一种以液态转炉钢渣为主要原料的黑色微晶玻璃砖及其制备方法

摘要

本发明公开了一种以液态转炉钢渣为主要原料的黑色微晶玻璃砖，其特征在于它的原料主要包括液态转炉钢渣和辅料，液态转炉钢渣和辅料混熔后所得玻璃熔体的化学组成按质量百分比计在下述范围内：SiO2 50～60％，Al2O3 1～5％，CaO 15～25％，MgO 1～5％，Fe2O3 5～8％，Na2O 5～10％，K2O 3～9％，NiO 0.1～1％，CoO 0.1～1％，TiO2 0.5～1.5％，Na2SiF6 4～10％。本发明提出的黑色微晶玻璃砖制备方法，可以做到大规模的利用钢渣，不仅能够变废为宝，减少环境污染；还充分利用了转炉钢渣自身携带的热能，节约了大量能源。该黑色微晶玻璃砖具有非常好的耐磨损，抗碾压性能，是理想的市政道路铺面、广场铺面材料，也可以广泛的应用到建筑装饰行业。

权利要求

1.一种以液态转炉钢渣为主要原料的黑色微晶玻璃砖，其特征在于它的原料为液态转炉钢渣和辅料，液态转炉钢渣和辅料混熔后所得玻璃熔体的化学组成按质量百分比计为：SiO2 50～60%，Al2O3 1～5%，CaO 15～25%，MgO 1～5%，Fe2O3 5～8%，Na2O 5～10%，K2O 3～

9%，NiO 0.1～1%，Co2O3 0.1～1%，TiO2 0.5～1.5%，Na2SiF6 4～10%；所述原料按质量百分比计为：液态转炉钢渣40～60%，辅料40～60%；所述辅料主要包括石英砂、铝石粉、纯碱、碳酸钾、氧化镍、氧化钴、氧化钛、氟硅酸钠。

2.根据权利要求1所述的一种以液态转炉钢渣为主要原料的黑色微晶玻璃砖，其特征在于所述液态转炉钢渣主要化学组成按质量百分比计为：SiO2 20～37%，Al2O3 5～8%，CaO 

39～48%，MgO 5～8%，Fe2O3 14～16%。

3.权利要求1所述以液态转炉钢渣为主要原料的黑色微晶玻璃砖的制备方法，其特征在于按原料配比，将液态转炉钢渣和辅料混合成为配合料，然后经熔制、成型、脱模、退火、微晶化后，即得到黑色微晶玻璃砖；

原料为液态转炉钢渣和辅料，液态转炉钢渣和辅料混熔后所得玻璃熔体的化学组成按质量百分比计为：SiO2 50～60%，Al2O3 1～5%，CaO 15～25%，MgO 1～5%，Fe2O3 5～8%，Na2O 

5～10%，K2O 3～9%，NiO 0.1～1%，Co2O3 0.1～1%，TiO2 0.5～1.5%，Na2SiF6 4～10%。

4.根据权利要求3所述的一种以液态转炉钢渣为主要原料的黑色微晶玻璃砖的制备方法，其特征在于最高熔制温度为1460～1540 ℃，熔制时间为10～16小时。

5.根据权利要求3所述的一种以液态转炉钢渣为主要原料的黑色微晶玻璃砖的制备方法，其特征在于所述熔制后所得玻璃熔体经澄清、均化后形成玻璃料股，并被剪切成玻璃熔体段，然后进行成型；所述玻璃料股温度范围为1280～1360 ℃。

6.根据权利要求3所述的一种以液态转炉钢渣为主要原料的黑色微晶玻璃砖的制备方法，其特征在于退火上限温度为520～600 ℃，退火下限温度为460～480 ℃，冷却降温速率小于0.7 ℃/分钟。

7.根据权利要求3所述的一种以液态转炉钢渣为主要原料的黑色微晶玻璃砖的制备方法，其特征在于所述黑色微晶玻璃砖的厚度大于40 mm。

8.根据权利要求3所述的一种以液态转炉钢渣为主要原料的黑色微晶玻璃砖的制备方法，其特征在于将冷却至退火下限温度的黑色玻璃砖重新加热，使其升温至晶化温度范围

850～1000℃并保温2～6小时；其中，从退火下限温度到晶化温度间的升温速率为3～6 ℃/分钟，微晶化结束后的降温速率1～3 ℃/分钟。

说明书

一种以液态转炉钢渣为主要原料的黑色微晶玻璃砖及其制备

方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种以液态转炉钢渣为主要原料的黑色微晶玻璃砖及其制备方法，属于建筑装饰材料领域。

背景技术

[0002] 炼钢过程中产生的转炉钢渣是一种大型的固体废弃物，处理难度要比高炉渣大很多。大量钢渣若不被综合处理利用，土地资源大量被占用的同时，也对水体、大气、土壤造成严重污染，甚至危害到人们的身体健康。钢铁企业过去一直视炼钢生产过程中产生的转炉钢渣为固体废物，如何减少钢渣带来的环境污染是其考虑的主要方向。

[0003] 发展到今天，钢铁企业也己经把钢渣作为一种产品原料或者半产品来对待，并根据规模、钢渣性质、最终产品建设了不同配置的生产线。目前，钢渣的处理方法有回收钢渣的废钢、铁精粉等磁性物质，以及制备钢渣微粉，也可用于制备水泥、陶瓷、玻璃等其他材料。但是，这些方法都没有被充分利用转炉钢渣显热的显热。转炉冶炼结束后，熔融态钢渣的温度在1500℃以上，其内蕴含大量的显热，而现实中转炉钢渣显热没有被充分利用。

[0004] 黑色微晶玻璃砖可以用于建筑装饰和市政建设，特别是随着市政建设的扩大，对人行道、各种广场的铺设越来越多。目前，使用的铺面材料主要是天然石材和普通的陶瓷广场砖，而机动车的增加和碾压往往会造成铺面砖体的破裂，影响人行的安全和市容的美观。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种以液态转炉钢渣为主要原料的黑色微晶玻璃砖及其制备方法，充分利用了液态转炉钢渣自身所带有热能，并对其渣本身进行同步利用。

[0006] 本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

[0007] 一种以液态转炉钢渣为主要原料的黑色微晶玻璃砖，其原料主要包括液态转炉钢渣和辅料，液态转炉钢渣和辅料混熔后所得玻璃熔体的化学组成按质量百分比计在下述范围内：SiO2 50～60％，Al2O3 1～5％，CaO 15～25％，MgO 1～5％，Fe2O3 5～8％，Na2O 5～10％，K2O 3～9％，NiO 0.1～1％，Co2O3 0.1～1％，TiO2 0.5～1.5％，Na2SiF6 4～10％。

[0008] 按上述方案，所述原料按质量百分比计为：液态转炉钢渣40～60％，辅料40～60％。

[0009] 按上述方案，所述液态转炉钢渣主要化学组成按质量百分比计为：SiO2 20～37％，Al2O3 5～8％，CaO 39～48％，MgO 5～8％，Fe2O3 14～16％。

[0010] 按上述方案，所述辅料主要包括石英砂、氧化铝石粉、纯碱、碳酸钾、氧化镍、氧化钴、氧化钛、氟硅酸钠等。辅料具体添加量需要参考实际生产中液态转炉钢渣的组成，保证液态转炉钢渣和辅料混熔后的玻璃熔体的化学组成在本发明要求的范围内即可。

[0011] 上述以液态转炉钢渣为主要原料的黑色微晶玻璃砖的制备方法，按上述原料配比，将液态转炉钢渣和辅料混合成为配合料，然后经熔制、成型、脱模、退火、微晶化后，即得到黑色微晶玻璃砖。

[0012] 按上述方案，所述最高熔制温度为1460℃～1540℃，熔制时间为10～16小时。所述液态转炉钢渣通过耐火材料制备的导流槽转移至玻璃电熔窑中，同时将经过预混合后的辅料经加料口加入到玻璃电熔窑中，电熔窑采用全氧燃烧技术加热配合料。

[0013] 按上述方案，所述熔制后所得玻璃熔体经澄清、均化后形成玻璃料股，并被剪切成一定质量的玻璃熔体段，然后进行成型。

[0014] 按上述方案，所述玻璃料股温度范围为1280～1360℃。

[0015] 按上述方案，所述成型过程为：所述玻璃熔体段落入成型模具中，通过流动、摊平、压制和脱模，形成退火前的黑色玻璃砖，该玻璃砖的厚度需大于40mm。

[0016] 按上述方案，所述退火上限温度为520～600℃，退火下限温度为460～480℃。

[0017] 按上述方案，所述在退火上下限之间的降温过程降温速率需要小于0.7℃/分钟。

[0018] 按上述方案，所述微晶化的方式为：将冷却至退火下限温度的黑色玻璃砖重新加热，使其升温至晶化温度范围850～1000℃并保温2～6小时。其中，从退火下限温度到晶化温度间的升温速率为3～6℃/分钟，微晶化结束后的降温速率1～3℃/分钟。

[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0020] (1)本发明采用液态转炉钢渣为主要原料制备黑色微晶玻璃砖，所制得的微晶玻璃砖以黑色为主色调，在黑色材料中析出少量的褐色晶相，砖体表面光亮；并且，黑色微晶玻璃砖的密度范围为2.93～3.51g/cm3，三点抗折强度范围为102～150MPa，莫氏硬度为6～7级。

[0021] (2)现有技术中钢渣的再利用主要应用在生产水泥，砖，作为道路基层填料等附加值较低的方面，而本发明采用转炉钢渣生产黑色微晶玻璃砖产品，充分利用其自身成分与显热，实现对利用转炉钢渣制备高附加值的产品和节能减排的目的。

[0022] (3)在黑色微晶玻璃砖的制备过程中，其最大的生产成本来自原材料的熔制过程，这一过程需要将配合料加热至1460～1540℃，能耗很大；本发明中利用热的转炉钢渣直接制备黑色微晶玻璃砖，充分利用了液态转炉钢渣的高温所带的热能，生产中只需提供将附加原料加热至熔化的热能既可，这样就大大降低了能耗；同时做到大规模的利用钢渣，能够变废为宝，减少环境污染。

[0023] (4)本发明利用炼钢过程中产生的钢渣，制作低成本的建筑黑色微晶玻璃砖耐磨损，抗碾压，理想的市政人行道路铺面、广场铺面材料，也可以广泛的应用到建筑装饰行业。

具体实施方式

[0024] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

[0025] 实施例1

[0026] 一种以液态转炉钢渣为主要原料的黑色微晶玻璃砖，其原料主要包括液态转炉钢渣和转炉钢渣，按质量百分比计为：液态转炉钢渣40％，辅料60％；且，液态转炉钢渣和辅料混熔后所得玻璃熔体的化学组成按质量百分比计在下述范围内：SiO2 50％，Al2O3 3.2％，CaO19.2％，MgO 3.2％，Na2O 6.9％，K2O 5.6％，Fe2O3 6.4％，NiO 0.5％，Co2O3 0.5％，TiO20.5％，Na2SiF6 4％。

[0027] 上述以液态转炉钢渣为主要原料的黑色微晶玻璃砖的制备方法，具体步骤如下：

[0028] a.本实施例采用的转炉钢渣主要化学组成按质量百分比计为：SiO2 20％，Al2O3 8％，CaO 48％，MgO 8％，Fe2O3 16％；采用的辅料按质量百分比计为：石英砂62.20％、氧化铝石粉0％、纯碱17.47％、碳酸钾12.18％、氧化镍0.74％、氧化钴0.74％、氧化钛0.74％，氟硅酸钠5.93％；

[0029] 液态转炉钢渣与辅料的质量比为：40：60，保证两者混熔后的玻璃熔体的化学组成按质量百分比为：SiO2 50％，Al2O3 3.2％，CaO 19.2％，MgO 3.2％，Na2O 6.9％，K2O 5.6％，Fe2O3 6.4％，NiO 0.5％，Co2O3 0.5％，TiO2 0.5％，Na2SiF6 4％。；

[0030] b.通过转炉钢渣运输罐，将液态转炉钢渣运输至转炉钢渣熔窑前过渡池，然后通过其下端的耐火材料导槽投至玻璃窑投料口中；辅料经搅拌混合放入辅料过渡与加入仓，通过其下端的导槽投至玻璃窑投料口中，然后液态转炉钢渣和辅料由辊式投料机送入熔化部；

[0031] 玻璃熔窑采用全氧燃烧技术，通过全氧燃烧器，对熔窑补充一定的热量，以保证熔化制度的稳定性，熔化温度保持在1480℃，保温16小时；熔化、澄清、均化好的玻璃熔体进入熔窑的工作部；

[0032] c.质量合格玻璃熔体经过连接在熔窑工作部的供料槽形成料股，玻璃料股温度为1280℃，然后利用机械手将料股剪切成一定质量的玻璃熔体段，玻璃熔体段落入成型模具中，通过流动、摊平、压制和脱模，形成退火前的黑色玻璃砖，玻璃砖的厚度为40mm；

[0033] d.步骤c所得黑色玻璃砖经过经退火窑退火，退火上限温度范围为580℃，下限温度范围为460℃，其间的降温速率需要小于0.7℃/分钟；

[0034] e.将冷却至退火下限温度的黑色玻璃砖重新加热，使其升温至晶化温度850℃并保温6小时；其中，从退火下限温度到晶化温度间的升温速率为3℃/分钟，微晶化结束后的降温速率1℃/分钟，降温至室温得到黑色微晶玻璃砖制品。

[0035] 由此方法采用液态转炉钢渣为主要原料制备黑色微晶玻璃砖，具有黑色色调，在黑色材料中析出少量的褐色晶相，砖体表面光亮；并且，所得黑色微晶玻璃砖的密度范围为2.93g/cm3，三点抗折强度范围为102MPa，莫氏硬度为6级。

[0036] 实施例2

[0037] 一种以液态转炉钢渣为主要原料的黑色微晶玻璃砖，其原料主要包括液态转炉钢渣和转炉钢渣，按质量百分比计为：液态转炉钢渣50％，辅料50％；且，液态转炉钢渣和辅料混熔后所得玻璃熔体的化学组成按质量百分比计在下述范围内：SiO2 47.5％，Al2O3 3.5％，CaO 20％，MgO 3％，Na2O 6.5％，K2O 4.5％，Fe2O3 7.5％，NiO 0.5％，Co2O3 0.5％，TiO20.5％，Na2SiF6 6％。

[0038] 上述以液态转炉钢渣为主要原料的黑色微晶玻璃砖的制备方法，具体步骤如下：

[0039] a.本实施例采用的转炉钢渣主要化学组成按质量百分比计为：SiO2 32％，Al2O3 7％，CaO 40％，MgO 6％，Fe2O3 15％；采用的辅料按质量百分比计为：石英砂55.55％、氧化铝石粉0％、纯碱19.59％、碳酸钾11.64％、氧化镍0.88％、氧化钴0.88％、氧化钛0.88％，氟硅酸钠10.58％；

[0040] 液态转炉钢渣与辅料的质量比为：50：50，保证两者混熔后的玻璃熔体的化学组成按质量百分比为：SiO2 47.5％，Al2O3 3.5％，CaO 20％，MgO 3％，Na2O 6.5％，K2O 4.5％，Fe2O3 7.5％，NiO 0.5％，Co2O3 0.5％，TiO2 0.5％，Na2SiF6 6％；

[0041] b.通过转炉钢渣运输罐，将液态转炉钢渣运输至转炉钢渣熔窑前过渡池，然后通过其下端的耐火材料导槽投至玻璃窑投料口中；辅料经搅拌混合放入辅料过渡与加入仓，通过其下端的导槽投至玻璃窑投料口中，然后液态转炉钢渣和辅料由辊式投料机送入熔化部；

[0042] 玻璃熔窑采用全氧燃烧技术，通过全氧燃烧器，对熔窑补充一定的热量，以保证熔化制度的稳定性，熔化温度保持在1510℃，保温14小时；熔化、澄清、均化好的玻璃熔体进入熔窑的工作部；

[0043] c.质量合格玻璃熔体经过连接在熔窑工作部的供料槽形成料股，玻璃料股温度为1320℃，然后利用机械手将料股剪切成一定质量的玻璃熔体段，玻璃熔体段落入成型模具中，通过流动、摊平和压制，形成退火前的黑色玻璃砖，玻璃砖的厚度为60mm；

[0044] d.步骤c所得黑色玻璃砖经过经退火窑退火，退火上限温度范围为590℃，下限温度范围为470℃，其间的降温速率需要小于0.7℃/分钟；

[0045] e.将冷却至退火下限温度的黑色微晶玻璃砖重新加热，使其升温至晶化温度900℃并保温4小时；其中，从退火下限温度到晶化温度间的升温速率为4℃/分钟，微晶化结束后的降温速率2℃/分钟，降温至室温得到黑色微晶玻璃砖制品。

[0046] 由此方法采用液态转炉钢渣为主要原料制备黑色微晶玻璃砖，具有黑色色调，在黑色材料中析出少量的褐色晶相，砖体表面光亮；并且，所得黑色微晶玻璃砖的密度范围为3.33g/cm3，三点抗折强度范围为125MPa，莫氏硬度为6级。

[0047] 实施例3

[0048] 一种以液态转炉钢渣为主要原料的黑色微晶玻璃砖，其原料主要包括液态转炉钢渣和转炉钢渣，按质量百分比计为：液态转炉钢渣60％，辅料40％；且，液态转炉钢渣和辅料混熔后所得玻璃熔体的化学组成按质量百分比计在下述范围内：SiO2 40.5％，Al2O3 3.5％，CaO 23.4％，MgO 3％，Na2O 6.5％，K2O 4.5％，Fe2O3 7.2％，NiO 0.4％，Co2O3 
0.4％，TiO20.6％，Na2SiF6 10％。

[0049] 上述以液态转炉钢渣为主要原料的黑色微晶玻璃的制备方法，具体步骤如下：

[0050] a.本实施例采用的转炉钢渣主要化学组成按质量百分比计为：SiO2 39％，Al2O3 5％，CaO 39％，MgO 5％，Fe2O3 12％；采用的辅料按质量百分比计为：石英砂36.60％、氧化铝石粉1.07％、纯碱23.79％、碳酸钾14.13％、氧化镍0.86％、氧化钴0.86％、氧化钛
1.28％，氟硅酸钠21.41％；

[0051] 液态转炉钢渣与辅料的质量比为：60：40，保证两者混熔后的玻璃熔体的化学组成按质量百分比为：石英砂36.60％、氧化铝石粉1.07％、纯碱23.79％、碳酸钾14.13％、氧化镍0.86％、氧化钴0.86％、氧化钛1.28％，氟硅酸钠21.41％；

[0052] b.通过转炉钢渣运输罐，将液态转炉钢渣运输至转炉钢渣熔窑前过渡池，然后通过其下端的耐火材料导槽投至玻璃窑投料口中；辅料经搅拌混合放入辅料过渡与加入仓，通过其下端的导槽投至玻璃窑投料口中，然后液态转炉钢渣和辅料由辊式投料机送入熔化部；

[0053] 玻璃熔窑采用全氧燃烧技术，通过全氧燃烧器，对熔窑补充一定的热量，以保证熔化制度的稳定性，熔化温度保持在1560℃，保温10小时；熔化、澄清、均化好的玻璃熔体进入熔窑的工作部；

[0054] c.质量合格玻璃熔体经过连接在熔窑工作部的供料槽形成料股，玻璃料股温度为1360℃，然后利用机械手将料股剪切成一定质量的玻璃熔体段，玻璃熔体段落入成型模具中，通过流动、摊平和压制，形成退火前的黑色玻璃砖，玻璃砖的厚度为80mm；

[0055] d.步骤c所得黑色玻璃砖经过经退火窑退火，退火上限温度范围为600℃，下限温度范围为460℃，其间的降温速率需要小于0.7℃/分钟；

[0056] e.将冷却至退火下限温度的黑色玻璃砖重新加热，使其升温至晶化温度1000℃并保温2小时；其中，从退火下限温度到晶化温度间的升温速率为6℃/分钟，微晶化结束后的降温速率3℃/分钟，降温至室温得到黑色微晶玻璃砖制品。

[0057] 由此方法采用液态转炉钢渣为主要原料制备黑色微晶玻璃砖，具有黑色色调，在黑色材料中析出少量的褐色晶相，砖体表面光亮；并且，所得黑色微晶玻璃砖的密度范围为3.51g/cm3，三点抗折强度范围为150MPa，莫氏硬度为7级。

[0058] 本发明利用炼钢过程中产生的钢渣，制作低成本的建筑黑色微晶玻璃砖，主要性能如：密度范围为2.93～3.51g/cm3，三点抗折强度范围为102～150MPa，莫氏硬度为6～7级。由此表现出非常好的耐磨损，抗碾压性能，属于理想的市政道路铺面、广场铺面材料，也可以广泛的应用到建筑装饰行业。

[0059] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。