CN105924013B - 以铬铁合金废渣为原料采用全电熔压延工艺生产的微晶玻璃及生产方法 - Google Patents

以铬铁合金废渣为原料采用全电熔压延工艺生产的微晶玻璃及生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以铬铁合金废渣为原料采用全电熔压延工艺生产的微晶玻璃及生产方法，该微晶玻璃的化学成分包括Na2O 4％～6％，Al2O3 3％～5％，SiO2 54.5％～60％，P2O5 0.5％～1％，K2O 7％～10％，CaO 18％～22％，Cr2O3 1％～2％，F 3％～5％。该微晶玻璃采用全电熔压延法生产，产品抗压强度300～500MPa，抗弯强度60～90MPa，密度2.6～2.7g/cm3，莫氏硬度6～7级，吸水率<0.01％，光洁度90～98，耐酸酸碱，放射性检测符合国家A类检测标准。

Description

以铬铁合金废渣为原料采用全电熔压延工艺生产的微晶玻璃 及生产方法
技术领域
本发明的实施方式涉及建筑装饰材料，更具体地，本发明的实施方式涉及一种以铬铁合金废渣为原料采用全电熔压延工艺生产的微晶玻璃及生产方法。
背景技术
微晶玻璃既有玻璃的基本性能，又具有陶瓷的多晶特征，集中了玻璃和陶瓷的特点，成为一类独特的新型材料。以其机械强度高、硬度大、耐磨性能好、耐腐蚀性强，具有良好的化学稳定性和热稳定性，能适应恶劣的环境，近年来在国际上得到了快速的发展。特别是2012年1月国家工信部公布的《十二五新材料产业发展规划》，将压延微晶玻璃列入重点发展的无机非金属新材料目录，对今后压延微晶玻璃在基础新材料领域的应用有重要指导意义。
铬铁合金废渣是冶金企业在生产铬铁合金过程中排放的废渣。一般情况下，高碳铬铁的渣铁比在1:1.3左右，中、低、微碳铬铁的渣铁比在1:3左右，铬铁废渣产生量惊人。
中国专利CN105152536A公开了一种利用铬铁合金渣合成微晶玻璃材料的方法，以质量比为铬铁合金渣30％～50％、废玻璃50％～30％、石灰石10％～20％、纯碱5％～10％、外配萤石5％～10％的原料，采用间断式生产，利用坩埚炉烧铸成型制得以主晶相为透辉石与霞石的微晶玻璃。尽管该方案能够获得微晶玻璃，但由于每一个厂家的废玻璃通常较少，由自己消化，单个厂家的废玻璃难以支撑该技术方案，而由于各个厂家废玻璃成分不同，难以控制，因此无法收购其它厂家的废玻璃用于该技术方案，因此CN105152536A公开的技术方案不能实现工业化生产。
发明内容
为了实现更多种类的工业废弃物综合利用，发展循环经济，尽量使用可资源化利用的原料，实现“变废为宝”，减少环境污染和土地占用，提供一种以铬铁合金废渣为原料采用全电熔压延工艺生产的微晶玻璃及生产方法。
为达到上述目的，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：
一种以铬铁合金废渣为原料采用全电熔压延工艺生产的微晶玻璃，它包括以下化学成分：
Na2O 4％～6％，Al2O3 3％～5％，SiO2 54.5％～60％，P2O5 0.5％～1％，K2O7％～10％，CaO 18％～22％，Cr2O3 1％～2％，F 3％～5％。
根据权利要求1所述的以铬铁合金废渣为原料采用全电熔压延工艺生产的微晶玻璃，其特征在于它包括以下化学成分：
Na2O 4.8％～5.5％，Al2O3 3.8％～4.2％，SiO2 54.5％～57％，P2O5 0.5％～0.6％，K2O 8％～9.5％，CaO 20％～21％，Cr2O3 1.5％～2％，F 4％～5％。
根据权利要求2所述的以铬铁合金废渣为原料采用全电熔压延工艺生产的微晶玻璃，其特征在于它包括以下化学成分：
Na2O 4.95％，Al2O3 3.91％，SiO2 54.5％，P2O5 0.5％，K2O 9.02％，CaO 20.98％，Cr2O3 1.58％，F 4.45％。
根据权利要求2所述的以铬铁合金废渣为原料采用全电熔压延工艺生产的微晶玻璃，其特征在于它包括以下化学成分：
Na2O 5.48％，Al2O3 3.98％，SiO2 55.02％，P2O5 0.51％，K2O 8.46％，CaO20.03％，Cr2O3 1.61％，F 4.52％。
本发明还提供了一种以铬铁合金废渣为原料采用全电熔压延工艺生产微晶玻璃的方法，它包括以下步骤：
(1)按重量比例准备以下原材料：纯碱3％～5％，铬渣53％～56％，磷酸二氢钙0.5％～1％，石英砂25％～27％，氟硅酸钠4％～6％，氢氧化钾8％～10％，氢氧化铝0～0.5％；另外准备上述原材料总重量0.5％～1.5％的硅粉；将硅粉和所有原材料混合均匀后加入1.4％～2％的水，混合3～5min后送至全电熔窑加料仓；
(2)将步骤(1)所得的混合料在1350～1500℃温度下熔化，然后在1400～1450℃温度下澄清和均化，熔化、澄清和均化耗时7.5～8.5h，所得玻璃液经流液洞、上升道进入料道，在此过程中玻璃液降温至1250～1300℃，然后通过压延机压延成形，成形温度为1150～1250℃；
(3)将压延成形的玻璃带经辊道传送至退火窑退火，玻璃带进入退火窑时温度为700～800℃，将其在680～730℃保温10～20min，然后按3～5℃/min的速率降温至580～620℃，接着按7～12℃/min的速率降温至300℃，再经过40～60min冷却至40℃出窑，出窑后进行裁切得到退火板；
(4)将所述退火板送至晶化窑晶化，经40～80min升温至600～660℃，在600～660℃保温30～90min进行核化，再经40～80min升温至880～970℃，在880～970℃保温30～90min进行晶化，最后经90～120min降温至40℃出窑得到晶化板；
(5)将所述晶化板进行表面打磨、抛光，得到微晶玻璃成品。
上述以铬铁合金废渣为原料采用全电熔压延工艺生产微晶玻璃的方法中，所述熔化在主熔化池中进行，主熔化池采用自动加料机进行加料，通过红外线液面仪控制加料。
下面对本发明的技术方案进行进一步的说明。
铬铁废渣的主要成分为CaO、SiO2、MgO、Al2O3、Cr2O3等成分，这些成分基本满足我公司研制的硅碱钙石系统微晶玻璃的要求，而且还可以引入Cr2O3作为晶核剂和着色剂，减少晶核剂和着色剂的用量。同时，在熔制过程中，原料中少量的Cr6+离子被还原为Cr3+离子，通过晶化，Cr3+离子牢固地固定在晶格之中，非常稳定。这样，有效解决了铬铁合金废渣大量堆积造成的大气污染、水体污染及土地占用的问题，同时实现了资源综合利用。本项目以铬渣为主要原料，采用全电熔窑压延法生产微晶玻璃，可有效利用铬渣的有效成分来制备微晶玻璃，实现循环经济，减少环境污染。另一方面增加产品种类，扩大生产规模，满足不同顾客需求，进一步提高市场占有率，进而实现经济效益与技术创新的有机结合。
本发明采用连续式生产方式，所得微晶玻璃的主晶相为硅钙碱石。
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：本发明可用于生产微晶玻璃，同时硅钙碱石是一种高韧性微晶玻璃，其断裂韧性高达4.8～5.2MPa/m2。迄今为止，其它微晶玻璃均不能达到如此高的断裂韧性。产品抗压强度300～500MPa，抗弯强度60～90MPa，密度2.6～2.7g/cm3，莫氏硬度6～7级，吸水率<0.01％，光洁度90～98，耐酸酸碱，放射性检测符合国家A类检测标准。
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，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明以石英砂及铬渣废弃物为主要原料，氢氧化铝(提供Al2O3)、磷酸二氢钙(提供P2O5、CaO)、铬渣(提供CaO、SiO2)、氟硅酸钠(提供F)均可在周边采购，且化学成份较为稳定，生产成本较低。各原料的化学成分(重量百分比)将表1。
表1原料化学成分(％)
另外，本发明还外加0.5％～1.5％的硅粉作为还原剂。
实施例1
1、将表2所述原料准确称量，送入混料机混合。
表2实施例1各原料用量
表2中各原料的总用量为669.43kg。本实施例外加硅粉3.75kg，占表2总质量的0.56％。
将表2中的原料与硅粉在混料机中混合均匀后加入10kg水，再混合4min，得到混合料。
2、将上述混合料送入全电熔窑熔化，全电熔窑分为主熔化池、流液洞、上升道、和料道几部份，采用自动加料机进行加料，通过红外线液面仪控制加料，熔化温度1500℃，熔化好的玻璃在1450℃经澄清和均化后，通过流液洞、上升道进入料道，温度降至1300℃，再进入压延工作池，经压延机压延成形(成形温度1150℃)后进入退火窑。每条生产线采用两台玻璃压延机(一用一备，)压延成形，板材厚度、宽度可根据生产要求进行调节，成形的玻璃带经传送辊道进入退火窑退火。
3、压延后的玻璃板材在退火窑进行退火，进窑温度为730℃，保温18min，按5℃/min降至580℃，按10℃/min降至300℃，再经过60min冷却至40℃出窑，然后进入冷端切割线。冷端切割线按设定要求或客户要求的长度裁切玻璃带，裁切后生成半成品(退火板)，经过渡辊台送至晶化窑晶化。
4、检测合格的退火板进入晶化窑，经60min升温至650℃，在650℃保温45min核化，再经过40min升温至950℃，在950℃保温60min晶化，经过120min降温至40℃出窑，完成晶化过程。成为毛板(晶化板)，检测合格的晶化板经ZDML—16全自动磨机进行打磨、抛光等表面加工，然后入库保存。
本实施例所得微晶玻璃的成分如表3所示。
表3实施例1微晶玻璃化学成分检测结果
成分 SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO Na<sub>2</sub>O K<sub>2</sub>O P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> F Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
比例(％) 54.5 3.91 20.98 4.95 9.02 0.5 4.45 1.58
微晶玻璃中还含有其它微量成分。
本实施例的微晶玻璃抗压强度500MPa，抗弯强度90MPa，密度2.7g/cm3，莫氏硬度7级，吸水率<0.01％，光洁度98，耐酸酸碱，放射性检测符合国家A类检测标准。
实施例2
1、将表4所述原料准确称量，送入混料机混合。
表4实施例2各原料用量
表2中各原料的总用量为674.14kg。本实施例外加硅粉4.1kg，占表2总质量的0.61％。
将表2中的原料与硅粉在混料机中混合均匀后加入10kg水，再混合4min，得到混合料。
2、将上述混合料送入全电熔窑熔化，全电熔窑分为主熔化池、流液洞、上升道、和料道几部份，采用自动加料机进行加料，通过红外线液面仪控制加料，熔化温度1500℃，熔化好的玻璃在1400℃经澄清和均化后，通过流液洞、上升道进入料道，温度降至1250℃，再进入压延工作池，经压延机压延成形(成形温度1200℃)后进入退火窑。
3、压延后的玻璃板材退火窑进行退火，进窑温度为750℃，保温15min，按5℃/min降至580℃，按10℃/min降至300℃，再经过60min冷却至40℃出窑，然后进入冷端切割线。冷端切割线按设定要求或客户要求的长度裁切玻璃带，裁切后生成半成品(退火板)，经过渡辊台送至晶化窑晶化。
4、检测合格的退火板进入晶化窑，经60min升温至650℃，在650℃保温45min核化，再经过40min升温至950℃，在950℃保温60分钟晶化，经过120min降温至40℃出窑，完成晶化过程。成为毛板(晶化板)，送至磨切车间精加工。
本实施例所得微晶玻璃的成分如表5所示。
表5实施例2微晶玻璃化学成分检测结果
成分 SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO Na<sub>2</sub>O K<sub>2</sub>O P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> F Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
比例(％) 55.02 3.98 20.03 5.48 8.46 0.51 4.52 1.61
微晶玻璃中还含有其它微量成分。
本实施例的微晶玻璃抗压强度485MPa，抗弯强度77MPa，密度2.6g/cm3，莫氏硬度7级，吸水率<0.01％，光洁度98，耐酸酸碱，放射性检测符合国家A类检测标准。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (2)

1.一种以铬铁合金废渣为原料采用全电熔压延工艺生产微晶玻璃的方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)按重量比例准备以下原材料：纯碱3％～5％，铬渣53％～56％，磷酸二氢钙0.5％～1％，石英砂25％～27％，氟硅酸钠4％～6％，氢氧化钾8％～10％，氢氧化铝0～0.5％；另外准备上述原材料总重量0.5％～1.5％的硅粉；将硅粉和所有原材料混合均匀后加入1.4％～2％的水，混合3～5min后送至全电熔窑加料仓；
(2)将步骤(1)所得的混合料在1350～1500℃温度下熔化，然后在1400～1450℃温度下澄清和均化，熔化、澄清和均化耗时7.5～8.5h，所得玻璃液经流液洞、上升道进入料道，在此过程中玻璃液降温至1250～1300℃，然后通过压延机压延成形，成形温度为1150～1250℃；
(3)将压延成形的玻璃带经辊道传送至退火窑退火，玻璃带进入退火窑时温度为700～800℃，将其在680～730℃保温10～20min，然后按3～5℃/min的速率降温至580～620℃，接着按7～12℃/min的速率降温至300℃，再经过40～60min冷却至40℃出窑，出窑后进行裁切得到退火板；
(4)将所述退火板送至晶化窑晶化，经40～80min升温至600～660℃，在600～660℃保温30～90min进行核化，再经40～80min升温至880～970℃，在880～970℃保温30～90min进行晶化，最后经90～120min降温至40℃出窑得到晶化板；
(5)将所述晶化板进行表面打磨、抛光，得到微晶玻璃成品，该微晶玻璃包括以下成分：
Na2O 4％～6％，Al2O3 3％～5％，SiO2 54.5％～60％，P2O5 0.5％～1％，K2O 7％～10％，CaO 18％～22％，Cr2O3 1％～2％，F 3％～5％。
2.根据权利要求1所述的以铬铁合金废渣为原料采用全电熔压延工艺生产微晶玻璃的方法，其特征在于所述熔化在主熔化池中进行，主熔化池采用自动加料机进行加料，通过红外线液面仪控制加料。
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