矿相重构液态高炉渣直接纤维化及其粘结成型机理研究

Making use of the waste heat of the blast furnace molten slag product insulating material such as slag wool, which pass the mineralogical reconstruction direct fibrosis. The research overcome the technical problem of restricting slag wool production scale to large, which is limited of the energy consumption by melting, and solve the market problem that heat insulating material of inorganic building is difficult to supply for the enhance of fire prevention level of high-rise building. The project will focus on multiple key scientific theories which restrict blast furnace slag direct fibrosis and bonding shape. The main contents include:(1)The mineral phase reconstruction mechanism research of the fibrosis liquid blast furnace slag.(2)The mechanism research of the fibrosis liquid blast furnace slag. (3)The slag fiber bond forming mechanism. (4)The heat compensate mechanism of direct fibrosis of the liquid blast furnace slag. This project research will completely solve the molten slag directly fibrosis forming bottlenecks scientific theory problem:(1)The Influential Mechanism of the Element reconstruction on the liquid blast furnace slag fiber forming, Mineral phase composition and microscopic structure.(2)The Influential Mechanism of the liquid blast furnace slag fibrosis methods on the liquid blast furnace slag fiber forming, Mineral phase composition and microscopic structure. (3)The Influential law of the slag fiber Bond forming on the performance of the slag fiberboard.(4)The heat transfer law of the liquid blast furnace slag cooling procedure. This research will provide a theory and technic support for the direct fibrosis of the liquid blast furnace slag's commercial process.

利用高炉熔渣余热通过矿相重构直接纤维化生产矿渣棉等绝热保温材料，既克服了制约矿渣棉生产规模受熔炼能耗所限难以大型化的技术难题，又解决了高层建筑因防火等级提高而无机建筑保温材料难以供应的市场难题。本项目将重点研究制约高炉熔渣直接纤维化及其粘结成型的多项关键科学理论问题，主要内容包括：（1）纤维化液态高炉渣的矿相重构机理研究；（2）液态高炉渣纤维化机理研究；（3）矿渣纤维粘结成型机理研究；（4）液态高炉渣直接纤维化热量补偿机理。通过本项目研究，将彻底解决熔渣直接纤维化及其成型的瓶颈性科学理论问题：（1）成份重构对液态高炉渣成纤性能、矿相组成及显微结构的影响机理；（2）液态高炉渣纤维化方法对矿渣纤维性能、矿相组成及微观结构的影响机理；（3）矿渣纤维粘结成型机理对矿渣纤维板性能的影响规律；（4）液态高炉渣纤维冷却过程换热规律。通过本项目研究将为液态高炉渣直接纤维化的工业化生产提供理论及技术支撑。

高炉渣是钢铁冶炼过程的主要副产品，是冶金工业中数量最多的一种渣，本研究以高炉渣、铁矿废石、粉煤灰为原材料，在分析以上三种物质的化学成分、矿物组成、微观结构及粘度行为的基础上，详细研究了碱度、Al2O3和MgO含量对熔渣的析晶行为和矿相重构的影响，研究表明以铁矿废石和粉煤灰为调质剂的熔渣体系析晶倾向最小；随调质剂配比增加，熔渣冷却过程中析晶能力降低，玻璃相增多，矿物析出量减少；酸度系数大于1.2时，熔渣中无矿物析出，形成均匀的玻璃相；熔渣适宜成纤的酸度系数为1.2~1.4。利用高炉熔渣调质直接喷吹和离心法均制备出符合标准的纤维，制得的纤维直径小于3μm，渣球含量低于5%，成纤率高于70%。利用热力学软件FactSage6.4模拟计算不同种类及配比的调质剂对熔渣体系热力学的影响，研究表明随调质剂配比增加，熔渣体系热量转移量明显增大；在同一配比条件下，熔渣体系初始温度对热量转移量影响相对较小；调质剂配比增加到一定量后，所需的补热量陡升，补热时间大幅度增加，难以保证矿渣棉的连续、稳定生产。对不同酸度系数的矿渣纤维进行酸、碱腐蚀实验，确定酸度系数为1.3的矿渣纤维的耐酸、碱腐蚀能力最强。采用经过适量硼砂和硅溶胶改性的聚乙烯醇溶液作为粘结剂，制备了不同粘结剂配比的矿渣纤维板，研究了不同粘结剂种类及用量对纤维板导热系数、压缩强度、垂直板面抗拉强度以及憎水率、热荷重收缩温度等性能的影响。根据纤维冷却的三个过程构建数学模型，建立边界条件后，使用Mathematic软件对构建的四阶常微分方程进行求解，确定液态高炉渣纤维温度随时间变化规律。通过本项目的研究丰富了熔渣纤维化过程的动力学机制，为高效利用液态高炉渣、生产节能型矿渣棉及建筑保温制品等高附加值产品提供理论支撑。