CN103553557B

CN103553557B - 高炉熔渣生产铸石的连铸压延工艺方法及其设备

Info

Publication number: CN103553557B
Application number: CN201310541643.2A
Authority: CN
Inventors: 国宏伟; 张建良; 史志文; 李新宇
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2033-11-05
Also published as: CN103553557A

Abstract

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铸石的连铸压延工艺方法及其设备。该工艺方法步骤如下：（1）高炉熔渣转移至成分调质搅拌池中，加入改质剂和着色剂，搅拌均匀；（2）熔渣通过渣口进入一次降温区初步成型得到坯壳，然后进入二次降温区辊道；（3）二次降温区保证初步成型的坯壳顺利进入保温箱辊道中进行下一步的冷却最终成型；（4）在保温箱中冷却，喷涂釉质材料进行表面着色处理，冷却得到成型产品；（5）成型产品进行定尺寸切割处理，并进行表面打磨抛光得到成品铸石。本发明充分利用了高炉熔渣和废弃物资源，生产的铸石用途广泛，并具有色质稳定、抗磨、耐压、耐酸碱、膨胀收缩系数小等特性。

Description

高炉熔渣生产铸石的连铸压延工艺方法及其设备

技术领域

本发明涉及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铸石的连铸压延工艺方法及其设备。

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资源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，水资源大量使用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。在已公开的专利中，CN201010293048.8公开了利用熔融炉渣生产还原石材原料的方法，将高温炉渣调节成分后进行铸造处理生产还原石材。CN201210111901.9公开了一种制备铸石产品的方法，利用玄武岩和金属材料进行粉碎熔化搅拌均匀后注入模具中定型。以上公开的专利说明传统的铸石行业仍采用以玄武岩为主的传统石材为主要原料进行铸石生产，熔融渣已经作为生产还原石材的原料，生产方法多依赖于传统的铸造方式，并没有一种充分利用高温熔渣连续化成型生产的工艺设备。所以对于高炉熔渣的处理应用还需要采用新的更加快捷有效的方法。

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铸石的连铸压延工艺方法及其设备，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，提高钢铁企业的经济利润。

本发明的目的是这样实现的，其特征在于包括如下步骤：

（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，在顶底复合喷吹惰性气体的条件下将成分搅拌均匀，同时喷吹适量可燃性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80-90%，各种改质剂的添加量在总原料质量的0-20%之间，着色剂添加量在总原料质量的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并尽可能的降低冷却速度，从渣包下面的渣口进入一次降温区初步成型得到坯壳，然后进入到二次降温区辊道；

（3）二次降温区为弧形弯曲段，保证初步成型的坯壳顺利进入保温箱辊道中进行下一步的冷却最终成型，根据冷却制度的调整，需要保证坯壳在进入保温箱之前的温度高于900℃；

（4）在保温箱中使用非还原性气体进行冷却，根据产品制备的要求喷涂釉质材料进行表面着色处理，逐步冷却至室温，得到成型的产品；

（5）成型的产品在辊道末端进行定尺寸切割处理，将尺寸外形合格的产品进行表面打磨抛光得到成品铸石。

本发明还提供了一种高炉熔渣生产铸石的连铸压延的工艺设备，具备：

（1）受料斗1：有两个受料罐，分别用于投放着色剂和成分改质剂使用，将质量称量好的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可燃性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和下滑动渣口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，渣包中的熔液通过下部的渣口进入一次降温区9，渣口为浸入式渣口13，位于渣包8和一次降温区9之间，保证熔渣能够顺利从渣包8流入到一次降温区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）一次降温区9：熔液在一次降温区9中初步成型得到坯壳。

（8）二次降温区设备：弧形弯曲段保证初步成型的坯壳顺利进入保温箱11辊道10中进行冷却最终成型，保证坯壳进入保温箱之前表面温度高于900℃，在进入保温箱11之前设计激光测温装置用于在线测温处理，二次降温区的辊道10以钢质轧辊为主，开始阶段设置有压制辊道14，用于形成带状铸石，并且对辊宽度能够调节，沿辊道长度方向辊道宽度变窄，保证对产品的宽度压制以去除产品中的气孔，缩孔缺陷。

（9）保温箱11：辊道10两侧设有喷吹非还原性气体的保温箱降温进气口19进行冷却，在保温箱11上部设置有喷涂釉质材料的上釉喷枪15进行表面上釉处理，喷釉时不通入气体保证上釉均匀，在铸石整体上釉完毕后，逐步冷却至室温得到成型的产品。

（10）上釉喷枪15：将以混合均匀的釉质材料存放于储料罐中，通过上釉喷枪15对新形成的铸坯进行表面喷涂上釉处理。

（11）保温箱降温进气口19：通过管道输送惰性气体或非还原性气体进入到不同的进气口用于铸坯表面降温处理。

（12）定尺切割设备16：进行产品定尺寸切割处理，按照产品尺寸要求或公知尺寸进行切割处理，切刀以火焰切割或水刀两种方式为主。

（13）打磨抛光设备18：对定尺切割后铸石17进行表面打磨抛光处理。

相对现有技术，本发明具有如下优点：

1、传统生产铸石的原料均为冷态，在生产铸石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铸石的原料，避免了水冲渣处理高炉熔渣而大量消耗的新水，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。

4、设计开发出的新的压延工艺设备较原有的铸造生产工艺更加符合现代化连续生产的工业特点，有利于钢铁企业就近建设生产线，直接利用高炉熔渣作为生产铸石的原料，保证持续化生产，提高钢铁企业的非钢产业的收益。

附图说明

图1是高炉熔渣生产铸石的连续压延工艺流程图；

图2是高炉熔渣生产铸石的连续压延工艺设备图；

【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 一次降温区

10 辊道

11 保温箱

12 底部气枪

13 浸入式渣口

14 压制辊道

15 上釉喷枪

16 定尺切割设备

17 定尺切割后铸石

18 打磨抛光设备

19 保温箱降温进气口

20 打磨抛光后铸石

图3 是高炉熔渣生产铸石的连续压延工艺的温度制度梯度曲线。

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和着色剂以使得生产出来的铸石产品具有不同的外观。以下给出本发明中使用高炉熔渣制取铸石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铸石包括以下步骤：

（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）将成分改质剂石英砂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1～2小时；

（3）将熔渣通过一次降温区，二次降温区辊道顺利压延成产品要求形状，进入保温箱；

（4）对铸石表面进行喷釉处理，喷釉之后将压制成型的铸石毛坯在保温箱中在1000℃高温气氛下保持2小时，然后通过喷吹冷却气体逐渐冷却至室温；

（5）将冷却至室温的铸石定尺切割，打磨抛光。

其中：高炉熔渣的成分质量分数组成SiO₂为28%，CaO为35%，MgO为10%，Al₂O₃为14%，FeO为0.6%，TiO₂为1%，MnO为0.3%；石英砂中SiO₂含量为95%。高炉熔渣和石英砂的质量配比为90%：10%。

实施例2

本实施例提供的高炉熔渣制取铸石包括以下步骤：

（2）将成分改质剂石英砂和着色剂氧化铁红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1～2小时；

（5）将冷却至室温的铸石定尺切割，打磨抛光。

其中：高炉熔渣的成分质量分数组成SiO₂为28%，CaO为35%，MgO为10%，Al₂O₃为14%，FeO为0.6%，TiO₂为1%，MnO为0.3%；石英砂中SiO₂含量为95%；氧化铁红中Fe₂O₃含量为95%。高炉熔渣、石英砂及氧化铁红的质量配比为90%：5%：5%。

实施例3

本实施例提供的高炉熔渣制取铸石包括以下步骤：

（2）将成分改质剂石英砂和着色剂Cr₂O₃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1～2小时；

（5）将冷却至室温的铸石定尺切割，打磨抛光。

其中：高炉熔渣的成分质量分数组成SiO₂为28%，CaO为35%，MgO为10%，Al₂O₃为14%，FeO为0.6%，TiO₂为1%，MnO为0.3%；石英砂中SiO₂含量为95%；着色剂Cr₂O₃的纯度为98%。高炉熔渣、石英砂及着色剂Cr₂O₃的质量配比为90%：8%：2%。

实施例4

本实施例提供的高炉熔渣制取铸石包括以下步骤：

（2）将成分改质剂石英砂和着色剂NiO加入至成分搅拌池中，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1～2小时；

（5）将冷却至室温的铸石定尺切割，打磨抛光。

其中：高炉熔渣的成分质量分数组成SiO₂为28%，CaO为35%，MgO为10%，Al₂O₃为14%，FeO为0.6%，TiO₂为1%，MnO为0.3%；石英砂中SiO₂含量为95%；着色剂NiO的纯度为98%。高炉熔渣、石英砂及着色剂NiO的质量配比为90%：7%：3%。

从以上实施例可以看出：使用高炉熔渣直接作为生产铸石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

1.一种利用高炉熔渣生产铸石的连铸压延工艺的方法，其特征在于：所述方法包含如下步骤：

(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，在顶底复合喷吹惰性气体的条件下将成分搅拌均匀，同时喷吹适量可燃性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80-90％，各种改质剂的添加量在总原料质量的0-20％之间，着色剂添加量在总原料质量的0-5％之间，各原料之和为百分之百；

(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并尽可能的降低冷却速度，从渣包下的渣口进入一次降温区初步成型得到坯壳，然后进入到二次降温区辊道；

(3)二次降温区为弧形弯曲段，保证初步成型的坯壳顺利进入保温箱辊道中进行下一步的冷却最终成型，根据冷却制度的调整，需要保证坯壳在进入保温箱之前的温度高于900℃；

(4)在保温箱中使用非还原性气体进行冷却，根据产品制备的要求喷涂釉质材料，进行表面着色处理，逐步冷却至室温，得到成型的产品；

(5)成型的产品在辊道末端进行定尺寸切割处理，将尺寸外形合格的产品进行表面打磨抛光得到成品铸石。

2.根据权利要求1所述的利用高炉熔渣生产铸石的连铸压延工艺的方法，其特征在于：所使用的高炉熔渣的成分及其含量质量分数范围区间为：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铸石的连铸压延工艺的方法，其特征在于：使用的成分改质剂为：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中的一种或多种；改质剂的添加方案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铸石的连铸压延工艺的方法，其特征在于：使用的着色剂为：TiO₂，Cr₂O₃，Cu₂O，CoO，NiO，Fe₂O₃中的一种或多种，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铸石的连铸压延工艺的方法，其特征在于：使用的釉质材料为：长石、石英、高岭土、粘土、硝石、硼砂、食盐、锌盐；将釉质材料熔化进入釉料罐中储存用于铸石表面喷釉处理。

6.根据权利要求1所述的利用高炉熔渣生产铸石的连铸压延工艺的方法，采用一种连续压延的工艺设备，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)、一次降温区(9)、辊道(10)、保温箱(11)、底部气枪(12)、浸入式渣口(13)、压制辊道(14)、上釉喷枪(15)、定尺切割设备(16)、打磨抛光设备(18)、保温箱降温进气口(19)；

受料斗(1)：有两个受料罐，分别用于投放着色剂和成分改质剂使用，将质量称量好的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)，用于喷吹惰性气体，在设备顶部设置有加热电极(2)作为供热来源；

滑动渣口设备：滑动渣口设备包括上滑动渣口(5)和下滑动渣口(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)：渣包中的熔液通过下部的渣口进入一次降温区(9)，渣口为浸入式渣口(13)，位于渣包(8)和一次降温区(9)之间，保证熔渣能够顺利从渣包(8)流入到一次降温区(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；

一次降温区(9)：熔液在一次降温区(9)中初步成型得到坯壳；

二次降温区设备：弧形弯曲段保证初步成型的坯壳顺利进入保温箱(11)辊道(10)中进行冷却最终成型，保证坯壳进入保温箱(11)之前表面温度高于900℃，在进入保温箱(11)之前设计激光测温装置用于在线测温处理，二次降温区的辊道(10)以钢质轧辊为主，开始阶段设置有压制辊道(14)，并且对辊宽度能够调节，沿辊道长度方向辊道宽度变窄，保证对产品的宽度压制以去除产品中的气孔，缩孔缺陷；

保温箱(11)：辊道(10)两侧设有喷吹非还原性气体的保温箱降温进气口(19)进行冷却，在保温箱(11)上部设置有喷涂釉质材料的上釉喷枪(15)进行表面上釉处理，并逐步冷却至室温得到成型的产品；

上釉喷枪(15)：将以混合均匀的釉质材料存放于储料罐中，通过上釉喷枪(15)对新形成的铸坯进行表面喷涂上釉处理；

保温箱降温进气口(19)：通过管道输送惰性气体或非还原性气体进入到不同的进气口用于铸坯表面降温处理；

定尺切割设备(16)：进行产品定尺寸切割处理；

打磨抛光设备(18)：对定尺切割后铸石(17)进行表面打磨抛光处理。

7.根据权利要求6所述的连铸压延工艺设备，其特征在于：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。