CN102826759A - 一种热态钢渣直接制备铁磁性微晶玻璃的方法 - Google Patents

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张凯
武文斐
李保卫
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Abstract

本发明公开了一种热态钢渣直接制备铁磁性微晶玻璃的方法，包括钢渣熔制基础玻璃和热处理制备铁磁性微晶玻璃步骤。首先将辅料组分制粉混合均匀，在1400-1450℃温度下加热2-4小时，熔融成液体，将热态钢渣倒入辅料熔体中并混合均匀，浇铸到模具内成型，退火，冷却至室温，制成基础玻璃毛坯。对玻璃毛坯进行核化、晶化热处理，当晶化温度达到950℃以上保温后冷却，得到以透灰石和铁氧体为主晶相的磁性微晶玻璃。利用本发明提出的铁磁性微晶玻璃制备方法，既充分利用了热态钢渣所含的大量显热，避免了环境污染，又使渣中的铁得到有效利用。所制备的微晶玻璃具有良好的磁热性和生物活性，产品附加值高。

Description

一种热态钢渣直接制备铁磁性微晶玻璃的方法
 
技术领域
本发明涉及一种热态钢渣直接制备铁磁性微晶玻璃的方法，属于资源综合利用和材料科学技术领域。
背景技术
热态钢渣具有较高的温度（约1500℃）、较多的热能（1758kJ/kg）和大量的铁（10-30 wt%）。传统的处理工艺是利用冷却介质与热态钢渣作用使其淬碎，冷却后得到渣粒。得到冷态钢渣的过程会耗散热态钢渣中的显热，消耗水等物质，造成环境污染。冷态钢渣的利用通常是先回收其中的铁等金属，然后用于农业肥料、胶凝材料、路基材料、建筑材料及微晶玻璃原材料等方面。
微晶玻璃是晶体相和玻璃相均匀分布的新型复合材料。它是通过对加有晶核剂或不加晶核剂的特定组成的玻璃母体进行有控晶化热处理后使玻璃相中析出大量微晶相而制得的。微晶玻璃的性能是由微晶相的种类、晶粒的大小、玻璃相的组成以及它们的相对数量决定的。通过调整基础玻璃成分和生产工艺制度就可以制造出各种预定性能要求的微晶玻璃。
铁磁性微晶玻璃的特点是其结晶相中含有相当数量的Fe3O4，使玻璃具有磁性。其饱和磁化强度(M s)和矫顽力(H c)随着热处理温度的提高先增大而后减小。在外界交变磁场的作用下，Fe3O4产生磁滞损耗而将电磁能转变为热能，可作为热种子材料，用于治疗肿瘤细胞的温热疗法。
采用工业矿渣为原料制备微晶玻璃的专利有很多，如专利号为01144185.2、专利名称为“利用电厂液态渣制备微晶玻璃的工艺方法”的专利中，采用的是烧结工艺，液态渣需要水淬后制粉。申请号为91102237.6、申请名称为“工业熔融炉渣直接制造矿渣微晶玻璃”，和专利号为200810018384.4 、专利名称为“一种利用火电厂液体排渣炉制备烧结型微晶玻璃的方法”的专利，以热态渣为原料直接制备出了微晶玻璃。还有申请号为201010275956.4、申请名称为“一种含铁工业熔渣在线回收铁及制备微晶玻璃熔块的方法”等专利。但是这些专利中要么所采用热态渣含铁量较小，要么是先将铁回收，再制备微晶玻璃熔块。均没有直接利用热态渣中大量的不同价态的铁来直接制备铁磁性微晶玻璃。
采用热态渣制备微晶玻璃的技术还没有见诸报道。
发明内容
本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种热态钢渣直接制备铁磁性微晶玻璃的方法，它利用热态钢渣直接制备铁磁性微晶玻璃高附加值产品，既可充分利用其所含的热量和不同价态的铁，又可避免不必要的物质消耗和废物产生，具有较好的经济效益和环境效益。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种热态钢渣直接制备铁磁性微晶玻璃的方法，其所述方法包括钢渣熔制基础玻璃和热处理制备铁磁性微晶玻璃步骤。
具体地，钢渣熔制基础玻璃步骤为：
（1）首先对热态钢渣的化学成分和所用的各辅料组分进行成分分析，根据玻璃熔体的化学组成，确定钢渣的重量份掺入量为2-5份，辅料或碎玻璃的重量份用量为5-8份；
玻璃熔体中化学成分的重量份配比如下：
55-75份的SiO2，10-15份的Al2O3，15-30份的铁氧化物、其中Fe2+和Fe3+的比值为1：2，10-20份的CaO，5-10%的MgO，2-8%的Na2O+K2O；
（2）将辅料混匀、制粉、在熔渣池内加热熔融成液态；
（3）将含有多价态铁的热态钢渣加入到熔融成液态的辅料中与之混合，均化，得到玻璃熔体；
（4）将玻璃熔体浇铸到预热的金属模具中成型，脱模、退火后制得基础玻璃。
或者，优选的，钢渣熔制基础玻璃步骤为：
将碎玻璃在1400-1450℃温度下加热2-4小时，将其熔融成碎玻璃熔体；
按碎玻璃与热态钢渣的质量比为1:（1.5-3）的比例称取热态钢渣倒入碎玻璃熔体中并与其混合均匀后，浇铸到预热的模具内成型，退火，冷却至室温，制成基础玻璃。
或者，另一优选方案中，钢渣熔制基础玻璃步骤为：
取81.23g的辅料制粉且混合均匀，在1400-1450℃温度下加热2-4小时，将其熔融成辅料熔体；
辅料的配比为：SiO2 49.59g， CaO 8.67g， Al2O3 15.7g， MgO 4.95g， Na2O 2.32g；
取18.68g的热态钢渣将其倒入辅料熔体中并与其混合均匀后，浇铸到预热的模具内成型，退火，冷却至室温，制成基础玻璃。
热处理制备铁磁性微晶玻璃步骤为：
（1）对基础玻璃进行差热分析，根据差热曲线上吸热峰和放热峰对应的温度，确定热处理所需的核化温度和晶化温度；
（2）在保护气氛或还原气氛下对基础玻璃进行核化与晶化热处理，得到含有大量磁铁矿的微晶玻璃。
优选的，热处理制备铁磁性微晶玻璃步骤为：
对基础玻璃进行核化、晶化热处理，当晶化温度达到950-1050℃以上保温后冷却，得到以透灰石和铁氧体为主晶相的磁性微晶玻璃。
本发明不仅充分利用了热态钢渣中所含的物质和热能，而且得到了具有特殊性能的铁磁性微晶玻璃，拓展了产品的种类和使用范围，与普通的微晶玻璃先比，具有更高的附加值。
本发明提出的热态钢渣与辅料的液-液混熔工艺具有操作简便、熔制过程快，均化效果好，设备腐蚀小等优点。易与现有钢铁生产工艺对接。
本发明提出了一条热态钢渣中铁的全新利用方式，省去了热态除铁的繁杂工艺和能量消耗，组分调整一次完成，缩短了工艺流程。通过适当的熔制工艺和热处理工艺，钢渣中的Fe2+和Fe3+大部分转变为微晶玻璃中的磁铁矿相，使热态钢渣中的铁得到了充分利用。
本发明与其它利用熔渣制备微晶玻璃专利的不同在于：
（1）本发明利用的是热态钢渣及其中多价态的铁；
（2）本发明采用的是“基础玻璃熔制”与“晶化热处理”两段法工艺，制备的基础玻璃中同时有Fe2+和Fe3+的存在。
（3）本发明制备的是铁磁性微晶玻璃，具有特殊功能和用途。
（4）本发明采用的液-液混熔工艺能有效保证Fe2+在玻璃熔体中的存在，而且熔制时间短，均化速度快，搅拌强度轻，设备腐蚀小。
因而，本发明利用热态钢渣直接制备铁磁性微晶玻璃高附加值产品，既可充分利用其所含的热量和不同价态的铁，又可避免不必要的物质消耗和废物产生，具有较好的经济效益和环境效益。
具体实施方式
实施例1-3
以碎玻璃为原料，将碎玻璃在1400-1450℃温度下加热2-4小时，将其熔融成碎玻璃熔体；在惰性或还原气氛下与热态钢渣进行混合与均化。均匀熔体经浇铸成型、550 ℃退火2小时后得到基础玻璃。
基础玻璃再经过950-1050 ℃晶化热处理后可得到磁性较强的微晶玻璃。
碎玻璃与热态钢渣的质量比分别为1:1.5，1:2.5，1:3。原料和产品的化学组分分别见表-1，表-2和表-3。
表-1辅料和产品的化学组成（钢渣与废玻璃的质量比为1:1.5）
组分 SiO2 Al2O3 FeT CaO MgO K2O Na2O
钢渣 11.37 2.67 30.75 38.25 10.56    
废玻璃 71.02 0.94 0.27 8.64 4.25 0.3 13.51
微晶玻璃 47.16 1.63 12.46 20.48 6.77 0.18 8.11
表-2辅料和产品的化学组成（钢渣与废玻璃的质量比为1:2.5）
组分 SiO2 Al2O3 FeT CaO MgO K2O Na2O
钢渣 11.37 2.67 30.75 38.25 10.56    
废玻璃 71.02 0.94 0.27 8.64 4.25 0.3 13.51
微晶玻璃 53.98 1.43 8.98 17.1 6.05 0.21 9.65
表-3辅料和产品的化学组成（钢渣与废玻璃的质量比为1:3）
组分 SiO2 Al2O3 TFe CaO MgO K2O Na2O
钢渣 11.37 2.67 30.75 38.25 10.56    
废玻璃 71.02 0.94 0.27 8.64 4.25 0.3 13.51
微晶玻璃 56.11 1.37 7.89 16.04 5.83 0.23 10.13
实施例4
取81.23g的辅料制粉且混合均匀，在1400-1450℃温度下加热2-4小时，将其熔融成辅料熔体；
辅料的配比为：SiO2 49.59g，CaO 8.67g，Al2O3 15.7g，MgO 4.95g， Na2O 2.32g；
取18.68g的热态钢渣将其倒入辅料熔体中并与其混合均匀后，浇铸到预热的模具内成型，退火，冷却至室温，制成基础玻璃。
基础玻璃再经过950-1050 ℃晶化热处理后可得到磁性较强的微晶玻璃。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种热态钢渣直接制备铁磁性微晶玻璃的方法，其特征在于，所述方法包括钢渣熔制基础玻璃和热处理制备铁磁性微晶玻璃步骤。
2.如权利要求1所述的热态钢渣直接制备铁磁性微晶玻璃的方法，其特征在于，钢渣熔制基础玻璃步骤为：
（1）首先对热态钢渣的化学成分和所用的各辅料组分进行成分分析，根据玻璃熔体的化学组成，确定钢渣的重量份掺入量为2-5份，辅料或碎玻璃的重量份用量为5-8份；
玻璃熔体中化学成分的重量份配比如下：
55-75份的SiO2，10-15份的Al2O3，15-30份的铁氧化物、其中Fe2+和Fe3+的比值为1：2，10-20份的CaO，5-10%的MgO，2-8%的Na2O+K2O；
（2）将辅料混匀、制粉、在熔渣池内加热熔融成液态；
（3）将含有多价态铁的热态钢渣加入到熔融成液态的辅料中与之混合，均化，得到玻璃熔体；
（4）将玻璃熔体浇铸到预热的金属模具中成型，脱模、退火后制得基础玻璃。
3.如权利要求2所述的热态钢渣直接制备铁磁性微晶玻璃的方法，其特征在于，钢渣熔制基础玻璃步骤为：
将碎玻璃在1400-1450℃温度下加热2-4小时，将其熔融成碎玻璃熔体；
按碎玻璃与热态钢渣的质量比为1:（1.5-3）的比例称取热态钢渣倒入碎玻璃熔体中并与其混合均匀后，浇铸到预热的模具内成型，退火，冷却至室温，制成基础玻璃。
4.如权利要求2所述的热态钢渣直接制备铁磁性微晶玻璃的方法，其特征在于，钢渣熔制基础玻璃步骤为：
取81.23g的辅料制粉且混合均匀，在1400-1450℃温度下加热2-4小时，将其熔融成辅料熔体；
辅料的配比为：SiO2 49.59g， CaO 8.67g， Al2O3 15.7g， MgO 4.95g， Na2O 2.32g；
取18.68g的热态钢渣将其倒入辅料熔体中并与其混合均匀后，浇铸到预热的模具内成型，退火，冷却至室温，制成基础玻璃。
5.如权利要求2-4之任一所述的热态钢渣直接制备铁磁性微晶玻璃的方法，其特征在于，热处理制备铁磁性微晶玻璃步骤为：
（1）对基础玻璃进行差热分析，根据差热曲线上吸热峰和放热峰对应的温度，确定热处理所需的核化温度和晶化温度；
（2）在保护气氛或还原气氛下对基础玻璃进行核化与晶化热处理，得到含有大量磁铁矿的微晶玻璃。
6.如权利要求5所述的热态钢渣直接制备铁磁性微晶玻璃的方法，其特征在于，热处理制备铁磁性微晶玻璃步骤为：
对基础玻璃进行核化、晶化热处理，当晶化温度达到950-1050℃保温后冷却，得到以透灰石和铁氧体为主晶相的磁性微晶玻璃。
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