CN105330146B - 利用高炉渣制备可雕刻微晶玻璃的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用高炉渣制备可雕刻微晶玻璃的方法。其原料按重量份数计如下：高炉渣粉42‑48份，石英砂6‑8份，氧化铝2‑4份，石灰石6‑10份，纯碱2‑4份，碳酸钾8‑12份，氟硅酸钠5‑8份，碳酸钡1‑3份，氟化钙1‑2份，二氧化锆0.5‑1份；所述原料混合得到配合料；1480‑1550℃下保温12‑16h得到熔体；熔体流入槽型耐热钢成模具中，成型后切割成为玻璃坯料；装入耐火材料模具进行微晶化处理，包括核化、晶化两个阶段退火、冷却至100℃以下，即得。本发明所制备的可雕刻微晶玻璃具有密度和强度大的特点，密度为2.8‑2.9g/cm3，抗折强度高达70‑120MPa。

Description

利用高炉渣制备可雕刻微晶玻璃的方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种利用高炉渣制备可雕刻微晶玻璃的方法。
背景技术
城市雕塑主要是用于城市的装饰和美化。它的出现使城市的景观增加，丰富了城市居民的精神享受。作为城市的组成部分，城市雕塑一般建立在城市的公共场所，既可以单独存在，又可与建筑物结合在一起。在雕塑的材料上有石材、水泥、铜雕及其他金属材料。各种材料的城市雕塑在材质上、文化渲染上、装饰效果上、雕塑的材料成本上，以及材料对环境的友好性上千差万别。石材作为天然材料其加工性好，但在开采过程中会造成巨大的生态环境破坏。雕塑材料在可加工性和环境友好方面已经显示的非常重要。
微晶玻璃是一类既有玻璃性能，又具有陶瓷性能的复合材料。就其微观结构而言是指以玻璃为基体的含有微米或纳米晶体的复合材料，是一种近乎理想的均匀多晶材料。微晶玻璃在机械强度、表面硬度、热膨胀系数、化学稳定性等诸多方面显示出优异的性能。
通过组分设计微晶玻璃可以实现其可切削性能。目前可加工微晶玻璃是以合成云母为主晶相的云母微晶玻璃，可以用对金属加工的工具和器械对其进行钻孔、车削、铣削、攻丝等加工并获得精密尺寸的陶瓷材料。该材料具备了良好的加工性能、真空性能、电绝缘特性及耐热冲击、耐化学腐蚀等优良性能。其产品也主要用于各类化工设备中作为密封件材料。
高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排出的废物，当炉温达到1400—1600℃时，炉料熔融，矿石中的脉石、焦炭中的灰分和助溶剂和其他不能进入生铁中的杂质形成以硅酸盐和铝酸盐为主浮在铁水上面的熔渣。高炉渣中主要成分为CaO、SiO2、Al2O3。高炉渣一种工业固体废物。每炼1吨铁排出0.3吨左右的渣，矿石品位越低，排渣量越大。
据统计，我国渣场堆积的高炉渣约1亿吨。如果不加以资源化处理，不但是可利用资源的极大浪费，日积月累势必造成占地侵田、污染环境等一系列严重问题。因此，高炉渣资源化既可以变废为宝，又可以减少环境的污染、土地的占用等，从而达到经济效益与社会效益双赢的局面。
发明内容
本发明目的在于提供一种利用高炉渣制备可雕刻微晶玻璃的方法，制备的高性能微晶玻璃具有可雕刻的性能，主要用于雕刻材料，以取代一部分天然石材。
为达到上述方案，采用技术方案如下：
利用高炉渣制备可雕刻微晶玻璃的方法，包括以下步骤：
1)其原料按重量份数计如下：高炉渣粉42-48份，石英砂6-8份，氧化铝2-4份，石灰石6-10份，纯碱2-4份，碳酸钾8-12份，氟硅酸钠5-8份，碳酸钡1-3份，氟化钙1-2份，二氧化锆0.5-1份；所述原料混合得到配合料；1480-1550℃下保温12-16h得到熔体；
2)将熔体引入供料槽，微冷后导入料碗并形成料股，料股连续流入槽型耐热钢成模具中，通过模具定型后，利用网带退火窑对连续的玻璃坯体进行退火冷却，切割成为玻璃坯料；
3)将玻璃坯料的表面喷涂氢氧化铝粉后铺装入耐火材料模具中，进行微晶化处理，包括核化、晶化两个阶段；然后以2-5℃/分钟的降温速率退火、冷却至100℃以下，即得到了可雕刻微晶玻璃坯体材料。
按上述方案，所述核化、晶化两个阶段即从室温升温至核化温度700-760℃，升温速率为4-6℃/分钟并保温2-3h；再由核化温度升温至晶化温度980-1050℃，升温速率为2-4℃/分钟并保温4-10h。
按上述方案，其原料按重量份数计如下：高炉渣粉44份，石英砂7份，氧化铝3份，石灰石8份，纯碱3份，碳酸钾10份，氟硅酸钠7份，碳酸钡2份，氟化钙1份，二氧化锆1份。
本发明的有益效果在于：
本发明所制备的可雕刻微晶玻璃具有密度和强度大的特点，密度为2.8-2.9g/cm3，抗折强度高达70-120MPa。
高炉渣资源化既可以变废为宝，又可以减少环境的污染、土地的占用等，从而达到经济效益与社会效益双赢的局面。
附图说明
图1：实施例2所得可雕刻微晶玻璃坯体材料的微观结构图。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
利用X Axios advanced X射线荧光光谱仪对本实施方案中高炉渣的化学成分进行分析，氧化物成分见表1。
表1
氧化物成分 含量(wt％)
SiO2 34.71
Al2O3 15.46
Fe2O3 1.09
CaO 33.38
MgO 9.64
K2O 1.41
Na2O 2.11
TiO2 1.42
MnO 0.78
合计 100
以上成分全部可以为制备可雕刻微晶玻璃坯体材料时所利用。
实施例1
(1)基础玻璃配方：一种以高炉渣为主原料的可雕刻微晶玻璃，按重量份数计其原料如下：高炉渣粉42份，石英砂6份，氧化铝2份，石灰石6份，纯碱4份，碳酸钾12份，氟硅酸钠5份，碳酸钡1份，氟化钙2份，二氧化锆0.5份，其中晶核剂为氟化钙和二氧化锆。
(2)基础玻璃配合料的制备：按(1)中重量份数称取各原料，称量好后放入混合机中，混合10分钟，即可制得混合均配合料。
(3)配合料的熔化：用电熔窑将步骤(1)中所得的配合料熔化成熔体，熔化条件为：熔化温度1480℃，保温12小时。
(4)玻璃坯体的制备：将高温熔化的熔体引入供料槽，微冷后导入料碗并形成料股，料股连续流入槽型耐热钢成模具中，通过模具定型后，利用网带退火窑对连续的玻璃坯体进行退火冷却。在退火窑的尾部将玻璃坯体切割成一定长度的坯料。
(5)玻璃坯料的晶化与退火：将玻璃坯体的表面喷涂上氢氧化铝粉后铺装入耐火材料模具中，晶化炉为电加热炉。微晶化过程包括核化和晶化两个阶段，从室温至核化温度700℃，升温速率为4℃/分钟并保温2小时；由核化温度至晶化温度980℃，升温速率为2℃/分钟并保温10小时；然后以2℃/分钟的降温速率退火、冷却至100℃以下。即得到了可以雕刻的微晶玻璃坯体材料。
本发明所制备的密度和强度大的特点，密度为2.8g/cm3，抗折强度高达70MPa。
实施例2
(1)基础玻璃配方：一种以高炉渣为主原料的可雕刻微晶玻璃，按重量份数计其原料如下：高炉渣粉44份，石英砂7份，氧化铝3份，石灰石8份，纯碱3份，碳酸钾10份，氟硅酸钠7份，碳酸钡2份，氟化钙1份，二氧化锆1份，其中晶核剂为氟化钙和二氧化锆。
(2)基础玻璃配合料的制备：按(1)中重量份数称取各原料，称量好后放入混合机中，混合12分钟，即可制得混合均配合料。
(3)配合料的熔化：用电熔窑将步骤(1)中所得的配合料熔化成熔体，熔化条件为：熔化温度1510℃，保温14小时。
(4)玻璃坯体的制备：将高温熔化的熔体引入供料槽，微冷后导入料碗并形成料股，料股连续流入槽型耐热钢成模具中，通过模具定型后，利用网带退火窑对连续的玻璃坯体进行退火冷却。在退火窑的尾部将玻璃坯体切割成一定长度的坯料。
(5)玻璃坯料的晶化与退火：将玻璃坯体的表面喷涂上氢氧化铝粉后铺装入耐火材料模具中，晶化炉为电加热炉。微晶化过程包括核化和晶化两个阶段，从室温至核化温度730℃，升温速率为5℃/分钟并保温3小时；由核化温度至晶化温度1020℃，升温速率为3℃/分钟并保温7小时；然后以3℃/分钟的降温速率退火、冷却至100℃以下。即得到了可以雕刻的微晶玻璃坯体材料。
本发明所制备的密度和强度大的特点，密度为2.85g/cm3，抗折强度高达95MPa。所得微晶玻璃坯体材料见图1所示。
实施例3
(1)基础玻璃配方：一种以高炉渣为主原料的可雕刻微晶玻璃，按重量份数计其原料如下：高炉渣粉48份，石英砂6份，氧化铝2份，石灰石10份，纯碱2份，碳酸钾12份，氟硅酸钠8份，碳酸钡1份，氟化钙1份，二氧化锆1份，其中晶核剂为氟化钙和二氧化锆。
(2)基础玻璃配合料的制备：按(1)中重量份数称取各原料，称量好后放入混合机中，混合15分钟，即可制得混合均配合料。
(3)配合料的熔化：用电熔窑将步骤(1)中所得的配合料熔化成熔体，熔化条件为：熔化温度1550℃，保温16小时。
(4)玻璃坯体的制备：将高温熔化的熔体引入供料槽，微冷后导入料碗并形成料股，料股连续流入槽型耐热钢成模具中，通过模具定型后，利用网带退火窑对连续的玻璃坯体进行退火冷却。在退火窑的尾部将玻璃坯体切割成一定长度的坯料。
(5)玻璃坯料的晶化与退火：将玻璃坯体的表面喷涂上氢氧化铝粉后铺装入耐火材料模具中，晶化炉为电加热炉。微晶化过程包括核化和晶化两个阶段，从室温至核化温度760℃，升温速率为6℃/分钟并保温2小时；由核化温度至晶化温度1050℃，升温速率为4℃/分钟并保温10小时；然后以5℃/分钟的降温速率退火、冷却至100℃以下。即得到了可以雕刻的微晶玻璃坯体材料。
本发明所制备的密度和强度大的特点，密度为2.9g/cm3，抗折强度高达120MPa。

Claims (3)

1.利用高炉渣制备可雕刻微晶玻璃的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)其原料按重量份数计如下：高炉渣粉42-48份，石英砂6-8份，氧化铝2-4份，石灰石6-10份，纯碱2-4份，碳酸钾8-12份，氟硅酸钠5-8份，碳酸钡1-3份，氟化钙1-2份，二氧化锆0.5-1份；所述原料混合得到配合料；1480-1550℃下保温12-16h得到熔体；
2)将熔体引入供料槽，微冷后导入料碗并形成料股，料股连续流入耐热钢槽型模具中，通过模具定型后形成连续的玻璃坯体，利用网带退火窑对连续的玻璃坯体进行退火冷却，切割成为玻璃坯料；
3)将玻璃坯料的表面喷涂氢氧化铝粉后铺装入耐火材料模具中，进行微晶化处理，包括核化、晶化两个阶段；然后以2-5℃/分钟的降温速率退火、冷却至100℃以下，即得到了可雕刻微晶玻璃坯体材料。
2.如权利要求1所述利用高炉渣制备可雕刻微晶玻璃的方法，其特征在于所述核化、晶化两个阶段即从室温升温至核化温度700-760℃，升温速率为4-6℃/分钟并保温2-3h；再由核化温度升温至晶化温度980-1050℃，升温速率为2-4℃/分钟并保温4-10h。
3.如权利要求1所述利用高炉渣制备可雕刻微晶玻璃的方法，其特征在于原料按重量份数计如下：高炉渣粉44份，石英砂7份，氧化铝3份，石灰石8份，纯碱3份，碳酸钾10份，氟硅酸钠7份，碳酸钡2份，氟化钙1份，二氧化锆1份。
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