CN110818244A - 一种利用电炉熔分海绵铁渣直接制备的岩棉及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及资源综合利用领域和无机非金属材料制备领域，尤其涉及一种利用电炉熔分海绵铁渣直接制备的岩棉及其制备方法；利用电炉熔分海绵铁渣直接制备岩棉的方法，不需要添加任何改质剂，所述海绵铁渣的酸度系数大于1.5，所述海绵铁渣包含6～13％的FeO；优选所述海绵铁渣为以海绵铁为原料进行电炉炼钢的炉渣；本发明直接利用热态的海绵铁渣制备岩棉，将工艺利用热和回收热相结合，节省了熔体加热、离心成纤和岩棉固化环节的能量消耗，大幅度降低了岩棉的生产成本。本发明不仅实现了电炉炼钢的炉渣的高效率能质耦合利用，达到钢铁冶金行业节能减排的目的，而且创造性地将海绵铁渣不经调质直接用于岩棉的制备，具有显著的环境效益、经济效益和社会效益。

Description

一种利用电炉熔分海绵铁渣直接制备的岩棉及其制备方法
技术领域
本发明涉及资源综合利用领域和无机非金属材料制备领域，尤其涉及一种利用电炉熔分海绵铁渣直接制备的岩棉及其制备方法。
背景技术
海绵铁是铁精矿或优质铁矿石在低于熔化温度以下被还原所得到的产物，又称直接还原铁。直接还原铁工艺根据还原剂类型可分为气基直接还原和煤基直接还原两种。在还原速度、产品质量、能耗和环境效益等方面，气基直接还原比煤基直接还原有无可比拟的优势。气基直接还原工艺主要以天然气和煤制气等为还原气。由于被还原的铁矿石或铁精矿球团多孔疏松，密度低，形似海绵，故称海绵铁。海绵铁是一种优质的电炉炼钢原料，可直接或与废钢混合进入电炉生产优质钢产品。在电炉中，海绵铁炼钢前后经历两个过程，前期渣铁熔化分离与还原，产生熔渣与铁水，后期深度熔炼除杂产生合格钢水。由于海绵铁中含有较多脉石，故在前期渣铁熔化分离时产生大量高温熔渣，特别是难选铁矿石直接还原所得的海绵铁，在电炉炼钢前期产生的熔渣更多。熔渣成分主要来源于海绵铁中的酸性脉石和未还原的残留铁氧化物。
岩棉是一种无机纤维材料，广泛应用于保温保冷工程。其传统原料是玄武岩和辉绿岩；由于自然资源的逐渐匮乏和开采活动导致的环境破坏，同时为了降低生产成本，利用工业废弃物作为替代原料生产岩棉成为研究的重要方向。中国专利文件CN108129030A公开了处理赤泥熔渣的方法，具体公开了利用赤泥熔渣、白云石、硅石和含碳原料通过喷吹成纤获得岩棉纤维的方法；中国专利文件CN104671657A公开了硅氧化制取岩棉熔体联合产合金钢液的方法，具体公开了一种利用废硅中的硅原料、碳化硅中的硅元素和碳元素制备高酸度值的岩棉纤维用岩棉熔体；中国专利文件CN108585468A公开了一种以硅尾矿为原料制备岩棉的方法，具体公开了一种利用硅尾矿和高温炼铁水渣等原料在离心机作用下制备岩棉纤维的方法。但是上述专利文件在利用工业废弃物作为原料制备岩棉时，通常在高温熔渣中添加相当比例的冷态改质剂，即消耗大量额外热能又调质工艺复杂；传统的高温熔渣如高炉渣等酸度系数太低，甚至很难通过热态调质将成分控制在适合制备岩棉的范围内，因此，利用传统工业熔渣制备酸度系数更低的矿渣棉研究较多。但是，矿渣棉在耐水性、耐热度、耐腐蚀性等方面，性能远远不及岩棉。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种利用电炉熔分海绵铁渣直接制备岩棉的方法；利用电炉熔分海绵铁渣直接纤维化制备岩棉，不需要添加任何改质剂，工艺简单、操作简便，实现了海绵铁渣的热质耦合利用，对于钢铁行业节能减排发展战略具有重要意义。
具体而言，所述海绵铁渣的酸度系数大于1.5，包含6～13％的FeO；优选所述海绵铁渣为以海绵铁为原料进行电炉炼钢的炉渣。
本发明利用电炉炼钢的炉渣(即热态的海绵铁渣)，即能够为钢铁工业的清洁生产提供技术支持，又能够大幅度降低岩棉的生产成本，解决了岩棉生产中能耗高的问题，提高了岩棉产品的绿色度。
海绵铁渣中的主要成分来源于海绵铁中酸性脉石和未还原的残留铁氧化物；进一步的，以质量百分比计，所述海绵铁渣主要包含如下成分：
Figure BDA0002252152580000021
Figure BDA0002252152580000031
其中，海绵铁渣的酸度系数
Figure BDA0002252152580000032
作为优选，所述海绵铁的全铁质量分数不小于85％，金属化率大于70％，脉石含量为3.5～8.5％。
作为优选，所述的电炉炼钢为：将海绵铁以25～30kg/(MW·min)的速度投入电炉中，在1450～1800℃下熔融20～60min，得铁水和海绵铁渣；所述海绵铁渣的温度为1450～1750℃。
作为优选，本发明所述的方法包括如下步骤：
(1)将1450～1750℃的海绵铁渣通过引流装置引入甩丝装置中，在高压载能气体和离心力的作用下离散拉伸，得岩棉纤维；
(2)在将所述岩棉纤维吹入集棉室的同时，将粘结剂喷在岩棉纤维上，形成原棉；
(3)将所述原棉送入固化炉，压制成型。
本发明直接将热态的海绵铁渣由引流装置引入甩丝装置中，不需要添加改质剂，也不需要其他辅助温控装置；利用电炉熔分海绵铁渣不经调质直接在高压载能气体和离心力的作用下甩制成丝，获得岩棉纤维。
为了进一步提高岩棉的性能，本发明对工艺参数进行优化(将所述的优化条件组合即得本发明的较佳方案)；同时，考虑到制备方法中释放的热能，进而本发明将热能回收利用；具体如下：
作为优选，所述甩丝装置的主体为三辊离心机，所述三锟离心机的转速配置为：布料辊8000～10000r/min，一级加速辊14000～20000r/min，二级加速辊17000～25000r/min。
作为优选，所述甩丝装置配有高压载能气体进出口；通过调整气流温度和气流量控制所述岩棉纤维的温度为500～900℃，同时排出高温空气；所述高温空气的温度为300～500℃，可用于余热锅炉发电所需水蒸气的加热热源。
作为优选，所述粘结剂为聚乙烯醇和/或水溶性酚醛树脂。
作为优选，所述岩棉纤维与空气热交换后，排出热风；30～80％的所述热风供给所述甩丝装置，20～70％的所述热风供给所述固化炉；所述岩棉纤维在与常温空气进行热交换后产生大量热能，将该热能供给甩丝装置和固化炉。
为了使岩棉更加致密，本发明所述的固化炉的高度比岩棉的厚度低3～6mm。
本发明同时提供利用上述任一方法制得的岩棉。
本发明直接利用热态的海绵铁渣制备岩棉，大幅度降低了岩棉的生产成本，节省了熔体加热环节的能源消耗。
本发明的有益效果：
本发明所述的利用电炉熔分海绵铁渣直接制备岩棉的方法，使用设备常规普遍，工艺流程简短易行；不仅实现了电炉炼钢得炉渣的热质耦合利用，达到钢铁冶金行业节能减排的目的，而且创造性地将海绵铁渣不经调质直接用于岩棉的制备，将工艺利用热和回收热相结合，实现生产过程中热能的自给自足，最大限度地利用和回收高温熔渣余热，同时尽可能地降低了岩棉的生产成本。
附图说明
图1为利用电炉熔分海绵铁渣直接制备岩棉的工艺流程图。
图2为海绵铁渣的伪二元相图；其中(a)为实施例1的海绵铁渣成分；(b)为实施例2的海绵铁渣成分。
图3为FactSage计算的海绵铁渣的黏温曲线图；其中，(a)为实施例1的海绵铁渣的黏温曲线图；(b)实施例2的海绵铁渣黏温曲线图。
图4为实施例1制备的岩棉纤维。
图5为实施例2制备的岩棉。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例中所涉及的海绵铁的制备方法如下：
(1)将铁矿石在破碎机中破碎成粒度为3mm左右的颗粒；
(2)将步骤(1)中经破碎的铁矿石颗粒放入管式炉内，控制炉温以10℃/min的速率加热至1100℃，加热过程中炉内始终充满N2作为保护气体；
(3)通入还原性混合气体进行气固还原获得海绵铁；其中，所述还原性混合气体的主要成分为摩尔比为1：1的H2和CO，所述气固还原的温度保持在1100℃，保温时间为2h。
实施例1
本实施例提供一种岩棉，所述岩棉的制备方法如下(如图1所示)：
(1)将海绵铁以30kg/(MW·min)的速度投入电炉中，在1500℃下熔融30min，得铁水和海绵铁渣；所述海绵铁渣的温度为1470℃；
其中，所述海绵铁渣的伪二元相图如图2(a)；以质量百分比计，所述海绵铁渣包含如下成分：
Figure BDA0002252152580000051
(2)将1470℃的海绵铁渣通过引流装置引入甩丝装置(主体为三辊离心机)中，三辊离心机的转速配置为：布料辊8000r/min，一级加速辊15000r/min，二级加速辊18000r/min；通入高压载能气体，在1180～1360℃下离散拉伸，得600℃的岩棉纤维(如图4)；
其中，海绵铁渣的黏温曲线图如图3(a)。
(3)在将所述岩棉纤维吹入集棉室的同时，将聚乙烯醇喷在岩棉纤维上，形成原棉；
(4)将所述原棉送入固化炉，压制成型、切边，得岩棉。
其中，600℃的岩棉纤维与空气进行热交换后，排出180℃的热风，50％的所述热风供给所述甩丝装置，50％的所述热风供给所述固化炉。
实施例2
本实施例提供一种岩棉，所述岩棉的制备方法如下(如图1所示)：
(1)将海绵铁以30kg/(MW·min)的速度投入电炉中，在1650℃下熔融60min，得铁水和海绵铁渣；所述海绵铁渣的温度为1600℃；
其中，所述海绵铁渣的伪二元相图如图2(b)；以质量百分比计，所述海绵铁渣包含如下成分：
Figure BDA0002252152580000061
(2)将1600℃的海绵铁渣通过引流装置引入甩丝装置(主体为三辊离心机)中，三锟离心机的转速配置为：布料辊8000r/min，一级加速辊16000r/min，二级加速辊20000r/min；通入高压载能气体，在1350～1540℃下离散拉伸，得800℃的岩棉纤维；
其中，海绵铁渣的黏温曲线图如图3(b)。
(3)在将所述岩棉纤维吹入集棉室的同时，将聚乙烯醇喷在岩棉纤维上，形成原棉；
(4)将所述原棉送入固化炉，压制成型、切边，得岩棉(如图5)。
其中，800℃的岩棉纤维与空气进行热交换后，排出250℃的热风，70％的所述热风供给所述甩丝装置，30％的所述热风供给所述固化炉。
试验例1
本试验例对实施例1、2所得的岩棉进行检测，结果见表1；
表1实施例1、2所得的岩棉检测分析结果
Figure BDA0002252152580000071
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种利用电炉熔分海绵铁渣直接制备岩棉的方法，其特征在于，所述海绵铁渣的酸度系数大于1.5，包含6～13％的FeO；优选所述海绵铁渣为以海绵铁为原料进行电炉炼钢的炉渣。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以质量百分比计，所述海绵铁渣主要包含如下成分：
Figure FDA0002252152570000011
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述海绵铁的全铁质量分数不小于85％，金属化率大于70％，脉石含量为3.5～8.5％。
4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述的电炉炼钢为：将海绵铁以25～30kg/(MW·min)的速度投入电炉中，在1450～1800℃下熔融20～60min，得铁水和海绵铁渣；所述海绵铁渣的温度为1450～1750℃。
5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将1450～1750℃的海绵铁渣通过引流装置引入甩丝装置中，在高压载能气体和离心力的作用下离散拉伸，得岩棉纤维；
(2)在将所述岩棉纤维吹入集棉室的同时，将粘结剂喷在岩棉纤维上，形成原棉；
(3)将所述原棉送入固化炉，压制成型。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述甩丝装置的主体为三辊离心机，所述三锟离心机的转速配置为：布料辊8000～10000r/min，一级加速辊14000～20000r/min，二级加速辊17000～25000r/min。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述甩丝装置配有高压载能气体进出口；通过调整气流温度和气流量控制所述岩棉纤维的温度为500～900℃，同时排出高温空气。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述粘结剂为聚乙烯醇和/或水溶性酚醛树脂。
9.根据权利要求5～8任一项所述的方法，其特征在于，所述岩棉纤维与空气热交换后，排出热风；30～80％的所述热风供给所述甩丝装置，20～70％的所述热风供给所述固化炉。
10.利用权利要求1～9任一项所述方法制得的岩棉。
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