CN105293908A

CN105293908A - 利用热钢熔渣直接制备微晶玻璃的方法

Info

Publication number: CN105293908A
Application number: CN201510706315.2A
Authority: CN
Inventors: 何峰; 谢峻林; 叶楚桥
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2015-10-27
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2035-10-27
Also published as: CN105293908B

Abstract

本发明公开了一种利用热钢熔渣直接制备微晶玻璃的方法.将处于液态的钢熔渣和辅料在投料口处混合并通过辊式投料机进入玻璃熔窑熔化部；通过全氧燃烧器补充热量，使熔化温度保持在1480-1560℃并保温10h；在玻璃熔窑熔化部对玻璃熔体进行微波均化；熔化、澄清、均化好的玻璃熔体进行玻璃成形；经退火窑退火并降温至玻璃的Tg温度以下10-50℃，得到玻璃面板；将降温的玻璃面板在辊道窑中直接升温核化和晶化热处理，降温后切割即得微晶玻璃。本发明中利用热的钢熔渣直接制备微晶玻璃，充分利用了液态钢熔渣的高温所带的热能，生产中只需提供将附加原料加热至熔化的热能既可，这样就大大降低了能耗。

Description

利用热钢熔渣直接制备微晶玻璃的方法

技术领域

本发明属于建筑装饰材料领域，具体涉及一种利用钢熔渣制备微晶玻璃的方法。

背景技术

钢熔渣，是一种炼钢过程中产生的副产物。在炼钢过程中，利用氧气或空气去氧化护料(主要为生铁)中的各类元素，如猛，铁，磷，硅，在高温环境下，同时和溶剂(主要指的为石灰石)起反应所形成的一种熔渣。我国作为世界最大的钢铁生产国，每年有大量的钢熔渣产生。这些废弃钢渣对我国的环境产生了严重威胁。针对这一情况，国内对钢渣的循环利用进行了大量研究，且主要应用在建筑材料行业，其利用方式包括以下几种：水泥生料，道路材料，砖、瓦、砌块等。但是由于矿渣组成成分的不稳定及相关建筑材料对原料要求较高，其利用并不理想。如，做水泥生料的钢渣，其含铁量的要求通常很难达到，导致钢渣水泥早期强度较低；制作砖块的钢渣，其比重较大而无法充当实心墙面材料。如果作为道路基层材料还会出现附加值低的问题。

近年来，我国钢铁工业发展迅猛，每年的粗钢产量高达8亿吨，占世界粗钢总产量的近一半。生产1吨钢材所产生的熔渣为80～120kg。多数钢铁企业将高温熔渣通过一定的冷却处理后，运至大型渣场堆弃，由此占据了大量的土地与农田，对环境造成严重污染。液态熔渣在出炉前的温度高达1500～1600℃，其中含有大量的显热。

一般而言，1吨高温钢熔渣带有1600～1800MJ的热量，相当于55～61kg标准煤完全燃烧后所产生的热量。显然，在钢铁熔渣中含有大量的显热，而现实中钢熔渣显热是钢铁企业中唯一没有被充分利用的高品质余热资源。因此，钢熔渣高温显热高效回收技术和利用钢渣制备高附加值产品的技术，倍受关注。目前关于钢铁熔渣的利用几乎全部采用冷渣的方式进行利用，二钢铁熔渣中的显热则采用形成蒸汽的方式被间接利用，利用效率被大大降低。

微晶玻璃是一种新型建筑装饰材料，又被称为玻璃陶瓷。因为它具有玻璃和陶瓷的双重特性，故微晶玻璃与普通的玻璃在外观与性质上有较大区别：普通玻璃内部原子排列无规则，因而易碎；微晶玻璃则同时含有晶相和非晶相，这使它比陶瓷的亮度高，比玻璃的韧性强。另一方面，微晶玻璃对原料组成的要求比玻璃低很多，因此钢渣理论上可以作为生产微晶玻璃的主要原材料。

专利(CN103145337A)公开了一种利用钢渣制备微晶玻璃的制备方法。首先将钢渣烘干球磨除铁后制成100目的粉末；然后将钢渣粉末，石英砂，硝酸钠，硝酸钡，氧化锌，二氧化铈混合成为配合料；放入坩埚中于1250～1380℃下熔制成型后成为透明的钢渣玻璃，最后将透明的钢渣玻璃经过晶化后，即成为含有主晶相为钙镁黄长石的钢渣微晶玻璃。

发明内容

本发明目的在于提供一种利用钢熔渣制备微晶玻璃的方法，充分利用钢熔渣具有的热能及其成分，实现对利用钢熔渣制备出高附加值的产品和节能减排的目的。

利用热钢熔渣直接制备微晶玻璃的方法，包括以下步骤：

1)将处于液态的钢熔渣通过钢熔渣运输罐运输至过渡池并通过其下端的导槽投至玻璃熔窑投料口中；将辅料放入辅料仓并通过其下端的导槽投至玻璃熔窑投料口中；所述钢熔渣和辅料在投料口处混合并通过辊式投料机进入玻璃熔窑熔化部；通过全氧燃烧器补充热量，使熔化温度保持在1480-1560℃并保温10h；在玻璃熔窑熔化部对玻璃熔体进行微波均化；熔化、澄清、均化好的玻璃熔体由卡脖进入冷却部，再通过供料道进入锡槽进行玻璃成形；

2)玻璃液进入锡槽的温度范围为1080-1260℃，摊平温度为1020-1080℃，抛光温度为960-1020℃，出锡槽温度为640-690℃；经退火窑退火并降温至玻璃的Tg温度以下10-50℃，得到玻璃面板；玻璃的退火上下限温度范围为520-620℃；

3)将降温至玻璃的Tg温度以下10-50℃玻璃面板在辊道窑中直接升温进行核化和晶化热处理，从室温直接升至核化温度范围780-850℃，保温1小时，再升温至晶化温度980-1100℃，保温1-2小时，降温后切割即得微晶玻璃。

按上述方案，所述的钢熔渣化学组成范围为：SiO₂(20wt％-25wt％)，Al₂O₃(2wt％-8wt％)，CaO(48wt％-55wt％)，MgO(7wt％-10wt％)，Fe₂O₃(5wt％-10wt％)。

按上述方案，所述的辅料包括石英砂、铝石粉、纯碱、碳酸钡、氧化钛。

按上述方案，加入辅料后得到的玻璃熔体化学组成在下述范围内：SiO₂(55wt％-60wt％)，Al₂O₃(5wt％-8wt％)，CaO(16wt％-25wt％)，MgO(1wt％-5wt％)，BaO(4wt％-8wt％)，Na₂O(3wt％-6wt％)，Fe₂O₃(1wt％-8wt％)，TiO₂(1wt％-2wt％)。

按上述方案，在所述卡脖处设置水冷搅拌器对玻璃熔体进行搅拌。

相比现有的钢渣处理方法，本发明具有如下优势：

本发明主要原料为钢渣和石英砂，其中钢渣约占总原料的65wt％，钢渣和石英砂约占总原料的90wt％，可以看到，本发明为钢渣的大规模资源化利用提供了一种有效途径，可以很好的缓解我国钢渣大量废弃的问题。

在微晶玻璃的制备过程中，其最大的生产成本来自原材料的熔制过程，这一过程需要将混合料加热至1480-1560℃，能耗很大。本发明中利用热的钢熔渣直接制备微晶玻璃，充分利用了液态钢熔渣的高温所带的热能，生产中只需提供将附加原料加热至熔化的热能既可，这样就大大降低了能耗。在熔窑熔化部的后端采用微波均化的对玻璃熔体进行高效均化，该方法可以很好地提高玻璃熔制的质量。

本发明生产工艺流程简单，易于操作。在熔制部分只需将钢熔渣通过耐火材料供料槽导入熔化炉中，再将研磨、预混合好的附加原料添加到玻璃熔化炉中进行熔制。

使用玻璃窑来熔制，浮法生产玻璃的方法具有产量大，产品质量稳定的优点。由于钢厂中钢渣产量较大，采用浮法的生产工艺不仅能充分利用这些副产品，由于生产集成度高，相比其他生产工艺，能节约大量生产面积。

附图说明

图1：热钢熔渣直接制备微晶玻璃装置示意图；

1-钢熔渣运输罐；2-钢熔渣；3-过渡池；4-辅料仓；5-辊式投料机；6-投料口；7-熔化部；8-排烟口；9-全氧燃烧器；10-卡脖；11-水冷搅拌器；12-冷却部；13-供料道；14-锡槽；15-过渡辊台；16-玻璃原板。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

参照附图1所示，本发明利用热钢熔渣直接制备微晶玻璃的方法，过程如下：

将一定质量处于液态的钢熔渣通过钢熔渣运输罐1将钢熔渣2运输至钢熔渣熔窑前过渡池3并通过其下端的耐火材料导槽投至玻璃窑投料口6中；进行基础成分调制的辅料放入辅料仓4，通过其下端的导槽投至玻璃窑投料口6中；钢熔渣和辅料有辊式投料机5使所加入的辅料和钢熔渣进入熔化部7；玻璃熔窑采用全氧燃烧技术，通过全氧燃烧器9，对熔窑补充一定的热量，以保证熔化制度的稳定性，熔化温度保持在1480-1560℃，保温10小时，烟气由排烟口8排出窑外；熔化、澄清、均化好的玻璃熔体由卡脖10进入冷却部12，在卡脖10处设置水冷搅拌器11对玻璃熔体进行搅拌；进入冷却部12玻璃熔体经过适当冷却，通过供料道13进入锡槽14进行玻璃成形；成形好的玻璃板通过过渡辊台15得到玻璃原板16。

采用浮法对熔制好的玻璃液进行成形，玻璃液进入锡槽的温度范围为1080-1260℃，摊平温度为1020-1080℃，抛光温度为960-1020℃，出锡槽温度为640-690℃。经退火窑退火并降温至玻璃的Tg温度以下10-50℃，得到玻璃面板；玻璃的退火上下限温度范围为520-620℃。将降温至玻璃的Tg温度以下10-50℃玻璃面板在辊道窑中直接升温进行核化和晶化热处理，从室温直接升至核化温度范围780-850℃，保温1小时，再升温至晶化温度980-1100℃，保温1-2小时，使微晶玻璃充分核化、晶化。经过热处理，完成核化，晶化的过程后，微晶玻璃面板通过冷却降至室温后切割即得微晶玻璃。

本发明所用的钢熔渣化学组成范围为：SiO₂(20wt％-25wt％)，Al₂O₃(2wt％-8wt％)，CaO(48wt％-55wt％)，MgO(7wt％-10wt％)，Fe₂O₃(5wt％-10wt％)。加入辅料后得到的玻璃熔体化学组成在下述范围内：SiO₂(55wt％-60wt％)，Al₂O₃(5wt％-8wt％)，CaO(16wt％-25wt％)，MgO(1wt％-5wt％)，BaO(4wt％-8wt％)，Na₂O(3wt％-6wt％)，Fe₂O₃(1wt％-8wt％)，TiO₂(1wt％-2wt％)。为满足上述需求，可选辅料包括石英砂、铝石粉、纯碱、碳酸钡、氧化钛。

实例1

直接利用热熔钢渣微晶玻璃的制备方法如下：

a.采用一定量的辅料：石英砂、铝石粉、纯碱、碳酸钡、氧化钛添加到钢熔渣中，这些辅料与钢熔渣的质量比为：35:100；适用的钢熔渣化学组成范围为：SiO₂(20wt％wt％)，Al₂O₃(8wt％)，CaO(55wt％)，MgO(7wt％)，Fe₂O₃(10wt％)；辅料具体添加量需要参考实际生产中钢渣的组成。要保证混熔后的玻璃液的化学组成在下述范围内：SiO₂(55wt％)，Al₂O₃(8wt％)，CaO(16wt％)，MgO(1wt％)，BaO(8wt％)，Na₂O(6wt％)，Fe₂O₃(5wt％)，TiO₂(1wt％)。

b.将一定质量处于液态的钢熔渣通过钢熔渣运输罐1将钢熔渣2运输至钢熔渣熔窑前过渡池3并通过其下端的耐火材料导槽投至玻璃窑投料口中；进行基础成分调制的辅料放入辅料过渡与加入仓，通过其下端的导槽投至玻璃窑投料口6中；钢熔渣和辅料有辊式投料机5使所加入的辅料和钢熔渣进入熔化部7；玻璃熔窑采用全氧燃烧技术，通过全氧燃烧器9，对熔窑补充一定的热量，以保证熔化制度的稳定性，熔化温度保持在1480℃，保温10小时，烟气由排烟口8排出窑外；在熔窑熔化部的采用微波均化的对玻璃熔体进行高效均化；熔化、澄清、均化好的玻璃熔体由卡脖10进入冷却部12，在卡脖10处设置水冷搅拌器11对玻璃熔体进行搅拌；进入冷却部12玻璃熔体经过适当冷却，通过供料槽13进入锡槽14进行玻璃成形；成形好的玻璃板通过过渡辊台15得到玻璃原板16。

c.采用浮法对熔制好的玻璃液进行成形，玻璃液进入锡槽的温度范围为1080℃，摊平温度为1020℃，抛光温度为960℃，出锡槽温度为640℃。经退火窑退火至室温，经退火窑退火并降温至玻璃的Tg温度以下10℃，得到玻璃面板。玻璃的退火上下限温度范围为520-600℃。

d.将降温至玻璃的Tg温度以下10℃玻璃面板在辊道窑中直接升温进行核化和晶化热处理，即从Tg温度以下10℃直接升至核化温度范围780℃，保温1小时，再升温至1000℃，保温1.5小时，使微晶玻璃充分核化、晶化。

e.经过热处理，完成核化，晶化的过程后，微晶玻璃面板通过冷却降至室温后切割即得微晶玻璃。

实例2

a.采用一定量的辅料：石英砂、铝石粉、纯碱、碳酸钡、氧化钛添加到钢熔渣中，这些辅料与钢熔渣的质量比为：48:100；适用的钢熔渣化学组成范围为：SiO₂(23wt％)，Al₂O₃(6wt％)，CaO(52wt％)，MgO(7wt％)，Fe₂O₃(5wt％)；辅料具体添加量需要参考实际生产中钢渣的组成。要保证混熔后的玻璃液的化学组成在下述范围内：SiO₂(58wt％)，Al₂O₃(5wt％8)，CaO(20wt％)，MgO(2wt％)，BaO(6wt％)，Na₂O(4wt％)，Fe₂O₃(4wt％)，TiO₂(1wt％)。

b.将一定质量处于液态的钢熔渣通过钢熔渣运输罐1将钢熔渣2运输至钢熔渣熔窑前过渡池3并通过其下端的耐火材料导槽投至玻璃窑投料口中；进行基础成分调制的辅料放入辅料过渡与加入仓，通过其下端的导槽投至玻璃窑投料口6中；钢熔渣和辅料有辊式投料机5使所加入的辅料和钢熔渣进入熔化部7；玻璃熔窑采用全氧燃烧技术，通过全氧燃烧器9，对熔窑补充一定的热量，以保证熔化制度的稳定性，熔化温度保持在1510℃，保温10小时，烟气由排烟口8排出窑外；在熔窑熔化部的采用微波均化的对玻璃熔体进行高效均化；熔化、澄清、均化好的玻璃熔体由卡脖10进入冷却部12，在卡脖10处设置水冷搅拌器11对玻璃熔体进行搅拌；进入冷却部12玻璃熔体经过适当冷却，通过供料槽13进入锡槽14进行玻璃成形；成形好的玻璃板通过过渡辊台15得到玻璃原板16。

c.采用浮法对熔制好的玻璃液进行成形，玻璃液进入锡槽的温度范围为1180-℃，摊平温度为1060℃，抛光温度为1000℃，出锡槽温度为660℃。经退火窑退火至室温，经退火窑退火并降温至玻璃的Tg温度以下10℃，得到玻璃面板。玻璃的退火上下限温度范围为520-600℃。

d.将降温至玻璃的Tg温度以下30℃玻璃面板在辊道窑中直接升温进行核化和晶化热处理，即从Tg温度以下30℃直接升至核化温度范围820℃，保温1小时，再升温至980℃，保温2小时，使微晶玻璃充分核化、晶化。

实例3

a.采用一定量的辅料：石英砂、铝石粉、纯碱、碳酸钡、氧化钛添加到钢熔渣中，这些辅料与钢熔渣的质量比为：58:100；适用的钢熔渣化学组成范围为：SiO₂(25wt％)，Al₂O₃(2wt％)，CaO(48wt％)，MgO(7wt％)，Fe₂O₃(5wt％-)；辅料具体添加量需要参考实际生产中钢渣的组成。要保证混熔后的玻璃液的化学组成在下述范围内：SiO₂(60wt％)，Al₂O₃(5wt％)，CaO(21wt％)，MgO(1wt％)，BaO(5wt％)，Na₂O(3wt％)，Fe₂O₃(4wt％)，TiO₂(1wt％)。

b.将一定质量处于液态的钢熔渣通过钢熔渣运输罐1将钢熔渣2运输至钢熔渣熔窑前过渡池3并通过其下端的耐火材料导槽投至玻璃窑投料口中；进行基础成分调制的辅料放入辅料过渡与加入仓，通过其下端的导槽投至玻璃窑投料口6中；钢熔渣和辅料有辊式投料机5使所加入的辅料和钢熔渣进入熔化部7；玻璃熔窑采用全氧燃烧技术，通过全氧燃烧器9，对熔窑补充一定的热量，以保证熔化制度的稳定性，熔化温度保持在1560℃，保温10小时，烟气由排烟口8排出窑外；在熔窑熔化部的采用微波均化的对玻璃熔体进行高效均化；熔化、澄清、均化好的玻璃熔体由卡脖10进入冷却部12，在卡脖10处设置水冷搅拌器11对玻璃熔体进行搅拌；进入冷却部12玻璃熔体经过适当冷却，通过供料槽13进入锡槽14进行玻璃成形；成形好的玻璃板通过过渡辊台15得到玻璃原板16。

c.采用浮法对熔制好的玻璃液进行成形，玻璃液进入锡槽的温度范围为1260℃，摊平温度为1080℃，抛光温度为1020℃，出锡槽温度为690℃。经退火窑退火至室温，经退火窑退火并降温至玻璃的Tg温度以下50℃，得到玻璃面板。玻璃的退火上下限温度范围为520-600℃。

d.将降温至玻璃的Tg温度以下50℃玻璃面板在辊道窑中直接升温进行核化和晶化热处理，即从Tg温度以下50℃直接升至核化温度范围850℃，保温1小时，再升温至1100℃，保温1小时，使微晶玻璃充分核化、晶化。

e.经过热处理，完成核化，晶化的过程后，微晶玻璃面板通过通过冷却降至室温后切割即得微晶玻璃。

Claims

1.利用热钢熔渣直接制备微晶玻璃的方法，其特征在于包括以下步骤：

3)将降温至玻璃的Tg温度以下10-50℃玻璃面板在辊道窑中直接升温核化和晶化热处理，从室温直接升至核化温度范围780-850℃，保温1小时，再升温至晶化温度980-1100℃，保温1-2小时，降温后切割即得微晶玻璃。

2.如权利要求1所述的利用热钢熔渣直接制备微晶玻璃的方法，其特征在于所述的钢熔渣化学组成范围为：SiO₂(20wt％-25wt％)，Al₂O₃(2wt％-8wt％)，CaO(48wt％-55wt％)，MgO(7wt％-10wt％)，Fe₂O₃(5wt％-10wt％)。

3.如权利要求1所述的利用热钢熔渣直接制备微晶玻璃的方法，其特征在于所述的辅料包括石英砂、铝石粉、纯碱、碳酸钡、氧化钛。

4.如权利要求1所述的利用热钢熔渣直接制备微晶玻璃的方法，其特征在于加入辅料后得到的玻璃熔体化学组成在下述范围内：SiO₂(55wt％-60wt％)，Al₂O₃(5wt％-8wt％)，CaO(16wt％-25wt％)，MgO(1wt％-5wt％)，BaO(4wt％-8wt％)，Na₂O(3wt％-6wt％)，Fe₂O₃(1wt％-8wt％)，TiO₂(1wt％-2wt％)。

5.如权利要求1所述的利用热钢熔渣直接制备微晶玻璃的方法，其特征在于在所述卡脖处设置水冷搅拌器对玻璃熔体进行搅拌。