CN108546132B - 一种利用高炉热态熔渣制备发泡陶瓷材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用高炉热态熔渣制备发泡陶瓷材料的方法，包括如下步骤：S1、对配合料进行预热。S2、将高炉热态熔渣和预热后的配合料一起输送入调质均化装置中，混合均匀并保温，得到调质熔渣。S3、将调质熔渣输送到转碟粒化装置中，控制转碟粒化工艺参数，并通入预热后的发泡剂，使发泡剂充分包覆调质熔渣并与调质熔渣混合均匀，得到发泡陶瓷配料；S4、将发泡陶瓷配料输送到发泡装置中，进行发泡、退火，得到发泡陶瓷材料。本发明制备发泡陶瓷材料的方法既能直接利用高炉热态熔渣的显热，又能降低发泡陶瓷材料制备的能耗，实现了发泡陶瓷制备过程中的节能降耗和高炉热态熔渣显热再利用的有机统一，综合耗能低。

Description

一种利用高炉热态熔渣制备发泡陶瓷材料的方法
技术领域
本发明属于无机非金属材料制备、冶金资源与能源综合利用领域，具体涉及一种利用高炉热态熔渣制备发泡陶瓷材料的方法。
背景技术
高炉中直接排放的熔融炉渣(即高炉热态熔渣)的温度一般在1450～1550℃，1t高炉热态熔渣含有约(126～188)×104kJ的显热，相当于60kg标准煤的能量，属于高品质的余热资源，具有很高的回收价值，但由于技术原因，这部分热量绝大部分未被回收利用。高炉渣作为钢铁厂废渣的主要组成部分，其综合利用不仅要考虑炉渣的再利用，更要考虑回收熔渣的余热资源，同时不产生环境污染。
目前，国内外高炉热态熔渣处理普遍采用水淬工艺，如因巴法、轮法、底滤法等。当炉渣还处在熔融状态的时候，用水冲成沙砾状的水渣，成品水渣可用作水泥原料、筑路或地基回填材料、混凝土骨料等。但是，采用水淬工艺，需要消耗大量的水，冲制1t水渣消耗新水0.8～1.2t，循环用水量约为10t左右；水淬过程中会产生大量的H2S、SO2等腐蚀性蒸汽和含悬浮物与氰化物的过滤水，处理不好将产生环境污染，增加环境负荷；水淬工艺后炉渣的高温余热被转化为冲渣水的低温余热，熔渣所携带的大量显热始终没有得到理想的回收利用；此外，对于水渣系统而言，电耗和系统维护的工作量也非常大。因此，高炉热态熔渣直接产品化工艺的开发显得极为迫切。
发泡陶瓷作为一种新型外墙材料，经高温烧制，自然发泡生长而成，气孔间不贯通，不吸水，导热系数低且防火性能好、抗老化，弥补了有机保温材料易燃、易老化的致命弱点，可与建筑物同寿命，具有广泛的应用前景。传统发泡陶瓷生产工艺一般是采用高炉渣、铁尾矿、煤矸石、粉煤灰、赤泥等冷态工业废渣作为主体原料，添加部分配合料和发泡剂，经过主体原料的预热、配料均化、高温喷雾造粒、隧道窑烧结，制备发泡陶瓷毛坯板，再加工成型入库。但是在传统的生产工艺中，对主体原料先进行预热需要消耗大量的能源；喷雾造粒是将产品均匀化，并蒸发掉产品中30％的水分，能源消耗较大；隧道窑烧结是将产品置于开放式堇青石匣钵中进行烧结，而匣钵等窑具消耗的热量和烟气散失热量占总燃料热能的70％以上，致使烧结工段成本一直居高不下。因此，传统中制备发泡陶瓷材料的方法均存在热能消耗过高，成本过高的问题，不利于发泡陶瓷产业的进一步发展。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种利用高炉热态熔渣制备发泡陶瓷材料的方法，既能直接利用高炉热态熔渣的显热，又能降低发泡陶瓷材料制备的能耗，实现了发泡陶瓷制备过程中的节能降耗和高炉热态熔渣显热再利用的有机统一，综合耗能低，产品附加值高。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明提供一种利用高炉热态熔渣制备发泡陶瓷材料的方法，包括如下步骤：S1、对配合料进行预热，配合料按质量百分比包括大于50％的二氧化硅；S2、将温度为1450～1550℃的高炉热态熔渣和预热后的配合料一起输送入调质均化装置中，混合均匀并保温，得到调质熔渣；S3、将调质熔渣输送到转碟粒化装置中，控制转碟粒化工艺参数，并通入预热后的发泡剂，使发泡剂充分包覆调质熔渣并与调质熔渣混合均匀，得到发泡陶瓷配料；S4、将发泡陶瓷配料输送到发泡装置中，进行发泡、退火，得到发泡陶瓷材料。
根据本发明，调质均化装置的进料口与高炉排渣口相连接，以直接接收温度为1450～1550℃的高炉热态熔渣。
根据本发明，高炉热态熔渣的质量占高炉热态熔渣和配合料的总质量的30～70％。
根据本发明，转碟粒化装置包括工作腔和设在工作腔内的转碟；调质熔渣先输送到转碟中，利用转碟的离心作用将调质熔渣甩出形成转碟粒态的调质熔渣，转碟粒态的调质熔渣再与通入的发泡剂进行均匀混合。
根据本发明，转碟粒态的调质熔渣的温度为1200～1500℃；发泡剂采用雾化喷洒或者气力喷射方式通入转碟粒化装置内。
根据本发明，在步骤S1中，配合料还包括金属氧化物，且金属金属氧化物的质量百分比小于20％，金属氧化物中的金属元素的摩尔质量小于30g/mol，配合料预热至1200～1500℃。
根据本发明，在步骤S2中，高炉热态熔渣的成分按质量百分比包括CaO 34～50％、SiO233～40％、Al2O310～16％、MgO 1～8％和TFe0.8～1.5％，调质均化装置中的温度保持在1400～1500℃。
根据本发明，在步骤S2中，向调质均化装置中同时通入惰性气体，并与调质均化装置中的其他原料一起混合均匀。
根据本发明，在步骤S3中，发泡剂按质量百分比包括SiO250～80％、Al2O38～15％、Na2O 3～8％和CaO3～8％，发泡剂预热至800～1200℃；在步骤S4中，发泡装置的温度为600～1150℃。。
根据本发明，发泡剂通过发泡剂蓄热装置进行预热，且发泡剂预热装置与调质均化装置的输出端连接，通过输出端的余热对发泡剂蓄热装置中的发泡剂进行预热。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明首次将高炉热态熔渣直接产品化并用于制造高附加值的发泡陶瓷等建材产品。将其直接作为原料进行使用，并通过向高炉热态熔渣中加入配合料对高炉热态熔渣中的成分进行调质，以满足产品的材料成分需求。以高炉热态熔渣中的物质和能量直接利用为出发点直接生产发泡陶瓷，省去了现有技术中先对高炉热态熔渣进行水冷，后期再使用时需再次加热的工艺。因此，既能避免现有技术中采用水淬工艺造成的热量的损失和大量的水资源消耗，能够充分利用高炉热态熔渣所含的高品质显热，又能避免现有技术中二次加热造成的能源损失和浪费的问题，大量节约资源和能源，实现节能减排、清洁生产，提高了钢铁行业的环境效益和循环经济效益。
同时采用高炉热态熔渣作为生产发泡陶瓷的原料，既可以大大利用高炉热态熔渣，节省原料成本，又可以节省制备发泡陶瓷材料过程中由于加热消耗的热量，大大降低能源消耗，增加高炉热态熔渣的直接利用附加值和经济效益。此外，本发明中首次将发泡陶瓷制备工艺与转碟粒化工艺相结合，利用转碟粒化工艺对调质熔渣进行造粒，能够使高炉热态熔渣中的显热充分回收利用，避免余热的损失，同时采用此种工艺也能更加地节能。
由此，本发明中利用高炉热态熔渣制备发泡陶瓷材料，并将转碟粒化粒化工艺与发泡陶瓷工艺相结合，既能直接利用高炉热态熔渣的显热，又能降低发泡陶瓷材料制备的能耗，实现了发泡陶瓷产品制备过程中的节能降耗和高炉热态熔渣余热再利用的有机统一，一方面可以消耗大量的冶金废渣，减少渣的堆积，另一方面利用了高炉热态熔渣中蕴含的物理热，综合能耗低，产品附加值高，可节约资源和能源，同时实现经济效益的最大化。
附图说明
图1为如下实施例1提供的利用高炉热态熔渣制备发泡陶瓷材料的工艺流程图。
【附图标记说明】
1：高炉；2：熔渣输送装置；3：配合料预热装置；4：调质均化装置；5：发泡剂蓄热装置；6：转碟；7：转碟粒态的调质熔渣；8：发泡剂输送装置；9：发泡装置。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
参照图1，本实施例提供一种利用高炉热态熔渣制备发泡陶瓷材料的方法，具体包括如下步骤：
S1、将配合料通过配合料预热装置3预热至1300℃。其中，配合料为铁尾矿，且该铁尾矿中SiO2的质量百分比为60％，MgO的质量百分比为6％。配合料预热装置3可以采用现有中任意一种预热装置和预热方式实现，或者也可以直接采用高炉热态熔渣对配合料进行预热，在此不在赘述。
进一步地，由于在后续步骤将配合料与高炉热态熔渣进行混合时，高炉热态熔渣为高炉1中直接排放的熔融炉渣，温度一般在1450～1550℃，温度较高。若配合料不经过预热而直接与温度较高的高炉热态熔渣直接混合，得到的调质熔渣的温度会大幅度地降低，影响最终发泡陶瓷材料的性能，且这样高炉热态熔渣的显热也不能很好地利用，后续也会增加能源消耗。因此，先将配合料进行预热到与高炉热态熔渣接近的温度，然后再与高炉热态熔渣进行混合，能够充分有效地利用高炉热态熔渣的显热，进而节约能源，同时保证制成的发泡陶瓷材料的性能。
S2、将经渣铁分离后从高炉1中直接排放的，温度为1500℃的高炉热态熔渣作为主体原料和步骤S1得到的预热后的配合料一起输送入调质均化装置4中，并同时通入惰性气体(例如N2、Ar等)，然后通过搅拌使其混合均匀，并保温在1450℃，得到调质熔渣。
具体地，调质均化装置4的进料口与高炉排渣口通过熔渣输送装置2相连接，以直接接收温度为1500℃的高炉热态熔渣。在本实施例中高炉热态熔渣的成分按质量百分比包括CaO 37％、SiO235％、Al2O314％、MgO3％和TFe 1％，余量为不可避免的杂质。熔渣输送装置2主要是用于将高炉热态熔渣输送到调质均化装置4中，可以选用渣沟或者其他输送装置均可。调质均化装置4主要起到调质的作用，能够将通入到其中的原料混合均匀，同时还能起到保温的作用以防止热量的散失，可以选择调质均化窑或者其他具有相同作用的装置均可。
进一步地，由于高炉热态熔渣中的部分元素的含量较低，不能达到预生产的发泡陶瓷材料的成分要求，因此，通过加入配合料并与高炉热态熔渣混合均匀，进而达到对高炉热态熔渣的成分进行调质的过程，以使调质后得到的高炉热态熔渣(即调质熔渣)中的元素成分满足生产需求，同时加入配合料也能够降低高炉热态熔渣的熔沸点、调节高炉热态熔渣的粘度使其具有一定的流动性，以满足工艺需要。具体配合料的种类、成分含量根据所用的高炉热态熔渣的成分以及实际要生产的发泡陶瓷材料的成分需求而定。在本实施例中，通入调质均化装置4中的高炉热态熔渣和配合料的质量比为5:5，在此比例下时，能满足预成产的发泡陶瓷材料的成分需求，同时制备得到的发泡陶瓷材料的性能最佳。
进一步地，通入的惰性气体主要是为了在进行混合的过程中使各原料混合更加均匀，同时惰性气体也能够引入一些气泡。在进行混合的过程中，高炉热态熔渣和配合料相互之间会发生化学反应，得到的调质熔渣的温度降低至1350℃，由于调质熔渣的熔融温度(即达到熔化所需的温度)被降低至1250℃，因此，得到调质熔渣仍处于高流动性液态。
进一步地，经过步骤S1和S2完成了对高炉热态熔渣的整个调质过程，得到的调质熔渣中的成分、元素配比能够满足生产发泡陶瓷材料的成分需求。
具体地，现有技术中对高炉1直接排放的温度为1450～1550℃的高炉热态熔渣的处理一般采用水淬工艺，利用水冷将高炉热态熔渣冷却，得到冷却熔渣，然后堆放或者存储起来以作为备用。后续再利用该冷却熔渣时，一般需要先对冷却熔渣进行处理，将其加热到熔化的温度(一般在1000℃以上)，然后再进行生产利用。因此，现有中对高炉热态熔渣的回收和利用不仅存在余热没有得到有效利用的问题，同时在使用时还存在二次加热的问题，造成能源的损失和浪费。主要原因在于高炉热态熔渣的这部分余热温度过高，利用难度较大；同时直接排出的高炉热态熔渣的成分并不能达到产品材料的成分要求且高炉热态熔渣温度过高，所以操作较难实现。因此，现有技术中一般将高炉热态熔渣冷却后再使用，还并未存在将高炉热态熔渣直接作为材料应用的研究。
而本实施例中，通过利用调质均化装置4将高炉1直接排放的高炉热态熔渣直接输送到调质均化装置4中，同时将提前预热到一定温度的配合料一起通入，并控制所加入的高炉热态熔渣与配合料之间的质量比例，实现了对高炉热态熔渣的元素成分的调质过程，满足了产品的材料成分需求。在整个调质过程中可以将高炉热态熔渣直接作为主体原料进行使用，省去了现有技术中先对高炉热态熔渣进行水冷，后期再使用时需再次加热的工艺。因此，既能避免现有技术中采用水淬工艺造成的热量的损失和水资源的浪费，对高炉热态熔渣中的余热能够充分回收利用，又能避免现有技术中二次加热造成的能源损失和浪费的问题，更加节约能源。
S3、将调质熔渣输送到转碟粒化装置中，控制转碟粒化工艺参数，并通入预热后的发泡剂，使发泡剂充分包覆调质熔渣并与调质熔渣混合均匀，得到发泡陶瓷配料。
具体地，转碟粒化装置包括工作腔和设在工作腔内的转碟6。在本实施例中所用的转碟6为杯型转碟，得到的调质熔渣经调质均化装置4底部的泄流口，靠重力流淌进入高速旋转的杯型转碟中，利用转碟6的离心作用，调质熔渣先与碟壁发生碰撞然后破碎，再透过转碟6的碟壁上的空隙甩出，渣滴向四周飞散形成转碟粒态的调质熔渣7，甩出形成的转碟粒态的调质熔渣7在碰到工作腔的腔壁以及发泡剂输送装置8伸进工作腔部分的装置壁时也会发生碰撞并破碎，然后转碟粒态的调质熔渣7再依靠重力向下沉降。
同时利用发泡剂输送装置8将预热后的发泡剂通入工作腔内，发泡剂输送装置8为气力喷射装置或者雾化喷洒装置并与工作腔相连通，相应地采用气力喷射方式或者雾化喷洒方式将发泡剂输送到工作腔内。由于通入的发泡剂的颗粒很细，且采用气力喷射或者雾化喷洒能够使发泡剂分布更均匀，与转碟粒态的调质熔渣7的接触面积更大，因此，发泡剂能够充分包覆正在重力沉降的转碟粒态的调质熔渣7，并与转碟粒态的调质熔渣7混合均匀。采用转碟粒化工艺与发泡陶瓷生产相结合，利用转碟粒化工艺对调质熔渣进行造粒，能够使高炉热态熔渣中的显热充分回收利用，避免余热的损失，同时采用此种工艺也能更加节能。
其中，转碟6的转速为1800r/min，形成的转碟粒态的调质熔渣7为温度为1300℃的高温液滴。发泡剂为矿物，且该矿物的成分按质量百分比包括SiO260％、Al2O310％、Na2O4％和CaO4％。发泡剂输送装置8的温度为1000℃(对发泡剂输送装置8先进行预热，能够减少将发泡剂通入到转碟粒化装置中后对转碟粒态的调质熔渣7造成的热量的损失)。需要说明的是，由于在转碟粒化装置中，转碟6的旋转速度较大，因此，转碟粒态的调质熔渣7与发泡剂在此过程中几乎没有发生化学反应，主要是进行均匀混合，即得到的发泡陶瓷配料主要为转碟粒态的调质熔渣7与发泡剂的均匀混合物。
进一步地，发泡剂通过发泡剂蓄热装置5进行预热，且发泡剂蓄热装置5与调质均化装置4的输出端连接，通过输出端的余热对发泡剂蓄热装置5中的发泡剂进行预热，并预热至900℃，以满足发泡工艺的需求。采用调质均化装置4的余热对发泡剂进行预热，能够充分利用余热的热量，进而节约能源。
S4、将发泡陶瓷配料输送到发泡装置9中，进行发泡、退火，得到发泡陶瓷材料。
具体地，发泡装置9可以采用发泡匣钵或者其他可以进行发泡和退火的装置均可。步骤S4得到的发泡陶瓷配料依靠重力沉降至发泡装置9中，发泡装置9的温度控制在900℃，以满足发泡剂的发泡温度要求。在发泡装置9内进行集中发泡(发泡剂会发生分解产生气泡)、退火，最终得到发泡陶瓷材料。得到的发泡陶瓷材料的常温抗折强度6.45MPa，抗压强度5.67MPa，导热系数为0.319W/(m·℃)，且具有优异的耐酸碱、耐腐蚀、防火、保温、隔音、吸音等性能。
实施例2
本实施例提供一种利用高炉热态熔渣制备发泡陶瓷材料的方法，具体包括如下步骤：
S1、将配合料通过配合料预热装置3预热至1250℃。其中，配合料为的铜尾矿，且该铜尾矿中SiO2的质量百分比为65％，Al2O3的质量百分比为8％。
S2、将经渣铁分离后从高炉1中直接排放的，温度为1450℃的高炉热态熔渣作为主体原料和步骤S1得到的预热后的配合料一起输送入调质均化装置4中，并同时通入惰性气体，然后通过搅拌使其混合均匀，并保温在1400℃，得到调质熔渣。
其中，在本实施例中高炉热态熔渣的成分按质量百分比包括CaO42％、SiO233％、Al2O310％、MgO6％和TFe 1.2％，余量为不可避免的杂质。通入调质均化装置4中的高炉热态熔渣和配合料的质量比为4:6，在此比例下时，能满足预成产的发泡陶瓷材料的成分需求，同时制备得到的发泡陶瓷材料的性能最佳。得到的调质熔渣的温度降低至1300℃，由于调质熔渣的熔融温度被降低至1150℃，因此，得到调质熔渣仍处于高流动性液态。
S3、将调质熔渣输送到转碟粒化装置中，控制转碟粒化工艺参数，并通入预热后的发泡剂，使发泡剂充分包覆调质熔渣并与调质熔渣混合均匀，得到发泡陶瓷配料。其中，转碟6的转速为2000r/min，形成的转碟粒态的调质熔渣7为温度为1250℃的高温液滴。发泡剂为矿物，且该矿物的成分按质量百分比包括SiO256％、Al2O312％、Na2O 5％和CaO5％，发泡剂输送装置8的温度为900℃。发泡剂通过发泡剂蓄热装置5进行预热，并预热至850℃。
S4、将发泡陶瓷配料输送到发泡装置9中，进行发泡、退火，得到发泡陶瓷材料。
具体地，步骤S4得到的发泡陶瓷配料依靠重力沉降至发泡装置9中，发泡装置9的温度控制在800℃，以满足发泡剂的发泡温度要求。在发泡装置9内进行集中发泡、退火，最终得到发泡陶瓷材料。得到的发泡陶瓷材料的常温抗折强度6.14MPa，抗压强度5.23MPa，导热系数为0.298W/(m·℃)，且具有优异的耐酸碱、耐腐蚀、防火、保温、隔音、吸音等性能。
实施例3
本实施例提供一种利用高炉热态熔渣制备发泡陶瓷材料的方法，具体包括如下步骤：
S1、将配合料通过配合料预热装置3预热至1400℃。其中，配合料为的铜尾矿，且该铜尾矿中SiO2的质量百分比为54％，MgO的质量百分比为4％。
S2、将经渣铁分离后从高炉1中直接排放的，温度为1550℃的高炉热态熔渣作为主体原料和步骤S1得到的预热后的配合料一起输送入调质均化装置4中，并同时通入惰性气体，然后通过搅拌使其混合均匀，并保温在1500℃，得到调质熔渣。
其中，在本实施例中高炉热态熔渣的成分按质量百分比包括CaO46％、SiO238％、Al2O315％、MgO4％和TFe 1.4％，余量为不可避免的杂质。通入调质均化装置4中的高炉热态熔渣和配合料的质量比为6:4，在此比例下时，能满足预成产的发泡陶瓷材料的成分需求，同时制备得到的发泡陶瓷材料的性能最佳。得到的调质熔渣的温度降低至1350℃，由于调质熔渣的熔融温度被降低至1250℃，因此，得到调质熔渣仍处于高流动性液态。
S3、将调质熔渣输送到转碟粒化装置中，控制转碟粒化工艺参数，并通入预热后的发泡剂，使发泡剂充分包覆调质熔渣并与调质熔渣混合均匀，得到发泡陶瓷配料。其中，转碟6的转速为2400r/min，形成的转碟粒态的调质熔渣7为温度为1450℃的高温液滴。发泡剂为矿物，且该矿物的成分按质量百分比包括SiO272％、Al2O39％、Na2O 4％和CaO3％，发泡剂输送装置8的温度为1200℃。发泡剂通过发泡剂蓄热装置5进行预热，并预热至1100℃。
S4、将发泡陶瓷配料输送到发泡装置9中，进行发泡、退火，得到发泡陶瓷材料。
具体地，步骤S4得到的发泡陶瓷配料依靠重力沉降至发泡装置9中，发泡装置9的温度控制在1000℃，以满足发泡剂的发泡温度要求。在发泡装置9内进行集中发泡、退火，最终得到发泡陶瓷材料。得到的发泡陶瓷材料的常温抗折强度8.42MPa，抗压强度7.98MPa，导热系数为0.302W/(m·℃)，且具有优异的耐酸碱、耐腐蚀、防火、保温、隔音、吸音等性能。
当然，本发明也不局限于此，在步骤S1中，配合料的成分按质量百分比优选为包括大于50％的SiO2和小于20％的金属氧化物，其中，金属氧化物优选为所含金属元素的摩尔质量小于30g/mol，例如MgO、Na2O、K2O或Al2O3等轻型金属氧化物。配合料进一步优选为矿物或者工业固废，例如可以选择铁尾矿、金尾矿、铜尾矿、钼尾矿或者石英砂尾矿等，进而更加节约能源。具体配合料的种类和成分含量的选择根据最终想要制成的发泡陶瓷材料的需求而定。一方面根据预制成的发泡陶瓷材料中Si的含量以及所用的高炉热态熔渣中的Si的含量决定配合料中所含Si的含量多少，通过配合料调节高炉热态熔渣中Si的含量达到预设值，进而使制备出的发泡陶瓷材料的成分满足要求。另一方面，根据预制成的发泡陶瓷材料的颜色或者想到达到的特殊性能，需要引入什么元素来选择配合料的种类，以满足要求。
其中，配合料可以直接选择满足上述成分要求的矿物或工业固废，也可以通过矿物或者工业固废再与金属氧化物进行混合以满足上述成分要求。配合料的预热温度优选为1200～1500℃，在此温度范围内，与高炉热态熔渣的温度比较接近，能够减少高炉热态熔渣与配合料之间的热传递，进而减少热能的损失，以充分有效利用高炉热态熔渣的显热并节约能源。
在步骤S2中，所选用的高炉热态熔渣为高炉1直接排放的熔融炉渣，温度优选为1450～1550℃，高炉热态熔渣的成分按质量百分比优选为包括CaO 34～50％、SiO233～40％、Al2O310～16％、MgO 1～8％和TFe0.8～1.5％。具体高炉热态熔渣的成分根据炉矿工艺的不同会有所不同，根据实际生产需要选择高炉热态熔渣。调质均化装置4中的温度优选为保温在1400～1500℃，此温度与高炉热态熔渣和配合料的温度处于接近水平，以避免热量的损失。
输送至调质均化装置4中的高炉热态熔渣的质量优选为占高炉热态熔渣和配合料的总质量的30～70％，经过大量的试验研究表明，当高炉热态熔渣的质量与配合料的质量满足上述要求时，制得的发泡陶瓷材料的性能最佳；若不在此范围内，均会影响最终制成的发泡陶瓷材料的性能；具体成分比例根据实际生产需要而定，同时通过调整原料的比例还可以调节高炉热态熔渣的粘度，以使制备的发泡陶瓷材料的性能满足要求。最终得到的调质熔渣的温度优选为降低至1300～1350℃，调质熔渣的熔融温度优选为降低至1100～1250℃。
在步骤S3中，形成的转碟粒态的调质熔渣7的温度优选为1200～1500℃，转碟6的转速优选为1300～3500r/min，转碟6的缝隙宽度根据实际生产需要而定，以使得到的转碟粒态的调质熔渣7达到预设的粒径。发泡剂的成分按质量百分比优选为包括SiO250～80％、Al2O38～15％、Na2O 3～8％和CaO3～8％，余量为不可避免的杂质，进一步优选为优选为矿物或者工业固废，进而更加节约能源。发泡剂的预热温度优选为800～1200℃，发泡剂输送装置8的温度优选为800～1300℃，在步骤S4中，发泡装置9的温度优选为600～1150℃，在此温度范围内能够满足发泡剂的发泡温度需求。
综上，本实施例中首次将高炉热态熔渣直接产品化并用于制造高附加值的发泡陶瓷等建材产品。将其直接作为主体原料进行使用，并通过向高炉热态熔渣中加入配合料对高炉热态熔渣中的成分进行调质，以满足产品的材料成分需求。以高炉热态熔渣中的物质和能量直接利用为出发点直接生产发泡陶瓷，省去了现有技术中先对高炉热态熔渣进行水冷，后期再使用时需再次加热的工艺。因此，既能避免现有技术中采用水淬工艺造成的热量的损失和大量的水资源消耗，能够充分利用高炉热态熔渣所含的高品质显热，又能避免现有技术中二次加热造成的能源损失和浪费的问题，大量节约资源和能源，实现节能减排、清洁生产，提高了钢铁行业的环境效益和循环经济效益。
同时，以400kg/立方米容重的发泡陶瓷产品为例，按照常规发泡陶瓷生产工艺，直接生产成本约600元/立方米，其中喷雾造粒能耗约60元/立方米，烧成能耗约200元/立方米，热能消耗总成本将近直接成本的一半。而采用高炉热态熔渣作为生产发泡陶瓷的主体原料，既可以大大利用高炉热态熔渣，节省原料成本，又可以节省制备发泡陶瓷材料过程中由于加热消耗的热量，大大降低能源消耗，增加高炉热态熔渣的直接利用附加值和经济效益。
此外，本实施例中首次将发泡陶瓷制备工艺与转碟粒化工艺相结合，利用转碟粒化工艺对调质熔渣进行造粒，能够使高炉热态熔渣中的显热充分回收利用，避免余热的损失，同时采用此种工艺也能更加地节能。
由此，本实施例中利用高炉热态熔渣制备发泡陶瓷材料，并将转碟粒化粒化工艺与发泡陶瓷工艺相结合，既能直接利用高炉热态熔渣的显热，又能降低发泡陶瓷材料制备的能耗，实现了发泡陶瓷产品制备过程中的节能降耗和高炉热态熔渣余热再利用的有机统一，一方面可以消耗大量的冶金废渣，减少渣的堆积，另一方面利用了高炉热态熔渣中蕴含的物理热，综合能耗低，产品附加值高，可节约资源和能源，同时实现经济效益的最大化，市场竞争力较强，节能减排意义突出，符合当前国家节能减排政策，具有重要的现实意义。利用高炉热态熔渣直接生产的发泡陶瓷可以保证产品达到生产所需标准，并具有轻质、耐酸碱、耐腐蚀、防火、保温、隔音、吸音等性能，广泛应用于建筑外墙保温、装配式建筑隔墙、工业防腐、地铁吸音等领域，钢铁企业可就近建设生产线，可提高钢铁企业非钢产业收益。
以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对发明做其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种利用高炉热态熔渣制备发泡陶瓷材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对配合料进行预热，所述配合料按质量百分比包括大于50％的二氧化硅；
S2、将温度为1450～1550℃的高炉热态熔渣和所述预热后的配合料一起输送入调质均化装置中，混合均匀并保温，得到调质熔渣；
S3、将所述调质熔渣输送到转碟粒化装置中，控制转碟粒化工艺参数，并通入预热后的发泡剂，使所述发泡剂充分包覆所述调质熔渣并与所述调质熔渣混合均匀，得到发泡陶瓷配料；
S4、将所述发泡陶瓷配料输送到发泡装置中，进行发泡、退火，得到所述发泡陶瓷材料；
所述高炉热态熔渣的质量占所述高炉热态熔渣和所述配合料的总质量的30～70％；
在步骤S4中，所述发泡装置的温度为600～1150℃；
所述发泡剂通过发泡剂蓄热装置进行预热，且所述发泡剂预热装置与所述调质均化装置的输出端连接，通过所述输出端的余热对所述发泡剂蓄热装置中的发泡剂进行预热。
2.如权利要求1所述的利用高炉热态熔渣制备发泡陶瓷材料的方法，其特征在于，
所述调质均化装置的进料口与高炉排渣口相连接，以直接接收温度为1450～1550℃的所述高炉热态熔渣。
3.如权利要求1所述的利用高炉热态熔渣制备发泡陶瓷材料的方法，其特征在于，
所述转碟粒化装置包括工作腔和设在所述工作腔内的转碟；
所述调质熔渣先输送到所述转碟中，利用所述转碟的离心作用将所述调质熔渣甩出形成转碟粒态的调质熔渣，所述转碟粒态的调质熔渣再与通入的发泡剂进行均匀混合。
4.如权利要求3所述的利用高炉热态熔渣制备发泡陶瓷材料的方法，其特征在于，
所述转碟粒态的调质熔渣的温度为1200～1500℃；
所述发泡剂采用雾化喷洒或者气力喷射方式通入所述转碟粒化装置内。
5.如权利要求1所述的利用高炉热态熔渣制备发泡陶瓷材料的方法，其特征在于，
在步骤S1中，所述配合料还包括金属氧化物，且所述金属氧化物的质量百分比小于20％，所述金属氧化物中的金属元素的摩尔质量小于30g/mol，所述配合料预热至1200～1500℃。
6.如权利要求1所述的利用高炉热态熔渣制备发泡陶瓷材料的方法，其特征在于，
在步骤S2中，所述高炉热态熔渣的成分按质量百分比包括CaO34～50％、SiO233～40％、Al2O310～16％、MgO 1～8％和TFe0.8～1.5％，所述调质均化装置中的温度保持在1400～1500℃。
7.如权利要求1所述的利用高炉热态熔渣制备发泡陶瓷材料的方法，其特征在于，
在步骤S2中，向所述调质均化装置中同时通入惰性气体，并与所述调质均化装置中的其他原料一起混合均匀。
8.如权利要求1所述的利用高炉热态熔渣制备发泡陶瓷材料的方法，其特征在于，
在步骤S3中，所述发泡剂按质量百分比包括SiO250～80％、Al2O38～15％、Na2O 3～8％和CaO3～8％，所述发泡剂预热至800～1200℃。
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