钢渣“热”和“渣”双利用制备高附加值产品的关键技术基础研究

针对钢渣显热回收和高附加值利用的难题，提出钢渣"热"和"渣"双利用制备高附加值产品的新方法，拟建立直接将转炉钢渣改质成为质量合格的玻璃颗粒（微晶玻璃原料），并进而制备出性能优良的微晶玻璃产品的技术理论体系。.研究将获得由粗调改质、细调改质、可控粒化三部分组成的转炉熔渣熔融改质技术体系及基础理论；建立熔渣热量梯级利用的系统技术及理论，将熔渣高品质的高温热量转化为玻璃颗粒的介稳态内能，将玻璃颗粒具有的低品质热量进行热交换回收利用；并进而揭示铁稀相熔体中铁还原的离子传输强化机理，获得熔渣成分、颜色、结构、流动性以及玻璃颗粒的粒度、温度与结构的变化规律及控制机理。.研究将建立一整套全新的熔渣"渣""热"高附加值利用方法及理论，使我国高温熔渣利用达到新的水平，为推动国民经济的可持续发展、开辟跨行业链接技术研究的新学科领域，并为我国在资源、环境与材料交叉科学领域的学术研究处于国际领先地位做出重大贡献。

随着我国钢铁行业的快速发展，钢渣难以高效资源化利用的问题日益突出，研究钢渣高效资源化利用新技术，对提高冶金渣资源的利用水平具有十分重要的意义。本项目通过熔融钢渣在线改质的方式，对熔融钢渣进行改质和提铁，并将改质后的渣制备成高性能的微晶玻璃，以实现高温熔融钢渣的热和渣资源的高附加值双利用，有利于钢铁企业的节能减排和经济效益的提高。本项目设计并建造了一套半工业化的熔融钢渣改质设备，研究熔融钢渣在线改质和还原提铁工艺，将提铁后的渣用于制备钢渣基微晶玻璃，并度改质钢渣微晶玻璃的制备机理进行了深入的研究。.研究获得了由粗调改质、细调改质、可控粒化三部分组成的转炉熔渣熔融改质技术体系及基础理论；建立了熔渣热量梯级利用的系统技术及理论，将熔渣高品质的高温热量转化为玻璃颗粒的介稳态内能，将玻璃颗粒具有的低品质热量进行热交换回收利用；并进而揭示了铁稀相熔体中铁还原的离子传输强化机理，获得了熔渣成分、颜色、结构、流动性以及玻璃颗粒的粒度、温度与结构的变化规律及控制机理。.研究表明，采用熔融钢渣在线改质和成分调整的改质工艺具有良好的效果：使用纯空气作为氧源即可达到超过1500℃的温度，满足改质剂预热和熔化的要求；使用富氧率5%的富氧空气，炉内高温段的位置前移，促进了煤粉的燃烬，平均温度水平提高了约20℃，烟气温度降低了30~40℃。.以改质提铁后的渣作为主要原料，采用一步法工艺和微波烧结工艺均制备出了力学性能优异的微晶玻璃，满足了建筑装饰用微晶玻璃的国家标准。并采用DTA、XRF、XRD、SEM-EDS和FTIR等手段，结合线收缩率、体积密度和抗折强度测试分析，研究了热处理制度对高碱度微晶玻璃性能的影响规律。另外，采用电炉还原渣作为陶瓷烧结原料，成功制备出了性能良好的陶瓷样品。.设计和搭建完成粒化轮和冷却水联合雾化冷却系统，并进行了现场试验。结果表明：熔渣降温速度随着颗粒粒径的减少、运行速度的增大而减少，因此，应尽可能的在粒化过程得到粒径较小且速度较大的颗粒。同时，将粒化过程得到的速度分布结合相变凝固过程的熔渣在不同时刻的温度场，可以得到熔渣在各个空间位置的温度值。根据实际需求，可以在不同的空间位置进行颗粒收集和余热回收。 .研究建立了一整套全新的熔渣“渣”“热”高附加值利用方法及理论，开辟了跨行业链接技术研究的新学科领域，并为我国在资源、环境与材料交叉科学领域的学术研究做出了应有的贡献