CN102161567B - 利用矿热电炉冶炼镍合金熔融废渣显热生产矿棉纤维的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用矿热电炉冶炼镍合金熔融废渣显热生产矿棉纤维的方法，其特征是以红土镍矿为基础原料，通过直流-空心电极矿热电炉生产镍合金，从直流-空心电极矿热电炉出来的熔融废渣进入矩形保温炉，然后在矩形保温炉中添加石灰石粉末、白云石粉末和玄武岩粉末，将熔融废渣与石灰石粉末、白云石粉末以及玄武岩粉末混合后，保温30-40分钟后进入离心机，离心生产出矿棉纤维；其中，熔融废渣的出炉温度为1500-1600℃、酸度系数为1.30-1.50，矩形保温炉保温用的燃料为直流-空心电极矿热电炉冶炼过程中产生的电炉煤气。本发明用矿热电炉冶炼自身产生的煤气为保温燃料，既节能降耗，又能满足矿棉纤维的质量要求；生产线设备紧凑，有利于熔炼和降低调温成本，具有非常明显的经济效益优势。

Description

利用矿热电炉冶炼镍合金熔融废渣显热生产矿棉纤维的方法

技术领域  本发明属于矿棉纤维生产技术领域，涉及一种利用矿热电炉冶炼镍合金熔融废渣显热生产矿棉纤维的方法。

背景技术  目前，矿热电炉冶炼镍合金熔融废渣，全部作为废弃物处理，不但污染环境，还增加了企业处理废弃物的成本。

专利申请号02152584.6公开了一种高效利用工业炉熔渣显热的新一步法生产矿棉的技术，该方法是利用工业炉熔渣的显热，按照矿棉所要求的化学成分在加入适当的辅助原料的同时，在均化炉内对工业熔渣进行补热，将其化学成分、温度、黏度调整到矿棉熔体要求的范围内，即熔体酸度系数达到1.1-1.8(酸度系数＝SiO₂+Al₂O₃/CaO+MgO)，熔体温度为1300-1340℃，并使矿棉熔体化学成分得以均化，然后将经过调质的熔体引导至高速离心机进入了矿棉的成纤工序。本方法的特点如下：1.可分别利用的工业炉熔渣是多种多样的，它包括高炉熔渣、铁合金熔渣(如锰硅合金渣、高炉锰铁渣)、热电厂旋风炉液态渣等；2.与传统的冲天炉矿棉生产线相比较，新一步法矿棉生产没有矿棉冲天炉，也不需要使用价格昂贵的焦碳，熔炼所需的80％以上的热量是利用来自于上述工业炉熔渣的显热，其生产一吨矿棉制品所需要的能耗还不到冲天炉矿棉制品能耗的30％，因此可以节约大量能源；3.产品销售成本只有冲天炉矿棉制品的65-83％，具有较强的市场竞争力；4.产品质量达到或超过冲天炉矿棉的质量水平，并远远超过旧一步法矿棉的质量；5.新一步法矿棉生产过程与矿棉冲天炉比较，大大减少了废气和烟尘量，有利于改善生态环境。但是，现有技术存在生产成本高、生产线长的技术问题，从冶炼炉出来的熔融废渣首先要进入均化炉加入辅助原料，如此同时还要对对工业熔渣进行补热，存在能源浪费和生产成本高的技术问题。

专利申请号为200810011626.7同样是利用镍铁熔渣显热生产矿棉的方法。该方法是以红土镍矿为基础原料、将温度为1450～1500℃、酸度系数≥1.25的镍铁熔渣注入容量为15吨的电力保温炉内，无须添加任何熔剂，将熔体温度调整并保持在1350～1400℃的范围内，然后通过水冷可控流口和导流槽将调温后的熔体，准确引导至四辊离心机，使得镍铁熔渣直接转换为优质矿棉纤维。电力保温炉内的电极材料为金属或碳。而本申请采用特定的直流-空心电极矿热电炉，采用申请人多年研究获得的步骤参数，可使得熔体温度调整并保持在1500～1600℃的范围内，相比较上述专利申请大大节省了能源消耗；还通过在在矩形保温炉添加一定比例的石灰石粉末、白云石粉末以及玄武岩粉末，使得生产出来的矿棉纤维质量更加优质。相对于现有技术，本申请的操作步骤更加简洁方便，同时节省了耗能，并且获得了更加优质的矿棉纤维。

矿热电炉冶炼氧化镍矿生产镍合金之熔融废渣，是非常适合生产矿棉纤维的原料，这种熔渣的酸度系数在1.30～1.50之间，渣铁比高达6～8以上，无论数量上或质量上均能够充分满足优质矿棉生产的需要，由于矿热炉冶炼氧化镍矿的熔渣固有的化学性能已经能够充分满足优质矿棉纤维生产的需要，无需添加任何酸性熔剂进行调质，而能够被直接利用，只需要对熔渣采取保温措施即可，不需要配置酸性熔剂添加系统，所以总体结构比调质炉简单，由于矿热电炉冶炼镍铁合金的熔融废渣出炉温度高达1500℃～1600℃，加上其不存在添加酸性熔剂熔化耗热，所以用矿热电炉冶炼镍铁合金之熔融弃渣生产矿棉纤维，基本没有熔炼能耗，比用其它熔渣生产矿棉纤维的熔炼能耗降低20％～80％以上，具有广阔的开发前景。

发明内容  本发明的目的是解决现有技术存在能源浪费和生产成本高的技术问题，提供一种利用矿热电炉冶炼镍合金熔融废渣显热生产矿棉纤维的方法，进一步挖掘工业熔渣显热的节能潜力，使得矿棉熔炼的节能达到一个更新的高度，既能够达到大幅度降低熔炼能耗，又能够完全满足矿棉制品的质量要求。

为了实现上述目的，本发明利用矿热电炉冶炼镍合金熔融废渣显热生产矿棉纤维的方法，其技术方案是以矿热电炉冶炼氧化镍矿生产镍合金熔融废渣为原料，将冶炼出炉温度为1500～1600℃、酸度系数为1.30～1.1.50的熔融废渣经矩形保温炉进入离心机，将矿热电炉冶炼镍合金熔融废渣直接生产出矿棉纤维，矩形保温炉保温用的燃料为矿热电炉冶炼过程中产生的电炉煤气或天然气，具体按下述工艺操作：

以红土镍矿为基础原料，通过直流-空心电极矿热电炉生产镍合金，从直流-空心电极矿热电炉出来的熔融废渣进入矩形保温炉，然后在矩形保温炉中添加石灰石、白云石粉末以及玄武岩粉末，将熔融废渣与石灰石粉末、白云石粉末以及玄武岩粉末混合后，保温30-40分钟后进入离心机，离心生产出矿棉纤维；其中，熔融废渣的出炉温度为1500-1600℃、酸度系数为1.30-1.50，矩形保温炉保温用的燃料为直流-空心电极矿热电炉冶炼过程中产生的电炉煤气；其中，熔融废渣∶石灰石粉末∶白云石粉末∶玄武岩粉末的比例为100∶2-6∶4-12∶1-2；所述离心机是四辊离心机，其体积为280m³；

所述直流-空心电极矿热电炉包括以下部件：电机、空心电极、电极夹持器和熔池；所述直流-空心电极矿热电炉的外径/mm：5530；炉膛内径/mm：4300；熔池深度/mm：1200；所述通过直流-空心电极矿热电炉生产的熔融废渣的参数为：电极升降速度/m·min^-1：1.66；电机功率/kW：9；冷却水循环量/m³·h^-1：40-50；压缩空气用量/m³·min^-1：0.9；压缩空气压力/MPa：80；所述矿棉纤维的平均3-5μM，酸度系数1.1-1.2，渣球含量1-2％，常温导热系数0.04-0.06W/mk。

本发明与现有技术相比的有益效果是：1、既能够达到大幅度降低焙炼能耗，又能够完全满足矿棉纤维的质量要求；2、完全不使用焦炭为能源，也不采用电力为能源，保温炉用矿热电炉冶炼过程中自身产生的煤气为保温燃料，而不用价格昂贵的碳电极或金属电极及用电设备，且炉形可根据生产场地和生产能力设计成矩形或圆形；3、矿棉生产线设备紧凑、占地合理，不仅有利于熔炼、调温成本的降低，也有利于矿棉纤维生产线建设资金投入的降低，同传统矿棉纤维生产方式相比，具有非常明显的经济效益优势。

具体实施方式

实施例1红土镍矿为基础原料，通过直流-空心电极矿热电炉生产镍合金，从矿热电炉出来的熔融废渣进入矩形保温炉，在矩形保温炉添加石灰石、白云石粉末以及玄武岩粉末，熔融废渣与石灰石粉末、白云石粉末以及玄武岩粉末混合后，保温30分钟后进入离心机，直接生产出矿棉纤维，其中熔融废渣的出炉温度为1500℃、酸度系数为1.30，矩形保温炉保温用的燃料为矿热电炉冶炼过程中产生的电炉煤气；其中熔融废渣∶石灰石粉末∶白云石粉末∶玄武岩粉末的比例为100∶6∶12∶2；其中离心机是四辊离心机，其体积为280m³；其中直流-空心电极矿热电炉包括以下部件：电机、空心电极、电极夹持器和熔池；其中直流-空心电极矿热电炉的外径/mm：5530；炉膛内径/mm：4300；熔池深度/mm：1200；其中通过直流-空心电极矿热电炉生产的熔融废渣的参数包括：电极升降速度/m·min^-1：1.66；电机功率/kW：9；冷却水循环量/m3·h^-1：40-50；压缩空气用量/m3·min^-1：0.9；压缩空气压力/MPa：80；其中矿棉纤维的平均直径3μM，酸度系数1.1，渣球含量2％，常温导热系数0.04W/mk。

实施例2红土镍矿为基础原料，通过直流-空心电极矿热电炉生产镍合金，从矿热电炉出来的熔融废渣进入矩形保温炉，在矩形保温炉添加石灰石粉末、白云石粉末以及玄武岩粉末，熔融废渣与石灰石粉末、白云石粉末以及玄武岩粉末混合后，保温40分钟后进入离心机，直接生产出矿棉纤维，熔融废渣的出炉温度为1600℃、酸度系数为1.40，矩形保温炉保温用的燃料为矿热电炉冶炼过程中产生的天然气；其中熔融废渣∶石灰石粉末∶白云石粉末∶玄武岩粉末的比例为100∶4∶8∶1.5；其中离心机是四辊离心机，其体积为280m³；其中直流-空心电极矿热电炉包括以下部件：电机、空心电极、电极夹持器和熔池；其中直流-空心电极矿热电炉的外径/mm：5530；炉膛内径/mm：4300；熔池深度/mm：1200；其中通过直流-空心电极矿热电炉出来的熔融废渣的过程包括：电极升降速度/m·min^-1：1.66；电机功率/kW：9；冷却水循环量/m3·h^-1：40-50；压缩空气用量/m3·min^-1：0.9；压缩空气压力/MPa：80；其中矿棉纤维的平均直径4μM，酸度系数1.2，渣球含量1.5％，常温导热系数0.05W/mk。

实施例3红土镍矿为基础原料，通过直流-空心电极矿热电炉生产镍合金，从矿热电炉出来的熔融废渣进入矩形保温炉，在矩形保温炉添加石灰石粉末、白云石粉末以及玄武岩粉末，熔融废渣与石灰石粉末、白云石粉末以及玄武岩粉末混合后，保温35分钟后进入离心机，直接生产出矿棉纤维，熔融废渣的出炉温度为1500℃、酸度系数为1.50，矩形保温炉保温用的燃料为矿热电炉冶炼过程中产生的电炉煤气；其中熔融废渣∶石灰石粉末∶白云石粉末∶玄武岩粉末的比例为100∶2∶4∶1；其中离心机是四辊离心机，其体积为280m³；其中直流-空心电极矿热电炉包括以下部件：电机、空心电极、电极夹持器和熔池；其中直流-空心电极矿热电炉的外径/mm：5530；炉膛内径/mm：4300；熔池深度/mm：1200；其中通过直流-空心电极矿热电炉出来的熔融废渣的过程包括：电极升降速度/m·min^-1：1.66；电机功率/kW：9；冷却水循环量/m3·h^-1：40-50；压缩空气用量/m3·min^-1：0.9；压缩空气压力/MPa：80；其中矿棉纤维的平均直径4.5μM，酸度系数1.15，渣球含量1.0％，常温导热系数0.06W/mk。本发明中的矿棉纤维可生产20kg/m3的棉毯和27kg/m3的半硬板，渣球更容易分离，渣球含量降到了最低点，接近玻璃棉的水平。

以年产3万吨的矿棉纤维成本计算(表1)：

实践证明：本发明采用特定的直流-空心电极矿热电炉和采用特定的结构参数、操作参数并且添加了合适量的石灰石粉末、白云石粉末以及玄武岩粉末，发明人通过多年研究而成的直流-空心电极矿热电炉出来的熔融废渣过程的步骤，生产出了优质的矿棉纤维平均直径4-5μM，酸度系数1.1-1.2，渣球含量1-2％，常温导热系数0.04-0.06W/mk，取得了预料不到的技术效果(参照表1)，本发明中的矿棉纤维可生产20kg/m3的棉毯和27kg/m3的半硬板，渣球更容易分离，渣球含量降到了最低点，接近玻璃棉的水平。发明人还发现，如果对上述结构参数以及操作参数进行改动，并不能够获得优质的矿棉纤维。本发明所用的矿热电炉冶炼氧化镍矿生产镍合金熔融废渣，是优质生产矿棉纤维的原料，这种熔渣的酸度系数在1.30～1.50之间，渣铁比高达6～8以上，无论数量上或质量上均能够充分满足优质矿棉生产的需要，由于矿热炉冶炼氧化镍矿的熔渣固有的化学性能已经能够充分满足优质矿棉纤维生产的需要，无需添加任何酸性熔剂进行调质，而能够被直接利用，只需要对熔渣采取保温措施即可，不需要配置酸性熔剂添加系统，所以总体结构比调质炉简单，可造成矩形或圆形，由于矿热电炉冶炼镍铁合金的熔融废渣出炉温度高达1500～1600℃，比其它炉型的熔渣高100～200℃，加上其不存在酸性熔剂熔化耗热，且保温炉用的燃料为矿热电炉冶炼过程中自身产生的电炉煤气，所以用矿热电炉冶炼镍铁合金之熔融弃渣生产矿棉纤维，基本没有熔炼能耗，比用其它熔渣生产矿棉纤维的熔炼能耗降低20％～80％以上，生产成本降低50％以上，设备投资减少40％。

本发明所用的矿热电炉冶炼氧化镍矿生产镍合金熔融废渣生产的矿棉纤维其质量达到国标GB19686-2005《建筑用岩棉、矿渣棉绝热制品》的标准要求。

综上所述，利用矿热电炉冶炼镍合金熔融废渣显热生产矿棉纤维的方法的开发研究成功，是矿棉纤维生产工艺根本性的革命，体现了节约能源、保护环境、资源再生和较高的经济效益。随着该工艺的推广，矿棉纤维系列产品的研制开发和大量生产，对我国保温材料的应用将开拓出广阔的领域。

Claims (1)

1.一种利用矿热电炉冶炼镍合金熔融废渣显热生产矿棉纤维的方法，其特征是以红土镍矿为基础原料，通过直流-空心电极矿热电炉生产镍合金，从直流-空心电极矿热电炉出来的熔融废渣进入矩形保温炉，然后在矩形保温炉中添加石灰石粉末、白云石粉末以及玄武岩粉末，将熔融废渣与石灰石粉末、白云石粉末以及玄武岩粉末混合后，保温30-40分钟后进入离心机，离心生产出矿棉纤维，其中，熔融废渣的出炉温度为1500-1600℃、酸度系数为1.30-1.50，矩形保温炉保温用的燃料为直流-空心电极矿热电炉冶炼过程中产生的电炉煤气；其中，熔融废渣∶石灰石粉末∶白云石粉末∶玄武岩粉末的比例为100∶2-6∶4-12∶1-2；所述离心机是四辊离心机，其体积为280m³；

所述直流-空心电极矿热电炉包括以下部件：电机、空心电极、电极夹持器和熔池；

所述直流-空心电极矿热电炉的外径：5530mm；炉膛内径：4300mm；熔池深度：1200mm；

所述通过直流-空心电极矿热电炉生产熔融废渣的参数为：电极升降速度：1.66m·min^-1，电机功率：9kW；冷却水循环量：40-50m³·h^-1；压缩空气用量：0.9m³·min^-1；压缩空气压力：80MPa；

所述矿棉纤维的平均直径3-4.5μm，酸度系数1.1-1.2，渣球含量1-2％，常温导热系数0.04-0.06W/mk。