高炉渣直接纤维化过程的析晶行为及影响机制

In order to developing the newtechnology of making blast furnace slag direct fibrosis to prepare slag wool. This project based on the CaO-MgO-SiO2-Al2O3 four slags, and arounded the influence law of high melting point phases precipitate thermodynamics and kinetics and crystallization on physical and chemical properties of slag woolfibrosis in the process of blast furnace direct fibrosis. By studing thermodynamics and kinetics of the yellow feldspar and C2S crystallization systemly, revealed the influence law of the precipitate phase on fibrosis process and slag cotton products performance, solved the key problem of the blast furnace slag composition changing lead to the poor quality of slag cotton, established the theoretical foundation on tempering and fibrosis of blast furnace slag, achieved the effective recovery of blast furnace slag sensible heat and high added value utilization of mineral resources.

以开发高炉熔渣直接纤维化制备矿渣棉新技术为目标。本项目以CaO-MgO-SiO2-Al2O3四元渣系为基础，围绕高炉熔渣直接纤维化过程中，高熔点矿相析出热力学和动力学、晶相析出对矿渣棉纤维物化性能的影响规律。系统研究冷却过程中黄长石和C2S析晶热力学及动力学，揭示晶相析出对纤维化工艺和矿渣棉制品性能的影响规律，解决高炉熔渣组分变化导致直接纤维化成棉质量较差的关键问题，为高炉熔渣调质及直接纤维化奠定理论基础、实现高炉熔渣显热有效回收和矿物资源的高附加值利用。

利用高炉熔渣直接成纤工艺生产矿渣纤维，既可实现高炉渣的资源化利用，又可高效利用高炉熔渣的熔渣显热，是一种高炉渣的高附加值利用方式。但在高炉渣制备矿渣纤维的过程中，熔渣在冷却时会有不同程度的析晶倾向。高炉渣中晶体的析出将导致纤维的断裂以及强度的降低，从而对纤维的性能产生不利影响。本项目以CaO-MgO-SiO2-Al2O3四元渣系为研究对象，采用FactSage热力学模拟、微观分析和热态实验相结合的研究方法，研究了高熔点矿相析出热力学和动力学、晶相析出对矿渣棉纤维物化性能的影响规律。研究结果表明，高炉熔渣的开始析晶温度受黄长石相析出的控制约为1350℃，临界冷却速率为6℃/s。黄长石的析晶机制为体积形核、一维方向生长，其晶体的生长指数n的平均值为2.07，析晶活化能为324 kJ/mol。在矿渣纤维成型所要求熔体黏度范围内，高炉熔渣的温度为1337~1371℃，温度区间为34℃，区间较窄，成纤过程不易控制，需调质处理。高炉熔渣碱度和MgO含量的升高，会提高高炉渣的开始析晶温度和临界冷却速率，对高炉渣制备矿渣纤维产生不利影响。Al2O3含量的升高会降低高炉渣的开始析晶温度和临界冷却速率，有利于矿渣纤维的制备。高炉渣经添加铁尾矿、粉煤灰和煤矸石调质处理后，可起到降低熔渣开始析晶温度和增宽成纤温度区间的效果。对高炉熔渣进行离心喷吹处理，高炉渣纤维的渣球含量（Φ≥0.212mm）为5.14%、纤维平均直径为3.0µm、导热系数为0.037W/（m•K）、756℃热重收缩温度，其各项性能指标均符合国家标准的要求。通过本项目的研究解决了高炉熔渣组分变化导致直接纤维化成棉质量较差的关键科学理论问题，为高炉熔渣调质及直接纤维化奠定理论基础、实现高炉熔渣显热有效回收和矿物资源的高附加值利用。