大比例熔融包钢高炉渣制备透辉石类微晶玻璃晶核剂的研究

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高炉渣主要由氧化钙、氧化镁、三氧化二铝、二氧化硅等化学组分组成，其中这4种组分约占高炉渣总质量的90%，其化学成分与原始玻璃组成相近，且有害杂质含量少，是制造透辉石类微晶玻璃的理想原料，同时高炉渣中的 Fe2O3（FeO）、CaF2、TiO2等还可以作为微晶玻璃的有效晶核剂。透辉石（CaMg(SiO3)2）微晶玻璃，在化学稳定性、耐磨性、机械强度以及耐化学侵蚀性等方面均优于陶瓷地砖和天然石材，在建筑装饰材料方面可以替代传统的陶瓷地砖和天然花岗岩。
　　本研究以包钢钢铁公司6＃高炉排放的高炉渣为主要原料，以少量的石英砂和纯化学试剂调整基础玻璃化学组分，采用熔融法制备大比例高炉渣微晶玻璃，研究晶核剂的种类和引入量对微晶玻璃析晶方式及性能的影响规律。首先通过Factsage6.2软件对考虑晶核剂成分在内的玻璃系统进行熔化温度（包括初熔温度、液相线温度）、粘度等计算，探明主晶相为透辉石且流动性良好的玻璃熔制及浇注温度条件，设计基础玻璃配方，其次，采用 DTA分析方法确定基础玻璃的热处理制度，采用XRD、SEM等方法分析热处理后微晶玻璃样品的析晶矿物组成、显微结构以及微晶玻璃的性能。分别研究了单一晶核剂ZrO2、Cr2O3、TiO2、Fe2O3和两种复合晶核剂Fe2O3+Cr2O3和Cr2O3+TiO2对微晶玻璃析晶行为和性能的影响规律。
　　研究结果表明：晶核剂 ZrO2可以促使高炉渣微晶玻璃整体析晶，当高炉渣的添加量为75%，ZrO2加入量为1%时，制备的高炉渣微晶玻璃以黄长石为主晶相，玻璃残余相较多，析晶效果不佳；晶核剂Cr2O3可以促使高炉渣微晶玻璃析出大量透辉石（CaMg(SiO3)2），当其添加量为1.5%-2%时，高炉渣的添加量为75%，便可得到预期的透辉石为主晶相，其晶粒大小约为2-3μm，分布均匀、致密，抗折强度为84.6-101.7MPa的高炉渣微晶玻璃；引入75%的包钢高炉渣，以少量的石英砂和纯化学试剂调整基础玻璃化学组分，并添加3%-5%的晶核剂 TiO2，制备出以黄长石为主晶相，次晶相为透辉石的微晶玻璃，晶体尺寸大小在5-10μm之间；当添加3% Fe2O3作晶核剂时，热处理后样品发生了整体析晶，成功制备出以黄长石为主晶相的高炉渣微晶玻璃，弯曲强度可达80.4MPa，机械性能优良；添加复合晶核剂Fe2O3+Cr2O3与TiO2+Cr2O3成功制备出透辉石类(CaMg(SiO3)2)微晶玻璃，且微晶玻璃性能优良，当添加2%Fe2O3+1%Cr2O3作晶核剂时，样品中析出大量分布均匀、致密的细小晶粒，尺寸大小在0.5μm以下，弯曲强度达到126.3MPa；当添加3%TiO2+1%Cr2O3作晶核剂时，样品中析出大量均匀分布的柱状晶体，尺寸大小在1μm以下，弯曲强度达到114.7MPa。

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作者
霍晓更;
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作者单位

内蒙古科技大学;

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授予单位内蒙古科技大学;
学科冶金工程
授予学位硕士
导师姓名王艺慈;
年度 2017
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TQ171.733;
关键词
高炉渣; 透辉石; 微晶玻璃; 晶核剂;

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