高炉熔渣直接纤维化矿渣棉的性能研究

以酸度系数为1.25的调质高炉渣为原料在实验室进行了四辊离心法制备矿渣棉试验。对所得矿渣棉表观形貌及直径、渣球含量及吸水率、矿相及析晶温度进行分析。结果表明:矿渣棉表面呈光滑的圆柱状,其直径、渣球含量和吸水率分别为4.9μm、3.76%和0.73%,均符合国标要求;矿渣棉的玻璃化程度较高,除极少量钙铝黄长石(Ca[Al(AlSi)O_7])和钙镁黄长石(Ca_2MgSi_2O_7)外,析晶几乎为零,其析晶温度在882℃左右。     

调质熔渣制备矿渣棉及棉板的中试研究

作者开发了一套电弧炉熔渣调制试验平台,以调质高炉渣为原料,用离心成纤法制备矿渣棉及棉板的中试研究.对矿渣棉及棉板的性能进行了分析.结果表明:在此平台上制备出的矿渣棉具有光滑呈圆柱状的表面、直径与渣球含量均符合国标要求,其直径与渣球含量均随酸度系数的增大呈增大趋势;矿渣棉板各项性能均符合高炉渣纤维板的指标值.该项技术不仅解决了高炉熔渣显热利用途径,同时提高了高炉渣的高附加值,为钢铁企业高炉渣余热利用和资源化提供了重要示范.     

各因素对离心高炉渣纤维性能及成纤效果的影响

针对高炉熔渣离心成纤热态实验,分析了高炉熔渣离心成纤的机理。同时研究了酸度系数和离心辊转速对高炉渣纤维直径和渣球含量的影响,分析了温度和转速对成纤效果的影响。结果表明,随着酸度系数的增大,高炉渣纤维直径和渣球含量逐渐增大;而随着转速的增大,纤维直径和渣球含量逐渐减小。熔渣滴落温度保持在1 290~1 420℃,四辊转速为1号40Hz、2号40Hz、3号50Hz、4号60Hz时,成纤效果较好。     

酸度系数对调质高炉渣成纤质量的影响

为了改善矿渣棉纤维质量,采用铁尾矿对高炉渣进行调质,研究酸度系数对调质高炉渣黏度、熔化性温度和矿物组成的影响规律,并在此基础上采用离心试验证实了改变酸度系数能够优化纤维质量。结果表明:随着铁尾矿添加比例的升高,调质高炉渣的酸度系数Mk增加,调质高炉渣熔化性温度先降低后升高,熔化性温度对应的黏度值逐渐增加,调质高炉渣中不再有矿物析出,熔渣凝固后全部为非晶相。说明高炉渣开始由短渣特性转变为长渣特性,且在符合矿渣棉成纤黏度条件下,熔渣黏度变化趋于平缓,因此对高炉渣进行调质可以拓宽成纤温度区间范围,易于高炉渣纤维化控制;且酸度系数Mk提高,进一步可以改善纤维直径,提高纤维的使用性能。     

喷吹工艺参数对矿渣棉质量的影响

采用调质高炉渣进行喷吹法制备矿渣棉试验,对喷吹试验所得纤维的表观特性及性能进行检测,探索喷吹工艺参数对纤维质量的影响规律.结果表明:高炉渣的成分含量不在形成矿渣棉的成分范围内,应该添加调质剂对高炉渣作调质处理;随着酸度系数的增加,纤维直径呈增长趋势;当酸度系数在1.0~1.2时纤维含水率变化不大,在1.3时含水率出现谷值,随后迅速增大;在黏度允许的范围内,气流速度越大,纤维越细长.采用喷吹工艺制备矿渣棉高炉渣酸度系数控制在1.2~1.3之间,喷吹气体压力控制在0.3 MPa左右,纤维质量较好.     

高炉渣调质成纤及纤维板制备技术

通过建设100kg高炉渣熔化调质成纤实验平台,对成纤机理与纤维质量控制机制进行了初步研究,提出了矿渣纤维板的制备工艺流程;设计建设了1.5t电炉调质成纤制板半工业化试验线,获得了纤维直径7μm、渣球量6%的矿渣纤维及符合国标要求的矿渣纤维板,矿渣纤维板的导热系数≤0.05 W/(m·K)、有机物量≤3.0%、热荷重收缩温度≥600℃;设计建成了综合产能4万t/a的高炉渣纤维板和粒状棉生产示范生产线,产品性能指标达到了设计要求。     

酸度系数对矿渣棉理化性能的影响

 为了确定矿渣棉生产过程中调质高炉渣最佳酸度系数,实验室条件下通过四辊离心法制备不同酸度系数的矿渣棉,通过矿渣棉理化性能检测,研究了酸度系数对矿渣棉理化性能的影响规律。研究结果表明,随着酸度系数的增大,矿渣棉直径呈指数增长;矿渣棉主要呈玻璃体结构,随着酸度系数的增大,其析晶温度降低,成纤过程温度变宽;不同酸度系数矿渣棉在弱酸性条件下其微观形貌表面无明显变化,表面仍较光滑;在碱性条件下,其表面均出现腐蚀现象,较为粗糙,有明显的新生水化相出现。矿渣棉实际生产过程中,高炉渣酸度系数应控制在1.0～1.4较为适宜。     

调质渣的析晶行为

针对矿渣棉生产时调质渣成纤过程中会有晶体析出的问题,采用FactSage热力学软件、X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电子显微镜(SEM)研究调质渣不同温度下的矿物组成和显微结构;采用熔体物性综合测定仪研究调质渣降温过程中的黏度变化。结果表明,调质渣在冷却过程中,1 240 ℃时开始析出晶体,析出的主晶相为钙铝黄长石（Ca2Al2SiO7）和镁黄长石（Ca2MgSi2O7）。此外,熔融调质渣成纤适宜的温度区间为1 300～1 413 ℃。     

高炉熔渣调质制备高酸度系数矿物棉纤维的研究

研究高炉熔渣调质制备矿物棉纤维的电炉工艺,直接从高炉渣沟取高炉熔渣,加入石英砂调质并使用电炉补热熔化,离心后制备成绝热保温隔音防火的矿物棉纤维。纤维酸度系数为1.3、1.5和1.7,平均直径、渣球含量和含水率均满足国家标准要求。纤维为白色非晶态的棉状纤维,在水和碱中腐蚀程度低;在酸中腐蚀程度高,并有凝胶状物质附着在纤维表面。高炉熔渣调质制备矿物棉纤维的电炉工艺充分利用了高炉熔渣的显热,实现了高炉渣的高附加值利用,降低了矿物棉纤维的能耗,有助于促进了钢铁冶金行业的节能减排。     

调质高炉熔渣喷吹法制备矿渣纤维的研究

采用自主设计搭建的实验平台,利用高速气流喷吹的方法,进行高炉热熔渣成纤试验,探讨熔渣成纤机理,分析影响纤维直径及性能的因素。结果表明:采用喷吹法制备矿渣纤维,熔渣经过液膜形成、凸起形成和凸起拉丝三个过程形成纤维;随气量压力的增大,纤维直径越细;调质熔渣酸度系数为1.1~1.4,温度在1 350~1 500℃制得纤维性能较好,此研究为工业扩大化生产提供理论依据。     

熔融钢渣调质制备高酸度系数矿物棉

钢渣是钢铁生产过程中产生的副产品,产生量大,利用率低,并且熔渣热量几乎没有利用.以熔融钢渣为原料,粉煤灰为调质剂,通过调质电炉补热和离心法成纤制备高酸度系数矿物棉.通过XRF、XRD、SEM、黏度、平均直径、渣球含量、重金属浸出、燃烧性能和放射性核素等分析方法,研究高酸度系数矿物棉的性能.结果 表明:粉煤灰调质可以显著...     

高炉熔渣直接调质改性制备矿棉纤维中试实践

 高炉熔渣从渣沟经分流后直接进入补热电炉中,同步加入硅质料等作为调质改性剂,并用补热电炉对调质改性后的熔渣进行熔化和补热,控制熔渣的出口温度为1 400～1 500 ℃,熔渣的黏度适宜,流动性好,满足制备矿棉纤维的要求。熔渣经高速离心法离心成纤后加工成集防火、绝热和吸音为一体的矿棉纤维产品,纤维的平均渣球质量分数4.7 %,纤维平均直径5.5 μm,含水率0.2%,均满足国家标准的要求,产品能耗和成本较传统的冲天炉工艺下降40%～60%。高炉熔渣直接调质改性制备矿棉纤维的新工艺解决了高炉熔渣高附加值直接利用的技术难题,为高炉熔渣资源化高附加值利用拓展了新的方向。     

冶金熔渣混合制备微晶玻璃的组成及性能优化

以电炉镍铁渣和普通高炉渣为主要原料,采用Petrurgic一步法制备了微晶玻璃,并结合力学性能测试,对样品进行了X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等分析,讨论了电炉镍铁渣和普通高炉渣配比、Mg2+含量以及晶核剂TiO₂对成品微观结构及性能的影响规律.结果表明:将熔渣冷却至900℃结晶和650℃退火,能够制备出性能优良的微晶玻璃.当Mg2+含量增加且析出晶体为单一辉石族矿物时,微晶玻璃具有较高的力学性能.电炉镍铁渣或Mg2+含量增加,会导致其辉石族矿物含量增加,当两种渣混合掺量达到90%(镍铁渣质量分数50%,高炉渣质量分数为40%)且外掺2% MgO时,所制备微晶玻璃结构致密,仅含有单一辉石族矿物,包括透辉石、普通辉石和斜顽辉石,从而具有最优的力学性能,其抗折强度达210 MPa,抗压强度达1162 MPa.电炉镍铁渣或者MgO含量进一步增加,会导致镁橄榄石析出,此时微晶玻璃的力学性能显著下降.TiO₂含量的增加不改变微晶玻璃晶体种类,合适掺入TiO₂(本实验为质量分数2%)能够增强透辉石含量,提升性能;但过量掺入会抑制晶体生长,导致其性能下降.      

熔渣离心成纤试验及其纤维化影响因素分析

 为了对熔渣的纤维化机理及其影响因素进行分析,利用离心成纤方法对熔融高炉渣的纤维化过程进行了试验研究,结合试验研究结果,分析了高炉渣纤维长度与直径的影响因素,主要是熔渣纤维化过程和矿渣纤维受到高炉渣成分及辊轮直径、辊轮转速、出渣温度等参数的影响。根据试验条件,确定了容易纤维化的倾倒温度为1 450 ℃,离心机4个辊转速分别为3 840、4 620、5 220、5 820 r/min 。结果表明,熔渣的[We]数达到4.23×106～4.28×106、[Oh]数达到3.81×10－2～4.56×10－2时,较适宜熔渣的纤维化分解,这两个参数反映了影响熔渣纤维化的各因素间的关系,并最终确定了试验条件下纤维直径和纤维长度的表达式。     

调质高炉渣均质化的可行性研究

 以实际生产高炉渣为原料,以铁尾矿为调质剂,采用测定熔渣黏度的方法确定调质高炉渣均质化过程,反映了铁尾矿的熔化、溶解和扩散的均匀化过程。并通过渣样中SiO2质量分数测定以及调质渣中矿相组成等方法验证了通过黏度测定调质高炉渣均质化的可行性。结果表明,同一酸度系数[Mk]下,调质高炉渣黏度随恒温时间的延长呈先下降后上升,最后趋于平稳的变化趋势;调质高炉渣均质化时间随铁尾矿添加量的增加而延长;当铁尾矿加入量大于15.88%时,调质高炉渣均质化时间显著延长;随着恒温时间进一步延长,试样上、中、下部SiO2质量分数趋于一致,而试样矿相组成与充分均质的调质矿渣一致,这说明通过黏度测定炉渣均质化的方法是可行的。中试试验证实,随着酸度系数的增加,纤维丝的直径增加,化学稳定性增强,纤维质量符合国家生产标准。     

PCL微/纳米纤维弹性性能在弯曲实验中的尺度效应研究

介绍了一种聚乙内酯(PCL)微/纳米纤维在弯曲实验中弹性性能的尺度效应模型。该模型是基于非局部理论的一种考虑非局部效应的微尺度模型,通过该模型可以计算出纤维材料的弹性性能在弯曲变形中的两种尺度效应:一种跟纤维的直径相关(D-SD),另外一种跟纤维的长度相关(L-SD)。采用原子力显微镜对PCL微/纳米纤维进行测试,对比PCL微/纳米纤维的三点弯曲实验数据与理论模型的计算结果,说明该模型可以解释纤维弹性性能的尺度效应,并且也适用于其他高分子纤维材料的微尺度弹性力学性能分析。     

高炉渣改性作为矿渣棉原料的试验

研究了不同酸度条件下,随着高炉熔渣中主要成分的变化,其黏度和表面张力对高炉渣作为矿渣棉原料的影响,并对其影响机制进行了探讨。结果表明,Al2O3和SiO2增加时,黏度增加,表面张力也随之加大,利于制取较长的矿渣棉纤维。