使用DSC法测量粒化高炉矿渣渣时,温度制度如何定制

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DSC使用范围
& && &差示扫描量热仪(DSC)测量的是材料内部与热转变相关的温度、热流的关系。应用范围非常广,特别是材料研发、性能检测与质量控制。材料的特性,如玻璃化转变温度、冷结晶、相转变、熔融、结晶、产品稳定性、固化/交联、氧化诱导期等,都是DSC的研究领域。
(1)玻璃化转变温度Tg:当非晶高聚物从较低温度下的玻璃态转变为较高温的橡胶态,或者从橡胶态转变为玻璃态时,就会发生玻璃化转变。当玻璃化转变发生时,材料的热性能和力学性能都会发生很大的改变。因此,可以采用DSC(热分析)和DMA(力学分析)来测量聚合物的玻璃化转变温度。个人认为,当聚合物的结晶度较低时,可采用DSC,当聚合物结晶度较高时,还是采用DMA更加准确。
(2)冷结晶:许多半结晶的热塑性材料在熔融温度前在应用温度范围都有一个放热的冷结晶峰,这是由于升温过程中材料内部的晶型完善和非晶相晶体转化形成的。与普通结晶一样,这同样是个放热过程,只是在材料升温过程中。冷结晶引起的收缩会影响材料的使用。通过DSC可以准确的测得冷结晶过程,包括起始温度、终止温度、结晶过程中放出的热焓等等。
(3)相转变:DSC是热分析仪器,只要是相变化过程中有吸热或者放热效应,都可以测得。我就接触过采用DSC测量居里温度的,因此可以说,DSC不仅仅应用于高分子的热分析。
(4)熔融和结晶:采用DSC,可以测得聚合物的熔点、熔限、结晶起始温度、结晶终止温度、半结晶期,甚至可以用测得的熔融焓或者结晶焓计算得到结晶度。当然,个人认为,就测样品结晶度而言,XRD要比DSC更准确。因为在样品的升温过程中,必然伴随着重结晶过程。所以,不需升温的XRD要更精确些。
(5)氧化诱导期:可以给出材料的氧化行为和添加剂影响的信息。
(1)DSC自动进样器:提供了可靠的并可无人照看的实验环境。自动进样器有两个独立的机械臂,自动加盖臂完成DSC炉盖的开启与闭合动作,样品臂可按程序或任意秩序加载或移出样品盘和参比盘。
(2)Tzero压样器:压样器可实现无可比拟的密封性能,并且便于操作,颜色标准确保在样品盘/盖选择后,模块间的正确匹配,排除了误操作的可能性。
(3)机械制冷系统RCS:采用两步闭环蒸发冷却系统,实现-90℃到550℃范围内的DSC/MDSC实验的程序控温。
(4)液氮冷却系统:液氮冷却系统(LNCS)在550~-180℃温度范围内程序控温。由于采用了液氮制冷,温度范围比RCS更大。当然,液氮使用的价格也比RCS昂规很多。
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高炉矿渣-粉煤灰-脱硫石膏-水泥制备硅酸钙板的协同水化机理
摘 要:以高炉矿渣、粉煤灰、脱硫石膏和水泥为原料,通过搅拌-压力成型-预养-脱模-蒸压养护的工艺流程制备硅酸钙板,研究了原料配方、蒸养时间对硅酸钙板抗折强度的影响,并采用DSC、XRD、IR和SEM等方法研究了混合原料的协同水化历程和水化产物的微观
【题 名】高炉矿渣-粉煤灰-脱硫石膏-水泥制备硅酸钙板的协同水化机理
【作 者】曹钊 曹永丹 李现龙 张金山 周珊
【机 构】内蒙古科技大学矿业研究院 包头014010 内蒙古煤炭开采与利用工程技术研究中心 包头014010
【刊 名】《硅酸盐通报》2015年 第1期
298-302页 共5页
【关键词】硅酸钙板 高炉矿渣 蒸压养护 微观结构 水化历程
【文 摘】以高炉矿渣、粉煤灰、脱硫石膏和水泥为原料,通过搅拌-压力成型-预养-脱模-蒸压养护的工艺流程制备硅酸钙板,研究了原料配方、蒸养时间对硅酸钙板抗折强度的影响,并采用DSC、XRD、IR和SEM等方法研究了混合原料的协同水化历程和水化产物的微观结构。结果表明:高炉矿渣、粉煤灰、脱硫石膏和水泥最佳配比为50%、5%、25%和20%,最佳蒸压温度和时间分别为180℃和10h,原料在协同水化历程中依次生成了C-S-H凝胶、片状托贝莫来石、纤维状钙矾石和针状硬硅钙石,硬硅钙石的生成使得硅酸钙板的强度得以提升。
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硅酸钙板,高炉矿渣,蒸压养护,微观结构,水化历程
上一篇:暂无第38卷 2009年增刊2 12月RARE稀有金属材料与工程V01.38,Suppl.2 Decemher 2009MET札MATERJALS AND ENGINEERING晶化温度对高炉渣微晶玻璃性能的影响刘红玉1,孙元元1,周元超1,任向前1,黄善强1,张锐1,卢红霞1,2(1.郑州大学,河南郑州450001)(2.安阳钢铁公司博士后工作站,河南安阳455004)摘要:以95%炼铁高炉渣和5%钾长石为原料,采用简易的一步烧结法制备炉渣微晶玻璃。利用x荧光,DSC,XRD,SEM等分析手段研究了粉体的化学组成、热学性能和样品的物相组成及显微形貌。结果表明:不同的晶化温度对高炉渣微晶玻璃性能有较大的影响,当晶化温度为830℃,烧成温度为1200℃时,制备的微晶玻璃主晶相为钙铝黄长石, 在微晶玻璃中存在大量均匀分布的微小晶粒,其抗弯强度可达88 MPa。关键词:微晶玻璃:高炉渣;晶化温度:烧结法中图法分类号:TQl71.73+3文献标识码:A文章编号:1002.185X(2009)S2.0674.04高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废 渣。随着我国钢铁工业的快速发展,高炉矿渣排量日 益增多,历年来已经堆积矿渣近15x10一t,占地约1000 km2。为了处理这些废渣,国家每年花费巨额资金修 筑排渣场和铁路线,浪费大量人力物力。高炉矿渣属 于硅酸盐质材料,主要化学成分是Si02、CaO、A1203、 MgO等,又是在1400~1600℃高温下形成的熔融体, 因而便于加工成多品种的建筑材料【l ̄3】。利用炉渣制备 微晶玻璃不仅可以降低微晶玻璃的生产成本,而且可 以解决我国日益堆积的高炉废渣问题,因此自问世以 来倍受关注。 晶化温度是晶体成长速度达到最大值的温度,在 此温度下晶化,可以提高晶化效率,节约能源。若温 度过低,玻璃粘度大,不利于晶体的成长;若温度过 高,玻璃粘度过小,虽有利于结晶,但又会引起玻璃 的局部流动导致产品变形,再者,温度过高,又会发 生晶体的重熔【4'5】。 目前微晶玻璃的制备方法主要有:熔融法、烧结 法和溶胶凝胶法,及Petrurgic method[6】等。而制备矿 渣微晶玻璃常用的烧结法存在着耗能大,废渣利用率 低的缺点。采用一种简单的工艺制备炉渣含量高的微 晶玻璃能更有效地解决目前我国炉渣利用率低的问 题。本实验是以安阳钢铁公司的高炉渣为主要原料, 添加5%的钾长石作为辅助原料,采用简单的一步烧 结法制备微晶玻璃。探讨晶化温度对微晶玻璃性能的影响。收稿日期:2009―06.03 基金项目:中国博士后科研基金(20060400790)1实验选用安阳钢铁公司的高炉矿渣为主要原料,具体 化学组分如表1所示。 由表1中可以看出,高炉渣的主要成分为Si02、 CaO、A1203和MgO,属于CASM体系。图1为高炉渣 的XRD图谱。从图中可以看出,高炉渣主要是由玻璃 体和少量的晶相(钙黄长石)组成,在急冷处理过程中, 熔融态炉渣中绝大部分物质来不及形成稳定的化合物 晶体,以玻璃体状态将来不及释放的热能转化为化学 能存储下来,从而具有潜在的化学活性。本实验在不 单独添加晶核剂的情况下,利用球磨后的高炉渣潜在 的化学活性来完成析晶。表1Table 1高炉渣化学组成成分slag(∞,%)Chemical compositions of blast furnace具体工艺过程为:将高炉渣原料用滚筒球磨机球磨粉碎24 h(球磨机转速为105 r/rain),并经过200目(孔径74 um)的筛子的筛选后,以95%高炉渣和5%(质量分 数)钾长石混合,然后再利用行星球磨机(400 r/min)将 其均匀混合2 h。于烘箱烘干后加入液体石蜡作造粒 剂,充分混合过筛(孔径175 rtm)后,干压成形(成形压 力为40~60 MPa),制得国36 mmx3 mm坯体。将坯体放作者简介:刘红玉,男,1983年生,硕士,郑州大学材料科学与工程学院,河南郑州450001,电话:0371-67781596,通讯作者:卢红霞,E-mail:luhx@zzll.edu.cn万   方数据 增刊2刘红玉等:晶化温度对高炉渣微晶玻璃性能的影响?675?入马弗炉中依据配料的DSC曲线(图2)确定晶化温度 范围进行烧结热处理。实验采用的晶化温度分别为 770、800、830和850℃,固定晶化时间为l h,升温速 度5~6"C/rain,最后在1200℃下烧结成微晶玻璃,随炉温冷却。表面研磨后用0.5岬金刚石溶液研磨抛光,以三点弯曲法测试,跨距30 mlll,加载速率0.1 ram/rain,每组实验采取5根样品测试后取平均值。2结果及分析图3为样品抗弯强度随晶化温度的变化曲线。由图 可知:随着晶化温度的提高,试样抗弯强度逐渐增大; 温度增至830℃时,强度最大值为88 MPa,热处理温 度继续升高,强度下降。 图4为不同热处理温度下样品的XRD图谱。可以j.E吾Is8_d嗣看出,在4种不同的晶化温度下,微晶玻璃的主晶相没 有发生改变,均为钙黄长石。但随着晶化温度的提高, 晶相的衍射强度逐渐增强,这说明随着温度的提高样2pr)图1高炉渣的XRD图谱Fig.1 XRD pattern of blast fi.t11Iace slag品内部晶相含量逐渐增大。由于微晶玻璃中尚存在易 碎的玻璃相组分,因此其机械强度在很大程度上要受 到结晶相的颗粒大小、体积分数和均匀度的影响。对 于多晶材料来说,晶界比晶粒内部弱,材料的断裂破坏多是沿晶界断裂。材料中晶相含量越高,则晶界越长,裂纹的迂回路程越长,表现为抗弯强度相对较高。’耋薹矗白至毫d_p口∞ D图2原料的DSC曲线Fig.2 DSCcurveTemperature/*Cofthe raw material Fig.3图3不同晶化温度下微晶玻璃的抗弯强度Bending strength of the glass―ceramics crystallized different temperaturesat采用岛津(SHIMADZU)XRF.1700型X荧光光谱仪 分析高炉渣的化学组成;用荷兰PHILIPS公司的Xpertpro型X射线衍射仪测定试样的主晶相,辐射Cu Ke(O.15406 nm),管压35 kV,管流30 mA,扫描速度为 60/rain,20扫描范围为15。~850;采用德国耐驰(STA449C, NETZSCH)DSC.TG差热分析仪进行炉渣原料的热分 析,实验中采用高纯A1203坩埚,升温速度为10K/min, 置暑趸当空气气氛,气体流动速度为30 mL/min;将烧结好的微 晶玻璃样品打磨抛光后浸入0.5%HF溶液(溶液温度约25℃)中腐蚀20 S,对腐蚀后的试件表面进行喷金处理,量用日本皿OL JSM一5610LV和厄OL JSM-6700F扫描电镜 (SEM)观察微样品的显微结构。采用万能材料试验机(Zwick/Roell Z030,Germany)测试微晶玻璃样品三点弯Fig.4图4不同晶化温度下微晶玻璃的XRD图谱XRDpatterns of the glass―ceramics crystallized at曲强度。将烧结试样加工成3minx4 mmx36rain的试条,different temperatures万   方数据 ?676?稀有金属材料与工程第38卷晶化温度为770℃时,晶体数量较少且体积较小, 玻璃态基质则相对较多(图5);800℃时微晶体己经开 始长大,但没有发育完全,所以此时的抗弯强度较低 (图6);至0830℃时晶体已经完全长大,分布均匀,晶 粒尺寸在1 Ilm左右,此时抗弯强度最强(图7);850℃ 时的显微结构与830℃时的大体相同,但颗粒大小均 匀性较差(图8),因此830℃时晶化的试样抗弯强度最高。综上所述,结合测试结果可以看出:试样的抗弯 强度、晶相含量和晶体的生长情况与晶化温度是密切 相关的。 研究表明,在低温(800℃以下1烧结时,晶体沿原 玻璃颗粒的界面生成,向玻璃颗粒内部生长,而在原玻 璃颗粒的内部无析晶发生,此时结晶率较低。在中温区 (800~1000℃1烧结,晶体在玻璃颗粒界面和颗粒内部同 时析出并长大,可获得较高的结晶率。高温区(1000℃~ 最高烧结温度)烧结时,由于玻璃颗粒界面的快速粘合 以及相变驱动力减小,结晶率又趋于下降。本实验中, 随着晶化温度的提高,晶体生长速率显著增大,试样中 晶相含量和抗弯强度也迅速上升,晶粒逐渐长大并发育 完全。进一步提高品化温度时,晶体生长的速率、晶相 含量和抗弯强度的增加放缓。从测试结果来看,830℃ 时晶化的试样性能最优,故综合考虑830℃可作为一步 热处理制度时的最佳核化、晶化温度。Fig.8 Fig.7图7晶化温度为830℃的微晶玻璃电镜照片 SEM image of the glass?ceramic crystallizedat830℃图8晶化温度为850℃的微晶玻璃电镜照片atSEM image of glass-ceramic crystallized850℃3结论1)利用高炉渣为主要原料,采用简单的陶瓷制备 工艺和一步热处理工艺制备微晶玻璃建筑材料,方法 可行,对提高炉渣利用率和简化目前常用的烧结法工 艺具有很大的意义。2)在830℃晶化1 h制备的微晶玻璃中,存在大量的微晶粒,微晶玻璃的抗弯强度可以达到88 MPa。 3)随着晶化温度的提高,微晶玻璃中微晶体开始图5晶化温度为770℃的微晶玻璃电镜照片Fig.5长大,导致微晶玻璃的抗弯强度下降。770℃SEM image of the glass-ceramic crystallizedat参考文献References【l】Zhu Zheng(诸铮).Technical Information Development&Economy(科技情报开发与经济)[J】,2005,15(6):126【2】Yang He(杨合),Zhao Su(赵苏).Conservation andUtilizationofMineral Resources(矿产保护与利用)【J】,2004,2(1):47【3】Zhang Peixin(张培新),Wen Qiye(文岐业1Textile Leader(材料导报)【J】,2003,17(9):45eta1.Material图6晶化温度为800℃的微晶玻璃电镜照片Fig.6【4】Y-u Jianzhang(俞建长),Song Kaixin(宋开新).Glass&EnamelSEM image of the glass-ceramic crystallized at 800℃(陶瓷与搪瓷)【J】,2004,32(5):13万   方数据 增刊2刘红玉等:晶化温度对高炉渣微晶玻璃性能的影响?677?【5】Feng Xiaoping(冯4,x}z).Glass&Enamel(陶瓷与搪瓷)【J】, 2005,33(2):7[6】Rawlings R D,Wu J,Boccaccini A R.MaWr Sciff],2006, 41(4):733Effect of Crystallization TemperatureonProperties of Slag Glass CeramicsLiu Hongyul,Sun Yuanyuanl,Zhou Yuancha01,Ren Xiangqianl,Huang Shanqian91,Zhang Ruil,Lu Hongxial,2 (1.Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,China) (2.Chma Postdoctoral Working Station ofAngang Group,Anyang 455004,China)Abstract:Glass―ceramics were prepared邺i119waswasteslag as the main staring materials viaasimple sintering proc船s.The amount ofthe slag used95wt%and theamountof potash feldspar Was 5wt%.The powders and the glass―ceramics obtained were examined by X-ray fluorescence,atDSC,SEM and XRD.The results indicated that the properties ofthe glass-ceramics obtainedveryatvarious crystallization temperatures were differentmuch.Theglass-ceramics with best propertiesand with the geldenite asmaincrystals wereobtained by crystallizing at 830℃and sintering1200℃.The glus-ceramicsconsistingofsmallcrystalshadahi【ghbendingstrengthof88MPa.Key words:glass―ceramics;slag;crystallization temperature;sinteringBiography:LiuHongyu,Master,School ofMaterials Science and Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou 45000I{PI R.China,Tel:0086-371-67781596,E―mail:luhx@zzu.edu.cn万   方数据 晶化温度对高炉渣微晶玻璃性能的影响作者: 刘红玉, 孙元元, 周元超, 任向前, 黄善强, 张锐, 卢红霞, Liu Hongyu, Sun Yuanyuan, Zhou Yuanchao, Ren Xiangqian, Huang Shanqiang, Zhang Rui, Lu Hongxia 刘红玉,孙元元,周元超,任向前,黄善强,张锐,Liu Hongyu,Sun Yuanyuan,Zhou Yuanchao,Ren Xiangqian,Huang Shanqiang,Zhang Rui(郑州大学,河南,郑州,450001), 卢 红霞,Lu Hongxia(郑州大学,河南,郑州,450001;安阳钢铁公司博士后工作站,河南,安阳 ,455004) 稀有金属材料与工程 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING ) 1次作者单位:刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数:参考文献(6条) 1.Rawlings R D;Wu J;Boccaccini A R 查看详情 .冯小平 查看详情 .俞建长;宋开新 查看详情 .张培新;文岐业 查看详情 .杨合;赵苏 查看详情 .诸铮 查看详情 2005(06)引证文献(1条) 1.郝洪顺.徐利华.张作顺.杨增朝.仉小猛.谢志鹏 高炉矿渣二次资源合成绿色无机材料的研究进展[期刊论文]-材 料导报 2010(21)本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_xyjsclygc.aspx1688.com,阿里巴巴打造的全球最大的采购批发平台
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cbulogin.et2Server is OK卢红霞,李利剑,关绍康,
安阳钢铁集团有限责任公司,郑州大学,
介绍了安钢高炉渣的产生和处理方法,利用x荧光光谱仪、X—Ray衍射(XRD)、差式扫描热量分析(DSC)、多点氮气吸附法(BET吸附法)、激光粒度分析仪及扫描电镜(SEM)对安钢高炉渣的化学组成、物化特性,热学特性以及微观结构进行了研究和分析。结果表明安钢高炉渣是以CaO、Al2O3、SiO3、MgO等为主要成份的玻璃体物质,晶化温度在930℃;炉渣粒度以小于5mm的为主,不同时间的球磨粉碎将使炉渣粒度和比表面发生变化。以安钢炉渣为主要原料,经过晶化、烧结等工艺可制得性能优良的微晶玻璃材料。}

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