CN106242280B - 一种以液态高炉熔渣为主原料的乳浊玻璃及其制备方法 - Google Patents

一种以液态高炉熔渣为主原料的乳浊玻璃及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以液态高炉熔渣为主原料的乳浊玻璃，其特征在于它的原料主要包括液态高炉熔渣和辅料，液态高炉熔渣和辅料的质量比为100：(100～120)；且液态高炉熔渣和辅料混熔后所得玻璃熔体的化学组成按质量百分比计在下述范围内：SiO240～50％，Al2O35～9％，CaO 15～24％，MgO 2～8％，Na2O 1～6％，K2O 3～9％，Fe2O30.2～3％，TiO20.5～1.5％，MnO 0.2～0.6％，Na2SiF66～18％。本发明充分利用了液态高炉熔渣的高温所带的热能，节约了大量能耗，并有效缓解高炉渣大量废弃、堆积的问题，所得的乳浊玻璃呈乳白色，具有密度和强度大的特点，密度为2.9‑3.2g/cm3，抗折强度高达90‑120MPa。

Description

一种以液态高炉熔渣为主原料的乳浊玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种以液态高炉熔渣为主原料的乳浊玻璃及其制备方法，属于建筑装饰材料领域。
背景技术
高炉渣是冶炼生铁时的主要副产品，是由铁矿石中的土质组分(石英、黏土矿物、碳酸盐、磷灰石等)和石灰石(或白云石)熔剂化合而成，并在1400℃～1600℃的高温下成熔融状态。当炉温达到1400℃～1600℃时，助熔剂与铁矿石发生高温反应生成生铁和高炉渣。近年来，我国高炉铁工业发展迅猛，每年的粗高炉产量高达8亿吨，占世界粗高炉总产量的近一半。多数高炉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。
我国作为世界最大的高炉铁生产国，每年有大量的高炉熔渣产生。这些废弃高炉渣对我国的环境产生了严重威胁。针对这一情况，国内对高炉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，做水泥生料的高炉渣，其含铁量的要求通常很难达到，导致高炉渣水泥早期强度较低；制作砖块的高炉渣，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。
每生产1吨生铁要副产0.3～0.6吨高炉渣，液态熔渣在出炉前排出温度在1500℃左右，1t高炉渣约含1700MJ的热量，相当于0.058t标准煤的发热值，可见高炉熔渣的显热资源巨大。而现实中高炉熔渣显热是高炉铁企业中唯一没有被充分利用的高品质余热资源。因此，高炉渣高温显热高效回收技术和利用高炉渣制备高附加值产品的技术而倍受关注。目前关于高炉熔渣的利用几乎全部采用冷渣的方式进行利用，而高炉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。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种以液态高炉熔渣为主原料的乳浊玻璃及其制备方法，充分利用了液态高炉熔渣的高温所带的热能，并有效缓解我国高炉渣大量废弃的问题。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种以液态高炉熔渣为主原料的乳浊玻璃，其原料主要包括液态高炉熔渣和辅料，液态高炉熔渣和辅料的质量比为100：(100～120)；且，液态高炉熔渣和辅料混熔后所得玻璃熔体的化学组成按质量百分比计在下述范围内：SiO2 40～50％，Al2O3 5～9％，CaO 15～24％，MgO 2～8％，Na2O 1～6％，K2O 3～9％，Fe2O3 0.2～3％，TiO2 0.5～1.5％，MnO 0.2～0.6％，Na2SiF6 6～18％。
按上述方案，所述辅料主要包括石英砂、纯碱、碳酸钾、氟硅酸钠、石灰石等。辅料具体添加量需要参考实际生产中液态高炉熔渣的组成，保证液态高炉熔渣和辅料混熔后的玻璃熔体的化学组成在本发明要求的范围内即可。
按上述方案，所述液态高炉熔渣化学组成按质量百分比计为：SiO2 30～40％，Al2O3 5～15％，CaO 30～45％，MgO 5～10％，Fe2O3 0.5～5％，TiO2 0.8～2.0％，MnO 0.4～1.2％。
上述以液态高炉熔渣为主原料的乳浊玻璃的制备方法，按上述原料配比，将液态高炉熔渣和辅料混合成为配合料，然后经熔制、成型后，即得到乳浊玻璃。
按上述方案，所述成型后还包括退火的步骤。其中，退火上下限温度为600～620℃，退火上下限温度为460～480℃。
按上述方案，所述最高熔制温度为1400℃～1420℃，熔制时间为6-12小时。
按上述方案，所述液态高炉熔渣通过高炉熔渣运输罐运输至高炉熔渣熔窑前过渡池，然后通过耐火材料制备的导流槽转移至玻璃电熔窑中；所述经过预混合后的辅料通过布料机均匀地铺盖在高温高炉熔渣的表面，使两者在玻璃电熔窑中共同流动、混合、熔制、扩散均化。
按上述方案，所述熔制过程在在电熔窑中进行，电熔窑的底部布置一套鼓泡装置，用于向玻璃熔体内进行“鼓泡”，并利用气泡的向上运动，带动玻璃熔体翻滚起到搅拌熔体的作用。
按上述方案，所述玻璃熔体在前续处理中经过高温已经澄清、均化，然后通过流液洞、供料道、出料口连续流入成型模具的中进行成型。
按上述方案，所述成型采用连续浇铸法，对熔制所得玻璃熔体进行成型。在成型的过程中玻璃出现分相乳浊，制得基础乳浊玻璃。其中，玻璃熔体连续流入成型模具的温度范围为1220～1260℃，通过流动摊平可成型为板块状的玻璃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明首次采用液态高炉熔渣为主原料制备乳浊玻璃，所制得的乳浊玻璃呈乳白色，具有密度和强度大的特点，密度为2.9-3.2g/cm3，抗折强度高达90-120MPa。
(2)现有技术的乳浊玻璃的制备过程中，其最大的生产成本来自原材料的熔制过程，就需要将配合料加热至1350℃-1420℃，能耗很大；而本发明中利用热的高炉熔渣直接制备乳浊玻璃，充分利用了液态高炉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制的热能既可，这样就大大降低了能耗，节约了大量资源。
(3)本发明主要原料为高炉熔渣，约占总原料的45-50wt％，为高炉渣的大规模资源化利用提供了一种有效途径，能够变废为宝，减少环境污染，可以很好的缓解我国高炉渣大量废弃的问题。
(4)本发明生产工艺流程简单，易于操作。在熔制工艺部分只需将液态高炉熔渣通过耐火材料供料槽导入熔制炉中，再将研磨、预混合好的其他原料加入到电熔窑中进行熔制。
(5)本发明使用玻璃窑来熔制，连续浇铸法生产玻璃的方法具有产量大，产品质量稳定的优点。连续浇铸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。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种以液态高炉熔渣为主原料的乳浊玻璃，其原料主要包括液态高炉熔渣和辅料，液态高炉熔渣和辅料的质量比为100：100；且液态高炉熔渣和辅料混熔后所得玻璃熔体的化学组成按质量百分比为：SiO2 47.6％，Al2O3 7.5％，CaO 18％，MgO 4.5％，Na2O 6％，K2O 8％，Fe2O3 1％，TiO2 1％，MnO 0.4％，Na2SiF6 6％。
上述以液态高炉熔渣为主原料的乳浊玻璃的制备方法，具体步骤如下：
a.本实施例采用的液态高炉熔渣化学组成按质量百分比计为：SiO2 35.2％，Al2O315％，CaO 36％，MgO 9％，Fe2O3 2％，TiO2 2％，MnO 0.8％；采用的辅料按质量百分比计为石英砂49.55％、石灰石0.00％、纯碱16.95％、碳酸钾23.59％、氟硅酸钠9.91％；
液态高炉熔渣与辅料的质量比为：100：100，保证两者混熔后的玻璃熔体的化学组成按质量百分比为：SiO2 47.6％，Al2O3 7.5％，CaO 18％，MgO 4.5％，Na2O 6％，K2O 8％，Fe2O3 1％，TiO2 1％，MnO 0.4％，Na2SiF6 6％；
b.通过高炉熔渣运输罐，将处于液态的高炉熔渣运输至高炉熔渣熔窑前过渡池，然后通过耐火材料制备的导流槽转移至玻璃电熔窑中；同时将经过预混合后的辅料通过布料机均匀地铺盖在液态高炉熔渣的表面，使两者在玻璃电熔窑中共同流动、混合、熔制、扩散均化；然后通过加热电极对电熔窑补充一定的热量，使得电熔窑的最高熔制温度保持在1420℃，熔制时间为6小时；
同时，玻璃电熔窑的底部设置一套鼓泡装置，用于向玻璃液玻璃熔体内进行“鼓泡”，并利用气泡的向上运动，带动玻璃熔体翻滚起到搅拌熔体的作用；
c.经过高温澄清、均化的玻璃熔体，通过流液洞、供料道、出料口连续流入成型模具的中，采用连续浇铸法进行成型，玻璃熔体连续流入成型模具的温度范围为1260℃，通过流动摊平成型成板块状的玻璃，在成型的过程中玻璃出现分相乳浊，制得基础乳浊玻璃板块；
d.所得基础乳浊玻璃板块经退火窑退火至室温，退火上下限温度为600℃、470℃，从而得到呈乳白色且分相均匀的乳浊玻璃，其密度为2.92g/cm3，抗折强度高达95MPa。
实施例2
一种以液态高炉熔渣为主原料的乳浊玻璃，其原料主要包括液态高炉熔渣和辅料，液态高炉熔渣和辅料的质量比为100：110；且液态高炉熔渣和辅料混熔后所得玻璃熔体的化学组成按质量百分比计为：SiO2 47.03％，Al2O3 5.7％，CaO 19％，MgO 4.29％，Na2O3.6％，K2O 8％，Fe2O3 0.95％，TiO2 0.95％，MnO 0.48％，Na2SiF6 10％。
上述以液态高炉熔渣为主原料的乳浊玻璃的制备方法，具体步骤如下：
a.本实施例采用的液态高炉熔渣化学组成按质量百分比计为：SiO2 34.1％，Al2O312％，CaO 39.9％，MgO 9％，Fe2O3 2％，TiO2 2％，MnO 1％；采用的辅料为石英砂50.29％、石灰石0％、纯碱10.05％、碳酸钾23.33％、氟硅酸钠16.33％；
液态高炉熔渣与辅料的质量比为：100：114，保证两者混熔后的玻璃熔体的化学组成按质量百分比计为：SiO2 47.03％，Al2O3 5.7％，CaO 19％，MgO 4.29％，Na2O 3.6％，K2O8％，Fe2O3 0.95％，TiO2 0.95％，MnO 0.48％，Na2SiF6 10％；
b.通过高炉熔渣运输罐，将处于液态的高炉熔渣运输至高炉熔渣熔窑前过渡池，然后通过耐火材料制备的导流槽转移至玻璃电熔窑中；同时将经过预混合后的辅料通过布料机均匀地铺盖在液态高炉熔渣的表面，使两者在玻璃电熔窑中共同流动、混合、熔制、扩散均化；然后通过加热电极对电熔窑补充一定的热量，使得电熔窑的最高熔制温度保持在1410℃，熔制时间为9小时；
同时，玻璃电熔窑的底部设置一套鼓泡装置，用于向玻璃熔体内进行“鼓泡”，并利用气泡的向上运动，带动玻璃熔体翻滚起到搅拌熔体的作用；
c.经过高温澄清、均化的玻璃熔体，通过流液洞、供料道、出料口连续流入成型模具的中，采用连续浇铸法进行成型，玻璃熔体连续流入成型模具的温度范围为1240℃，通过流动摊平成型成板块状的玻璃，在成型的过程中玻璃出现分相乳浊，制得基础乳浊玻璃板块；
d.所得基础乳浊玻璃板块经退火窑退火至室温，退火上下限温度为620℃、480℃，从而得到呈乳白色且分相均匀的乳浊玻璃，其密度为3.06g/cm3，抗折强度高达102MPa。
实施例3
一种以液态高炉熔渣为主原料的乳浊玻璃，其原料主要包括液态高炉熔渣和辅料，液态高炉熔渣和辅料的质量比为100：120；且，液态高炉熔渣和辅料混熔后所得玻璃熔体的化学组成按质量百分比计在下述范围内：SiO2 46.4％，Al2O3 5％，CaO 19％，MgO 3％，Na2O 4.6％，K2O 5％，Fe2O3 1％，TiO2 0.5％，MnO 0.5％，Na2SiF6 15％。
上述以液态高炉熔渣为主原料的乳浊玻璃的制备方法，具体步骤如下：
a.本实施例采用的液态高炉熔渣化学组成按质量百分比计为：SiO2 36.2％，Al2O311％，CaO 41.8％，MgO 6.6％，Fe2O3 2.2％，TiO2 1.1％，MnO 1.1％；采用的辅料为石英砂48.30％、石灰石0％、纯碱13.11％、碳酸钾14.40％、氟硅酸钠24.19％；
液态高炉熔渣与辅料的质量比为：100：120，保证两者混熔后的玻璃熔体的化学组成按质量百分比为：SiO2 46.4％，Al2O3 5％，CaO 19％，MgO 3％，Na2O 4.6％，K2O 5％，Fe2O3 1％，TiO2 0.5％，MnO 0.5％，Na2SiF6 15％；
b.通过高炉熔渣运输罐，将处于液态的高炉熔渣运输至高炉熔渣熔窑前过渡池，然后通过耐火材料制备的导流槽转移至玻璃电熔窑中；同时将经过预混合后的辅料通过布料机均匀地铺盖在液态高炉熔渣的表面，使两者在玻璃电熔窑中共同流动、混合、熔制、扩散均化；然后通过加热电极对电熔窑补充一定的热量，使得电熔窑的最高熔制温度保持在1400℃，熔制时间为12小时；
同时，玻璃电熔窑的底部设置一套鼓泡装置，用于向玻璃熔体内进行“鼓泡”，并利用气泡的向上运动，带动玻璃熔体翻滚起到搅拌熔体的作用；
c.经过高温澄清、均化的玻璃熔体，通过流液洞、供料道、出料口连续流入成型模具的中，采用连续浇铸法进行成型，玻璃熔体连续流入成型模具的温度范围为1220℃，通过流动摊平成型成板块状的玻璃，在成型的过程中玻璃出现分相乳浊，制得基础乳浊玻璃板块；
d.所得基础乳浊玻璃板块经退火窑退火至室温，退火上下限温度为600℃、460℃，从而得到呈乳白色且分相均匀的乳浊玻璃，其密度为3.17g/cm3，抗折强度高达115MPa。
本发明所得的乳浊玻璃呈乳白色，具有密度和强度大的特点，密度为2.9g/cm3，抗折强度高达90MPa。因此，本发明利用炼高炉过程中产生的高炉熔渣，制作低成本的建筑乳浊玻璃，可以广泛的应用到建筑装饰行业。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种以液态高炉熔渣为主原料的乳浊玻璃，其特征在于它的原料由液态高炉熔渣和辅料组成，液态高炉熔渣和辅料的质量比为100：（100～120）；且，液态高炉熔渣和辅料混熔后所得玻璃熔体的化学组成按质量百分比计为：SiO2 40～50%，Al2O3 5～9%，CaO 15～24%，MgO 2～8%，Na2O 1～6%，K2O 3～9%，Fe2O3 0.2～3%，TiO2 0.5～1.5%，MnO 0.2～0.6%，Na2SiF6 6～18%；所述辅料主要包括石英砂、纯碱、碳酸钾、氟硅酸钠、石灰石；
所述以液态高炉熔渣为主原料的乳浊玻璃的制备方法为：按原料配比，将液态高炉熔渣和辅料混合成为配合料，然后经熔制、成型后，即得到乳浊玻璃；其中，最高熔制温度为1400℃～1420℃，熔制时间为6-12小时；所述成型后还包括退火的步骤，退火上限温度为600～620℃，退火下限温度为460～480℃。
2.根据权利要求1所述的一种以液态高炉熔渣为主原料的乳浊玻璃，其特征在于所述液态高炉熔渣化学组成按质量百分比计为：SiO2 30～40%，Al2O3 5～15%，CaO 30～45%，MgO5～10%，Fe2O3 0.5～5%，TiO2 0.8～2.0%，MnO 0.4～1.2%。
3.权利要求1所述的一种以液态高炉熔渣为主原料的乳浊玻璃的制备方法，其特征在于按原料配比，将液态高炉熔渣和辅料混合成为配合料，然后经熔制、成型后，即得到乳浊玻璃；所述成型后还包括退火的步骤，退火上限温度为600～620℃，退火下限温度为460～480℃；最高熔制温度为1400℃～1420℃，熔制时间为6-12小时。
4.根据权利要求3所述的一种以液态高炉熔渣为主原料的乳浊玻璃的制备方法，其特征在于所述液态高炉熔渣通过高炉熔渣运输罐运输至高炉熔渣熔窑前过渡池，然后通过耐火材料制备的导流槽转移至电熔窑中；经过预混合后的辅料通过布料机均匀地铺盖在液态高炉熔渣的表面，两者在电熔窑中共同流动、混合、熔制、扩散均化。
5.根据权利要求3所述的一种以液态高炉熔渣为主原料的乳浊玻璃的制备方法，其特征在于所述熔制过程在电熔窑中进行，电熔窑的底部布置一套鼓泡装置，用于向玻璃熔体内进行“鼓泡”。
6.根据权利要求3所述的一种以液态高炉熔渣为主原料的乳浊玻璃的制备方法，其特征在于所述玻璃熔体澄清、均化后通过流液洞、供料道、出料口连续流入成型模具中进行成型。
7.根据权利要求3所述的一种以液态高炉熔渣为主原料的乳浊玻璃的制备方法，其特征在于所述成型采用连续浇铸法，对熔制所得玻璃熔体进行成型；其中成型的温度范围为1220～1260 ℃。
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