一种耐磨耐蚀微晶玻璃的制备方法技术

一种耐磨耐蚀微晶玻璃的制备方法，步骤：按质量百分比配料：粉煤灰25～60％，高炉冶炼渣20～40％，精炼渣15～35％；将料球磨混料10～200min；置于高温炉中熔化，熔化温度为1450～1550℃，保温时间60～150min；将熔制好的玻璃液浇注至高速旋转的转盘中，通过离心粒化作用，并在压缩空气作用下完成显热回收和玻璃颗粒制备；将玻璃颗粒研磨成粒度不大于200目的玻璃粉末，在70～150MPa压力下压制成型；将压制成型的玻璃样品放入高温马弗炉中分步升温，完成晶化和烧结后冷却；打磨抛光。本发明专利技术以高炉冶炼渣、粉煤灰、精炼渣为原料进行制备，原料成本低，减少自然资源的开采；采用转盘法结合压缩空气进行制备，工艺简单，能源利用率高且能耗低的特点，同时能减少有害气体的排放，降低环境负荷。

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨耐蚀微晶玻璃的制备方法
本专利技术属于固体废弃物资源再循环利用
，具体涉及一种利用高炉冶炼渣、粉煤灰、精炼渣为原料，制备耐磨耐蚀微晶玻璃的工艺。
技术介绍
在钢铁行业中，普遍利用水作为冷却介质对冶炼废渣进行处理。水作为冷却介质能够实现冶金废渣快速冷却，得到较高含量的玻璃相颗粒，增加其附加值。但是，采用此工艺不仅浪费大量的水资源，且冶金废渣储存的高品质显热得不到有效的回收利用，同时会产生SO2、H2S等气体，污染环境。因此，以转盘法为代表性的急冷干式粒化法处理冶炼渣成为当前工业化应用的趋势。此外，随着人们生活质量的不断提高，热电厂取代了高能耗高污染的锅炉。但是大量的粉煤灰又成了热电行业新的污染物。各类堆积的固体废弃物不仅占用土地、污染环境而且具有安全隐患。另一方面，在化工、冶金、核电、矿山、建筑、制药等行业，耐磨耐蚀型产品有着广泛的应用。尤其，在输送含固体颗粒的腐蚀性液体等腐蚀与磨损共存工况下运行的各种产品，需求巨大。与此对应地，每年由材料腐蚀失效造成的直接、间接经济损失占全国GDP的2％～4％。由于常用的金属内衬管道易受到化学腐蚀和机械磨损，而传统无机非金属材料和聚合物材料内衬的复合管，作为结构材料在工程构件应用时常常由于抗冲击性能较差而过早失效。因此，研究开发新一代防磨耐蚀型复合材料具有显著的社会经济效益。微晶玻璃，是将特定组成的基础玻璃，在加热过程中通过控制晶化而制得的一类含有大量微晶相及玻璃相的多晶固体材料。根据组成和性能不同，微晶玻璃可以分为不同体系。其中，CaO-MgO-SiO2-Al2O3系微晶玻璃具有抗弯、抗压和抗冲击性能优良、化学稳定性好、耐磨耐蚀性强等是传统防腐耐磨材料重要的替代品。而高炉冶炼渣、粉煤灰、精炼渣的主要成分皆为Ca、Mg、Al、Si的氧化物，是构成微晶玻璃的重要原料。且精炼渣富含稀土、萤石。能够作为微晶玻璃的复合晶核剂，从而改善微晶玻璃的整体性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种耐磨耐蚀微晶玻璃的制备方法，以高炉冶炼渣、粉煤灰、精炼渣为原料进行制备，采用转盘法结合压缩空气进行制备，具有原料成本低、工艺简单、能源利用率高且能耗低的特点，同时能减少有害气体的排放，降低环境负荷。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种耐磨耐蚀微晶玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)以高炉冶炼渣、粉煤灰、精炼渣为原料，根据微晶玻璃的化学组成进行配料：粉煤灰25～60％，高炉冶炼渣20～40％，精炼渣15～35％，上述百分比为质量百分比；2)混料：将上述配好的原料置于高能球磨机中球磨混料10～200min；3)熔制：将球磨后的粉料放入坩埚，置于高温炉中熔化，熔化温度为1450～1550℃，保温时间60～150min；4)转盘粒化：将熔制好的玻璃液浇注至高速旋转的转盘中，通过离心粒化作用，利用压缩空气作为换热媒介回收玻璃颗粒热量，得到富含CaO-MgO-SiO2-Al2O3系玻璃颗粒；5)成型：将玻璃颗粒在球磨机中研磨成粒度不大于200目的玻璃粉末，并将研磨后的玻璃粉末装入模具中，在70～150MPa压力下压制成型；6)晶化和烧结：将压制成型的玻璃样品放入高温马弗炉中，先以3～8℃/min的升温速度升温到300～400℃，然后以8～20℃/min的升温速率升温至750～810℃，在此温度下保温30～120min；然后以5～10℃/min的升温速率加热到850～950℃，并保温30～120min，完成晶化和烧结后，随炉冷却；7)打磨抛光：对随炉冷却得到的微晶玻璃进行打磨、抛光制备成最终的微晶玻璃产品。作为改进，所述最终的微晶玻璃的化学组成为：SiO2:45～60％，CaO：10～20％，MgO：8～10％，Al2O3：6～18％，CaF2：2～8％，CeO2：0.5～2％，K2O：0.5～1.5％，Na2O：0.5～1.5％，TiO2：1～2％，Cr2O3：0.4～1％，上述百分比为质量百分比。作为改进，所述步骤1)中精炼渣来自于冶炼电渣重熔钢。作为改进，所述步骤1)中高炉冶炼渣、粉煤灰、精炼渣经步骤2)球磨后粉末的粒度不大于200目。再改进，所述步骤4)中转盘的材质采用耐热钢，转盘的转速为500～2500rpm，转盘的直径为100～500mm。再改进，所述步骤4)中压缩空气的压力为0.6～0.8MPa。进一步改进，所述步骤4)制得的玻璃颗粒中玻璃相含量为97～99％，粒度分布在0.1～0.5mm。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、以高炉冶炼渣、粉煤灰、精炼渣作为主要原料制备耐磨耐蚀微晶玻璃，能够大量消化固体废弃物，大大降低微晶玻璃的成本，制得的产品能够广泛应用于化工、冶金、建筑、核电、矿山、制药等传统行业，替代采用自然资源制备的同类产品，减少自然资源的开采；2、采用转盘法结合压缩空气急冷处理玻璃熔液，能够有效回收微晶玻璃生产过程中排放的高品质显热，提高能源利用率，减少SO2、H2S等有害气体的排放，降低环境负荷。制得的玻璃颗粒无需干燥，能够直接用于制备微晶玻璃产品，减少了能源消耗；3、精炼渣不仅含有制备微晶玻璃的主要化学成分，且富含且精炼渣富含稀土、萤石，能够作为微晶玻璃的复合晶核剂，促进微晶玻璃的析晶，从而提高微晶玻璃的整体性能。附图说明图1是本专利技术的转盘法结合压缩空气制备玻璃颗粒的原理示意图；图2是本专利技术的工艺流程图。具体实施方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例1本实施例的微晶玻璃的制备工艺，步骤如下：1、配料：按重量比配料：粉煤灰50％，高炉冶炼渣35％，精炼渣15％进行配料。2、混料：将按重量配比称重的原料采用高性能球磨机混合，混料时间为50min；3、熔融：将上述球磨后的粉料入坩埚，置于高温炉中熔化，熔化温度为1450℃，保温时间150min。4、转盘粒化：将玻璃熔液浇注至转速为1500rpm，直径为200mm的转盘进行离心粒化，并在0.6MPa的压缩空气作用下完成显热回收和玻璃颗粒制备；所得的玻璃颗粒玻璃相含量为97％，粒度分布在0.3～0.5mm；转盘粒化过程的原理如图1所示；5、成型：将玻璃颗粒置于高性能球磨机球磨至过200目筛，并将研磨后的玻璃粉末装入模具中，在80MPa压力下成型；6、晶化与烧结：将压制成型的玻璃样品置于马弗炉内，先以3℃/min的升温速度到300℃，然后以8℃/min的升温速率升温至750℃，在此温度下保温60min；然后以5℃/min的升温速率加热到850℃，并保温60min，完成晶化和烧结后，随炉冷却至室温，并对微晶玻璃样品进行打磨、抛光。上述工艺条件下得到的微晶玻璃性能指标为：硬度1050HV，抗折强度123MPa，体积密度2.65g/cm3，在硫酸溶液中的耐酸性为96.8％，在氢氧化钠溶液中的耐碱性为98.5％，实验中的硫酸溶液和氢氧化钠溶液浓度为1％体积浓度。实施例2：本实施例的微晶玻璃的制备工艺，步骤如下：1、配料：按重量比配料：粉煤灰55％，高炉冶炼渣25％，精炼渣20％进行配料；2、混料：将按重量配比称重的原料采用高性能球磨机混合，混料时间为80min；3、熔融：将上述球磨后的粉料入坩埚，置于高温炉中熔化，熔化温度为1500℃，保温时间120min；4、转盘粒化：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐磨耐蚀微晶玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)以高炉冶炼渣、粉煤灰、精炼渣为原料，根据微晶玻璃的化学组成进行配料：粉煤灰25～60％，高炉冶炼渣20～40％，精炼渣15～35％，上述百分比为质量百分比；2)混料：将上述配好的原料置于高能球磨机中球磨混料10～200min；3)熔制：将球磨后的粉料放入坩埚，置于高温炉中熔化，熔化温度为1450～1550℃，保温时间60～150min；4)转盘粒化：将熔制好的玻璃液浇注至高速旋转的转盘中，通过离心粒化作用，并在压缩空气作用下完成显热回收和玻璃颗粒制备，得到富含CaO‑MgO‑SiO2‑Al2O3系玻璃相的玻璃颗粒；5)成型：将玻璃颗粒在球磨机中研磨成粒度不大于200目的玻璃粉末，并将研磨后的玻璃粉末装入模具中，在70～150MPa压力下压制成型；6)晶化和烧结：将压制成型的玻璃样品放入高温马弗炉中，先以3～8℃/min的升温速度升温到300～400℃，然后以8～20℃/min的升温速率升温至750～810℃，在此温度下保温30～120min；然后以5～10℃/min的升温速率加热到850～950℃，并保温30～120min，完成晶化和烧结后，随炉冷却；7)打磨抛光：对随炉冷却得到的微晶玻璃进行打磨、抛光制备成最终的微晶玻璃产品。...

【技术特征摘要】
1.一种耐磨耐蚀微晶玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)以高炉冶炼渣、粉煤灰、精炼渣为原料，根据微晶玻璃的化学组成进行配料：粉煤灰25～60％，高炉冶炼渣20～40％，精炼渣15～35％，上述百分比为质量百分比；所述步骤1)中精炼渣是来自于冶炼电渣重熔钢；2)混料：将上述配好的原料置于高能球磨机中球磨混料10～200min；3)熔制：将球磨后的粉料放入坩埚，置于高温炉中熔化，熔化温度为1450～1550℃，保温时间60～150min；4)转盘粒化：将熔制好的玻璃液浇注至高速旋转的转盘中，通过离心粒化作用，并在压缩空气作用下完成显热回收和玻璃颗粒制备，得到富含CaO-MgO-SiO2-Al2O3系玻璃相的玻璃颗粒；5)成型：将玻璃颗粒在球磨机中研磨成粒度不大于200目的玻璃粉末，并将研磨后的玻璃粉末装入模具中，在70～150MPa压力下压制成型；6)晶化和烧结：将压制成型的玻璃样品放入高温马弗炉中，先以3～8℃/min的升温速度升温到300～400℃，然后以8～20℃/min的升温速率升温至750～810℃，在此温度下保温30～120min；然后以5～10℃/min的升温速率加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐啸雄，韦航标，蔡波，杨阳，胡俊，胡士廉，田雨江，岑一鸣，李经纬，王炳磊，宗铎，
申请(专利权)人：中国兵器科学研究院宁波分院，
类型：发明
国别省市：浙江;33