CN105314879B

CN105314879B - 一种熔融法制备高炉渣基泡沫玻璃的方法

Info

Publication number: CN105314879B
Application number: CN201410369822.7A
Authority: CN
Inventors: 肖永力; 石福志; 李永谦; 刘茵; 谢梦芹; 范建峰
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-07-30
Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2018-10-02
Anticipated expiration: 2034-07-30
Also published as: CN105314879A

Abstract

一种熔融法制备高炉渣基泡沫玻璃的方法，将高炉渣40～90重量份与石英砂10～40重量份按比例混合均匀、研磨后置于容器内，并在1100～1600℃的熔化炉中熔融0.5～8小时；将得到的熔体直接浇铸在900～1300℃的热模具上，在浇铸成型的同时借助气管通入气体形成气孔，并保温0.5～8小时后降温至室温，脱模后得到泡沫玻璃；对得到的泡沫玻璃进行切割、打磨、抛光后得到最终产品。本发明所得到的泡沫玻璃无需引入任何发泡剂、稳泡剂等外加剂，节约了生产成本；制备过程不需要将矿渣原料加热熔融、水淬后再冷却进行烧结，节省了大量的能源，简化了生产工序。

Description

一种熔融法制备高炉渣基泡沫玻璃的方法

技术领域

本发明属保温装饰材料的制备领域，特别涉及一种熔融法制备高炉渣基泡沫玻璃的方法。

背景技术

随着人类生产的发展和生活水平的提高，大幅增加的能源需求将进一步加剧能源供需矛盾、恶化能源形势。建筑保温隔热是缓解能源问题的一个重要方面。建筑保温隔热材料及其制品的研制与应用一直受到世界各国的普遍关注。在众多保温隔热材料中，泡沫玻璃作为一种重要的无机矿物保温材料，因其轻质、保温、隔热、吸音等特性而广泛应用于冷库的保温，地铁、图书馆、写字楼的隔音、隔热等。自1935年法国Saint-Gobain公司首先以碳酸钙为发泡剂制备泡沫玻璃以来，美国、日本、加拿大、瑞士、前苏联等国相继开展了大量的研究，其制备方法大多采用烧结法，即将平板玻璃、玻璃瓶或工业废渣与适量的发泡剂、稳泡剂、粘结剂等混合均匀后，于特制模具中成型再放入马弗炉内经预热、熔融、发泡、稳泡等工艺而形成。研究方向多以固废原料(如废玻璃、粉煤灰、工业矿渣等)及发泡剂(如碳黑、碳化硅、碳酸钙等)选择为主。如朱均等(专利申请号：201310384174.8)将废旧玻璃粉碎，过筛然后球磨至300目以下，然后按质量分数75～92％的碎玻璃粉、25～2.5％的碳酸盐、0～2.5％的碳酸氢盐以及0～3％的泡沫稳定剂的比例配合，搅拌混合10～60分钟后，将混合物放入发泡炉中烧结得到泡沫玻璃。

以工业矿渣为原料制备泡沫玻璃对固体废弃物处理及玻璃行业的发展均有明显优势。高炉渣(高炉矿渣)作为冶炼生铁过程中排放出的副产物，其随着钢铁工业的迅速发展，排放量也与日俱增。大量的高炉废渣堆积不仅占用大片土地造成环境污染，而且对高炉渣这一潜在的资源也是严重的浪费。高炉渣的主要成分CaO、MgO、A1₂O₃和SiO₂都是玻璃的重要组成，故以高炉渣为原料制备泡沫玻璃，不仅可以解决废渣的利用问题减轻环境污染，而且所制备的泡沫玻璃附加值高，可较大幅度增加钢铁企业的经济效益。如东北大学薛等(专利申请号：200810012110.4)以含TiO₂的高炉渣为基础原料，适量引入硅质原料生成玻璃态物质，再添加发泡剂、稳泡剂、助熔剂，并以特定热处理制度制备泡沫玻璃。承德远通钢铁设备制造有限公司的李春光等(专利申请号：201310080386.7)首先将冷态高炉渣烘干球磨除铁后与硼酸、硝酸钠、硝酸钡、硫粉、碳化硅混合成为配合料后装入耐热模具中烧制得泡沫玻璃。北京科技大学张等(专利申请号：201310467396.6)按质量百分比分别将30～40％的冷轧污泥、40～50％的废玻璃、12～25％的黄土、0.5～1％的青石、2～3％的铁红放入球磨罐中混匀，将配合料、外加1～2％的聚苯乙烯球和15％～20％的自来水均匀混合后装入模具中，将模具直接放入到1100～1140℃的发泡炉中保温10～30min制备泡沫玻璃。但这些传统的烧结法制备过程大多需引入发泡剂、稳泡剂等，增加成本；制备过程大多需将矿渣原料加热熔融、水淬后再冷却进行烧结，耗费大量的能量；且此制备方法中孔的形成难于控制，性能难以优化。而采用熔融法在不引入任何外加剂的情况下制备孔径和分布可控，性能良好的泡沫玻璃还未见报道。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种不引入任何外加剂的情况下制备孔径和分布可控，性能良好的泡沫玻璃的方法。

本发明的技术方案是，一种熔融法制备高炉渣基泡沫玻璃的方法，

(1)将高炉渣40～90重量份与石英砂10～40重量份按比例混合均匀、研磨后置于容器内，并在1100～1600℃的熔化炉中熔融0.5～8小时；

(2)将步骤(1)得到的熔体直接浇铸在900～1300℃的热模具上，在浇铸成型的同时借助气管通入气体形成气孔，并保温0.5～8小时后降温至室温，脱模后得到泡沫玻璃；

(3)对步骤(2)得到的泡沫玻璃进行切割、打磨、抛光后得到最终产品。

本发明的主要成分是高炉渣和石英砂，这两种物质就可以实现本发明的目的。高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排出的废物，当炉温达到1400-1600℃时，炉料熔融，矿石中的脉石、焦炭中的灰分和助溶剂和其他不能进入生铁中的杂质形成以硅酸盐和铝酸盐为主浮在铁水上面的熔渣。高炉渣中主要成分为CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO，都是形成玻璃的重要组成。

优选的是，步骤(1)还包括以下成分的一种或一种以上：白云石0.1～20重量份、石灰石0.1～25重量份、方解石0.1～15重量份、镁砂0.1～15重量份、长石0.1～15重量份、纯碱0.1～10重量份。

进一步地，步骤(1)还可以包括以下成分的一种或两种：澄清剂0.1～10重量份、助熔剂0.1～10重量份。

进一步地，所述的澄清剂是选自碳酸钠、碳酸钾、硝酸钠、硝酸钾、碳酸钙中的一种或一种以上；所述助熔剂选自三氧化二硼、氟化钙、氟化钠、硼酸中的一种或一种以上。澄清剂的作用是可以更好地促使玻璃液中气泡消除，助熔剂的作用是高温下加速熔化。

优选的是，步骤(2)引入气体的过程在900～1300℃下进行。

根据本发明，所述气管材料选自氧化铝、氮化硼、金属钼、金属钽中的任一种。气管选择这些材料是要求能够在高温下使用。

或者，步骤(2)所述气体选自氧气、氮气、氩气、氦气、空气、二氧化碳的一种或几种。

优选的是，步骤(2)所述气体的吹入速度为0.1-50mL/min。

优选的是，所述气孔为0.1～20mm的均一或非均一气孔；所述气孔可以是开孔、闭孔或开孔与闭孔的任意组合。通过调整鼓泡装置运动的轨迹、速度和鼓泡装置中气管的分布等可以实现气孔的分布可控。

根据本发明的一种熔融法制备高炉渣基泡沫玻璃的方法，优选的是，步骤(3)的最终产品是泡沫砖、泡沫板或异性泡沫中的一种。

本发明的有益效果是：

(1)本发明所得泡沫玻璃在高温下制备，且无需引入任何发泡剂、稳泡剂等外加剂；

(2)本发明所得泡沫玻璃中的气孔为0.1～20mm的均一或非均一气孔，且分布可控；

(3)本发明所得泡沫玻璃的气孔可以是开孔、闭孔或开孔与闭孔的任意组合；

(4)本发明所得泡沫玻璃具有轻质、热导率低等优点。

附图说明

图1是无序的小气孔分布的泡沫玻璃示意图。

图2是有序的孔阵列分布的泡沫玻璃示意图。

图3有序的大、小孔分布的泡沫玻璃示意图。

图中，1-玻璃，2-气孔。

具体实施方式

实施例1

将高炉渣(80份)、石英砂(5份)、长石(5份)、镁砂(8份)、纯碱(2份)混合均匀、研磨后置于氮化硼坩埚内，在1200℃的玻璃熔化炉中熔融6小时，在1100℃澄清3小时；将得到的熔液直接浇铸在热模具(1000℃)上保温2小时，在保温的同时通过气管向其内部吹空气；待保温结束后降温(5℃/分钟)至室温，脱模后得到泡沫玻璃；对所得到的泡沫玻璃进行切割、打磨、抛光后得到最终的产品。该实施例中气管材料是氮化硼，气孔的直径是15-20mm，空气的吹入速度为40mL/min。

实施例2

将高炉渣(70份)、石英砂(10份)、长石(14份)、镁砂(3份)、纯碱(3份)、混合均匀、研磨后置于氧化锆坩埚内，在1400℃的玻璃熔化炉中熔融3小时，在1200℃澄清4小时；将得到的熔液直接浇铸在热模具(1100℃)上保温10小时，在保温的同时通过气管向其内部吹氦气；待保温结束后降温(5℃/分钟)至室温，脱模后得到泡沫玻璃；对所得到的泡沫玻璃进行切割、打磨、抛光后得到最终的产品。该实施例中气管材料是金属钽，气孔的直径是10-20mm，空气的吹入速度为20mL/min。

实施例3

将高炉渣(60份)、石英砂(21份)、长石(11份)、镁砂(4份)、纯碱(4份)混合均匀、研磨后置于氧化铝坩埚内，在1500℃的玻璃熔化炉中熔融1小时，在1300℃澄清6小时；将得到的熔液直接浇铸在热模具(1200℃)上保温6小时，在保温的同时通过气管向其内部吹氩气；待保温结束后降温(3℃/分钟)至室温，脱模后得到泡沫玻璃；对所得到的泡沫玻璃进行切割、打磨、抛光后得到最终的产品。该实施例中气管材料是金属钼，气孔的直径是5-15mm，空气的吹入速度为50mL/min。

实施例4

将高炉渣(50份)、石英砂(25份)、镁砂(11份)、长石(8份)、纯碱(4份)、硼酸(2份)混合均匀、研磨后置于熔融石英坩埚内，在1600℃的玻璃熔化炉中熔融0.5小时，在1400℃澄清8小时；将得到的熔体直接浇铸在热模具(1300℃)上保温1小时，在保温的同时通过气管向其内部吹氮气；待保温结束后降温(1℃/分钟)至室温，脱模后得到泡沫玻璃；对所得到的泡沫玻璃进行切割、打磨、抛光后得到最终的产品。

该实施例中气管材料是氧化铝，气孔直径为1-10mm，空气的吹入速度为25mL/min。

实施例5

将高炉渣(70份)、石英砂(30份)混合均匀、研磨后置于熔融石英坩埚内，在1600℃的玻璃熔化炉中熔融4小时，在1400℃澄清8小时；将得到的熔体直接浇铸在热模具(1200℃)上保温2小时，在保温的同时通过气管向其内部吹氮气；待保温结束后降温(1℃/分钟)至室温，脱模后得到泡沫玻璃；对所得到的泡沫玻璃进行切割、打磨、抛光后得到最终的产品。

该实施例中气管材料是氧化铝，气孔直径为1-10mm，空气的吹入速度为30mL/min。

本发明方法所得到的泡沫玻璃在高温下制备，无需引入任何发泡剂、稳泡剂等外加剂，节约了生产成本；本发明所得泡沫玻璃中的气孔为0.1～20mm的均一或非均一气孔，且分布可控；制备过程不需要将矿渣原料加热熔融、水淬后再冷却进行烧结，节省了大量的能源，简化了生产工序。

Claims

1.一种熔融法制备高炉渣基泡沫玻璃的方法，其特征在于：

(2)将步骤(1)得到的熔体直接浇铸在900～1300℃的热模具上，在浇铸成型的同时借助气管通入气体形成气孔，并保温0.5～8小时后降温至室温，脱模后得到泡沫玻璃；所述气体的吹入速度为0.1-50mL/min；所述气孔为0.1～20mm的均一或非均一气孔；所述气孔是开孔、闭孔或开孔与闭孔的任意组合；

2.根据权利要求1所述的一种熔融法制备高炉渣基泡沫玻璃的方法，其特征在于，所述步骤(1)包括以下成分的一种或一种以上：白云石0.1～20重量份、石灰石0.1～25重量份、方解石0.1～15重量份、镁砂0.1～15重量份、长石0.1～15重量份、纯碱0.1～10重量份。

3.根据权利要求1或2所述的一种熔融法制备高炉渣基泡沫玻璃的方法，其特征在于，所述步骤(1)包括以下成分的一种或两种：澄清剂0.1～10重量份、助熔剂0.1～10重量份。

4.根据权利要求3所述的一种熔融法制备高炉渣基泡沫玻璃的方法，其特征在于，所述的澄清剂是选自碳酸钠、碳酸钾、硝酸钠、硝酸钾、碳酸钙中的一种或一种以上；所述助熔剂选自三氧化二硼、氟化钙、氟化钠、硼酸中的一种或一种以上。

5.根据权利要求1所述的一种熔融法制备高炉渣基泡沫玻璃的方法，其特征在于，步骤(2)引入气体的过程在900～1300℃下进行。

6.根据权利要求1所述的一种熔融法制备高炉渣基泡沫玻璃的方法，其特征在于，所述气管材料选自氧化铝、氮化硼、金属钼、金属钽中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种熔融法制备高炉渣基泡沫玻璃的方法，其特征在于，步骤(2)所述气体选自氧气、氮气、氩气、氦气、空气、二氧化碳的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的一种熔融法制备高炉渣基泡沫玻璃的方法，其特征在于，步骤(3)的最终产品是泡沫砖、泡沫板或异型泡沫中的一种。