CN103553337A - 高炉熔渣生产微晶玻璃的烧结工艺方法及其设备 - Google Patents
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Abstract
一种利用高炉熔渣生产微晶玻璃的烧结工艺方法及其设备，属于冶金和无机非金属材料领域。该工艺方法的主要步骤有：（1）高炉熔渣转移至成分调质搅拌池，加入改质剂、着色剂和形核剂，搅拌均匀，保证熔渣温度；（2）熔渣由渣口进入水淬池水淬形成玻璃颗粒；（3）玻璃颗粒细磨、筛分后，合格玻璃颗粒烘干；（4）玻璃颗粒烘干后布料至棚板上，进入核化区；（5）在核化区升温至700～800℃保温；（6）进入晶化区，升温至900～1100℃保温；（7）进入降温区，冷却得到产品，合格产品进行表面打磨抛光得到成品微晶玻璃。本发明充分利用了高炉熔渣和固体废弃物资源，产品微晶玻璃具有强度高，耐腐蚀，颜色多等优点，经济效益和环保效益显著。
Description
技术领域
本发明属于冶金和无机非金属材料领域，提供了一种利用高炉熔渣生产微晶玻璃的烧结工艺方法及其设备。
背景技术
根据世界钢铁协会公布的数据显示，2012年全世界的生铁产量是11亿吨，其中产量最高的国家是中国，2012年一年的产量高达6.5亿吨，即使按照300kg的渣比来计算，高炉炉渣的产量也高达近两亿吨。如何高效地利用这些高温炉渣已逐渐成为人们关注的热点。现阶段的高炉炉渣处理工艺基本上都采用的是水冲渣工艺，得到的产品基本用于水泥生产，并且用作水泥生产原料的高炉水渣几乎毫无利润可言。同时每淬冷1t温度在1450～1550℃的高温炉渣需要消耗新水1.2t，并且产生大量废水、腐蚀性热蒸汽且热量不能回收，同时大量使用水资源且不能循环重复利用，高温炉渣中存在的大量显热和潜热很难得到有效的回收利用。
微晶玻璃又称微晶玉石或陶瓷玻璃。微晶玻璃和我们常见的玻璃看起来大不相同。它具有玻璃和陶瓷的双重特性，可用于建筑幕墙及室内高档装饰，还可用作机械上的结构材料，电子、电工上的绝缘材料，大规模集成电路的底板材料、化工与防腐蚀材料和矿山耐磨材料等；并且具有优良的物理和化学性能，强度高，耐酸碱，致密性高，光洁度高于天然石材，成为建筑装饰材料中的新生力量。
在已公开的专利中，CN02117981.6公开了一种烧结法微晶玻璃薄板的配方及制造工艺，根据自行研制的配方工艺生产微晶玻璃。CN201210083529.5公开了一种以钾长石矿为原料直接烧结制备微晶玻璃的方法，利用钾长石矿为主要原料，使用烧结工艺方法直接制备微晶玻璃。CN201210103590.1公开了一种利用高钛型高炉渣制备微晶玻璃的方法，利用高钛型高炉渣为主要原料，按一定比例加入石英砂及碳酸钠，加热到一定温度后保温一段时间，再分别进行水淬、晶化、退火处理制备微晶玻璃。以上公开的专利说明微晶玻璃的原料大多以原矿石，自配料，高炉钛渣为主，而直接以高炉熔渣作为原料的工艺还未发现；上述三种方案均采用烧结工艺方法，但在生产过程中对于原料的熔融消耗了大量能量。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种利用高炉熔渣生产微晶玻璃的烧结工艺方法，从而可以大量使用高炉熔渣所含的热能，提高高炉熔渣的经济效益，避免进行水冲渣处理而大量消耗新水，减少了废水、腐蚀性热蒸汽的产生，减少了对环境的污染及资源的过度消耗，同时原料中赋存的TiO2既可以作为形核剂又可以作为调色剂，大大提高了其适用范围，提高钢铁企业的经济利润。
本发明提供的用高炉熔渣生产微晶玻璃的工艺方法包括如下步骤：
（1）将高炉熔渣温度保持在高炉出铁口时的1450～1550℃温度区间转移至成分调质搅拌池中，根据将要制备的产品要求加入相应改质剂、着色剂和形核剂，在顶底复合喷吹惰性气体的条件下将成分搅拌均匀，同时喷吹适量煤粉以保证在搅拌过程中熔渣处在1450～1500℃高温区间；高炉熔渣占总原料质量的70%，各种改质剂的添加量在总原料质量的10-30%之间，着色剂添加量在总原料质量的0-5%之间，形核剂的加入量在总原料质量的0-5%之间；
（2）熔渣通过成分调质搅拌池底部的渣口进入渣包中调节熔渣的流量，从渣包下的渣口进入水淬池进行水淬处理，形成玻璃颗粒；
（3）将玻璃颗粒进行细磨筛分处理，粒度符合生产要求的玻璃颗粒进入烘干箱，进行烘干处理，不符合的重新进入成分调质搅拌池再次熔解处理；
（4）烘干后的玻璃颗粒通过布料器布料至棚板上，随即进入核化区；
（5）在核化区中，以8～12℃/min的加热速度升温至700～800℃区间，并保温1～3h；
（6）进入晶化区，以8～12℃/min的升温速度升温至900～1100℃并保温1～3h；
（7）产品出晶化区，按照1～3℃/min的冷却速度冷却至50～70℃后空冷得到产品，将合格的产品进行表面打磨抛光，得到成品微晶玻璃。
本发明还提供了一种高炉熔渣生产微晶玻璃的烧结工艺设备，具备：
（1）受料斗1：有三个受料罐，分别用于投放形核剂、着色剂和成分改质剂使用，将质量称量好的形核剂、着色剂和成分改质剂通过受料罐进入斜滑道料槽中进而投放到成分调质搅拌设备4中。
（2）加热电极2：置于成分调质搅拌设备4的上部盖子上，为一组三根石墨加热电极用于埋弧加热保温熔渣。
（3）顶吹气枪3和底部气枪12：通过气路管道引出的顶吹气枪用于喷吹惰性气体或非还原性气体对成分搅拌池内熔渣进行混匀调质处理；底部气枪12通过气路管道引出的底部气枪用于喷吹惰性气体或非还原性气体对成分搅拌池内熔渣进行混匀调质处理。
（4）成分调质搅拌设备4：熔池用于盛放高炉熔渣并具备保温的作用，熔池上部有顶盖，并有受料斗1，熔池顶底分别有顶吹气枪3、底部气枪12，用于喷吹惰性气体进行成分调整、混合均匀，在喷吹惰性气体的同时通过气力输送的方式进行喷吹煤粉作为加热源，来保证成分调整、混合均匀的过程中的高温，并且在设备顶部设置有加热电极2作为供热来源；成分调质搅拌设备有备用设备，通过大型回转台来更换，用于更换的成分调质搅拌设备需要在使用之前进行烘烤处理，以保证熔渣进入设备中无温降。
（5）滑动渣口设备：滑动渣口设备包括上滑动渣口5、下滑动渣口7，成分调质搅拌设备4与渣包8之间通过滑动渣口连接，成分调质搅拌设备4下端设置有上滑动渣口5，渣包8上端设置有下滑动渣口7，渣口两部分连接之后保证熔渣能够顺利通过滑动渣口设备；同时对于滑动渣口设备区域设置有渣口加热设备6，以保证渣口处无温降。
（6）渣包8：用于调节熔液的流量并尽可能的降低冷却速度，渣包8中的熔液通过下部的渣口进入水淬池9，渣口为浸入式渣口13，位于渣包8和进入水淬池9之间，保证熔渣能够顺利从渣包8流入到进入水淬池9中，用于更换的渣包需要进行烘烤处理以保证熔渣进入渣包时的温降在可控区间。
（7）水淬池9及细磨筛分设备：水淬池9为不锈钢结构，通有循环冷却水使熔渣变成玻璃颗粒，通过水淬池进水管10、水淬池出水管11来实现循环冷却水；细磨筛分设备包括水磨机15、水磨池16、大孔筛网17、沉淀池18、小孔筛网19，细磨筛分设备将玻璃颗粒细磨之后进行筛分处理，符合标准的颗粒通过抓斗20进入烘干器，不符合标准的玻璃颗粒通过抓斗20重新放入细磨池16中进行重新磨碎处理。
相对现有技术，本发明具有如下优点：
1、传统生产微晶玻璃的原料均为冷态，在生产微晶玻璃的过程中需要加热变为熔融态从而消耗了大量的热量，而使用高炉熔渣作为原料则可以节省加热过程中消耗的大量热量，并且高炉熔渣可以大量节省原料的成本，不仅提高了高炉熔渣的经济效益，也使得大量的高炉熔渣得以很好的应用处理；
2、直接使用高炉熔渣作为微晶玻璃的原料，避免了水冲渣处理高炉熔渣而大量消耗新水，从而从源头上减少了废水、腐蚀性热蒸汽的产生，克服了大量热蒸汽热量不能回收的缺陷，减少了对环境的污染及资源的过度消耗，提高了高炉熔渣的附加值，从而提高钢铁企业的经济利润，提高环境效益和循环经济效益；
3、熔渣成分调整过程中大量使用了诸如尾矿，电厂灰，粉煤灰，生活污泥等廉价工业废弃物，并且使用废旧电脑手机电路板作为添加剂，对于处理废旧电脑手机电路板中的重金属提供了一种新的思路，从而减少掩埋处理过程中大量重金属进入土壤和地下水产生的污染，提高了产品的附加值、循环经济效益和环境效益。
附图说明
图1是高炉熔渣生产微晶玻璃的烧结工艺流程图；
图2是高炉熔渣生产微晶玻璃的烧结工艺设备图；
【组件符号说明】
1 受料斗
2 加热电极
3 顶吹气枪
4 成分调质搅拌设备
5 上滑动渣口
6 渣口加热设备
7 下滑动渣口
8 渣包
9 水淬池
10 水淬池进水管
11 水淬池出水管
12 底部气枪
13 浸入式渣口
14 过渣坝
15 水磨机
16 水磨池
17 大孔筛网
18 沉淀池
19 小孔筛网
20 抓斗
图3是高炉熔渣生产微晶玻璃的烧结工艺温度制度梯度曲线。
具体实施方式
本发明中使用某钢铁厂生产高炉的熔渣作为主原料，添加不同的成分改质剂、着色剂及形核剂以使得生产出来的微晶玻璃产品具有不同的外观颜色。表1给出了四组实施例的原料质量分数配比成分：
表1实施例中原料配比成分（质量分数/%）
以下给出本发明中使用高炉熔渣制取微晶玻璃的四个具体的实施例。
实施例1
本实施例提供的高炉熔渣制取微晶玻璃包括以下步骤：
（1）将高炉流出的1500℃熔渣通过混铁炉加热保温转移至成分调质搅拌池中；
（2）将成分改质剂加入至成分调质搅拌池中，顶底复吹惰性气体和煤粉将成分混合均匀，并保温在1450～1500℃区间1h；
（3）熔渣通过成分调质搅拌池底部的渣口进入渣包中调节熔渣的流量，从渣包下面的渣口进入水淬池，进行水淬处理，形成玻璃颗粒；
（4）得到的玻璃颗粒进行细磨、筛分处理，将筛上的玻璃颗粒送入烘干器进行烘干处理；
（5）烘干后的玻璃颗粒通过布料器布料至棚板上，随即进入核化区；
（6）以10℃/min的加热速度将产品温度升至800℃，并保温2.5h后进入晶化区；
（7）以10℃/min的加热速度将产品温度升至1080℃，保温2.5h；
（8）进入降温区，以2℃/min的冷却速度降温至60℃后空冷得到产品，将合格的产品进行表面打磨抛光得到成品微晶玻璃。
结果：得到的产品微晶玻璃主晶相为透辉石。
实施例2
本实施例提供的高炉熔渣制取微晶玻璃包括以下步骤：
（1）将高炉流出的1500℃熔渣通过混铁炉加热保温转移至成分调质搅拌池中；
（2）将成分改质剂、形核剂等加入至成分调质搅拌池中，顶底复吹惰性气体和煤粉将成分混合均匀，并保温在1450～1500℃区间1h；
（3）熔渣通过成分调质搅拌池底部的渣口进入渣包中调节熔渣的流量，从渣包下面的渣口进入水淬池，进行水淬处理，形成玻璃颗粒；
（4）得到的玻璃颗粒进行细磨、筛分处理，筛上符合要求的玻璃颗粒进入烘干器进行烘干处理；
（5）烘干后的玻璃颗粒通过布料器布料至棚板上，随即进入核化区；
（6）以10℃/min的加热速度将产品温度升至740℃，并保温1.5h后进入晶化区；
（7）以10℃/min的加热速度将产品温度升至980℃，保温1.5h；
（8）进入降温区，以3℃/min的冷却速度降温至50℃后空冷得到产品，将合格的产品进行表面打磨抛光得到成品微晶玻璃。
其中：实施例2中Cr2O3既作为形核剂，同时作为着色剂使用添加，得到的产品主晶相为透辉石。
实施例3
本实施例提供的高炉熔渣制取微晶玻璃包括以下步骤：
（1）将高炉流出的1500℃熔渣通过混铁炉加热保温转移至成分调质搅拌池中；
（2）将成分改质剂、形核剂等加入至成分调质搅拌池中，顶底复吹惰性气体和煤粉将成分混合均匀，并保温在1450～1500℃区间1h；
（3）熔渣通过成分调质搅拌池底部的渣口进入渣包中调节熔渣的流量，从渣包下面的渣口进入水淬池，进行水淬处理，形成玻璃颗粒；
（4）得到的玻璃颗粒进行细磨、筛分处理，筛上符合要求的玻璃颗粒进入烘干器进行烘干处理；
（5）烘干后的玻璃颗粒通过布料器布料至棚板上，随即进入核化区；
（6）以10℃/min的加热速度将产品温度升至740℃，并保温1.5h后进入晶化区；
（7）以10℃/min的加热速度将产品温度升至970℃，保温1.5h；
（8）进入降温区，以3℃/min的冷却速度降温至50℃后空冷得到产品，将合格的产品进行表面打磨抛光得到成品微晶玻璃。
其中：实施例3中Fe2O3既作为形核剂，同时作为着色剂使用添加，得到的产品主晶相为透辉石。
实施例4
本实施例提供的高炉熔渣制取微晶玻璃包括以下步骤：
（1）将高炉流出的1500℃熔渣通过混铁炉加热保温转移至成分调质搅拌池；
（2）将成分改质剂、形核剂等加入至成分调质搅拌池中，顶底复吹惰性气体和煤粉将成分混合均匀，并保温在1450～1500℃区间1h；
（3）熔渣通过成分调质搅拌池底部的渣口进入渣包中调节熔渣的流量，从渣包下面的渣口进入水淬池，进行水淬处理，形成玻璃颗粒；
（4）得到的玻璃颗粒进行细磨、筛分处理，筛上符合要求的玻璃颗粒进入烘干器进行烘干处理；
（5）烘干后的玻璃颗粒通过布料器布料至棚板上，随即进入核化区；
（6）以10℃/min的加热速度将产品温度升至750℃，并保温1.5h后进入晶化区；
（7）以10℃/min的加热速度将产品温度升至990℃，保温1.5h；
（8）进入降温区，以3℃/min的冷却速度降温至50℃后空冷得到产品，将合格的产品进行表面打磨抛光得到成品微晶玻璃。
其中：实施例4中TiO2既作为形核剂，同时作为着色剂使用添加，得到的产品主晶相为透辉石。
从以上实施例可以看出：使用高炉熔渣直接作为生产微晶玻璃的原料不仅可以大量降低熔解原料的热量消耗，避免传统的水冲渣处理，同时对于原料高炉熔渣的成分含量没有严格要求，表明我国现行钢铁厂生产的高炉熔渣均可用于生产，同时可以添加大量的固体废弃物材料，从而达到变“废”为宝的目的，不仅降低了生产原料成本，而且提高了循环生态经济效益。
本发明不局限于以上公开的实施例，在不脱离本发明公开的原理和设备工艺生产流程的情况下，可以进行各种变形和修改。
Claims (8)
1.一种利用高炉熔渣生产微晶玻璃的烧结工艺方法，其特征在于，主要步骤如下：
（1）将高炉熔渣温度保持在高炉出铁口时的1450～1550℃温度区间转移至成分调质搅拌池中，根据将要制备的产品要求加入相应改质剂、着色剂和形核剂，在顶底复合喷吹惰性气体的条件下将成分搅拌均匀，同时喷吹适量煤粉以保证在搅拌过程中熔渣处在1450～1500℃高温区间；高炉熔渣占总原料质量的70%，各种改质剂的添加量在总原料质量的10-30%之间，着色剂添加量在总原料质量的0-5%之间，形核剂的加入量在总原料质量的0-5%之间；
（2）熔渣通过成分调质搅拌池底部的渣口进入渣包中调节熔渣的流量，从渣包下的渣口进入水淬池，进行水淬处理，形成玻璃颗粒；
（3）将玻璃颗粒进行细磨筛分处理，玻璃颗粒粒度符合生产要求的进入烘干箱，进行烘干处理，不符合的重新进入成分调质搅拌池再次熔解处理；
（4）烘干后的玻璃颗粒通过布料器布料至棚板上，随即进入核化区；
（5）在核化区中，以8～12℃/min的加热速度升温至700～800℃区间，并保温1～3h；
（6）进入晶化区，以8～12℃/min的升温速度升温至900～1100℃并保温1～3h；
（7）产品出晶化区，按照1～3℃/min的冷却速度冷却至50～70℃后空冷得到产品，将合格的产品进行表面打磨抛光处理，得到成品微晶玻璃。
2.根据权利要求1所述的利用高炉熔渣生产微晶玻璃的烧结工艺方法，其特征在于：所使用的高炉熔渣的成分及其含量质量百分比为：SiO2为10-40%，CaO为10-40%，MgO为5-30%，Al2O3为5-40%，FeO为0.1-5%，TiO2为0.1-25%，MnO为0.1-5%。
3.根据权利要求1所述的利用高炉熔渣生产微晶玻璃的烧结工艺方法，其特征在于：使用的成分改质剂包括：石英砂，萤石，钾长石，钠长石，粘土，硅藻土，高岭土，陶土，尾矿，电厂灰，粉煤灰，生活污泥，高炉钛渣，废旧电脑手机电路板；改质剂的添加量根据生产产品的成分要求和改质剂的价格及来源途径确定。
4.根据权利要求1所述的利用高炉熔渣生产微晶玻璃的烧结工艺方法，其特征在于：使用的着色剂包括：TiO2，Cr2O3，Cu2O，CoO，NiO，Fe2O3，稀土元素氧化物及还原性物质用于调整Fe，Mn物质的氧化物存在形式；根据产品颜色要求添加不同的着色剂。
5.根据权利要求1所述的利用高炉熔渣生产微晶玻璃的烧结工艺方法，其特征在于：使用的形核剂包括：TiO2，CaF2，ZrO2，Cr2O3。
6.根据权利要求1所述的利用高炉熔渣生产微晶玻璃的烧结工艺方法，其特征在于：整个过程中采用的加热方式包括喷吹可燃性煤粉、除尘灰，可燃性气体；采用的降温方式包括通入循环冷却水，非还原性气体。
7.根据权利要求1-6所述的利用高炉熔渣生产微晶玻璃的烧结工艺方法，采用一种烧结的工艺设备，其特征在于：具备以下部分：受料斗（1）、加热电极（2）、顶吹气枪（3）、成分调质搅拌设备（4）、上滑动渣口（5）、渣口加热设备（6）、下滑动渣口（7）、渣包（8）、水淬池（9）、水淬池进水管（10）、水淬池出水管（11）、底部气枪（12）、浸入式渣口（13）、过渣坝（14）、水磨机（15）、水磨池（16）、大孔筛网（17）、沉淀池（18）、小孔筛网（19）、抓斗（20）；
受料斗（1）：有三个受料罐，分别用于投放形核剂、着色剂和成分改质剂使用，将质量称量好的形核剂、着色剂和成分改质剂通过受料罐进入斜滑道料槽中进而投放到成分调质搅拌设备（4）中；
加热电极（2）：置于成分调质搅拌设备（4）的上部盖子上，为一组三根石墨加热电极用于埋弧加热保温熔渣；
顶吹气枪（3）：通过气路管道引出的顶吹气枪用于喷吹惰性气体或非还原性气体对成分搅拌池内熔渣进行混匀调质处理；
底部气枪（12）：通过气路管道引出的底部气枪用于喷吹惰性气体或非还原性气体对成分搅拌池内熔渣进行混匀调质处理；
成分调质搅拌设备（4）：熔池用于盛放高炉熔渣，熔池上部有顶盖，并有受料斗（1），熔池顶底分别有顶吹气枪（3）、底部气枪（12），在设备顶部设置有加热电极（2）；
滑动渣口设备：滑动渣口设备包括上滑动渣口（5）、下滑动渣口（7），成分调质搅拌设备（4）与渣包（8）之间通过滑动渣口连接，成分调质搅拌设备（4）下端设置有上滑动渣口（5），渣包（8）上端设置有下滑动渣口（7），滑动渣口设备两部分连接之后保证熔渣能够顺利通过滑动渣口设备；同时对于滑动渣口设备区域设置有渣口加热设备（6）外置于上滑动渣口（5）和下滑动渣口（7）一侧，装有电阻丝加热部件，以保证滑动渣口设备处无温降；
渣包（8）：渣包（8）中的熔液通过下部的渣口进入水淬池（9），渣口为浸入式渣口（13），位于渣包（8）和进入水淬池（9）之间，保证熔渣能够顺利从渣包（8）流入到进入水淬池（9）中，用于更换的渣包需要进行烘烤处理以保证熔渣进入渣包时的温降在可控区间；
水淬池（9）及细磨筛分设备：水淬池（9）为不锈钢结构，通有循环冷却水，通过水淬池进水管（10）、水淬池出水管（11）来实现循环冷却水；细磨筛分设备包括水磨机（15）、水磨池（16）、大孔筛网（17）、沉淀池（18）、小孔筛网（19），玻璃颗粒细磨筛分处理后，符合标准的玻璃颗粒通过抓斗（20）进入烘干器，不符合标准的玻璃颗粒通过抓斗（20）重新放入水磨池（16）中进行重新磨碎处理。
8.根据权利要求7所述的烧结工艺设备，其特征在于：成分调质搅拌设备（4）有备用设备，通过大型回转台来更换，用于更换的成分调质搅拌设备需要在使用之前进行烘烤处理。
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