根據(jù)磨具形狀而定，它是用重量份數(shù)占66%?75%的鋼渣、重 量份數(shù)占19%?30%的粉煤灰、重量份數(shù)占1%?4%的澄清劑和重量份數(shù)占2%?3%的助溶 劑混合并通過燒結(jié)法制備CMS系微晶玻璃。其中優(yōu)選澄清劑為Ba (NO3) 2，助溶劑為Na2C03。 因為在鋼渣和粉煤灰熔融燒制基礎(chǔ)玻璃時會產(chǎn)生少量白色雜質(zhì)，加入Ba (NO3) 2可以有效的 解決這個問題，而助熔劑Na2CO3的主要作用則是更加充分的完成整個熔融過程。
[0007] 該方法包括如下步驟： (1) 將鋼渣和粉煤灰分別研磨至180?220目成粉末混合并按比例加入澄清劑和助溶 劑混勻，進行燒結(jié)保溫；燒結(jié)熔融溫度在1350°C?1450°C之間，保溫時間為2小時； (2) 將燒結(jié)保溫后取出的溶液進行水淬； (3) 將水淬得到的固狀體基礎(chǔ)玻璃顆粒烘干后，研磨至160?200目成玻璃粉末； (4) 將玻璃粉末進行DTA檢測，分析其核化和晶化溫度；其中DTA檢測分析出的核化溫 度在830°C?870°C范圍內(nèi)，晶化溫度在1100°C?1150°C的范圍內(nèi)； (5 )將玻璃粉末加入6%?10%粘結(jié)劑攪拌均勻后，倒入事先準備好的磨具中壓制成型， 再放入箱式爐中按分析所得的核化和晶化溫度進行燒結(jié)試驗后得到最終產(chǎn)品。核化和晶化 時間均為2小時得到最佳的試樣。最后進行XRD、SEM等分析手段進行分析并檢測其力學(xué)性 能是否達標。
[0008] 本發(fā)明采用VOD爐高堿度鋼渣和粉煤灰來燒制微晶玻璃，通過兩種廢棄物的不同 配比，利用其在化學(xué)成分上的互補性，適當加入一些其它化學(xué)試劑調(diào)節(jié)其成分范圍。通過控 制燒結(jié)過程中的晶化、核化溫度和其時間得到性能最佳的CAMS系微晶玻璃。因為鋼渣和粉 煤灰成分的特點，在燒制過程中無需再加入晶核劑，降低生產(chǎn)成本，產(chǎn)品性能更加均勻。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1是鋼渣微晶玻璃的SEM檢測分析圖。

【具體實施方式】
[0010] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0011] 實施例1 : 將VOD爐高堿度鋼渣和粉煤灰均研磨至220目，配比成分中鋼渣66%，粉煤灰占30%， 澄清劑Ba (NO3) 2占1%，助熔劑Na 2C03占3%。將鋼渣和粉煤灰和需要補充成分的化學(xué)試劑 按配比混勻，然后將其倒入剛玉坩堝中后，放入高溫箱式爐中進行燒結(jié)，剛玉坩堝容量選擇 300ml。熔融溫度在1350°C?1450°C之間，保溫兩個小時，隨即取出坩堝將溶液倒入事先 裝滿清水的桶中進行水淬，將得到的固狀體基礎(chǔ)玻璃顆粒烘干后，研磨至200目。將制得 的玻璃粉末進行DTA檢測，分析其核化和晶化溫度。然后將制得的玻璃粉末加入6%的粘 結(jié)劑攪拌均勻后，倒入事先準備好的磨具中壓制成型，再放入箱式爐中按分析所得的核化 和晶化溫度進行燒結(jié)試驗，最終的核化溫度控制在830°C?870°C范圍內(nèi)，晶化溫度控制在 1100°C?1150°C的范圍內(nèi)，核化和晶化時間均為2小時得到最佳的試樣。最后進行XRD、SEM 等分析手段進行分析并檢測其力學(xué)性能是否達標。
[0012] 實施例2: 將VOD爐高堿度鋼渣和粉煤灰均研磨至200目，配比成分中鋼渣70%，粉煤灰占25%， 澄清劑Ba (NO3) 2占3%，助熔劑Na 2C03占2%。將鋼渣和粉煤灰和需要補充成分的化學(xué)試劑 按配比混勻，然后將其倒入剛玉坩堝中后，放入高溫箱式爐中進行燒結(jié)，剛玉坩堝容量選擇 400ml。熔融溫度在1350°C?1450°C之間，保溫兩個小時，隨即取出坩堝將溶液倒入事先 裝滿清水的桶中進行水淬，將得到的固狀體基礎(chǔ)玻璃顆粒烘干后，研磨至180目。將制得 的玻璃粉末進行DTA檢測，分析其核化和晶化溫度。然后將制得的玻璃粉末加入8%的粘 結(jié)劑攪拌均勻后，倒入事先準備好的磨具中壓制成型，再放入箱式爐中按分析所得的核化 和晶化溫度進行燒結(jié)試驗，最終的核化溫度控制在830°C?870°C范圍內(nèi)，晶化溫度控制在 1100°C?1150°C的范圍內(nèi)，核化和晶化時間均為2小時得到最佳的試樣。最后進行XRD、SEM 等分析手段進行分析并檢測其力學(xué)性能是否達標。
[0013] 實施例3: 將VOD爐高堿度鋼渣和粉煤灰均研磨至180目，配比成分中鋼渣75%，粉煤灰占19%， 澄清劑Ba (NO3) 2占3%，助熔劑Na 2C03占3%。將鋼渣和粉煤灰和需要補充成分的化學(xué)試劑 按配比混勻，然后將其倒入剛玉坩堝中后，放入高溫箱式爐中進行燒結(jié)，剛玉坩堝容量選擇 500ml。熔融溫度在1350°C?1450°C之間，保溫兩個小時，隨即取出坩堝將溶液倒入事先 裝滿清水的桶中進行水淬，將得到的固狀體基礎(chǔ)玻璃顆粒烘干后，研磨至160目。將制得 的玻璃粉末進行DTA檢測，分析其核化和晶化溫度。然后將制得的玻璃粉末加入10%的粘 結(jié)劑攪拌均勻后，倒入事先準備好的磨具中壓制成型，再放入箱式爐中按分析所得的核化 和晶化溫度進行燒結(jié)試驗，最終的核化溫度控制在830°C?870°C范圍內(nèi)，晶化溫度控制在 1100°C?1150°C的范圍內(nèi)，核化和晶化時間均為2小時得到最佳的試樣。最后進行XRD、SEM 等分析手段進行分析并檢測其力學(xué)性能是否達標。
[0014] 最終產(chǎn)品進行SEM分析的SEM檢測分析圖如圖1所示。
[0015] 獲得的微晶玻璃產(chǎn)品目標成分見表1 :

【權(quán)利要求】
1. 一種利用VOD爐高堿度鋼渣制備CMS系微晶玻璃的方法，其特征在于：它是用重量 份數(shù)占66%?75%的鋼渣、重量份數(shù)占19%?30%的粉煤灰、重量份數(shù)占1%?4%的澄清劑 和重量份數(shù)占2%?3%的助溶劑混合并通過燒結(jié)法制備CMAS系微晶玻璃。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用V0D爐高堿度鋼渣制備CMAS系微晶玻璃的方法，其特征 在于：所述澄清劑為Ba(N03)2，所述助溶劑為Na2C03。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用V0D爐高堿度鋼渣制備CMAS系微晶玻璃的方法，其特征 在于該方法包括如下步驟： (1) 將鋼渣和粉煤灰分別研磨成粉末混合并按比例加入澄清劑和助溶劑混勻，進行燒 結(jié)保溫； (2) 將燒結(jié)保溫后取出的溶液進行水淬； (3) 將水淬得到的固狀體基礎(chǔ)玻璃顆粒烘干后，研磨成玻璃粉末； (4) 將玻璃粉末進行DTA檢測，分析其核化和晶化溫度； (5) 將玻璃粉末加入粘結(jié)劑攪拌均勻后，倒入事先準備好的磨具中壓制成型，再放入箱 式爐中按分析所得的核化和晶化溫度進行燒結(jié)試驗后得到最終產(chǎn)品。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用V0D爐高堿度鋼渣制備CMAS系微晶玻璃的方法，其 特征在于：步驟（3)中DTA檢測分析出的核化溫度在830°C?870°C范圍內(nèi)，晶化溫度在 1100°C?1150°C的范圍內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用V0D爐高堿度鋼渣制備CMAS系微晶玻璃的方法，其特征 在于：步驟（1)燒結(jié)熔融溫度在1350°C?1450°C之間，保溫時間為2小時。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用V0D爐高堿度鋼渣制備CMAS系微晶玻璃的方法，其特 征在于：步驟（1)中的鋼渣和粉煤灰研磨至180?220目，步驟（3)中的玻璃顆粒研磨至 160 ?200 目。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用V0D爐高堿度鋼渣制備CMAS系微晶玻璃的方法，其特征 在于：步驟（5)中粘結(jié)劑的加入量為玻璃粉末重量的6%?10%。
【文檔編號】C03C6/10GK104478221SQ201410638819
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】李長榮, 李延竹 申請人:貴州大學(xué)