利用vod炉高碱度钢渣制备cmas系微晶玻璃的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用VOD炉高碱度钢渣制备CMAS系微晶玻璃的方法，它是用重量份数占66%～75%的钢渣、重量份数占19%～30%的粉煤灰、重量份数占1%～4%的澄清剂和重量份数占2%～3%的助溶剂混合并通过烧结法制备CMAS系微晶玻璃。本发明采用VOD炉高碱度钢渣和粉煤灰来烧制微晶玻璃，通过两种废弃物的不同配比，利用其在化学成分上的互补性，适当加入一些其它化学试剂调节其成分范围。通过控制烧结过程中的晶化、核化温度和其时间得到性能最佳的CAMS系微晶玻璃。因为钢渣和粉煤灰成分的特点，在烧制过程中无需再加入晶核剂，降低生产成本，产品性能更加均匀。
【专利说明】利用VOD炉高碱度钢渣制备CMAS系微晶玻璃的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无机非金属材料【技术领域】，具体涉及一种利用VOD炉高碱度钢澄制备 CMS系微晶玻璃的方法。
【背景技术】
[0002] 钢渣是一种工业固体废物，钢渣中各种成分的含量因炼钢炉型、钢种以及每炉钢 冶炼阶段的不同，有较大的差异。钢渣在温度1500?1700°C下形成，高温下呈液态，缓慢 冷却后呈块状，一般为深灰、深褐色。有时因所含游离钙、镁氧化物与水或湿气反应转化为 氢氧化物，致使渣块体积膨胀而碎裂；有时因所含大量硅酸二钙在冷却过程中（约为675°C 时）由β型转变为γ型而碎裂。如以适量水处理液体钢渣，能淬冷成粒。粉煤灰，是从煤 燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂、城市集中供热锅炉及各类燃煤加热 炉排出的主要固体废物。粉煤灰也是我国当前排量较大的工业废渣之一，随着电力工业的 发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大 气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。
[0003] 目前，公知的钢渣和粉煤灰作为废弃物只能用作铺路和水泥材料等，利用率不是 很高，钢渣和粉煤灰排放量的急剧增加导致了环境受到严重污染，并且占用了大量的土地 面积。为了使这两种废弃物质得到高效利用的目的，根据成分上互补的特点，利用钢渣和粉 煤灰生产微晶玻璃是一种可行的方法。然而现有技术中利用高炉渣、铬渣等矿渣来生产微 晶玻璃的研宄较多，但是利用钢渣和粉煤灰生产微晶玻璃的研宄成果较少，还处在初研阶 段。
[0004] VOD(vacuum oxygen decarburization)真空精炼炉是在真空条件下吹氧脱碳 并吹氩搅拌来生产高铬不锈钢等钢种的一种炉外精炼技术，VOD法是真空吹氧脱碳法的简 称。因为不同厂家冶炼技术的不同，所以不同VOD炉钢渣的成分也存在较大的差异，VOD炉 钢渣中主要含有CaO、A1 203、Si02、MgO等氧化物，以及少量MnO、FeO、1102和金属铁。其中 Ca037% ?55. 40%、Si0215% ?23. 48%、Al2039% ?20%、Mg07% ?13%。正是烧制微晶玻璃的 必需成分。由于钢渣成分中含有少量TiO2，是烧制钢渣微晶玻璃最好的晶核剂，不需加入其 它晶核剂即可得到良好的晶化效果，所以用VOD炉钢渣和粉煤灰可以烧制出性能优越的微 晶玻璃。迄今为止，VOD炉钢渣大部分都是以废弃物方式来处理，还没有得到一种科学有效 的利用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种利用VOD炉高碱度钢渣结合粉煤灰制备CMAS系 (CaO-MgO- Al2O3-SiO2)微晶玻璃的方法，以解决现有技术中钢渣和粉煤灰等工业废弃物的 再利用问题。
[0006] 本发明采用烧结法，烧制出一种性能优越的CMS系（CaO-MgO- Al2O3-SiO2)微晶玻 璃，烧结出的微晶玻璃形状是根据磨具形状而定，它是用重量份数占66%?75%的钢渣、重 量份数占19%?30%的粉煤灰、重量份数占1%?4%的澄清剂和重量份数占2%?3%的助溶 剂混合并通过烧结法制备CMS系微晶玻璃。其中优选澄清剂为Ba (NO3) 2，助溶剂为Na2C03。 因为在钢渣和粉煤灰熔融烧制基础玻璃时会产生少量白色杂质，加入Ba (NO3) 2可以有效的 解决这个问题，而助熔剂Na2CO3的主要作用则是更加充分的完成整个熔融过程。
[0007] 该方法包括如下步骤： (1) 将钢渣和粉煤灰分别研磨至180?220目成粉末混合并按比例加入澄清剂和助溶 剂混匀，进行烧结保温；烧结熔融温度在1350°C?1450°C之间，保温时间为2小时； (2) 将烧结保温后取出的溶液进行水淬； (3) 将水淬得到的固状体基础玻璃颗粒烘干后，研磨至160?200目成玻璃粉末； (4) 将玻璃粉末进行DTA检测，分析其核化和晶化温度；其中DTA检测分析出的核化温 度在830°C?870°C范围内，晶化温度在1100°C?1150°C的范围内； (5 )将玻璃粉末加入6%?10%粘结剂搅拌均匀后，倒入事先准备好的磨具中压制成型， 再放入箱式炉中按分析所得的核化和晶化温度进行烧结试验后得到最终产品。核化和晶化 时间均为2小时得到最佳的试样。最后进行XRD、SEM等分析手段进行分析并检测其力学性 能是否达标。
[0008] 本发明采用VOD炉高碱度钢渣和粉煤灰来烧制微晶玻璃，通过两种废弃物的不同 配比，利用其在化学成分上的互补性，适当加入一些其它化学试剂调节其成分范围。通过控 制烧结过程中的晶化、核化温度和其时间得到性能最佳的CAMS系微晶玻璃。因为钢渣和粉 煤灰成分的特点，在烧制过程中无需再加入晶核剂，降低生产成本，产品性能更加均匀。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1是钢渣微晶玻璃的SEM检测分析图。
【具体实施方式】
[0010] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0011] 实施例1 : 将VOD炉高碱度钢渣和粉煤灰均研磨至220目，配比成分中钢渣66%，粉煤灰占30%， 澄清剂Ba (NO3) 2占1%，助熔剂Na 2C03占3%。将钢渣和粉煤灰和需要补充成分的化学试剂 按配比混匀，然后将其倒入刚玉坩埚中后，放入高温箱式炉中进行烧结，刚玉坩埚容量选择 300ml。熔融温度在1350°C?1450°C之间，保温两个小时，随即取出坩埚将溶液倒入事先 装满清水的桶中进行水淬，将得到的固状体基础玻璃颗粒烘干后，研磨至200目。将制得 的玻璃粉末进行DTA检测，分析其核化和晶化温度。然后将制得的玻璃粉末加入6%的粘 结剂搅拌均匀后，倒入事先准备好的磨具中压制成型，再放入箱式炉中按分析所得的核化 和晶化温度进行烧结试验，最终的核化温度控制在830°C?870°C范围内，晶化温度控制在 1100°C?1150°C的范围内，核化和晶化时间均为2小时得到最佳的试样。最后进行XRD、SEM 等分析手段进行分析并检测其力学性能是否达标。
[0012] 实施例2: 将VOD炉高碱度钢渣和粉煤灰均研磨至200目，配比成分中钢渣70%，粉煤灰占25%， 澄清剂Ba (NO3) 2占3%，助熔剂Na 2C03占2%。将钢渣和粉煤灰和需要补充成分的化学试剂 按配比混匀，然后将其倒入刚玉坩埚中后，放入高温箱式炉中进行烧结，刚玉坩埚容量选择 400ml。熔融温度在1350°C?1450°C之间，保温两个小时，随即取出坩埚将溶液倒入事先 装满清水的桶中进行水淬，将得到的固状体基础玻璃颗粒烘干后，研磨至180目。将制得 的玻璃粉末进行DTA检测，分析其核化和晶化温度。然后将制得的玻璃粉末加入8%的粘 结剂搅拌均匀后，倒入事先准备好的磨具中压制成型，再放入箱式炉中按分析所得的核化 和晶化温度进行烧结试验，最终的核化温度控制在830°C?870°C范围内，晶化温度控制在 1100°C?1150°C的范围内，核化和晶化时间均为2小时得到最佳的试样。最后进行XRD、SEM 等分析手段进行分析并检测其力学性能是否达标。
[0013] 实施例3: 将VOD炉高碱度钢渣和粉煤灰均研磨至180目，配比成分中钢渣75%，粉煤灰占19%， 澄清剂Ba (NO3) 2占3%，助熔剂Na 2C03占3%。将钢渣和粉煤灰和需要补充成分的化学试剂 按配比混匀，然后将其倒入刚玉坩埚中后，放入高温箱式炉中进行烧结，刚玉坩埚容量选择 500ml。熔融温度在1350°C?1450°C之间，保温两个小时，随即取出坩埚将溶液倒入事先 装满清水的桶中进行水淬，将得到的固状体基础玻璃颗粒烘干后，研磨至160目。将制得 的玻璃粉末进行DTA检测，分析其核化和晶化温度。然后将制得的玻璃粉末加入10%的粘 结剂搅拌均匀后，倒入事先准备好的磨具中压制成型，再放入箱式炉中按分析所得的核化 和晶化温度进行烧结试验，最终的核化温度控制在830°C?870°C范围内，晶化温度控制在 1100°C?1150°C的范围内，核化和晶化时间均为2小时得到最佳的试样。最后进行XRD、SEM 等分析手段进行分析并检测其力学性能是否达标。
[0014] 最终产品进行SEM分析的SEM检测分析图如图1所示。
[0015] 获得的微晶玻璃产品目标成分见表1 :
【权利要求】
1. 一种利用VOD炉高碱度钢渣制备CMS系微晶玻璃的方法，其特征在于：它是用重量 份数占66%?75%的钢渣、重量份数占19%?30%的粉煤灰、重量份数占1%?4%的澄清剂 和重量份数占2%?3%的助溶剂混合并通过烧结法制备CMAS系微晶玻璃。
2. 根据权利要求1所述的利用V0D炉高碱度钢渣制备CMAS系微晶玻璃的方法，其特征 在于：所述澄清剂为Ba(N03)2，所述助溶剂为Na2C03。
3. 根据权利要求2所述的利用V0D炉高碱度钢渣制备CMAS系微晶玻璃的方法，其特征 在于该方法包括如下步骤： (1) 将钢渣和粉煤灰分别研磨成粉末混合并按比例加入澄清剂和助溶剂混匀，进行烧 结保温； (2) 将烧结保温后取出的溶液进行水淬； (3) 将水淬得到的固状体基础玻璃颗粒烘干后，研磨成玻璃粉末； (4) 将玻璃粉末进行DTA检测，分析其核化和晶化温度； (5) 将玻璃粉末加入粘结剂搅拌均匀后，倒入事先准备好的磨具中压制成型，再放入箱 式炉中按分析所得的核化和晶化温度进行烧结试验后得到最终产品。
4. 根据权利要求3所述的利用V0D炉高碱度钢渣制备CMAS系微晶玻璃的方法，其 特征在于：步骤（3)中DTA检测分析出的核化温度在830°C?870°C范围内，晶化温度在 1100°C?1150°C的范围内。
5. 根据权利要求3所述的利用V0D炉高碱度钢渣制备CMAS系微晶玻璃的方法，其特征 在于：步骤（1)烧结熔融温度在1350°C?1450°C之间，保温时间为2小时。
6. 根据权利要求3所述的利用V0D炉高碱度钢渣制备CMAS系微晶玻璃的方法，其特 征在于：步骤（1)中的钢渣和粉煤灰研磨至180?220目，步骤（3)中的玻璃颗粒研磨至 160 ?200 目。
7. 根据权利要求3所述的利用V0D炉高碱度钢渣制备CMAS系微晶玻璃的方法，其特征 在于：步骤（5)中粘结剂的加入量为玻璃粉末重量的6%?10%。
【文档编号】C03C6/10GK104478221SQ201410638819
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】李长荣, 李延竹 申请人:贵州大学