CN107021641A - 一种锰硅合金渣生产矿渣棉的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锰硅合金渣生产矿渣棉的方法，包括：提供锰硅合金热熔渣；在加热炉内对锰硅合金热熔渣进行加热、保温、均化，并加入辅助原料进行调质，得到调质后的熔渣；调质后的熔渣进入离心机制成纤维，纤维被吹送至集棉机并形成初棉层；由初棉层制备结构棉并进入固化炉进行固化。本发明还提供了该方法制备得到的矿渣棉。本发明的方法充分利用了锰硅合金热熔渣的显热，降低了生产成本。

Description

一种锰硅合金渣生产矿渣棉的方法
技术领域
本发明属于冶铁炉渣综合利用技术领域，具体地，本发明涉及一种利用矿热炉冶炼锰硅合金时产生的副产品锰硅合金渣直接热送生产矿渣棉的方法。
背景技术
长期以来，冶炼厂是资源与能源消耗量大、排放废弃物多及环境污染严重的企业。冶炼产生的炉渣多是以冷弃法处理，即将渣倒入渣罐，缓冷的方式或者冲渣冷却后直接运往渣场堆积，以往我国多用此法。
随着铁合金行业持续快速的发展，工业化进程的不断增加，对环境的压力也日益加剧，通过锰硅合金渣生产矿渣棉工艺的实施，大力推进我国冶金渣综合利用，最终实现冶金渣“零排放”。对于铁合金企业来说，严格控制污染源，对于废水、废气、废渣等进行集中管控及合理利用，深度挖掘企业潜力，变废为宝，将三废进行合理利用，能够为企业实现新的效益增长点。
矿渣棉的生产是在矿热炉生产锰硅合金时，还伴随产生高温熔渣，将高温熔渣送至矿渣棉车间，经熔融成纤、固化等工序制成的一种保温材料。矿渣棉可广泛应用于船舶、冶金、电力、建筑等行业，可用于建筑墙体、屋顶的保温隔音；建筑隔墙、防火墙、防火门和电梯井的防火和降噪。船用岩棉板可用于船舶的保温隔热和防火隔断；憎水岩棉板用于车辆、移动设备、冷库工程、空调管道以及在潮湿环境中的保温防火以及对防潮有一定要求的应用场合；建筑用岩棉板具有优良的防火、保温和吸音性能。
特别是矿渣棉用于外保温层时，由于保温层是具有全封闭性，基本消除了冷热桥现象，保温性能优于外墙内保温。可见，建筑用岩棉板用于外保温层的推广对我国尤其是北方寒冷地区的建筑节能具有重大的意义。
发明内容
本发明提供了一种利用矿热炉冶炼锰硅合金时产生的副产品锰硅合金渣直接热送生产矿渣棉的方法，解决了当前废渣显热没有得到有效利用以及矿渣棉生产成本较高的问题。
一方面，本发明提供了一种锰硅合金渣生产矿渣棉的方法，包括如下步骤：
(1)提供锰硅合金热熔渣；
(2)在加热炉内对锰硅合金热熔渣进行加热、保温、均化，并加入辅助原料进行调质，得到调质后的熔渣；
(3)调质后的熔渣进入离心机制成纤维，纤维被吹送至集棉机并形成初棉层；
(4)由初棉层制备结构棉并进入固化炉进行固化。
前述的锰硅合金渣生产矿渣棉的方法，在步骤(1)中，高温铁水与所述锰硅合金热熔渣从矿热炉出铁口一起流入铁水包中，并将所述锰硅合金热熔渣进一步溢流到渣罐中。
前述的锰硅合金渣生产矿渣棉的方法，在步骤(2)中，在加热炉中对所述锰硅合金热熔渣进行加热并保温使其温度保持在1350-1450℃之间，直至热熔渣流出加热炉。
前述的锰硅合金渣生产矿渣棉的方法，在步骤(2)中，所述辅助原料是焦炭、白云石和石灰石中的任意一种或多种。
前述的锰硅合金渣生产矿渣棉的方法，在步骤(2)中，所述加热炉产生的废气经过除尘、换热之后供固化炉使用。
前述的锰硅合金渣生产矿渣棉的方法，在步骤(3)中，所述离心机的转速是5000-7000转/min。
前述的锰硅合金渣生产矿渣棉的方法，在步骤(3)中，纤维被吹送至集棉机的同时将粘结剂和防尘油均匀地施加到纤维表面。
前述的锰硅合金渣生产矿渣棉的方法，在步骤(4)中，固化炉对结构棉进行加压定型出棉规格40-200mm，并鼓入200-250℃的热风进行固化。
另一方面，本发明提供了前述的方法制备得到的矿渣棉。
本发明提供的方法具有工艺顺畅紧凑、节能降耗、生产规模较大、技术水平先进、设备可靠、劳动生产率高、产品质量好等特点，符合国家对建筑的节能管理政策，其绝缘保温材料市场将会迅猛发展。随着铁合金行业持续的快速发展，工业化进程的不断增加，对环境的压力也日益加剧，通过锰硅合金渣生产矿渣棉工艺的实施，大力推进我国冶金渣综合利用，最终实现冶金渣“零排放”。
具体实施方式
为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明，但本发明并不仅仅限于此。
锰硅合金冶炼时，在炉料的冶炼过程中，炉料中的锰和铁的高价氧化物在炉料区被高温分解或被CO还原，到1373～1473K时，高价氧化锰被充分还原成MnO，全部的FeO进一步还原成Fe；MnO比较稳定，只能用碳直接还原，由于炉料中SiO2含量较高，反应生成了低熔点硅酸盐。
具体反应如下。
MnO+SiO2＝MnSiO3 t熔＝1250℃··················(1)
2MnO+SiO2＝Mn2SiO4 t熔＝1345℃···················(2)
MnO的还原反应是在液态熔渣中进行，锰用碳直接能生成稳定的化合物 Mn3C，其反应式为：
MnO·SiO2+4/3C＝1/3Mn3C+SiO2+CO↑·················(3)
炉料中的氧化铁与C还原容易，随着温度的增高，硅被还原出来，其反应式为：
SiO2+2C＝Si+2CO↑·························(4)
由于硅与锰能够生成比Mn3C更稳定的化合物MnSi，当还原出的硅遇到 Mn3C时，Mn3C中的碳就被置换出来，造成合金中碳量下降，其反应式为：
1/3Mn3C+Si＝MnSi+1/3C·································(5)
随着还原出来的硅含量的提高，碳化锰受到破坏，合金中的碳进一步降低。
通过渣中Al2O3、SiO2、CaO三种成分含量的分析，CaO-Al2O3-SiO2三元系渣的熔点为1350℃-1400℃，冶炼出渣温度约为1450℃。利用多金属熔渣的显热性，熔渣从炉内放出时在高温熔融状态下，熔渣从高温熔融状态冷却至常温固态时放出的热量约1550-1750kJ/kg，充分利用高温熔渣显热，其熔炼的热效率可达80％以上。
作为环保材料的矿棉制品，其传统生产工艺为冲天炉工艺。冲天炉工艺制备过程中每生产一吨矿棉制品平均需要消耗能源折合约550公斤标准煤(包括焦、电等)，能耗费用占工厂成本的30％以上，致使矿棉制品的销售价格居高不下(在2500-3200元/吨以上)，成为矿棉制品难以进入建筑市场最为突出的瓶颈问题之一。
传统的矿渣棉生产是以块状焦炭和高炉渣为主要原料，加入冲天炉内进行熔炼，熔化后的矿渣进入矿棉机甩丝制毯。作为目前主流工艺，该工艺存在诸多弊端，如环境无污染、需要高质量的焦炭、空气对纤维有影响。由于作为冲天炉原料的炉渣原本从高炉内放出时是呈熔融状态的，经冷却、破碎后才成为冲天炉原料，所以它在冲天炉内二次熔融，炉渣显热没有得到有效利用。
基于上述情况，本发明提供了一种利用矿热炉冶炼锰硅合金时产生的副产品锰硅合金热熔渣直接热送生产矿渣棉的方法。
第一步，提供锰硅合金热熔渣。
矿热炉冶炼锰硅合金时，锰硅合金冶炼出铁采用渣铁混出工艺，出铁口设置铁水包以及渣罐，高温铁水和锰硅合金热熔渣从矿热炉出铁口一起流出，流入铁水包中，熔融锰硅合金(即高温铁水)密度5.5t/m3，热熔渣密度2.9t/m3，由于比重差异较大，因此包中的铁水与热熔渣会产生分层，即铁水包上层为热熔渣，下层为铁水，再将热渣进一步溢流到渣罐中，供后续生产使用。
矿热炉的锰硅合金热熔渣本身具有很高的温度(1400-1600℃)，其平均热焓约为1550-1750kJ/kg，属于高品质的余热资源，具有很高的回收价值。
第二步，在加热炉内对锰硅合金热熔渣进行加热、保温、均化，并加入辅助原料进行调质。
出铁完毕后，铁水包在浇铸跨进行浇铸，天车将渣罐送至轨道平车上，盖上渣罐盖进行保温以及防止杂物进入热熔渣，经平车运往加热炉。在加热炉中对所述锰硅合金热熔渣进行加热并保温使其温度保持在1350-1450℃之间，直至热渣流出加热炉，热熔渣由加热炉下部出料口流出。保温加热的同时加入辅助原料进行调质，辅助原料包括焦炭、白云石和石灰石等中的任意一种或多种，调节热熔渣酸度，使热熔渣的酸度系数控制在1.0-1.4之间。
加热炉抽气口处产生的烟气温度在200℃左右，经低温换热器换热后可得到200℃左右的热风，用于补充固化炉热量从而能够节省煤气或天然气。
烟气成分主要为二氧化碳、氮气、烟尘等。
其中，加热炉为全密闭结构设计，具有管式水冷炉盖及节能型短网，利用电极进行加热，电极操作采用液压升降式铜管式导电横臂，由PLC系统进行自动控制。
第三步，调质后的熔渣进入离心机制成纤维，以及纤维被吹送至集棉机并形成初棉层。
调质后的热熔渣通过保温炉下特制水口及流槽流入离心机成纤。离心机由高速运转的离心辊部件和包络在离心辊外的风环组成。离心机的转速为 5000-7000转/min，流入离心机的高温熔渣在离心辊的离心力和由风环喷出的高速气流的复合作用下牵伸成纤维，并将纤维吹送至集棉机，纤维在飞越过程中，利用其与渣球的速度差有效地将未成纤的渣球分离出去。同时，采用细雾位多点喷射方式，将粘结剂、防尘油均匀地施加到纤维表面。纤维在集棉机的负压风抽吸作用下均匀沉降到高速运行的集棉带上，形成很薄的初棉层。
其中，粘结剂和防尘油可通过常规市购获得，在实际生产中，本领域技术人员根据实际需要能够合理的选择合适的粘结剂和防尘油。
其中，根据不同产品的要求，集棉带的速度可分别设定，根据不同产品，速度在3-15m/s之间调节。
第四步，制备结构棉以及固化。
初棉层依次经过渡输送机、成型输送机、打褶机、加压机进入固化炉。其中，成型输送机出口接皮带机，由它控制板毡(即矿渣棉)生产线的速度以保证产品的密度；在输送机与固化炉之间将设置打褶机、加压机，通过调节速度差使棉毡纤维分布发生变化，以制造结构棉。
固化棉毡(即结构棉)进入固化炉，毡层在固化炉内被上下网板加压定型，固化炉对结构棉进行加压定型出棉规格40-200mm，同时鼓入200-250℃的热风，穿过毡层，使其中粘结剂固化并形成具有一定厚度和强度的连续棉板、棉毡，从固化炉出来的板毡经过渡输送机、冷却输送机、纵切输送机、横切输送机、横切铡刀机和接收站成为成品。板状产品通过收缩薄膜包装机自动包装入库。
与传统的冲天炉工艺相比，本发明的方法充分回收利用了矿热炉冶炼锰硅合金时产生的副产品锰硅合金热熔渣的显热，同时又生产出了诸如矿渣棉的具有较高附加值的建材产品，实现了冶金渣“零排放”。
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
下述各实施例中，锰硅合金渣来自申请人公司，其主要成分如表1所示。
炉渣成分 MnO SiO2 A12O3 CaO FeO MgO
质量含量/％ 10.86 41.58 22.37 16.22 4.56 4.41
实施例1
(1)锰硅合金冶炼出铁采用渣铁混出工艺，出铁口设置铁水包以及渣罐，高温铁水和锰硅合金热熔渣从矿热炉出铁口一起流出，流入铁水包中，再将热渣进一步溢流到渣罐中，进入下一步。
(2)出铁完毕后，铁水包在浇铸跨进行浇铸，天车将渣罐送至轨道平车上，盖上渣罐盖进行保温以及防止杂物进入热熔渣，经平车运往加热炉。在加热炉中对所述锰硅合金热熔渣进行加热并保温使其温度保持在1350-1400℃之间，直至热渣流出加热炉，热熔渣由加热炉下部出料口流出。保温加热的同时加入辅助原料进行调质，辅助原料包括白云石、石灰石等，调节热熔渣酸度，使热熔渣的酸度系数控制在1.2-1.4之间。
(3)调质后的热熔渣通过保温炉下特制水口及流槽流入离心机成纤。离心机的转速为6000-7000转/min，流入离心机的高温熔渣在离心辊的离心力和由风环喷出的高速气流的复合作用下牵伸成纤维，并将纤维吹送至集棉机，纤维在飞越过程中，利用其与渣球的速度差有效地将未成纤的渣球分离出去。同时，采用细雾位多点喷射方式，将粘结剂、防尘油均匀地施加到纤维表面。纤维在集棉机的负压风抽吸作用下均匀沉降到高速运行的集棉带上，形成很薄的初棉层。
(4)初棉层依次经过渡输送机、成型输送机、打褶机、加压机进入固化炉。毡层在固化炉内被上下网板加压定型，固化炉对结构棉进行加压定型出棉规格40-100mm，同时鼓入200-250℃的热风，穿过毡层，使其中粘结剂固化并形成具有一定厚度和强度的连续棉板、棉毡，从固化炉出来的板毡经过渡输送机、冷却输送机、纵切输送机、横切输送机、横切铡刀机和接收站成为成品。板状产品通过收缩薄膜包装机自动包装入库。
实施例2
(1)锰硅合金冶炼出铁采用渣铁混出工艺，出铁口设置铁水包以及渣罐，高温铁水和锰硅合金热熔渣从矿热炉出铁口一起流出，流入铁水包中，再将热渣进一步溢流到渣罐中，进入下一步。
(2)出铁完毕后，铁水包在浇铸跨进行浇铸，天车将渣罐送至轨道平车上，盖上渣罐盖进行保温以及防止杂物进入热熔渣，经平车运往加热炉。在加热炉中对所述锰硅合金热熔渣进行加热并保温使其温度保持在1400-1450℃之间，直至热渣流出加热炉，热熔渣由加热炉下部出料口流出。保温加热的同时加入辅助原料进行调质，辅助原料包括白云石、石灰石等，调节热熔渣酸度，使热熔渣的酸度系数控制在1.0-1.3之间。
(3)调质后的热熔渣通过保温炉下特制水口及流槽流入离心机成纤。离心机的转速为5000-6000转/min，流入离心机的高温熔渣在离心辊的离心力和由风环喷出的高速气流的复合作用下牵伸成纤维，并将纤维吹送至集棉机，纤维在飞越过程中，利用其与渣球的速度差有效地将未成纤的渣球分离出去。同时，采用细雾位多点喷射方式，将粘结剂、防尘油均匀地施加到纤维表面。纤维在集棉机的负压风抽吸作用下均匀沉降到高速运行的集棉带上，形成很薄的初棉层。
(4)初棉层依次经过渡输送机、成型输送机、打褶机、加压机进入固化炉。毡层在固化炉内被上下网板加压定型，固化炉对结构棉进行加压定型出棉规格100-200mm，同时鼓入200-250℃的热风，穿过毡层，使其中粘结剂固化并形成具有一定厚度和强度的连续棉板、棉毡，从固化炉出来的板毡经过渡输送机、冷却输送机、纵切输送机、横切输送机、横切铡刀机和接收站成为成品。板状产品通过收缩薄膜包装机自动包装入库。
最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的具体实施例，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种锰硅合金渣生产矿渣棉的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)提供锰硅合金热熔渣；
(2)在加热炉内对锰硅合金热熔渣进行加热、保温、均化，并加入辅助原料进行调质，得到调质后的熔渣；
(3)调质后的熔渣进入离心机制成纤维，纤维被吹送至集棉机并形成初棉层；
(4)由初棉层制备结构棉并进入固化炉进行固化。
2.根据权利要求1所述的锰硅合金渣生产矿渣棉的方法，其特征在于，在步骤(1)中，高温铁水与所述锰硅合金热熔渣从矿热炉出铁口一起流入铁水包中，并将所述锰硅合金热熔渣进一步溢流到渣罐中。
3.根据权利要求1所述的锰硅合金渣生产矿渣棉的方法，其特征在于，在步骤(2)中，在加热炉中对所述锰硅合金热熔渣进行加热并保温使其温度保持在1350-1450℃之间，直至热熔渣流出加热炉。
4.根据权利要求1所述的锰硅合金渣生产矿渣棉的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述辅助原料是焦炭、白云石和石灰石中的任意一种或多种。
5.根据权利要求1所述的锰硅合金渣生产矿渣棉的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述加热炉产生的废气经过除尘、换热之后供固化炉使用。
6.根据权利要求1所述的锰硅合金渣生产矿渣棉的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述离心机的转速是5000-7000转/min。
7.根据权利要求1所述的锰硅合金渣生产矿渣棉的方法，其特征在于，在步骤(3)中，纤维被吹送至集棉机的同时将粘结剂和防尘油均匀地施加到纤维表面。
8.根据权利要求1所述的锰硅合金渣生产矿渣棉的方法，其特征在于，在步骤(4)中，固化炉对结构棉进行加压定型出棉规格40-200mm，并鼓入200-250℃的热风进行固化。
9.权利要求1-8任一项所述的方法制备得到的矿渣棉。
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