CN101704631B - 一种利用热态高炉渣制造矿渣纤维的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用热态高炉渣制造矿渣纤维的方法，属于资源环境技术领域。本发明方法包括：在热态高炉渣中加入含酸性氧化物的另一反应物，熔融后进行反应，反应后通过设定的成丝方法制成矿渣纤维。所述另一反应物是纯酸性氧化物或含酸性氧化物的矿物或工业废弃物。所述酸性氧化物包括二氧化硅和/或三氧化二铝。所述热态高炉渣和酸性氧化物的重量比为(40～95)∶(5～60)。本发明可用于钢铁与电力工业的联产，达到工业原料以及废弃能源的合理利用，具有重要意义。此外，本发明制得的矿渣纤维可用于各种保温材料和隔热材料，通过加入特殊添加剂获得不同性能的无机矿渣纤维更可用在更多广泛领域，如增强，纺织，绝缘材料等。

Description

一种利用热态高炉渣制造矿渣纤维的方法

技术领域

本发明涉及矿渣纤维，尤其涉及一种直接利用工业热态高炉渣并充分利用工业热能的矿渣纤维制造方法，属于资源环境技术领域。

背景技术

矿渣纤维在广义上又称为无机玻璃纤维，具有耐高温，抗腐蚀，强度高，比重轻，电绝缘性好，吸湿低，延伸小等优良特性，广泛用于各种工业部门及生活领域。尤其是玻璃纤维作为增强基材，是一种极具发展前途的结构和功能材料。

玻璃纤维是由硅酸盐的熔体制成的，各种玻璃纤维的结构组成基本相同，都是由无规则的二氧化硅网络所组成。熔融的二氧化硅冷至熔点以下时，因其粘度非常大，液体流动性能很差，需加入氧化钙，氧化镁等降低其粘度，利于玻璃纤维的形成。此外，还可以加入其他一些成分，以实现玻璃纤维的最终用途。

然而，玻璃纤维存在的一个重要问题就是价格较高，能耗较大，所以为了扩大它的适用性和使用范围，如何降低成本已经成为十分重要的研究课题。

国内外，因玻璃纤维的种类、用途等不同，其生产的方法很多。制造长丝和短纤维玻璃纤维的方法主要有三种，即机械拉丝法、离心力拉丝法和流动气体吹丝法，这些方法也可组合使用。

机械拉丝法广泛地用于生产玻璃长丝，而生产玻璃短纤维则主要采用离心力拉丝法和流动气体拉丝法，不同方法对应不同的成分及液体粘度。涉及到制造玻璃纤维所用的原料，在其发展初期，较多采用坩锅法拉丝炉，生产玻璃纤维的原料是玻璃球，制造玻璃球，首先要将各种矿石进行粉碎，以粉料的形式加入，然后根据玻璃成分，制成配合料，送入玻璃溶窑进行融化，形成玻璃液。合格的玻璃液流经喂料池，并从喂料口流出形成料股。对于料股的温度，中碱玻璃球一般为1150～1170℃，无碱玻璃为1200～1220℃。后来发展较多的池窑法拉丝，则以其自身的生产特点，直接用生产玻璃球的配合料作为原料。但不论哪种方法，都需要将玻璃纤维原料进行高温再融化，不但耗费时间，更重要的是浪费了大量能源。

热态高炉渣指的是直接从高炉炼铁中产生的高温废弃物，其温度可高达1500℃左右，其主要矿物组成有钙黄长石、镁黄长石、钙长石、疆辉石、硅灰石、二硅酸三钙等。从高炉渣的化学成分和矿物组成来看，它属于硅酸盐范畴。组成高炉渣的四种主要氧化物，正是普通钠钙硅玻璃的主要成分。而高炉渣作为原料应用于玻璃制造工业从上世纪三四十年代就已经开始采用，其所占原料成分比例逐步提高，最高达到30％。然而高炉渣应用于无机玻璃纤维的制造研究则较少，其主要制约因素是由于高炉渣含有氧化钙，镁等碱性氧化物，碱度较高，高温液态粘度较大，不利于成丝。

因此，利用热态高炉渣制备高性能无机纤维，通过钢铁与电力工业的联产工业进行连续玻璃纤维的生产作业，达到工业原料以及废弃能源的合理利用，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种利用热态高炉渣为原料通过适当加入少量酸性氧化物或含有酸性氧化物的矿物或工业废弃物直接制造矿渣纤维的方法。该方法的优势在于，联合高炉炼铁工业和热电联产发电工业，充分利用热态高炉渣的热量和纤维冷却余热，提高能源使用效率，减少能源损耗，有利于环境保护和成本降低。

该方法直接以热态高炉渣为主要原料，通过添加少量含酸性氧化物(如二氧化硅和/或三氧化二铝)的另一反应物，例如纯酸性氧化物或含有酸性氧化物的矿物或工业废弃物，进行熔融反应，并通过常用的成丝方法制成矿渣纤维。反应物中可进一步加入一定量的特殊添加剂，从而制备具有一定直径和长度以及一定柔性和强度并分别具有不同特征性能和用途的玻璃无机纤维。

优选地，所述热态高炉渣的重量占所述热态高炉渣和所述酸性氧化物的总重量的40～95％，所述酸性氧化物的重量占所述热态高炉渣和所述酸性氧化物的总重量的5～60％。

优选地，所述热态高炉渣和所述另一反应物的熔融物中可包括添加剂，所述添加剂调节制成的矿渣纤维的性能参数，所述添加剂的重量占所述热态高炉渣、所述酸性氧化物和所述添加剂的总重量的0.1～10％。所述添加剂包括碱金属(比如Li、Na、K)、碱土金属(比如Mg、Ca)铝、硼、钛、锆、铍的氧化物中的一种或多种。

具体地，先通过渣辊车将高炉出渣口直接排出的热态高温高炉渣输送至多个一定体积的旋转混料机中，按需要的配比加入所述含酸性氧化物的另一反应物以及根据矿渣纤维的特殊性能要求加入一些特殊添加剂，进行热熔融搅拌。通过控制温度与反应物组成，从而控制液体原料的粘度与表面张力，然后通过气体喷吹或甩丝方法制备矿渣纤维。

加入所述另一反应物时，所述热态高炉渣的温度应通过保温措施尽可能控制在较高范围，优选控制在700～1550℃的范围内。

综上，通过在热态高炉渣中加入不同比例不同成分的酸性氧化物调节熔融反应液的粘度，通过加入添加剂调控产品性能，加之控制不同的反应温度以及采用不同的成丝方法，可以获得不同性能与规格的矿渣纤维。

此外，通过设定的成丝方法制成矿渣纤维后，向所述矿渣纤维通入冷却气体以冷却所述矿渣纤维，然后排出所述气体，将所述排出后的气体通入热电联产设备进行气体发电或将所述气体用于供热或工业用热。

为了适应不同的排出气体使用需求，可通过控制冷却气体的流量控制排出气体的温度。一般来说，排出气体的温度控制在300～1000℃的范围内为宜。

本发明制得的玻璃无机纤维可用于各种保温材料和隔热材料，通过加入特殊添加剂获得不同性能的无机矿渣纤维更可用在更多广泛领域，如增强，纺织，绝缘材料等。

本发明利用热态高炉渣天然的硅酸盐成分，充分利用其本身的高温热量，通过不同含量和成分的酸性氧化物调节熔化特性，在不同的添加剂配比和不同的工艺条件下，实现无机纤维的可控制备。该生产工艺整合了炼铁工业及热电联产发电工业，高效合理的实现了工业废料，工业余热的综合利用，充分体现了工业联产的理念，具有良好的经济和环境效益。

附图说明

图1是实施例1制造矿渣纤维的流程图；

图2是实施例1制得的矿渣纤维的SEM照片；

图3是实施例2制得的矿渣纤维的SEM照片；

图4是实施例3制得的矿渣纤维的低倍SEM照片。

图5是实施例3制得的矿渣纤维的高倍SEM照片；

具体实施方式

下面通过具体实施例结合附图对本发明作进一步描述。

实施例一

按照如图1所示的流程制造矿渣纤维。

具体来说，先通过渣辊车将高炉出渣口直接排出的温度为700～1550℃的高炉渣输送至多个旋转混料熔炉中，加入由二氧化硅和氧化铝组成的酸性氧化物，其中，高炉渣和酸性氧化物的重量比为(40～95)∶(5～60)，此外在加入上述酸性氧化物的同时，加入由氧化镁和氧化钙组成的添加剂，所述添加剂的重量占高炉渣、酸性氧化物和添加剂的总重量的0.1～10％。

然后进行加热熔融，并通过气体喷吹搅拌均匀。

反应完成后，通过喷丝方式制造矿渣纤维。气体压力控制在6个大气压。

将渣加热至温度为1600℃。

排出气体的温度可通过控制通入的冷却气体的流量进行控制。排出气体的温度在300～1000℃的范围内为宜。

将排出空气通入热电联产设备中发电，实现能源的综合利用。

图2给出了本实施例制得的矿渣纤维的SEM照片。

实施例二

本实施例采用和实施例一相同的流程制造矿渣纤维，区别在于：

将热态高炉渣的温度从1600℃提高到1630℃，同时为了得到抗氧化能力强，且致密的纤维棉，在添加剂中加入少量硼，加入的硼的重量占高炉渣、酸性氧化物和添加剂的总重量的0.003％。

图3给出了本实施例制得的矿渣纤维的SEM照片。

实施例三

本实施例采用和实施例一相同的流程制造矿渣纤维，区别在于：

进一步将热态高炉渣的温度从1600℃升高至1650℃，适当提高酸性氧化物二氧化硅和氧化铝的百分含量，气压控制在6到8个大气压。

图4和图5给出了本实施例制得的矿渣纤维的SEM照片。

Claims (1)

1.一种利用热态高炉渣制造矿渣纤维的方法，其特征在于，所述方法包括：先通过渣辊车将高炉出渣口直接排出的温度为700～1550℃的高炉渣输送至多个旋转混料熔炉中，加入由二氧化硅和氧化铝组成的酸性氧化物，其中，高炉渣和酸性氧化物的重量比为(40～95)∶(5～60)，此外在加入上述酸性氧化物的同时，加入由氧化镁和氧化钙组成的添加剂，所述添加剂的重量占高炉渣、酸性氧化物和添加剂的总重量的0.1～10％；然后进行加热熔融，并通过气体喷吹搅拌均匀；反应完成后，通过喷丝方式制造矿渣纤维；气体压力控制在6个大气压；将渣加热至温度为1600℃；排出气体的温度可通过控制通入的冷却气体的流量进行控制；排出气体的温度在300～1000℃的范围内为宜；将排出空气通入热电联产设备中发电，实现能源的综合利用。

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