熔融高炉渣成纤技术及纤维制品研究

摘要

高炉渣是炼铁过程的副产品，其产量巨大。目前处理高炉熔渣的方式浪费了熔渣中的热量，而且在高炉渣应用过程中其附加值较低。通过添加调质剂对高炉熔渣的成分进行调整，利用离心成纤工艺生产矿渣纤维，并最终制得纤维制品，这种方法可以在充分利用熔渣热量的同时，提升高炉渣的附加值。针对熔融高炉渣的纤维化及纤维制品的制备，本文主要进行了以下研究：
　　从理论上对矿渣纤维的形成机理进行了分析，将熔渣的纤维化过程分为纤维形成初期与纤维拉伸变形期两个阶段进行研究。在纤维形成初期，结合离心成纤方式与喷吹成纤方式，得到了熔渣进行纤维化分解的最不稳定扰动出现时波长的统一形式的表达式，并进行了验证。在纤维拉伸变形期，根据纤维发生断裂的现象，结合前人的研究成果，提出了自由拉伸的液丝的假设来研究纤维拉伸过程，并分析了熔渣的剪切变稀特性对纤维拉伸变形的影响。
　　利用离心成纤方法对熔融高炉渣的纤维化过程进行了实验研究，通过对不同酸度系数的熔融高炉渣进行离心成纤实验，确定了实验条件下适宜成纤的工艺参数，结合实验结果，对矿渣纤维直径和长度的影响因素及熔渣纤维化分解的不稳定波长进行了分析，主要研究了出渣温度、辊轮直径、辊轮转速等参数对熔渣纤维化过程及所制得的矿渣纤维的影响。
　　通过对制得的不同酸度系数的矿渣纤维进行酸碱腐蚀实验，发现矿渣纤维的耐酸、碱腐蚀性随着酸度系数的增大而逐渐增强，最终确定使用酸度系数为1.3的矿渣纤维用来制备纤维板并进行性能研究。在制备过程中，为了克服传统工业生产中有机粘结剂酚醛树脂污染环境及危害人体健康这一大弊端，采用经过硅溶胶、硼砂改性的聚乙烯醇溶液为粘结剂，以酸度系数为1.3的矿渣纤维为原料，通过设计正交实验确定不同粘结剂配比，制备了多组矿渣纤维板。参照相关标准，利用导热系数测定仪、电子万能试验机等设备对矿渣纤维板的导热系数、压缩强度、垂直板面抗拉强度以及憎水率、热荷重收缩温度等性能进行了分析，研究了不同粘结剂种类和用量对矿渣纤维板性能的影响。结果表明硅溶胶的加入提高了矿渣纤维板的耐高温性能，而硼砂的加入提高了矿渣纤维板的憎水性和强度。通过比较各组试样性能发现，硅溶胶、硼砂的适宜添加量与聚乙烯醇的浓度密切相关。
　　最后通过对不同容重的岩棉板的强度及导热系数测试及相应的半经验模型分析，研究了纤维板的强度、导热系数与容重之间的关系，确定了矿物棉纤维制品适宜的容重范围及孔隙率；通过对不同结构形式的矿渣纤维板进行强度及导热系数测试，发现纤维的三维分布形式可以在不提高导热系数的前提下，使纤维板的强度得到显著提高。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 相关领域研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 矿渣纤维形成机理研究

2.1 引言

2.2 流体的分类

2.3 流体稳定性的基本理论

2.4 纤维形成初期

2.5 纤维拉伸变形期

2.6 剪切变稀特性对纤维拉伸变形的影响

2.7 本章小结

第3章 熔渣纤维化实验及结果分析

3.1 引言

3.2 矿渣纤维生产的物理化学原理

3.3 熔渣纤维化实验

3.4熔渣纤维化影响因素分析

3.5 本章小结

第4章 矿渣纤维板的制备及性能分析

4.1 引言

4.2 矿渣纤维的耐酸碱腐蚀性研究

4.3 粘结剂的选取及实验参数的确定

4.4 矿渣纤维板的制备及性能分析

4.5 本章小结

第5章 纤维板结构优化

5.1 引言

5.2 纤维型多孔材料传热分析

5.3 不同容重岩棉纤维板性能测试

5.4 纤维型多孔材料传热模型

5.5 纤维三维取向的影响

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢