用钢铁工业废渣制备高耐磨微晶陶瓷.docxVIP

微晶陶瓷★肖汉宁彭文琴高荣华高纪明李启绩(湖南大学化学化工学院长沙·410082)摘要钢铁工业废渣量犬面广，如何再生利用是国家环境保护和可持续发展战略的要求。通过对材料组成和结构的 设计，获得了高炉矿渣和钢渣用量为55％一60％、抗弯强度大于300MPa、显微硬度达12GPa、耐磨性比耐磨钢高26倍 的微晶陶瓷。探讨了晶耪剂的种类和用量及微晶化工艺条件对钢铁废渣微晶内瓷的结构和性能的影响。研究表明：ZrO：、Cr：O，是最有效的晶核剂．在一定工艺条件下所制备的微晶陶瓷的晶相含量可达90％以上，晶粒大小仅0．1扯03pm．多为等轴柱状晶，以辉石类为主晶相。该嫩晶陶瓷价格低、性能好，是一种有广泛应用前景的新型耐磨材料。关键词工业废渣微晶陶瓷耐磨材料晶核剂徽晶化工艺状的玻璃坯件，然后进行微晶化处理以制备具有高 耐磨性的微晶陶瓷，用作耐磨结构材料，是一项集随着我国钢铁工业盯不断发展，为满足冶金化新材料研制和废渣利用、环境保护于一体的具有显学反应和清除杂质而加人的各种矿化剂以及钢铁著社会经济效益及推广应用价值的课题，也是冶金熔体对炉体耐火材料的：溶蚀而形成的废渣的排出行业急待勰决的一大难题。量也在同步增长。在我斟钢产量达到1亿吨，迈人 世界钢铁大国的同时，烁铁高炉矿渣和炼钢钢渣的2实验年排放量也超过4000万吨。目前。这些矿渣作为资源的再生利用，高炉矿渣的利用率约60％，主要用先将钢铁工业的高炉矿渣和钢渣粉碎至60目于制造水泥等低附加值的建筑材料，而钢渣的利用以上粒度，与其它矿物原料和总量少于6％的晶核率还不到10％。因此，羲：高钢铁工业废渣的利用率剂(ZrO：和cnO，)混合均匀，装入高铝质陶瓷坩埚和附加值，降低对环境酐；污染已愈来愈引起人们的内于1350℃一1450℃下熔融1h，均化后用玻璃成关注。型工艺浇注试片或试件(玻璃质非晶态成形体)。试钢铁废渣的主要成份为SiO。、AI：0，、CaO、MgO样经700℃退火后在一定温度下(760℃一960℃)进等，是构成玻璃和陶瓷的重要组成。七十年代中后行核化和晶化，以获得品粒细小且结构均匀的微晶期，在前苏联及欧美、日一枉等发达国家，开展了以冶陶瓷。将微晶陶瓷研磨加工后，用排水法测定体积金矿渣为主要原料的矿菠微晶陶瓷的研究“+“，并密度；用压痕法测定显微硬度；用三点弯曲法测定在建筑、冶金、化工等]业部门开始获得应用。我抗弯强度。耐磨性在MHK一500环一块磨损试验国的这一研究始于八十{}-代，先后报道了以高炉矿机上进行。试样的磨损率由经10min千磨损后试样渣、钢渣和锑炉渣等矿西为主要原料的微晶陶瓷的的磨损量与试环(GCrl5钢)的磨损量之比来表示。研究o“，所得材料的而磨、耐腐蚀性优良，可望在用差热分析(DTA)、X射线衍射(XRD)、电子显徽冶金、化工、机械、建材、能源等领域作为耐磨、耐腐镜(SEbl)等现代测试分析手段研究玻璃徽晶化的蚀材料应用。本文以钢钐：工业的高炉矿渣和钢渣为物理化学过程及微晶陶瓷的结构和性能。主要原料，采用玻璃的制备工艺技术先获得所需形’国家自然科学基金(597720·7)及湖南省中青年基金资助项目～—!堕煎王堡撞型》!!!!生!!旦3结果及分析在不同核化和晶化条件下微晶陶瓷的SEN照片如图3所示。在760C核化的试样，晶核数相对用钢铁废渣配制的玻璃的DTA曲线如图1所较少，即使在880℃下晶化，其晶粒也较大，可达示。玻璃的转变温度为710℃，晶化温度为980℃左0．2p,m(图3(a))。随着核化温度的提高，玻璃的成右。试验结果表明，当退火温度低于650％时，玻璃核速度增加，较易形成均匀稳定的纳米晶核，在容易出现炸裂，退火温度超过750℃时，玻璃表面已840C核化并在880℃晶化的试样，其晶粒尺寸小于失去光泽，即产生了核化作用。因此，确定玻璃的退100nm，是一种较理想的原位生成纳米晶材料．如火温度为700℃．核化温度为7600C～840℃，晶化图3(e)所示。当晶化温度从8400C提高到9600C时，温度为880℃～960℃。品粒的长大也非常明显，特别是小晶粒的长大更为 明显。比较图3(e)和图3(f)可发现，虽然晶化温度仅提高80℃，但晶粒长大了近10倍!后者呈现出近 于定向排列的柱状晶簇，短径约0．2“m，长度多在1扯m左右。温度／℃ 图1钢铁废渣玻璃的DTA曲线在不同核化和晶化工艺条件下所得微晶陶瓷 的性能如表1所示，试样的核化和晶化时间分别为20／(。)60min和30min。在所试验的核化和晶化条件下，所a)840℃核化后(b)8406C核化880％晶化有试样均能较快地晶化。图2的XRD结果表明，经(e)840℃核化960℃品化840℃核化后，试样已基本微晶化，所生成的晶相图2微晶陶瓷的XRD图谱与晶化的试样基本相同。经880℃晶化和960cc晶化后