CN104909540A - 一种液态高炉渣生产矿渣棉的熔制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液态高炉渣生产矿渣棉的熔制方法，该液态高炉渣直接生产矿渣棉时，液态高炉渣渣罐中添加酸性添加剂进行调质，盛有液态高炉渣的渣罐在电极下方加热，在渣罐底部喷吹惰性气体搅拌，然后将液态高炉渣倾倒于电炉内，电炉内有调制好的两倍于渣罐的液态高炉渣，持续加热保温；最后开炉出渣，将炉渣连续送到制棉机加工成矿棉。相对于传统冲天炉以及窑炉的高能耗，该工艺使液态高炉渣的显热得到最大化利用，可缩短调质周期，同时电炉解决了高炉间断出渣和矿渣棉连续生产之间的矛盾，从而使高炉炼铁与矿渣棉的生产工艺进行更好的有效结合，以实现经济效益最大化。

Description

一种液态高炉渣生产矿渣棉的熔制方法

技术领域

本发明属于钢铁生产领域液态高炉渣的余热利用，特别涉及一种液态高炉渣直接生产矿渣棉的熔制方法。

背景技术

国家在2009年《钢铁产业调整与振兴规划》中明确提出了“冶金渣近100％综合利用”的节能减排目标，因而，冶炼废渣的无害化、资源化处理是我国乃至世界各国十分重视的焦点，也是推进循环经济的中心内容之一。

高炉冶炼时，冶炼每吨生铁一般产生300～600kg的炉渣，对于含铁品位65％左右的优质原料，渣量可以降到185～250kg/t，这样每年我国的高炉渣产出量有上亿吨。对于高炉渣的处理，目前的方法主要采取水力冲渣的方式，高炉渣的水淬处理存在新水消耗量大，熔渣余热不能回收，系统维护工作量大，冲渣产生的二氧化硫和硫化氢等气态硫化物带来空气污染。高炉渣排出时，一般的温度为1400～1600℃，一吨高炉熔渣含有显热1675KJ，大致相当于57kg标准煤燃烧时发出的热量。对于高炉渣的显热，不少科研单位和企业都在进行积极地研究。

矿渣棉是利用矿渣或炉渣为主要原料，经熔化、采用高速离心法或喷吹法等工艺制成的棉丝状无机纤维。矿棉生产的主要原料是多种多样的，目前普遍使用的为冷态的高炉渣。炉渣从高炉内排放出来时呈高温熔融状态，经过冷却、破碎和筛粉后成为矿棉冲天炉的原料，因此高炉渣在矿棉冲天炉内是第二次熔化。矿棉生产用的主要燃料是焦碳，生产一吨矿棉制品大约需要消耗焦碳250公斤以上。随着能源价格的不断上涨，能源费用占生产成本的比例越来越大，致使矿棉制品的销售价格偏高，影响了矿棉的推广应用。利用液态高炉渣直接生产矿渣棉，可以充分利用高炉渣的显热，其显热回收利用率可达80％以上，既符合国家提出的高炉渣100％利用的节能减排政策，又降低矿棉生产成本。从节约能耗、循环利用和生产连续性上来讲，是一种非常有效的工艺。

目前我国的炼铁高炉在设计时几乎没有考虑高炉渣的余热利用问题，高炉周围场地有限，不可能紧邻高炉建矿棉车间，高炉渣经过一定距离的输送，其散热损失必然造成温度下降。从高炉渣的成分、温度来看，其温度条件基本符合矿渣棉生产的要求，但高炉渣为碱性渣，不符合制造矿渣棉的成分要求。需要对高炉熔渣成分进行加热同时作调质处理，使其在成分和温度方面均满足生产长纤维矿渣棉的要求。

专利201210085131.5提出一种矿渣棉加工方法，使用液态高炉渣为原料，砂岩为调质材料，碳酸钠为粘度改善剂，将原料和添加剂加入到熔融调质炉进行高温熔融混合，再通过流动混合装置输送到中间存储器，有中间存储器的出渣口流出后经离心甩丝机甩丝形成矿渣棉。该工艺虽有效利用了高温熔体的潜在热能，但是该设备没有在加工过程中进行温度的补充，矿渣容易降温而粘度增加，流出过程容易堵塞出渣口。

专利201210204789.3提出了用热熔含钛高炉渣直接生产矿渣棉的方法，该发明将热焓态含钛高炉渣引入渣罐，同时喷吹煤气对渣罐中的热熔态高炉渣进行补热保温、均化处理，然后将处理后的热熔含钛高炉渣离心或喷吹得到矿渣棉纤维。此方法处理对象针对的是酸度系数＞1.1、黏度系数＞0.5Pa·S含钛高炉渣，且使用煤气对渣罐内矿渣进行补热的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对高炉渣利用的现有问题，提供一种有效利用高炉渣显热、操作简单、从而最大限度地降低矿渣棉加热成本的生产矿渣棉的熔制方法。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种液态高炉渣生产矿渣棉的熔制方法，该方法包括下述步骤：

1)在从高炉渣槽流入液态高炉渣的渣罐中添加酸性添加剂进行调质；

2)将调质处理后的液态高炉渣渣罐运输至加热工位，置于电极下方加热，同时，在渣罐底部喷吹惰性气体搅拌炉渣，促进热渣对流，均匀其温度成分；

3)将渣罐内搅拌均匀的液态高炉渣倾倒于电炉内，电炉内长期保持有调制好的两倍于渣罐的液态高炉渣，电炉炉内持续加热保温；

4)将加热保温后的液态高炉渣开炉出渣，将炉渣连续送到制棉机；

5)通过控制出渣流股速度，以达到连续稳定的制棉生产。

进一步地，所述酸性添加剂为硅石粉或粉煤灰。

进一步地，所述酸性添加剂按照下述方式添加：

硅石粉以SiO₂计，粉煤灰以SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO计，使得经酸性添加剂调质后的液态高炉渣的成分质量比为：

(SiO₂+Al₂O₃)：(CaO+MgO)＝1.2～1.4。

进一步地，所述酸性添加剂加料在液态高炉渣开炉出渣后即开始添加，在渣罐装渣到3/4时添加结束。

进一步地，所述步骤2)中，采用三根石墨电极加热，保证在20min内温度升至1470℃，保温15min～20min使酸性添加剂充分熔化混匀。

进一步地，所述在渣罐底部喷吹惰性气体为氮气。

进一步地，所述步骤4)中，出渣温度为1430-1470℃。

本发明还给出了液态高炉渣生产矿渣棉的熔制方法所采用的设备，包括圆桶状渣罐和电炉；

所述渣罐为上大下小的倒圆锥台形；渣罐外壳为钢板，内壁为耐火保温炉衬，所述保温炉衬包括保温外层和耐火工作层，所述保温外层采用轻质粘土砖或粘土耐火砖；所述耐火工作层采用酸性捣打材料；

所述电炉采用石墨电极固定式矿热电炉，电炉容积定为渣罐的3倍，电炉设置1-2个出口。

其中，所述酸性捣打材料按照下述质量比的原料配制而成：

废硅砖作骨料65％，废硅砖粉料20％，生硅石粉料15％，镁砂1％，磷酸溶液16％。

其中，所述电炉炉衬采用水冷炉壁。

相对于传统冲天炉以及窑炉的高能耗，该工艺使液态高炉渣的显热得到最大化利用，可缩短调质周期，同时电炉解决高炉间断出渣和矿渣棉连续生产的矛盾，从而使高炉炼铁与矿渣棉的生产工艺进行更好的有效结合，以实现经济效益最大化。

本发明具有以下优点：

1)相对于冷态高炉渣制备矿渣棉，本发明充分利用了液态高炉渣的热熔，节省了能源；

2)本发明高炉在出渣的同时添加了酸性添加剂，充分利用了高炉液渣流股的动能，渣罐上方设料仓，便于机械化生产，减轻了添加酸性添加剂时的劳动强度；

3)本发明在加热的同时喷吹氮气，有利于对渣罐中的热熔态高炉渣进行对流加热保温，提高了电极加热炉渣的效率，同时氮气搅拌使得温度和成分更加均匀；

4)电炉容量为渣罐的容量的3倍，使得出渣的成分和温度更加均匀，有助于制棉生产的稳定性和连续性。

附图说明

图1是本发明工艺流程框图。

具体实施方式

下面通过附图及实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示，本发明提供的一种液态高炉渣生产矿渣棉的熔制方法，其操作步骤为：

1)液态高炉渣从流槽流入渣罐的同时，由流槽上方配备称量系统的料仓向渣罐中下料，根据渣罐容量计算并添加一定量的硅石粉或粉煤灰等酸性添加剂，以便对高炉的碱性渣进行调质处理。

酸性添加剂加入量按照下述比例添加：

硅石粉以SiO₂计，粉煤灰按SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO计，使得经酸性添加剂调质后的液态高炉渣的成分为：

(SiO₂+Al₂O₃)：(CaO+MgO)＝1.2～1.4。

酸性添加剂在高炉渣开炉出渣后开始添加，并匀速加料，在渣罐装渣约3/4时添加完预先称量的全部添加料。

2)渣罐是高炉渣调质加热的炉体，将调质处理后的液态高炉渣渣罐运输至加热工位，置于电极下方加热，加热温度为1470℃；在加热工位对炉渣进行升温。采用变压器——短网——三相石墨电极加热，加热期间对炉渣底吹气体进行搅拌，气体为氮气。根据渣罐容量的大小，设计变压器容量和电极尺寸，保证温度在加热30min内升至约1470℃再保持15min～20min使酸性添加剂在高炉渣内充分熔化混匀。

3)熔渣成分温度均匀后，用行车吊运渣罐至电炉加料口，将渣罐内搅拌均匀的液态高炉渣倾倒于电炉内，电炉内置有调制好的两倍于渣罐的液态高炉渣，并在炉内进行持续加热保温，长期保温温度控制在1430～1470℃。

电炉容积约为渣罐容积的3倍，电炉根据生产线设置1-2个出口，通过控制出渣流股速度保证连续出棉的稳定性。

渣罐是高炉渣调质加热的炉体，使用圆桶状内型。考虑到需要电极加热，并且便于向渣罐内加入各种辅助料、倾倒矿渣棉熔渣和清理冷却的残渣块，将上部开口扩大，做成上大下小的圆锥台形。渣罐外壳为钢板，内为耐火保温炉衬，分保温层(外层)和耐火工作层(内层)。保温层使用轻质粘土砖或一般粘土耐火砖，工作层采用适应调质高炉渣的性质的酸性捣打材料，提高炉衬的寿命。酸性捣打材料按照下述质量比的原料配制而成：

废硅砖作骨料65％，废硅砖粉料20％，生硅石粉料15％，外加镁砂1％，磷酸溶液16％。

此发明用渣罐具有保温、加热、适于生产矿棉调质处理的作用。可根据出渣量大小，设计不同容量的渣罐。采用此渣罐，满足极为苛刻的工作条件：承受倒入液态高炉渣的剧烈冲击和机械冲刷、高温矿渣熔体的净压力和化学侵蚀、激冷激热的温度变化、电极加热所产生的高温和电极弧光对包衬的辐射。

液态高炉渣生产矿渣棉的保温电炉解决矿棉连续生产与高炉间断出渣的矛盾，高炉渣及辅料经过加热熔化及调质后进入电炉，为后续的拉丝成棉过程做储备工作。

电炉是渣罐和离心拉丝机的中间衔接装置，为确保炉渣成分稳定且解决高炉间断出渣与离心拉丝机连续出棉之间的矛盾，要根据离心拉丝机的小时用料量和渣罐容量设计电炉容量，在保证电炉容积满足离心拉丝机工作的前提下，为稳定炉渣成分其容积可定为渣罐容积的2-3倍，电炉为圆桶形，可以采用石墨电极固定式矿热电炉。为提高电炉炉衬寿命其炉壁采，用水冷炉壁。电炉根据生产线需要设置1-2出口，通过控制出渣流股速度保证连续出棉的稳定性。

下面给出具体实施例来进一步说明本发明效果。

1条年产2万吨矿渣棉的生产线，每小时用料约3吨，高炉2小时出一次渣，渣罐容量设计为6吨，即可满足给离心拉丝机连续2小时供料的需求。

在液态高炉渣的渣罐中加入酸性添加剂：硅石粉以SiO₂计，粉煤灰按SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO计，使得经酸性添加剂调质后的液态高炉渣的成分质量比为：(SiO₂+Al₂O₃)：(CaO+MgO)＝1.2。经调质后的液态高炉渣的成分质量比还可以是1.3或1.4。调质后的液态高炉渣密度约为1.9吨/M³,渣罐容积选为4M³，既为下插电极埋弧冶炼留了空间也为运输时液渣波动留了余地。

渣罐在电极下方加热，采用三根石墨电极加热，保证在20min内温度升至1470℃，保温20min或15min，保温温度控制在1470℃。加热工位的变压器选为3000KVA,石墨电极直径为250mm。在C相与B相电极之间渣罐半径1/2处的渣罐底部设有底吹气透气砖工位，在加热的同时吹氮气以便加速对流传热，均匀炉渣成分。

保温电炉变压器选为3000KVA,石墨电极直径为300mm。

保温电炉炉膛尺寸设计：

(1)炉壳上下外径均为4400mm。炉壳高2600mm。

(2)炉膛内径上口3200mm，下口3000mm。炉膛深度1700mm。

(3)在炉膛上沿设加料口以方便兑入液渣。加料口宽度600mm，深度480mm。

(4)炉膛底部设圆形出渣口直径约为50-100mm，外大内小。

使用过程：

1)高炉相隔2小时分别出铁水和高炉渣，边出渣边添加辅料进行调质处理，即渣罐是高炉渣调质加热的炉体。

2)将装液态高炉渣的渣罐，从高炉出渣位通过铁轨运输至加热工位，下降电极，加热40min，加热至1470℃，并在渣罐底部吹气进行搅拌，使渣的成分温度均匀，满足生产需要。

3)将调质好的矿渣棉原料用吊车运送至保温电炉中，解决高炉间断出渣和矿棉连续生产的矛盾。

4)在离心机中制成矿渣棉纤维，随后制成所需的矿渣棉板或者其他矿渣棉制品。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液态高炉渣生产矿渣棉的熔制方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

1)在从高炉渣槽流入液态高炉渣的渣罐中添加酸性添加剂进行调质；

2)将调质处理后的液态高炉渣渣罐运输至加热工位，置于电极下方加热，同时，在渣罐底部喷吹惰性气体，将调质后的液态高炉渣搅拌均匀；

3)将渣罐内加热搅拌均匀的液态高炉渣倾倒于电炉内，电炉内置有调制好的两倍于渣罐的液态高炉渣，电炉炉内持续加热保温；

4)将加热保温后的液态高炉渣开炉口出渣，将炉渣连续送到制棉机；

5)通过控制出渣流股速度，以达到连续制棉。

2.根据权利要求1所述的一种液态高炉渣生产矿渣棉的熔制方法，其特征在于，所述酸性添加剂为硅石粉或粉煤灰。

3.根据权利要求2所述的一种液态高炉渣生产矿渣棉的熔制方法，其特征在于，所述酸性添加剂按照下述方式添加：硅石粉以SiO₂计，粉煤灰以SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO计，使经酸性添加剂调质后的液态高炉渣的成分质量比为：

(SiO₂+Al₂O₃)：(CaO+MgO)＝1.2～1.4。

4.根据权利要求1所述的一种液态高炉渣生产矿渣棉的熔制方法，其特征在于：所述酸性添加剂加料在液态高炉渣开炉出渣后开始添加，在渣罐装渣到3/4时添加结束。

5.根据权利要求1所述的一种液态高炉渣生产矿渣棉的熔制方法，其特征在于：所述步骤2)中，采用三根石墨电极加热，保证在20min内温度升至1470℃，保温15min～20min使酸性添加剂充分熔化混匀。

6.根据权利要求1所述的一种液态高炉渣生产矿渣棉的熔制方法，其特征在于：所述步骤4)中，出渣温度为1430℃-1470℃。

7.根据权利要求1所述的一种液态高炉渣生产矿渣棉的熔制方法，其特征在于：所述在渣罐底部喷吹惰性气体为氮气。

8.一种权利要求1所述的液态高炉渣生产矿渣棉的熔制方法所采用的设备，其特征在于：包括圆桶状渣罐和电炉；

所述渣罐为上大下小的倒圆锥台形；渣罐外壳为钢板，内壁为耐火保温炉衬，所述保温炉衬包括保温内层和耐火工作层，所述保温内层采用轻质粘土砖或粘土耐火砖；所述耐火工作层采用酸性捣打材料；

所述电炉采用石墨电极固定式矿热电炉，电炉容积定为渣罐的3倍，电炉设置1-2个出口。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于：所述酸性捣打材料按照下述质量比的原料配制而成：

废硅砖作骨料65％，废硅砖粉料20％，生硅石粉料15％，镁砂1％，磷酸溶液16％。

10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于：所述电炉炉衬采用水冷炉壁。