本發(fā)明涉及一種以液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣為主要原料的黑色微晶玻璃磚及其制備方法，屬于建筑裝飾材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

煉鋼過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐鋼渣是一種大型的固體廢棄物，處理難度要比高爐渣大很多。大量鋼渣若不被綜合處理利用，土地資源大量被占用的同時，也對水體、大氣、土壤造成嚴(yán)重污染，甚至危害到人們的身體健康。鋼鐵企業(yè)過去一直視煉鋼生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐鋼渣為固體廢物，如何減少鋼渣帶來的環(huán)境污染是其考慮的主要方向。

發(fā)展到今天，鋼鐵企業(yè)也己經(jīng)把鋼渣作為一種產(chǎn)品原料或者半產(chǎn)品來對待，并根據(jù)規(guī)模、鋼渣性質(zhì)、最終產(chǎn)品建設(shè)了不同配置的生產(chǎn)線。目前，鋼渣的處理方法有回收鋼渣的廢鋼、鐵精粉等磁性物質(zhì)，以及制備鋼渣微粉，也可用于制備水泥、陶瓷、玻璃等其他材料。但是，這些方法都沒有被充分利用轉(zhuǎn)爐鋼渣顯熱的顯熱。轉(zhuǎn)爐冶煉結(jié)束后，熔融態(tài)鋼渣的溫度在1500℃以上，其內(nèi)蘊(yùn)含大量的顯熱，而現(xiàn)實(shí)中轉(zhuǎn)爐鋼渣顯熱沒有被充分利用。

黑色微晶玻璃磚可以用于建筑裝飾和市政建設(shè)，特別是隨著市政建設(shè)的擴(kuò)大，對人行道、各種廣場的鋪設(shè)越來越多。目前，使用的鋪面材料主要是天然石材和普通的陶瓷廣場磚，而機(jī)動車的增加和碾壓往往會造成鋪面磚體的破裂，影響人行的安全和市容的美觀。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種以液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣為主要原料的黑色微晶玻璃磚及其制備方法，充分利用了液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣自身所帶有熱能，并對其渣本身進(jìn)行同步利用。

本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為：

一種以液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣為主要原料的黑色微晶玻璃磚，其原料主要包括液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣和輔料，液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣和輔料混熔后所得玻璃熔體的化學(xué)組成按質(zhì)量百分比計在下述范圍內(nèi)：SiO₂ 50～60％，Al₂O₃ 1～5％，CaO 15～25％，MgO 1～5％，F(xiàn)e₂O₃ 5～8％，Na₂O 5～10％，K₂O 3～9％，NiO 0.1～1％，Co₂O₃ 0.1～1％，TiO₂ 0.5～1.5％，Na₂SiF₆ 4～10％。

按上述方案，所述原料按質(zhì)量百分比計為：液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣40～60％，輔料40～60％。

按上述方案，所述液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣主要化學(xué)組成按質(zhì)量百分比計為：SiO₂ 20～37％，Al₂O₃ 5～8％，CaO 39～48％，MgO 5～8％，F(xiàn)e₂O₃ 14～16％。

按上述方案，所述輔料主要包括石英砂、氧化鋁石粉、純堿、碳酸鉀、氧化鎳、氧化鈷、氧化鈦、氟硅酸鈉等。輔料具體添加量需要參考實(shí)際生產(chǎn)中液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣的組成，保證液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣和輔料混熔后的玻璃熔體的化學(xué)組成在本發(fā)明要求的范圍內(nèi)即可。

上述以液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣為主要原料的黑色微晶玻璃磚的制備方法，按上述原料配比，將液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣和輔料混合成為配合料，然后經(jīng)熔制、成型、脫模、退火、微晶化后，即得到黑色微晶玻璃磚。

按上述方案，所述最高熔制溫度為1460℃～1540℃，熔制時間為10～16小時。所述液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣通過耐火材料制備的導(dǎo)流槽轉(zhuǎn)移至玻璃電熔窯中，同時將經(jīng)過預(yù)混合后的輔料經(jīng)加料口加入到玻璃電熔窯中，電熔窯采用全氧燃燒技術(shù)加熱配合料。

按上述方案，所述熔制后所得玻璃熔體經(jīng)澄清、均化后形成玻璃料股，并被剪切成一定質(zhì)量的玻璃熔體段，然后進(jìn)行成型。

按上述方案，所述玻璃料股溫度范圍為1280～1360℃。

按上述方案，所述成型過程為：所述玻璃熔體段落入成型模具中，通過流動、攤平、壓制和脫模，形成退火前的黑色玻璃磚，該玻璃磚的厚度需大于40mm。

按上述方案，所述退火上限溫度為520～600℃，退火下限溫度為460～480℃。

按上述方案，所述在退火上下限之間的降溫過程降溫速率需要小于0.7℃/分鐘。

按上述方案，所述微晶化的方式為：將冷卻至退火下限溫度的黑色玻璃磚重新加熱，使其升溫至晶化溫度范圍850～1000℃并保溫2～6小時。其中，從退火下限溫度到晶化溫度間的升溫速率為3～6℃/分鐘，微晶化結(jié)束后的降溫速率1～3℃/分鐘。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明采用液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣為主要原料制備黑色微晶玻璃磚，所制得的微晶玻璃磚以黑色為主色調(diào)，在黑色材料中析出少量的褐色晶相，磚體表面光亮；并且，黑色微晶玻璃磚的密度范圍為2.93～3.51g/cm³，三點(diǎn)抗折強(qiáng)度范圍為102～150MPa，莫氏硬度為6～7級。

(2)現(xiàn)有技術(shù)中鋼渣的再利用主要應(yīng)用在生產(chǎn)水泥，磚，作為道路基層填料等附加值較低的方面，而本發(fā)明采用轉(zhuǎn)爐鋼渣生產(chǎn)黑色微晶玻璃磚產(chǎn)品，充分利用其自身成分與顯熱，實(shí)現(xiàn)對利用轉(zhuǎn)爐鋼渣制備高附加值的產(chǎn)品和節(jié)能減排的目的。

(3)在黑色微晶玻璃磚的制備過程中，其最大的生產(chǎn)成本來自原材料的熔制過程，這一過程需要將配合料加熱至1460～1540℃，能耗很大；本發(fā)明中利用熱的轉(zhuǎn)爐鋼渣直接制備黑色微晶玻璃磚，充分利用了液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣的高溫所帶的熱能，生產(chǎn)中只需提供將附加原料加熱至熔化的熱能既可，這樣就大大降低了能耗；同時做到大規(guī)模的利用鋼渣，能夠變廢為寶，減少環(huán)境污染。

(4)本發(fā)明利用煉鋼過程中產(chǎn)生的鋼渣，制作低成本的建筑黑色微晶玻璃磚耐磨損，抗碾壓，理想的市政人行道路鋪面、廣場鋪面材料，也可以廣泛的應(yīng)用到建筑裝飾行業(yè)。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實(shí)施例。

實(shí)施例1

一種以液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣為主要原料的黑色微晶玻璃磚，其原料主要包括液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣和轉(zhuǎn)爐鋼渣，按質(zhì)量百分比計為：液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣40％，輔料60％；且，液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣和輔料混熔后所得玻璃熔體的化學(xué)組成按質(zhì)量百分比計在下述范圍內(nèi)：SiO₂ 50％，Al₂O₃ 3.2％，CaO19.2％，MgO 3.2％，Na₂O 6.9％，K₂O 5.6％，F(xiàn)e₂O₃ 6.4％，NiO 0.5％，Co₂O₃ 0.5％，TiO₂0.5％，Na₂SiF₆ 4％。

上述以液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣為主要原料的黑色微晶玻璃磚的制備方法，具體步驟如下：

a.本實(shí)施例采用的轉(zhuǎn)爐鋼渣主要化學(xué)組成按質(zhì)量百分比計為：SiO₂ 20％，Al₂O₃8％，CaO 48％，MgO 8％，F(xiàn)e₂O₃ 16％；采用的輔料按質(zhì)量百分比計為：石英砂62.20％、氧化鋁石粉0％、純堿17.47％、碳酸鉀12.18％、氧化鎳0.74％、氧化鈷0.74％、氧化鈦0.74％，氟硅酸鈉5.93％；

液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣與輔料的質(zhì)量比為：40：60，保證兩者混熔后的玻璃熔體的化學(xué)組成按質(zhì)量百分比為：SiO₂ 50％，Al₂O₃ 3.2％，CaO 19.2％，MgO 3.2％，Na₂O 6.9％，K₂O 5.6％，F(xiàn)e₂O₃ 6.4％，NiO 0.5％，Co₂O₃ 0.5％，TiO₂ 0.5％，Na₂SiF₆ 4％。；

b.通過轉(zhuǎn)爐鋼渣運(yùn)輸罐，將液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣運(yùn)輸至轉(zhuǎn)爐鋼渣熔窯前過渡池，然后通過其下端的耐火材料導(dǎo)槽投至玻璃窯投料口中；輔料經(jīng)攪拌混合放入輔料過渡與加入倉，通過其下端的導(dǎo)槽投至玻璃窯投料口中，然后液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣和輔料由輥式投料機(jī)送入熔化部；

玻璃熔窯采用全氧燃燒技術(shù)，通過全氧燃燒器，對熔窯補(bǔ)充一定的熱量，以保證熔化制度的穩(wěn)定性，熔化溫度保持在1480℃，保溫16小時；熔化、澄清、均化好的玻璃熔體進(jìn)入熔窯的工作部；

c.質(zhì)量合格玻璃熔體經(jīng)過連接在熔窯工作部的供料槽形成料股，玻璃料股溫度為1280℃，然后利用機(jī)械手將料股剪切成一定質(zhì)量的玻璃熔體段，玻璃熔體段落入成型模具中，通過流動、攤平、壓制和脫模，形成退火前的黑色玻璃磚，玻璃磚的厚度為40mm；

d.步驟c所得黑色玻璃磚經(jīng)過經(jīng)退火窯退火，退火上限溫度范圍為580℃，下限溫度范圍為460℃，其間的降溫速率需要小于0.7℃/分鐘；

e.將冷卻至退火下限溫度的黑色玻璃磚重新加熱，使其升溫至晶化溫度850℃并保溫6小時；其中，從退火下限溫度到晶化溫度間的升溫速率為3℃/分鐘，微晶化結(jié)束后的降溫速率1℃/分鐘，降溫至室溫得到黑色微晶玻璃磚制品。

由此方法采用液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣為主要原料制備黑色微晶玻璃磚，具有黑色色調(diào)，在黑色材料中析出少量的褐色晶相，磚體表面光亮；并且，所得黑色微晶玻璃磚的密度范圍為2.93g/cm³，三點(diǎn)抗折強(qiáng)度范圍為102MPa，莫氏硬度為6級。

實(shí)施例2

一種以液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣為主要原料的黑色微晶玻璃磚，其原料主要包括液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣和轉(zhuǎn)爐鋼渣，按質(zhì)量百分比計為：液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣50％，輔料50％；且，液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣和輔料混熔后所得玻璃熔體的化學(xué)組成按質(zhì)量百分比計在下述范圍內(nèi)：SiO₂ 47.5％，Al₂O₃3.5％，CaO 20％，MgO 3％，Na₂O 6.5％，K₂O 4.5％，F(xiàn)e₂O₃ 7.5％，NiO 0.5％，Co₂O₃ 0.5％，TiO₂0.5％，Na₂SiF₆ 6％。

上述以液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣為主要原料的黑色微晶玻璃磚的制備方法，具體步驟如下：

a.本實(shí)施例采用的轉(zhuǎn)爐鋼渣主要化學(xué)組成按質(zhì)量百分比計為：SiO₂ 32％，Al₂O₃7％，CaO 40％，MgO 6％，F(xiàn)e₂O₃ 15％；采用的輔料按質(zhì)量百分比計為：石英砂55.55％、氧化鋁石粉0％、純堿19.59％、碳酸鉀11.64％、氧化鎳0.88％、氧化鈷0.88％、氧化鈦0.88％，氟硅酸鈉10.58％；

液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣與輔料的質(zhì)量比為：50：50，保證兩者混熔后的玻璃熔體的化學(xué)組成按質(zhì)量百分比為：SiO₂ 47.5％，Al₂O₃ 3.5％，CaO 20％，MgO 3％，Na₂O 6.5％，K₂O 4.5％，F(xiàn)e₂O₃ 7.5％，NiO 0.5％，Co₂O₃ 0.5％，TiO₂ 0.5％，Na₂SiF₆ 6％；

b.通過轉(zhuǎn)爐鋼渣運(yùn)輸罐，將液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣運(yùn)輸至轉(zhuǎn)爐鋼渣熔窯前過渡池，然后通過其下端的耐火材料導(dǎo)槽投至玻璃窯投料口中；輔料經(jīng)攪拌混合放入輔料過渡與加入倉，通過其下端的導(dǎo)槽投至玻璃窯投料口中，然后液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣和輔料由輥式投料機(jī)送入熔化部；

玻璃熔窯采用全氧燃燒技術(shù)，通過全氧燃燒器，對熔窯補(bǔ)充一定的熱量，以保證熔化制度的穩(wěn)定性，熔化溫度保持在1510℃，保溫14小時；熔化、澄清、均化好的玻璃熔體進(jìn)入熔窯的工作部；

c.質(zhì)量合格玻璃熔體經(jīng)過連接在熔窯工作部的供料槽形成料股，玻璃料股溫度為1320℃，然后利用機(jī)械手將料股剪切成一定質(zhì)量的玻璃熔體段，玻璃熔體段落入成型模具中，通過流動、攤平和壓制，形成退火前的黑色玻璃磚，玻璃磚的厚度為60mm；

d.步驟c所得黑色玻璃磚經(jīng)過經(jīng)退火窯退火，退火上限溫度范圍為590℃，下限溫度范圍為470℃，其間的降溫速率需要小于0.7℃/分鐘；

e.將冷卻至退火下限溫度的黑色微晶玻璃磚重新加熱，使其升溫至晶化溫度900℃并保溫4小時；其中，從退火下限溫度到晶化溫度間的升溫速率為4℃/分鐘，微晶化結(jié)束后的降溫速率2℃/分鐘，降溫至室溫得到黑色微晶玻璃磚制品。

由此方法采用液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣為主要原料制備黑色微晶玻璃磚，具有黑色色調(diào)，在黑色材料中析出少量的褐色晶相，磚體表面光亮；并且，所得黑色微晶玻璃磚的密度范圍為3.33g/cm³，三點(diǎn)抗折強(qiáng)度范圍為125MPa，莫氏硬度為6級。

實(shí)施例3

一種以液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣為主要原料的黑色微晶玻璃磚，其原料主要包括液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣和轉(zhuǎn)爐鋼渣，按質(zhì)量百分比計為：液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣60％，輔料40％；且，液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣和輔料混熔后所得玻璃熔體的化學(xué)組成按質(zhì)量百分比計在下述范圍內(nèi)：SiO₂ 40.5％，Al₂O₃3.5％，CaO 23.4％，MgO 3％，Na₂O 6.5％，K₂O 4.5％，F(xiàn)e₂O₃ 7.2％，NiO 0.4％，Co₂O₃0.4％，TiO₂0.6％，Na₂SiF₆ 10％。

上述以液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣為主要原料的黑色微晶玻璃的制備方法，具體步驟如下：

a.本實(shí)施例采用的轉(zhuǎn)爐鋼渣主要化學(xué)組成按質(zhì)量百分比計為：SiO₂ 39％，Al₂O₃5％，CaO 39％，MgO 5％，F(xiàn)e₂O₃ 12％；采用的輔料按質(zhì)量百分比計為：石英砂36.60％、氧化鋁石粉1.07％、純堿23.79％、碳酸鉀14.13％、氧化鎳0.86％、氧化鈷0.86％、氧化鈦1.28％，氟硅酸鈉21.41％；

液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣與輔料的質(zhì)量比為：60：40，保證兩者混熔后的玻璃熔體的化學(xué)組成按質(zhì)量百分比為：石英砂36.60％、氧化鋁石粉1.07％、純堿23.79％、碳酸鉀14.13％、氧化鎳0.86％、氧化鈷0.86％、氧化鈦1.28％，氟硅酸鈉21.41％；

b.通過轉(zhuǎn)爐鋼渣運(yùn)輸罐，將液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣運(yùn)輸至轉(zhuǎn)爐鋼渣熔窯前過渡池，然后通過其下端的耐火材料導(dǎo)槽投至玻璃窯投料口中；輔料經(jīng)攪拌混合放入輔料過渡與加入倉，通過其下端的導(dǎo)槽投至玻璃窯投料口中，然后液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣和輔料由輥式投料機(jī)送入熔化部；

玻璃熔窯采用全氧燃燒技術(shù)，通過全氧燃燒器，對熔窯補(bǔ)充一定的熱量，以保證熔化制度的穩(wěn)定性，熔化溫度保持在1560℃，保溫10小時；熔化、澄清、均化好的玻璃熔體進(jìn)入熔窯的工作部；

c.質(zhì)量合格玻璃熔體經(jīng)過連接在熔窯工作部的供料槽形成料股，玻璃料股溫度為1360℃，然后利用機(jī)械手將料股剪切成一定質(zhì)量的玻璃熔體段，玻璃熔體段落入成型模具中，通過流動、攤平和壓制，形成退火前的黑色玻璃磚，玻璃磚的厚度為80mm；

d.步驟c所得黑色玻璃磚經(jīng)過經(jīng)退火窯退火，退火上限溫度范圍為600℃，下限溫度范圍為460℃，其間的降溫速率需要小于0.7℃/分鐘；

e.將冷卻至退火下限溫度的黑色玻璃磚重新加熱，使其升溫至晶化溫度1000℃并保溫2小時；其中，從退火下限溫度到晶化溫度間的升溫速率為6℃/分鐘，微晶化結(jié)束后的降溫速率3℃/分鐘，降溫至室溫得到黑色微晶玻璃磚制品。

由此方法采用液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣為主要原料制備黑色微晶玻璃磚，具有黑色色調(diào)，在黑色材料中析出少量的褐色晶相，磚體表面光亮；并且，所得黑色微晶玻璃磚的密度范圍為3.51g/cm³，三點(diǎn)抗折強(qiáng)度范圍為150MPa，莫氏硬度為7級。

本發(fā)明利用煉鋼過程中產(chǎn)生的鋼渣，制作低成本的建筑黑色微晶玻璃磚，主要性能如：密度范圍為2.93～3.51g/cm³，三點(diǎn)抗折強(qiáng)度范圍為102～150MPa，莫氏硬度為6～7級。由此表現(xiàn)出非常好的耐磨損，抗碾壓性能，屬于理想的市政道路鋪面、廣場鋪面材料，也可以廣泛的應(yīng)用到建筑裝飾行業(yè)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變換，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。