·996 北京科技大学学报 第33卷 例如武汉钢铁（集团）公司切、武汉理工大学-)等 一般视情况除铁4~6次.然后，将除Fe后的浆料 都己利用钢渣生产砌块或地面砖，北京科技大学在 在微波炉中烘干等待造粒，一般粉料必须要含有一 这方面也取得了一定的成果0-0.另外，随着技术 定的水分，才能使其表现出可塑性.用烘箱烘烤1 的进步，新型陶瓷材料己在人们的生活和工作中扮 h,再加适量的水.混匀后将含水的粉料过筛.将过 演着重要的角色☒ 筛后的粉料压制成5cm×10cm的砖坯，干燥1h左右. 本文选择转炉渣作为钢渣陶瓷原料，并配合其 最后，将干燥后砖坯送入窑炉中进行烧制.实 他黏土原料，设计了Ca0-Mg0-SiO2体系配方，成 验所用的生产窑炉长200m,烧成温度为1220℃，烧 功地制备出性能稳定的陶瓷材料.经测试，该体系 制周期为55min,烧结结束后从窑炉尾取出，烧成制 钢渣陶瓷样品性能良好，抗弯强度最大可达99.84 度如图1所示. MPa. 1200 1实验的原料与方法 900 1.1实验原料及配方设计 600 CaO一Mg0-Si0,体系配方中使用的钢渣成分如 表1所示.钢渣制微晶玻璃的抗弯强度较高的主要 300 原因是其中含有较多的透辉石晶相-0.为了改 善钢渣陶瓷制品的宏观性能，并研究高比例钢渣加 10 20 30 40 50 时向/min 入量对样品的性能影响，实验利用滑石或工业纯 图1Ca0-Mg0-SiO2体系的烧成制度 Mg0来提供Mg元素，以更多地生成透辉石相.烧 Fig.1 Firing schedule of the CaO-Mgo-Si02 system 制结果较成功的配方如表2所示.本文的全部烧制 实验都在国内一个典型的陶瓷厂的生产窑炉中进 2结果与分析 行 表1钢渣原料成分表（质量分数） 经测试，当配方中钢渣的质量分数为40%时， Table 1 Composition of steel slag 烧成样品的抗弯强度最高可达99.84MPa,远远超 Si02Al,0Fe20Ti0,Ca0Mg0K,0Na0烧失 过了相关的国家标准，说明试样成分配方是合理的. 14.422.6420.010.1842.716.740.160.253.91 砖坯断面上存在开口气孔，这对砖坯的抗弯强度和 抗污性都有影响，因此有必要对陶瓷的微观结构进 表2Ca0-Mg0-Si02体系配方成分（质量分数） 行分析，以进一步改进钢渣陶瓷的性能 Table 2 Composition of the Cao-Mgo-Si02 system % 2.1样品的SEM分析 样品编号钢渣高岭土烧滑石石英砂Mg0硅灰石 3 CaO-Mg0-SiO2体系样品的表面形貌和微观结 40 20 37 S 构扫描电镜(SEM)图像如图2所示 65 20 5 10 观察这三个样品的表面形貌可以发现：样品C, 80 16 2 和C3的开口气孔数量较多，因此其防污性和耐腐蚀 1.2实验方法 性受到一定影响：样品C2表面较为平整，开口气口 砖坯的烧制步骤与正规陶瓷企业的流程相同. 数量少，虽然可提高瓷砖的防污性和耐腐蚀性，但其 首先，按比例称取配方中原料的质量，设定要称 耐急冷急热性较差 取的粉料总质量(400g),并添加质量分数0.3%三 观察这三个样品的微观结构，发现样品C,的晶 聚磷酸钠(STPP)和质量分数0.1%羟甲基纤维素钠 体大小适中，较大的晶体在坯体中起到了支架的作 (CMC). 用，较小的晶体存在于支架间的空隙中，并有一定量 其次，将全部料粉倒入球磨罐中，按照料：水= 的玻璃相填充在晶界间的缝隙中，从而使坯体更加 1:0.5的比例向罐内加水，每100g料球磨8min,控 致密，陶瓷制品的强度也得到了大幅提高.样品C3 制筛余在0.2%~0.8%（质量分数). 的晶体个体明显比样品C2的小，产生这样结果的原 因为钢渣中含有一定量的没有被磁选掉的单质 因是样品C,中的液相较多，抑制了晶体的长大.对 Fe或Fe,O4,因此需要用磁棒去除浆料中的铁杂质. 样品作能谱分析结果发现，当Si和Mg元素的含量北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 例如武汉钢铁( 集团) 公司［7］、武汉理工大学［8 － 9］等 都已利用钢渣生产砌块或地面砖，北京科技大学在 这方面也取得了一定的成果［10 － 11］． 另外，随着技术 的进步，新型陶瓷材料已在人们的生活和工作中扮 演着重要的角色［12］． 本文选择转炉渣作为钢渣陶瓷原料，并配合其 他黏土原料，设计了 CaO--MgO--SiO2 体系配方，成 功地制备出性能稳定的陶瓷材料． 经测试，该体系 钢渣陶瓷样品性能良好，抗弯强度最大可达 99. 84 MPa． 1 实验的原料与方法 1. 1 实验原料及配方设计 CaO--MgO--SiO2 体系配方中使用的钢渣成分如 表 1 所示． 钢渣制微晶玻璃的抗弯强度较高的主要 原因是其中含有较多的透辉石晶相［13 － 14］． 为了改 善钢渣陶瓷制品的宏观性能，并研究高比例钢渣加 入量对样品的性能影响，实验利用滑石或工业纯 MgO 来提供 Mg 元素，以更多地生成透辉石相． 烧 制结果较成功的配方如表 2 所示． 本文的全部烧制 实验都在国内一个典型的陶瓷厂的生产窑炉中进 行． 表 1 钢渣原料成分表( 质量分数) Table 1 Composition of steel slag % SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O 烧失 14. 42 2. 64 20. 01 0. 18 42. 71 6. 74 0. 16 0. 25 3. 91 表 2 CaO--MgO--SiO2 体系配方成分( 质量分数) Table 2 Composition of the CaO-MgO-SiO2 system % 样品编号 钢渣 高岭土 烧滑石 石英砂 MgO 硅灰石 C1 40 20 37 3 — — C2 65 20 5 — 10 — C3 80 16 — — 2 2 1. 2 实验方法 砖坯的烧制步骤与正规陶瓷企业的流程相同． 首先，按比例称取配方中原料的质量，设定要称 取的粉料总质量( 400 g) ，并添加质量分数 0. 3% 三 聚磷酸钠( STPP) 和质量分数 0. 1% 羟甲基纤维素钠 ( CMC) ． 其次，将全部料粉倒入球磨罐中，按照料∶ 水 = 1∶ 0. 5 的比例向罐内加水，每 100 g 料球磨 8 min，控 制筛余在 0. 2% ～ 0. 8% ( 质量分数) ． 因为钢渣中含有一定量的没有被磁选掉的单质 Fe 或 Fe3O4，因此需要用磁棒去除浆料中的铁杂质． 一般视情况除铁 4 ～ 6 次． 然后，将除 Fe 后的浆料 在微波炉中烘干等待造粒，一般粉料必须要含有一 定的水分，才能使其表现出可塑性． 用烘箱烘烤 1 h，再加适量的水． 混匀后将含水的粉料过筛． 将过 筛后的粉料压制成5 cm ×10 cm 的砖坯，干燥1 h 左右． 最后，将干燥后砖坯送入窑炉中进行烧制． 实 验所用的生产窑炉长 200 m，烧成温度为 1 220 ℃，烧 制周期为 55 min，烧结结束后从窑炉尾取出，烧成制 度如图 1 所示． 图 1 CaO--MgO--SiO2 体系的烧成制度 Fig． 1 Firing schedule of the CaO-MgO-SiO2 system 2 结果与分析 经测试，当配方中钢渣的质量分数为 40% 时， 烧成样品的抗弯强度最高可达 99. 84 MPa，远远超 过了相关的国家标准，说明试样成分配方是合理的． 砖坯断面上存在开口气孔，这对砖坯的抗弯强度和 抗污性都有影响，因此有必要对陶瓷的微观结构进 行分析，以进一步改进钢渣陶瓷的性能． 2. 1 样品的 SEM 分析 CaO--MgO--SiO2 体系样品的表面形貌和微观结 构扫描电镜( SEM) 图像如图 2 所示． 观察这三个样品的表面形貌可以发现: 样品 C1 和 C3 的开口气孔数量较多，因此其防污性和耐腐蚀 性受到一定影响; 样品 C2 表面较为平整，开口气口 数量少，虽然可提高瓷砖的防污性和耐腐蚀性，但其 耐急冷急热性较差． 观察这三个样品的微观结构，发现样品 C1 的晶 体大小适中，较大的晶体在坯体中起到了支架的作 用，较小的晶体存在于支架间的空隙中，并有一定量 的玻璃相填充在晶界间的缝隙中，从而使坯体更加 致密，陶瓷制品的强度也得到了大幅提高． 样品 C3 的晶体个体明显比样品 C2 的小，产生这样结果的原 因是样品 C3 中的液相较多，抑制了晶体的长大． 对 样品作能谱分析结果发现，当 Si 和 Mg 元素的含量 ·996·