本發明涉及一種以液態轉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域。

背景技術：

煉鋼過程中產生的轉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、土壤造成嚴重污染，甚至危害到人們的身體健康。鋼鐵企業過去一直視煉鋼生產過程中產生的轉爐鋼渣為固體廢物，如何減少鋼渣帶來的環境污染是其考慮的主要方向。

發展到今天，鋼鐵企業也己經把鋼渣作為一種產品原料或者半產品來對待，并根據規模、鋼渣性質、最終產品建設了不同配置的生產線。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，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爐鋼渣顯熱的顯熱。轉爐冶煉結束后，熔融態鋼渣的溫度在1500℃以上，其內蘊含大量的顯熱，而現實中轉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，特別是隨著市政建設的擴大，對人行道、各種廣場的鋪設越來越多。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。

技術實現要素：

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

本發明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為：

一種以液態轉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轉爐鋼渣和輔料，液態轉爐鋼渣和輔料混熔后所得玻璃熔體的化學組成按質量百分比計在下述范圍內：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％。

按上述方案，所述原料按質量百分比計為：液態轉爐鋼渣40～60％，輔料40～60％。

按上述方案，所述液態轉爐鋼渣主要化學組成按質量百分比計為：SiO₂ 20～37％，Al₂O₃ 5～8％，CaO 39～48％，MgO 5～8％，Fe₂O₃ 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際生產中液態轉爐鋼渣的組成，保證液態轉爐鋼渣和輔料混熔后的玻璃熔體的化學組成在本發明要求的范圍內即可。

上述以液態轉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，將液態轉爐鋼渣和輔料混合成為配合料，然后經熔制、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。所述液態轉爐鋼渣通過耐火材料制備的導流槽轉移至玻璃電熔窯中，同時將經過預混合后的輔料經加料口加入到玻璃電熔窯中，電熔窯采用全氧燃燒技術加熱配合料。

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

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，微晶化結束后的降溫速率1～3℃/分鐘。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

(1)本發明采用液態轉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，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/cm³，三點抗折強度范圍為102～150MPa，莫氏硬度為6～7級。

(2)現有技術中鋼渣的再利用主要應用在生產水泥，磚，作為道路基層填料等附加值較低的方面，而本發明采用轉爐鋼渣生產黑色微晶玻璃磚產品，充分利用其自身成分與顯熱，實現對利用轉爐鋼渣制備高附加值的產品和節能減排的目的。

(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；本發明中利用熱的轉爐鋼渣直接制備黑色微晶玻璃磚，充分利用了液態轉爐鋼渣的高溫所帶的熱能，生產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；同時做到大規模的利用鋼渣，能夠變廢為寶，減少環境污染。

(4)本發明利用煉鋼過程中產生的鋼渣，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，也可以廣泛的應用到建筑裝飾行業。

具體實施方式

為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明不僅僅局限于下面的實施例。

實施例1

一種以液態轉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轉爐鋼渣和轉爐鋼渣，按質量百分比計為：液態轉爐鋼渣40％，輔料60％；且，液態轉爐鋼渣和輔料混熔后所得玻璃熔體的化學組成按質量百分比計在下述范圍內：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％。

上述以液態轉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.本實施例采用的轉爐鋼渣主要化學組成按質量百分比計為：SiO₂ 20％，Al₂O₃8％，CaO 48％，MgO 8％，Fe₂O₃ 16％；采用的輔料按質量百分比計為：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％；

液態轉爐鋼渣與輔料的質量比為：40：60，保證兩者混熔后的玻璃熔體的化學組成按質量百分比為：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％。；

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

玻璃熔窯采用全氧燃燒技術，通過全氧燃燒器，對熔窯補充一定的熱量，以保證熔化制度的穩定性，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入熔窯的工作部；

c.質量合格玻璃熔體經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℃，然后利用機械手將料股剪切成一定質量的玻璃熔體段，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所得黑色玻璃磚經過經退火窯退火，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。

由此方法采用液態轉爐鋼渣為主要原料制備黑色微晶玻璃磚，具有黑色色調，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/cm³，三點抗折強度范圍為102MPa，莫氏硬度為6級。

實施例2

一種以液態轉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轉爐鋼渣和轉爐鋼渣，按質量百分比計為：液態轉爐鋼渣50％，輔料50％；且，液態轉爐鋼渣和輔料混熔后所得玻璃熔體的化學組成按質量百分比計在下述范圍內：SiO₂ 47.5％，Al₂O₃3.5％，CaO 20％，MgO 3％，Na₂O 6.5％，K₂O 4.5％，Fe₂O₃ 7.5％，NiO 0.5％，Co₂O₃ 0.5％，TiO₂0.5％，Na₂SiF₆ 6％。

上述以液態轉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.本實施例采用的轉爐鋼渣主要化學組成按質量百分比計為：SiO₂ 32％，Al₂O₃7％，CaO 40％，MgO 6％，Fe₂O₃ 15％；采用的輔料按質量百分比計為：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％；

液態轉爐鋼渣與輔料的質量比為：50：50，保證兩者混熔后的玻璃熔體的化學組成按質量百分比為：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％；

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

玻璃熔窯采用全氧燃燒技術，通過全氧燃燒器，對熔窯補充一定的熱量，以保證熔化制度的穩定性，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入熔窯的工作部；

c.質量合格玻璃熔體經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℃，然后利用機械手將料股剪切成一定質量的玻璃熔體段，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所得黑色玻璃磚經過經退火窯退火，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。

由此方法采用液態轉爐鋼渣為主要原料制備黑色微晶玻璃磚，具有黑色色調，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/cm³，三點抗折強度范圍為125MPa，莫氏硬度為6級。

實施例3

一種以液態轉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轉爐鋼渣和轉爐鋼渣，按質量百分比計為：液態轉爐鋼渣60％，輔料40％；且，液態轉爐鋼渣和輔料混熔后所得玻璃熔體的化學組成按質量百分比計在下述范圍內：SiO₂ 40.5％，Al₂O₃3.5％，CaO 23.4％，MgO 3％，Na₂O 6.5％，K₂O 4.5％，Fe₂O₃ 7.2％，NiO 0.4％，Co₂O₃0.4％，TiO₂0.6％，Na₂SiF₆ 10％。

上述以液態轉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.本實施例采用的轉爐鋼渣主要化學組成按質量百分比計為：SiO₂ 39％，Al₂O₃5％，CaO 39％，MgO 5％，Fe₂O₃ 12％；采用的輔料按質量百分比計為：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％；

液態轉爐鋼渣與輔料的質量比為：60：40，保證兩者混熔后的玻璃熔體的化學組成按質量百分比為：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.通過轉爐鋼渣運輸罐，將液態轉爐鋼渣運輸至轉爐鋼渣熔窯前過渡池，然后通過其下端的耐火材料導槽投至玻璃窯投料口中；輔料經攪拌混合放入輔料過渡與加入倉，通過其下端的導槽投至玻璃窯投料口中，然后液態轉爐鋼渣和輔料由輥式投料機送入熔化部；

玻璃熔窯采用全氧燃燒技術，通過全氧燃燒器，對熔窯補充一定的熱量，以保證熔化制度的穩定性，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入熔窯的工作部；

c.質量合格玻璃熔體經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℃，然后利用機械手將料股剪切成一定質量的玻璃熔體段，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所得黑色玻璃磚經過經退火窯退火，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。

由此方法采用液態轉爐鋼渣為主要原料制備黑色微晶玻璃磚，具有黑色色調，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/cm³，三點抗折強度范圍為150MPa，莫氏硬度為7級。

本發明利用煉鋼過程中產生的鋼渣，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/cm³，三點抗折強度范圍為102～150MPa，莫氏硬度為6～7級。由此表現出非常好的耐磨損，抗碾壓性能，屬于理想的市政道路鋪面、廣場鋪面材料，也可以廣泛的應用到建筑裝飾行業。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干改進和變換，這些都屬于本發明的保護范圍。