·208· 工程科学学报，第38卷，第2期 phase inside the glass-ceramics.Besides,the linage shrinkage,bulk density and bending strength of the glass-ceramics increase with the increasing of holding time.The crystal morphology transforms from spherical particles and short columns into long rod-ike columns with the increasing of holding time,while the crystalline phase content stays constant.The crystal morphology of the glass-ceramics and the integrated dense microstructure formed by the crystals and the residual glass phase are two primary factors of the improvement in mechanical properties of the glass-eeramics. KEY WORDS glass-eeramics:steel slag:sintering:mechanical properties:waste utilization 治金渣是在钢铁治炼过程中排放的固体废弃物， 渣的掺量较少，不利于提高钢渣的利用率 目前主要用于生产矿渣水泥、道路基础建设和建筑回 为了提高钢渣的用量，减少改质剂的添加量，同时 填等，其利用率和附加值均较低·.为了充分利用治 简化钢渣回收铁及制备微晶玻璃的工艺，本文探究制 金渣资源并提高其附加值，国内外开展了大量的利用 备碱度为0.9的高碱度钢渣基微晶玻璃的可行性.为 治金渣制备高性能的微晶玻璃的研究B-o.Zhang 了适应现有的较为成熟的陶瓷生产工艺和设备，本文 等圆模拟液态钢渣与添加剂混合制备出以透辉石为主 采用与陶瓷烧结工艺相近的一步法工艺，并研究这一 晶相的微晶玻璃：Ewis等切采用混合渣制备微晶玻璃 工艺制备钢渣基高碱度微晶玻璃的制备机理. 并研究其晶化生长机理.利用治金渣中的钢渣制备高 1实验 性能的微晶玻璃是提高钢渣资源利用的有效途径. 钢渣中高含量的铁元素对微晶玻璃的制备具有不 1.1原料 良影响网，在钢渣基微晶玻璃的制备前应先提取其中 实验所用主要原料钢渣来自国内某大型钢铁集团 的铁，回收铁素资源；而铁氧化物的还原过程需要调整 有限公司.由于钢渣碱度高，不利于渣中铁的还原及 钢渣体系的碱度至1.0左右.同时钢渣中含有大量的 后续微晶玻璃的制备，因此需向钢渣中外加一定量的 Ca0,碱性强，需要添加Si0,和AL0,作为玻璃网络形 SiO,和A山，0，作为改质剂，以获得适宜成分的基础玻璃 成体才能获得稳定的微晶玻璃.因此在钢渣基微晶玻 原料.为了最大程度的利用工业固体废弃物资源，本 璃的制备过程中需加入大量的富含Si0,或AL,0,的酸 实验采用富含SiO,和AL,0,的粉煤灰作为改质剂调节 性配料作为改质剂，以获得适宜制备钙铝硅系微晶玻 钢渣的化学成分.同时加入一定量的煤粉作为还原剂 璃的碱度为0.5左右的基础玻璃原料.可见，熔融钢 用于还原钢渣中的铁氧化物，回收铁元素.采用X射 渣还原提铁和制备微晶玻璃两个过程均需要降低其碱 线荧光光谱仪（日本岛津X射线光谱仪XRF-1800,额 度.降低钢渣的碱度至玻璃原料所需的0.5左右的低 定功率4kW,元素范围Be~U,扫描速度300°minl) 碱度，需要添加的改质剂的量一般超过钢渣的用量，钢 分析钢渣和粉煤灰的化学成分，结果见表1. 表1不同原料的主要化学成分（质量分数） Table 1 Main chemical composition of different materials o 化学成分 Cao Si02 AL203 Mgo TFe MFe FeO Fe203 Mno P205 钢渣 36.8 15.4 0.87 7.56 33 3.43 9.48 17.43 3.48 3.21 粉煤灰 2.59 53.4 24.9 1.07 3.12 1.2基础玻璃的制备 相溶且铁液的密度比液渣大，因此铁液沉降在石墨坩 将钢渣、粉煤灰分别破碎、球磨后过100目筛，按 埚底部并与液渣形成分层.保温结束后将石墨坩埚内 65%钢渣和35%粉煤灰混合均匀，置于石墨坩埚中， 上层液渣水淬，经烘干、破碎和磁选后得到玻璃颗粒和 放入硅钼棒加热炉内，升温至1550℃并保温1h.高温 金属铁块.玻璃颗粒再经球磨和筛分后过200目筛， 下混合料熔化成为液渣，同时伴随着铁氧化物的还原 得到粒径小于74μm的玻璃粉末，用X射线荧光光谱 和液渣成分的均化.由于还原出来的铁液与液渣互不 分析其成分，结果见表2. 表2基础玻璃的主要化学成分（质量分数） Table 2 Main chemical composition of the parent glass 号 碱度 Ca0 Si02 AlO Mgo Na,0 K20 Fe,O MnO P205 0.9 32.1 36.4 13.8 5.6 3.5 0.8 1.9 5.6 0.3工程科学学报，第 38 卷，第 2 期 phase inside the glass-ceramics． Besides，the linage shrinkage，bulk density and bending strength of the glass-ceramics increase with the increasing of holding time． The crystal morphology transforms from spherical particles and short columns into long rod-like columns with the increasing of holding time，while the crystalline phase content stays constant． The crystal morphology of the glass-ceramics and the integrated dense microstructure formed by the crystals and the residual glass phase are two primary factors of the improvement in mechanical properties of the glass-ceramics． KEY WOＲDS glass-ceramics; steel slag; sintering; mechanical properties; waste utilization 冶金渣是在钢铁冶炼过程中排放的固体废弃物， 目前主要用于生产矿渣水泥、道路基础建设和建筑回 填等，其利用率和附加值均较低［1--2］． 为了充分利用冶 金渣资源并提高其附加值，国内外开展了大量的利用 冶金 渣 制 备 高 性 能 的 微 晶 玻 璃 的 研 究［3--10］． Zhang 等［6］模拟液态钢渣与添加剂混合制备出以透辉石为主 晶相的微晶玻璃; Ewais 等［7］采用混合渣制备微晶玻璃 并研究其晶化生长机理． 利用冶金渣中的钢渣制备高 性能的微晶玻璃是提高钢渣资源利用的有效途径． 钢渣中高含量的铁元素对微晶玻璃的制备具有不 良影响［8］，在钢渣基微晶玻璃的制备前应先提取其中 的铁，回收铁素资源; 而铁氧化物的还原过程需要调整 钢渣体系的碱度至 1. 0 左右． 同时钢渣中含有大量的 CaO，碱性强，需要添加 SiO2 和 Al2 O3 作为玻璃网络形 成体才能获得稳定的微晶玻璃． 因此在钢渣基微晶玻 璃的制备过程中需加入大量的富含 SiO2或 Al2O3的酸 性配料作为改质剂，以获得适宜制备钙铝硅系微晶玻 璃的碱度为 0. 5 左右的基础玻璃原料． 可见，熔融钢 渣还原提铁和制备微晶玻璃两个过程均需要降低其碱 度． 降低钢渣的碱度至玻璃原料所需的 0. 5 左右的低 碱度，需要添加的改质剂的量一般超过钢渣的用量，钢 渣的掺量较少，不利于提高钢渣的利用率． 为了提高钢渣的用量，减少改质剂的添加量，同时 简化钢渣回收铁及制备微晶玻璃的工艺，本文探究制 备碱度为 0. 9 的高碱度钢渣基微晶玻璃的可行性． 为 了适应现有的较为成熟的陶瓷生产工艺和设备，本文 采用与陶瓷烧结工艺相近的一步法工艺，并研究这一 工艺制备钢渣基高碱度微晶玻璃的制备机理． 1 实验 1. 1 原料 实验所用主要原料钢渣来自国内某大型钢铁集团 有限公司． 由于钢渣碱度高，不利于渣中铁的还原及 后续微晶玻璃的制备，因此需向钢渣中外加一定量的 SiO2和 Al2O3作为改质剂，以获得适宜成分的基础玻璃 原料． 为了最大程度的利用工业固体废弃物资源，本 实验采用富含 SiO2和 Al2O3的粉煤灰作为改质剂调节 钢渣的化学成分． 同时加入一定量的煤粉作为还原剂 用于还原钢渣中的铁氧化物，回收铁元素． 采用 X 射 线荧光光谱仪( 日本岛津 X 射线光谱仪 XＲF--1800，额 定功率 4 kW，元素范围 Be ～ U，扫描速度 300°·min － 1 ) 分析钢渣和粉煤灰的化学成分，结果见表 1． 表 1 不同原料的主要化学成分( 质量分数) Table 1 Main chemical composition of different materials % 化学成分 CaO SiO2 Al2O3 MgO TFe MFe FeO Fe2O3 MnO P2O5 钢渣 36. 8 15. 4 0. 87 7. 56 23 3. 43 9. 48 17. 43 3. 48 3. 21 粉煤灰 2. 59 53. 4 24. 9 1. 07 — — — 3. 12 — — 1. 2 基础玻璃的制备 将钢渣、粉煤灰分别破碎、球磨后过 100 目筛，按 65% 钢渣和 35% 粉煤灰混合均匀，置于石墨坩埚中， 放入硅钼棒加热炉内，升温至 1550 ℃并保温 1 h． 高温 下混合料熔化成为液渣，同时伴随着铁氧化物的还原 和液渣成分的均化． 由于还原出来的铁液与液渣互不 相溶且铁液的密度比液渣大，因此铁液沉降在石墨坩 埚底部并与液渣形成分层． 保温结束后将石墨坩埚内 上层液渣水淬，经烘干、破碎和磁选后得到玻璃颗粒和 金属铁块． 玻璃颗粒再经球磨和筛分后过 200 目筛， 得到粒径小于 74 μm 的玻璃粉末，用 X 射线荧光光谱 分析其成分，结果见表 2． 表 2 基础玻璃的主要化学成分( 质量分数) Table 2 Main chemical composition of the parent glass % 碱度 CaO SiO2 Al2O3 MgO Na2O K2O Fe2O3 MnO P2O5 0. 9 32. 1 36. 4 13. 8 5. 6 3. 5 0. 8 1. 9 5. 6 0. 3 · 802 ·