搪瓷层毕业设计开题报告草稿改后.docx

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搪瓷层毕业设计开题报告草稿改后

理工学院

毕业设计（论文）开题报告

题目：

以高炉熔渣为主要原料制备搪瓷层

的成分设计

学生姓名：

师峻鹏学号：

11L0601118

专业：

金属材料工程

指导教师：

秦森

2015年4月20日

开题报告填写要求

1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；

2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；

3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册）；

4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。

如“2010年2月26日”或“2010-02-26”。

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：

1.引言

搪瓷涂覆法是将玻璃料涂覆在干燥的金属表面，经过高温烧制，使搪瓷层与金属表面发生交互作用，形成与基材结合牢固，致密的涂层的工艺。

搪瓷涂层突出的特点是具有玻璃特性，有优良的耐蚀性、耐磨性、耐高温和不导电等的特殊性能。

这些性能是其它材料很难兼备的，搪瓷涂层已经在航天、化工等领域中广泛应用。

高炉熔渣是冶炼生铁时从高炉中排出的废物，它是当炉温达到1400～1600℃时，炉料熔融，矿石中的脉石、焦炭中的灰质，助溶剂和其他不能进入生铁中的杂质形成以硅酸盐和铝酸盐为主的漂浮在铁水上面的熔渣。

高炉熔渣中主要成分为SiO2、CaO、Al2O3以及少量金属氧化物，与搪瓷料的成分十分接近，这是资源重新利用的必要条件[1]。

1.1高炉矿渣的化学组成

不同产地的高炉矿渣化学组成不同，这取决于矿石品质、石灰石助溶剂的组成、焦碳的消耗以及炼铁条件和所产生铁的种类。

矿渣的主要成分为CaO、SiO2、Al2O3、MgO等多种氧化物，其总量一般在95%以上，还有少量的FeO和一些硫化物。

从化学成分上看，矿渣属于硅酸盐质，非常适合作搪瓷原料。

其各氧化物的作用分别是：

（1）氧化钙（CaO）是熔渣的主要化学成分之一，含量一般为35%~45%，是矿渣活性的主要来源之一，它与酸性氧化物（氧化硅和氧化铝）完全结合形成水硬性的硅酸三钙和硅铝酸二钙，或存在玻璃体的富钙相中。

CaO的含量即便很高，也不可能以游离态存在。

矿渣中的CaO含量越高，则矿渣中的潜在活性越高，但当CaO超过一定量时，矿渣熔点升高，熔体的粘度降低，冷却时析晶的能力增强，在慢冷时易发生β-硅酸二钙态向γ-硅酸二钙态转变，而造成矿渣的活性降低。

（2）氧化铝（A12O3）也是决定矿渣活性的主要成分之一，含量一般为6%~15%。

酸性氧化物，除了以硅铝酸二钙的形式存在外，还以不规则铝酸盐的形式存在于矿渣的玻璃体中，它与水和Ca（OH）2能生成水化反应，在矿渣中形成铝酸盐或铝硅酸钙等矿物，由熔融的状态经水淬后形成玻璃体。

矿渣中的A12O3含量越高，矿渣的活性也越大。

（3）氧化硅（SiO2）在矿渣中含量约为30~50%，是微酸性氧化物。

与CaO和Al2O3相比，含量显得过多，致使形成低活性低钙矿物，甚至还有游离态的SiO2存在，使矿渣活性降低。

一般来说，当SiO2含量较高时，矿渣熔体的粘度比较大，冷却时易于形成低碱性的硅酸钙和高硅玻璃体，使矿渣的活性变差。

（4）氧化镁（MgO）在矿渣中含量一般为5~12%，比CaO的活性还要低，在矿渣中呈稳定化合物或玻璃体存在，对水泥稳定性不会产生不良影响。

氧化镁可降低矿渣熔体的粘度，增加熔融矿物的流动性，有助于提高矿渣粒化质量，增加矿渣的活性。

当MgO含量不超过20%的情况下，MgO含量越大，矿渣活性也越好。

（5）氧化亚锰（MnO）在矿渣中含量很少，是一种惰性氧化物，易与硫化物生成MnS，降低了有用成份CaS的含量，而且MnS水化反应后体积变化较大，因此应该控制MnO的含量。

它会使矿渣活性降低，一般要求含量不超过4%。

含量一般限制在1%～3%，为了使铁脱硫，冶炼生铁时加入锰矿，MnO含量较低时对矿渣活性影响不显著，如果当MnO含量>5%，矿渣的活性会明显降低。

根据GB203-78规定，粒化高炉熔渣中锰化合物的含量，以MnO计，不得超过4%，但冶炼锰铁时所得的粒化高炉矿渣，锰化合物含量可以不超过15%，这是因为在锰铁矿冶炼过程中，A12O3含量较高，而SiO2含量低，另外锰铁矿冶炼过程中出渣温度比较高，锰矿渣经成粒后，形成玻璃体的含量较高，对活性有利。

（6）二氧化钛（TiO2）在矿渣中以钙钛石（CT）的形式存在，是活性较低的氧化物，当含量较高时，矿渣活性会降低。

当所用矿石是普通铁矿时，则矿渣中二氧化钛的含量一般不会超过2%；当用钛磁铁矿时，则矿渣中的二氧化钛含量可高达20%~30%，活性很低，我国现行的标准规定，矿渣中TiO2不得超过10%。

（7）三氧化铁和氧化亚铁（FeO、Fe2O3）当高炉运转正常时，排出的矿渣中三氧化二铁和氧化亚铁含量很少，一般不超过1%~3%，对矿渣活性无显著的影响。

（8）硫化物在矿渣中含量较高时，会使矿渣制品的强度损失较多，但矿渣中常以CaS的形式出现，一般按照下式水解：

2CaS+H2O→Ca（OH）2+Ca（SH）2，水解产物中的Ca（OH）2对矿渣的活性有激发的作用，因此为有利组分。

矿渣中除上述的主要成分外，还可能含有少量的其他化合物，如氟化物（以氟计，不得超过2%），P2O5的含量过多时会延缓水泥的凝结，还有K2O、Na2O、Cr2O3，V2O5等，对矿渣活性的作用与其存在形式和含量有关，同时这些氧化物之间还可能发生相互作用、互有影响。

一般情况下含量很少，对矿渣质量影响不大[2、3].

1.2高炉渣制备

依据目前高炉炼铁一般工艺造渣，设计工艺的条件为：

煅烧气氛为空气；出炉温度在1450℃；采用风冷冷却方式；升温过程为配料由室温经20min上升至950℃，保温30min后继续升温，经过约40min烧至1450℃熔融状态，保温30min后炉渣出炉，用风扇冷却并造粒[1]。

1.3搪瓷的研究现状

1.3.1耐高温高硬度搪瓷层的制备方法

制备搪瓷涂层的方法有:

溶胶凝胶法,高温点源扫描法,搪瓷涂敷法,气相沉积法和热喷涂法等:

1，热喷涂法是利用火焰，电弧或等离子体等的热源,将线状或粉末状的陶瓷加热至熔化或半熔化的状态，并加速成高速熔滴,喷向基体,形成涂层,从而对材料表面的性能（耐磨性，耐蚀性，耐热性等）进行强化,起到保护的作用,并对因磨损腐蚀或加工引起的零件尺寸的减小进行修复[4-6]。

2，高温点源扫描法

（l）聚焦光束熔敷法:

聚焦光束表面强化的技术处于探索性阶段，但初步研究的成果己表明,该方法具有以下特点:

熔敷层有足够的厚度,处理改性层可达1mm以上。

（2）熔敷层熔宽大：

熔敷宽度可达10mm以上,远大于激光处理的宽度。

（3）结合状态良好,改性层的内部。

改性层与基体之间的冶金结合牢固且致密,不易剥落。

（4）工艺操作性强。

其功率，光斑形状和尺寸，扫描速度易调节,也可与光导，机器人匹配,应用前景良好。

该方法缺点是设备结构与工艺过程比较复杂,制备较大面积的厚的覆层难度大[5]。

（2）激光熔覆法:

激光熔覆法是用不同添料方式在基体表面上放置涂层材料,用激光照射使涂层熔化,并快速凝固,与基体形成冶金结合良好的表面涂层，从而制备出耐磨，耐蚀，耐热，抗氧化涂层的工艺方法，激光熔覆涂层主要分三种：

耐磨涂层，耐蚀抗氧化涂层及热障涂层[7]。

（3）搪瓷涂覆法就是将玻璃料涂覆在金属基的表面,经过高温熔烧,使搪瓷层与金属基材发生交互作用,形成致密且与基材牢固结合的涂层的工艺[8]。

搪瓷涂层与陶瓷涂层不同,其突出特点是具有玻璃的特性。

搪瓷涂层主要优点:

耐酸,耐碱,耐热,耐磨,耐寒,绝缘和表面光滑美观等。

其缺点是釉层的工序多，原料复杂，单件与小批量生产成本高[4]。

1.3.2搪瓷的制备工艺

1.玻璃熔块的制备

根据表2.1玻璃料化学组成百分比,换算出原料的实际用量,用电子天平（精确到0.01g）称量。

将称量好的料在研钵中混合研磨均匀,放入刚玉坩埚中,然后将坩埚放入熔炼炉中加热到200℃保温30min,去除生料中的水分和碳酸钠分解释放出的二氧化碳气体，然后将预处理过的生料加热到1520℃,保温160min,获得均匀的熔融瓷釉料，而后立即将熔融的瓷釉料倒入冷水中淬碎，最后将瓷釉料从水中取出,放入100℃干燥箱中干燥lh。

2.钢板预处理

将2~3mm厚的Q235钢板切割成尺寸为18x8mm的试样,在950℃空气炉中保温30min进行脱碳,避免在烧制搪瓷层时基板表层的碳向外扩散,在高温下与空气的氢或氧发生反应生成甲烷，二氧化碳和一氧化碳,在搪瓷层中形成气泡,甚至会引起搪瓷层脱落,降低搪瓷层耐温，急变性和耐蚀性，然后再酸洗,以去除基板表面的氧化皮。

3.球磨制粉

将干燥的瓷釉料放入球磨罐中,按照球料的重量比为25:

1的比例向球磨罐中填加刚玉磨球,加入10毫升无水酒精后研磨2h,将研磨后的粉料倒出过325目筛子,要求剩余率不超过1wt.%。

若超过1wt.%则再次球磨,直到剩余率不超过1wt.%。

4.制浆

向过筛的粉料中添加20毫升的无水酒精后,密闭静置24h使瓷浆老化,以使瓷釉粉末在瓷浆中更加稳定,提高瓷浆涂搪性能,增强光泽,以消除气泡,便于涂搪。

5.调桨和涂搪

向老化后的瓷浆添加适量的无水酒精,使玻璃料的含量是60wt.%.。

将Q235试样浸入瓷浆中30s后再取出,抖动和旋转以除去多余的瓷浆。

如果试样表面瓷浆厚度均匀的分布在整个钢板上,并且瓷浆的厚度达到0.8mm,说明瓷浆的浓度正好。

如果瓷浆的厚度不均匀且厚度大于0.8mm，说明瓷浆浓度较大,需要减小瓷浆的浓度。

直到瓷浆均匀分布在整个试样的表面，将涂搪完毕的试样放入100℃的干燥箱中干燥1h。

6.烧制

将干燥的涂搪试样放入保温在不同温度（930，940，950，960℃）的空气炉中烧制不同的时间（2，3，4，5，6，7，8，9，10min）,然后取出放在耐火砖上自然冷却至室温[9]。

1.4高炉熔渣的特点及用高炉熔渣制备搪瓷的优点

高炉熔渣是冶炼生铁时从高炉中漂浮后排出的废物，当炉温达到1400～1600℃时，炉料呈熔融状态，矿石中的脉石、焦炭中的杂质，助溶剂和其他的杂质形成以硅酸盐和铝酸盐为主的浮在铁水上面的熔渣。

高炉熔渣中主要成分是SiO2、CaO、Al2O3以及少量金属氧化物，这样与搪瓷料的成分接近。

以高炉熔渣作原料不仅有利于炉渣的综合利用，还由于高炉熔渣出自铁液，与金属基体有更好的结合能力和润湿性[10]。

1.5本文的研究内容及意义

本文通过加入硼砂等助熔剂以降低炉渣熔点、粘度等的性能，探索得到良好搪瓷层的最优化学成分组成。

这样有利于对废弃矿渣的重新利用。

参考文献

[1]王卉.高炉熔渣形成过程及性能研究[D].北京：

北京工业大学学报，2013.

[2]范莲花.矿渣微粉掺合料对混凝土性能的影响[D].西安:

西安建筑科技大学,2007.

[3]隋同波，文寨军，王晶偏.水泥品种与性能[M].北京:

化学工业出版社,2006.

[4]张进超.高硬度耐高温腐蚀搪瓷层制备工艺研究[D].大连：

大连交通大学，2007.1-2.

[5]姚明明,维英俊,何业东.高温防护涂层研究进展[J].中国粉体技术,2005（3）:

32一38

[6]邵规贤,苟文彬,文瑞.搪瓷学.第一版,轻工业出版社,1983:

360一361

[7]吴国华.半透明的搪瓷釉组成及其制品.中国搪瓷,1991,17（4）:

37-46

[8]颜桂阳,郑柳萍,徐景文.一种耐热陶瓷釉料的成分分析.[J]泉州师范学院学报（自然科学）,2003,22

（2）:

PP.53一57

[9]Dr.A.Ehrenberg.GranulatedBlastFurnaceSlag:

ReactionPotentialandProductionofOptimizedCements[J].CementInternational,2008,6:

90-95.

[10]TallingB,BrandstetterJ.PresentstateandFutureofAlkali-activedSlagConcretes,Flyash,Silicafume,SlagandNationalPozzolanaConcrete.ProceedingsofThirdInternationalConference,

Trondheim,Norway:

ACI,1989:

1519-1545.

2．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径：

2.1本课题要研究或解决的问题

以高炉熔渣为原料不仅有利于炉渣的综合利用，还由于高炉熔渣出自铁液，与金属基体有更好的结合能力和润湿性，但其熔点较高的缺点。

本文通过加入硼砂等的助熔剂降低炉渣熔点、粘度等的性能，探索得到良好的搪瓷层的最优化学成分组成。

2.2本课题拟采用的研究手段及途径

本课题使用Q235钢板为金属基体,采用一次涂搪法,在Q235钢板表面制备一层搪瓷层,这种方法是在吸收和总结国内外搪瓷层生产技术的基础上,自主设计的新搪瓷原料组成和搪瓷层的制备工艺。

研究过程如下：

1.利用熔体综合物性测定系统测试不同成分熔渣的粘度并制取搪瓷层的原料；

2.对原料进行破碎球磨制备粉料

3.将粉料调成浆料涂敷在Q235钢板上进行烧制，制取搪瓷样品；

4.利用激冷实验测试不同成分的原料在钢基体上的结合强度，确定最优的原料配方。

指导老师意见：

指导老师：

年月日