利用中、低钛型高炉渣制备微晶玻璃的方法

摘要

本发明属于微晶玻璃的制备领域，具体涉及一种利用中、低钛型高炉渣制备微晶玻璃的方法，以中、低钛型高炉渣为基本原料，加入铬铁钛三相复合晶核剂，Cr2O3、TiO2和Fe2O3，采用特定的熔融过程和热处理方式制备出具有高强度、高硬度、耐酸碱和耐腐蚀等良好性能的微晶玻璃，并且提出了具体的熔融和热处理工艺参数，解决了现有技术中以高钛型高炉渣制备的微晶玻璃晶相不稳定、出现多种晶相，导致微晶玻璃物理性能较差等问题，并填补了现有技术中的中、低钛型高炉渣综合利用研究方面的空白。

说明书

技术领域

本发明属于微晶玻璃的制备领域，具体涉及一种利用中、低钛型高炉渣制备微晶玻璃的方法。

背景技术

由渣中TiO₂含量可将高炉渣分为三种类型:低钛型高炉渣(TiO₂<10％)、中钛型高炉渣(TiO₂10-20％)和高钛型高炉渣(TiO₂>20％)。现有技术中，含钛高炉渣的综合利用率低，仅有部分高钛型高炉渣被综合利用，而其余部分均处于堆存状态，同时其利用方式也只是用于生产水泥等低附加值产品。

目前研究者对含钛高炉渣微晶玻璃所做的研究中，只对加入Cr₂O₃和其他晶核剂制微晶玻璃进行了研究，而没有研究多种晶核剂混合制备微晶玻璃的情况，因此所制得的微晶玻璃晶相较多，且具有不确定性，对微晶玻璃的性能会有所影响。另外还有的研究者以高钛型高炉渣制备微晶玻璃，但没有解决中、低钛型高炉渣，如承钢高炉渣的利用问题，而且在研究中加入的复合晶核剂促进了基础玻璃的整体析晶，但存在晶粒粗大、排列分散不规则、析晶能力差异较大的问题，导致成品微晶玻璃较脆，物理性能较差。

因此，现有研究并不能有效的提高含钛高炉渣的综合利用率，同时制得的微晶玻璃物理化学性能较差，不能进一步作为产品运用到建筑工业领域，造成资源浪费。此外，现有技术对中、低钛型高炉渣的综合利用研究方面仍处于空白。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种利用中、低钛型高炉渣制备微晶玻璃的方法，所述方法以中、低钛型高炉渣为基本原料，通过加入铬铁钛三相复合晶核剂，提高了微晶玻璃的生长指数，促进析晶过程的进行，有效的改善了析晶效果，促使样品的整体析晶，且不会存在晶粒粗大、析晶不完全、缩孔等缺陷。

本发明采用如下技术方案：

参考渣中成分，以中、低钛型高炉渣为基本原料，加入铬铁钛三相复合晶核剂，采用以下步骤制备性能良好的微晶玻璃。

步骤1.熔融：将原料混合均匀，放入电阻炉中使原料完全熔融；同时，用另一个电阻炉对模具进行预热以备用；

步骤2.基础玻璃制备：熔制完成后，将样品从电阻炉取出；取少许样品进行急冷水淬，将得到的水淬样品进行DSC检测，并对结果进行分析和计算，确定核化温度和晶化温度；剩余样品浇铸到预热好的模具中，并将浇铸好的试样迅速放回电阻炉中，进行退火处理，制成基础玻璃；

步骤3.热处理：根据DSC检测结果，对基础玻璃进行热处理；

步骤4.微晶玻璃制备：热处理后的样品随炉冷却至室温后取出，得到微晶玻璃。

进一步地，铬铁钛三相复合晶核剂为Cr₂O₃、TiO₂和Fe₂O₃；

进一步地，所述中、低钛型高炉渣在原料中的质量百分比为32.70％-38.47％，所述铬铁钛三相复合晶核剂中Cr₂O₃、TiO₂和Fe₂O₃在原料中的质量百分比分别为0.96％-2.88％，3.85％-9.62％，0-0.96％，其他成分按照基础玻璃配方以纯物质氧化物配齐；

进一步地，所述熔融的工艺参数为：熔融温度为1460-1530℃，澄清时间为2.5-4h，电阻炉升温至熔融温度过程中，920℃以下时升温速率为5-8℃/min，920℃以上升温速率为2-4℃/min；

进一步地，所述水淬样品进行干燥、研磨、过200目筛后进行DSC检测；

进一步地，所述热处理具体为：将样品放入电阻炉，经过核化、晶化处理过程；其中核化温度比差示扫描量热法DSC相应检测值降低15-25℃，晶化温度比差示扫描量热法DSC相应检测值升高15-25℃，核化时间1-1.5h，晶化时间2-2.5h；

进一步地，所述微晶玻璃主晶相为透辉石晶相；

进一步地，所述电阻炉为箱式电阻炉；

进一步地，步骤1中对模具预热至500-800℃备用。

本发明与现有工艺相比的有益效果：

1)Cr₂O₃、TiO₂和Fe₂O₃三相复合晶核剂提高了晶核数量，提高了微晶玻璃的生长指数，促进析晶过程的进行，有效的改善了析晶效果，促使样品的整体析晶，且不会存在晶粒粗大、析晶不完全、缩孔等缺陷；

2)本发明解决了微晶玻璃晶相不稳定和出现多种晶相的问题，促进晶相单一化，利用本发明技术方案制备的微晶玻璃只有2-3种晶相，甚至只有1种晶相，而且主晶相十分明确，为透辉石晶相，同时晶体呈“阶梯式”层状分布，规律而致密，结构整齐，这种晶相相较于硅灰石和钙铝黄长石等CMAS系微晶玻璃的常见晶相来说，具有高强度、高硬度、耐酸碱和耐腐蚀等良好性能；

3)本发明制得的微晶玻璃具有良好的物理化学性能，抗弯强度可达114.74MPa，体积密度为2.770g/cm³,吸水率为0，耐酸碱度为0.085％，远远优于建筑装饰用微晶玻璃和工业微晶玻璃相关国家标准，具有工业推广价值。

附图说明

图1本发明制备工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

本发明采用的具体配料方案如下：按照基础玻璃配方，将36g低钛型高炉渣和分别为3g、8g和1g的Cr₂O₃、TiO₂和Fe₂O₃混合均匀，不足的其他成分以纯物质氧化物配齐，具体含量如表1所示。最终配料总重量为109g。

表1实施例配料方案(单位：克)

本实施例选择熔融法，使用1600℃高温箱式电阻炉进行基础玻璃熔制。具体实验数据和操作方法如下：将混合均匀的配料放入刚玉坩埚，并将坩埚放入箱式电阻炉中升温，以5℃/min的速率升温至920℃以保护炉衬，再以3℃/min的速率升温至1510℃，在炉内保温3.5h，使原料完全熔融，并让气泡消失，同时保证玻璃液不会因为升温过快、反应剧烈而喷溅。

同时，使用另一个1200℃箱式电阻炉，对模具进行预热至550℃备用，以防止基础玻璃在成型过程中因为温差过大而炸裂。

熔制完成后，将样品从高温电阻炉中取出，浇铸到预热好的模具中。并将浇铸好的样品迅速放回高温电阻炉中，进行退火处理，以减少浇铸后的样品在冷却过程中表面与内部冷却速率相差过大而产生较大的热应力。退火处理具体为：将浇铸好的样品迅速放回电阻炉，将电阻炉升温至600℃，保温30min，后随炉冷却，制成基础玻璃。同时，在浇铸前，将少许样品倒入盛有冷水的坩埚中，进行急冷水淬，得到的水淬样品干燥、研磨、过200目筛后进行DSC检测，对结果进行分析和计算，确定核化温度和晶化温度。

根据DSC检测结果，对基础玻璃进行热处理，其中，选择的核化温度比差示扫描量热法DSC检测值降低20℃，晶化温度比DSC检测值升高20℃，核化时间1.3h，晶化时间2.3h，将样品放入电阻炉，经过核化、晶化过程，待随炉冷却至室温后取出，最终制得性能良好的微晶玻璃。