CN111434635A - 短料性微晶玻璃的制备方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种短料性微晶玻璃的制备方法及装置，该方法包括：步骤1：制备矿渣微晶玻璃调质料，待用；步骤2：接取热态矿渣，接入调质炉并加热；步骤3：加热调质炉使矿渣微晶玻璃调质料和热态矿渣混合熔融，形成调质熔渣；步骤4：将调质熔渣倒入玻璃池窑，澄清均化，形成微晶玻璃液（5），微晶玻璃液流出设有保温罩（4）的料道（2），流经吸风冷却系统（6），冷却后经压延机压延成基础玻璃板；步骤5：将基础玻璃板送入晶化窑，均化温度后升温核化，继续升温晶化形成微晶玻璃；步骤6：将微晶玻璃退火降温至室温，切磨加工。本发明智能控制玻璃液流量和温度，微晶玻璃产品性能优异，减少矿物原料和能源消耗，提升工业矿渣利用价值。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料的制备方法及装置，尤其涉及一种短料性微晶玻璃的制备方法及装置。
背景技术
微晶玻璃（glass-ceramic）又称玻璃陶瓷，是将特定组成的基础玻璃，在加热过程中通过控制晶化而制得的一类含有大量微晶相及玻璃相的多晶固体材料。微晶玻璃集中了玻璃与晶体材料二者的特点，具有强度高、热膨胀系数小、硬度高、耐磨、抗化学腐蚀性好等优良性能，有的微晶玻璃还具有特殊的电学、热学、光学、磁学、生物学性能。因此，微晶玻璃可以在很多领域中应用，市场上主要有建筑装饰微晶玻璃、高强耐磨耐腐蚀工业微晶玻璃、低膨胀透明航天微晶玻璃、不导电不导热只导磁的电子微晶玻璃等产品。
微晶玻璃的制备方法主要有熔融法和烧结法二种。熔融法是将高温熔融玻璃液降至一定温度，然后压延或浇铸成板再整体析晶的方法。这种方法工序简单，适合大规模自动化连续生产，是目前建筑装饰和工业用微晶玻璃的主要生产方式。烧结法是将熔融玻璃体水淬成粒料，将粒料堆积再烧结、析晶、熔平的方法。这种方法花纹明显，装饰性较好，但生产过程能耗较高。
选矿、钢铁冶炼、有色金属冶炼、黄磷等非金属原料生产、热电厂等工业生产过程都会产生大量的高温残余物，一般称为工业矿渣，比如：高炉渣等。在我国，每年都要排放数亿吨级的工业矿渣。这不仅占据了宝贵的土地，还对环境造成了污染。同时，工业矿渣中富含SiO2、Al2O3、CaO、MgO等成分，可作为生产微晶玻璃的原料。但由于钢铁渣、黄磷渣等矿渣中CaO、MgO成分较高，在熔融-成型粘度区间玻璃液粘度随温度变化速度快，即俗称的“料性短”，导致矿渣微晶玻璃成形性能下降。热态工业矿渣一般都是间歇批量出渣和取渣，相应地，调质炉也是间歇地向池窑输入调质熔渣，这就导致池窑的玻璃液面有波动，微晶玻璃液容易在料道出现析晶，析晶物累加到一定程度，会导致生产中断。另外，若压延板上下表面与内部温差大，则易产生内应力，板材性能下降，甚至出现裂纹，因此短料性微晶玻璃生产厚板难度很大。所以，市场上压延微晶玻璃中CaO、MgO的质量含量一般控制在20%以内。为节约成本，有些微晶玻璃生产中会加入一点矿渣，但加入量不多，一般控制在总质量的40%以内。
热态矿渣中不但含有丰富的矿物资源，还蕴含丰富的显热。比如，炼铁高炉渣从高炉中排出时，温度在1400℃左右，1吨高炉熔渣的显热大致相当于57公斤标准煤的热量。若能以热态矿渣为主原料，生产微晶玻璃材料，则可显著降低微晶玻璃的矿物原料和能源消耗，对保护生态环境具有很大的意义。利用热态渣生产微晶玻璃，需要在高温下将熔渣与调质料混匀，这是需要补充能源的，因此熔渣在总原料中的配入比例较高才有意义，一般认为熔渣的加入量应该要超过70%。因此，短料性微晶玻璃的生产工艺成为利用热态矿渣生产微晶玻璃的关键技术。
目前，现有的微晶玻璃的配方设计、生产工艺和生产设备较多，但关于矿渣微晶玻璃的较少，其中，中国实用新型专利CN95224122.6公开了一种矿渣微晶玻璃流延法压延成型机，由流涎室、流涎槽、上、下压延辊，流涎室加热火嘴，流涎槽支承，托辊及玻璃液下注口等构成，玻璃液经过流涎槽尾部垂直流注到转动着的下压辊上，上、下辊相对转动将玻璃液压延成一定厚度和宽度的玻璃板，而不会造成析晶堵塞。此专利解决了矿渣微晶玻璃在流液室易析晶的问题，但由于玻璃液进入压延辊直接强烈冷却，玻璃液表面温度急剧降低，而内部热态量来不及及时传递出来，玻璃表面与内部温差很大，表面粘度发生急剧变化而趋于固化，但内部温度仍较高，易出现玻璃内应力大、板形差等问题，若用于短料性微晶玻璃压延，板材成材率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种短料性微晶玻璃的制备方法及装置，能智能控制玻璃液流量和温度，制备出的微晶玻璃产品性能优异，减少微晶玻璃生产过程矿物原料和能源消耗，提升工业矿渣利用价值。
本发明是这样实现的：
一种短料性微晶玻璃的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：筛选原料，去除杂质，制备矿渣微晶玻璃调质料，待用；
步骤2：接取热态矿渣，接入调质炉并加热；
步骤3：加热调质炉使矿渣微晶玻璃调质料和热态矿渣混合熔融，形成调质熔渣；
步骤4：将调质熔渣倒入玻璃池窑，澄清均化，形成微晶玻璃液，微晶玻璃液流出设有保温罩的料道，流经吸风冷却系统，冷却后经压延机压延成基础玻璃板；
步骤5：将基础玻璃板送入晶化窑，均化温度后升温核化，继续升温晶化，形成微晶玻璃；
步骤6：将微晶玻璃退火降温至室温，切磨加工成最终产品。
在所述的步骤4中，还包括如下分步骤：
步骤4.1：微晶玻璃液澄清均化后，控制池窑闸门，微晶玻璃液流经设有保温罩的料道，保温罩通过加热元件加热，使微晶玻璃液在料道中保温；
步骤4.2：玻璃液离开料道流向压延机的初始阶段，通过吸风冷却系统冷却，再经压延机压延成型，形成基础玻璃板。
在所述的步骤4中，澄清均化的温度为1350℃-1480℃；基础玻璃板的厚度为10-30mm。
所述的矿渣微晶玻璃调质料由工业矿渣和固体工业废物组成；或由矿物原料和化工原料组成；或由工业矿渣、固体工业废物、矿物原料和化工原料组成。
在所述的步骤2中，接取热态矿渣的具体方法为：采用渣罐从炉渣沟接取热态矿渣并倒入调质炉中；或在工业炉旁采用引渣沟将热态矿渣直接从渣沟接入调质炉。
所述的热态矿渣的加热温度为1450℃-1480℃。
在所述的步骤3中，矿渣微晶玻璃调质料和热态矿渣混合熔融的具体方法为：根据热态矿渣量，将相应量的矿渣微晶玻璃调质料加入热态矿渣中；或将矿渣微晶玻璃调质料预先熔化，再倒入调质炉中；或在接取热态矿渣前，将矿渣微晶玻璃调质料先投入调质炉中。
所述的矿渣微晶玻璃调质料和热态矿渣混合熔融的温度为1380℃-1480℃。
在所述的步骤5中，均化温度为550℃-650℃；核化温度为700℃-850℃，核化时间为0.5-2小时；晶化温度为750℃-950℃，晶化时间为0.5-3小时。
一种短料性微晶玻璃的制备装置，包括设有闸板和若干个加热元件的料道和压延机，压延机包括上压延辊及下压延辊；所述的短料性微晶玻璃的制备装置还包括保温罩；料道上罩盖有保温罩，保温罩内嵌有若干个加热元件；微晶玻璃液流经料道，并通过上压延辊及下压延辊压延成型。
所述的料道的出料口下方安装有吸风冷却系统，吸风冷却系统的吸风口为分布式布置。
所述的料道内安装有热电偶。
所述的料道内安装有测温电极，位于微晶玻璃液内。
玻璃池窑内设有液位测量仪，位于所述的闸板的一侧。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明将刚出炉的高温液态矿渣以及其他工业废弃物配合，用于生产微晶玻璃高附加值的产品，可使微晶玻璃生产能耗降低40%以上，减少矿物资源的开采和环境污染。
2、本发明通过智能保温料道避免了玻璃液在料道析晶，同时采用分布式吸风冷却系统使高温微晶玻璃液在进入压延辊之前，双面均得到恰当的冷却，以合适的粘度进入压延辊，以保持压延生产稳定，使压延微晶玻璃板材具有内应力小、表面质量好、成材率高等特点。
3、本发明利用热态工业矿渣生产的微晶玻璃生产成本低，强度高、耐磨和耐腐蚀性好，外观亮丽，可作为高档建筑材料，也可广泛地用作工业耐磨耐腐材料，具有良好的市场前景。
本发明利用高温熔融的工业矿渣为主要原料，通过配料、熔制、压延成型、晶化工艺，采用特殊设计的智能保温料道与分布式吸风冷却系统，实现了玻璃液流量和温度的智能控制，制备出性能优异的微晶玻璃产品，显著减少了微晶玻璃生产过程矿物原料和能源消耗，提升了工业矿渣利用价值，产品市场竞争力强。
附图说明
图1是本发明短料性微晶玻璃的制备装置的剖视图；
图2是本发明短料性微晶玻璃的制备方法的流程图。
图中，1闸板，2料道，3加热元件，4保温罩，5微晶玻璃液，6吸风冷却系统，7上压延辊，8下压延辊，9热电偶，10测温电极，11液位测量仪。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
请参见附图1，一种短料性微晶玻璃的制备装置，包括闸板1、料道2、上压延辊7及下压延辊8；料道2上罩盖有保温罩4，料道2和保温罩4内嵌有若干个加热元件3，可以将料道2保持在较高的温度，微晶玻璃液5流经料道2时，可防止微晶玻璃液5在料道2析晶，并通过上压延辊7及下压延辊8压延成型。
所述的料道2的出料口下方安装有吸风冷却系统6，微晶玻璃液5在流出料道2时两个面均通过吸风冷却系统6快速冷却至恰当的温度。
所述的料道2内安装有热电偶9，用于测量料道空间内的温度。所述的料道2内安装有测温电极10，位于微晶玻璃液5中，用于测量料道2内微晶玻璃液5的温度。此温度数据实时输入智能料道2的控制系统，用于智能料道2的温度和玻璃液流量控制。
所述的玻璃池窑内靠近闸门区域，设有液位测量仪11，可实时测量玻璃池窑内玻璃液位的高度。此液位高度数据实时输入智能料道2的控制系统，用于智能料道2的温度和玻璃液流量控制。
优选的，所述的加热元件3可采用电热丝或硅碳棒。若干个加热元件3可分多区并根据实时温度反馈按预设模型独立控制，可实现料道2的温度精准控制。当玻璃池窑内液位高时，料道2保持稍低的温度，使料道2内微晶玻璃液5的下层部分粘度上升并处于滞流状态，微晶玻璃液5上层部分匀速流出。当玻璃池窑内液位低时，料道2则保持稍高的温度，可确保料道2不发生连续的、影响生产顺行的玻璃析晶，从而使整个生产过程稳定、连续，微晶玻璃液5的流量实现了智能控制。
请参见附图1和2，一种短料性微晶玻璃的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：筛选原料，去除大块杂质，形成所需粒度的原料，制备矿渣微晶玻璃调质料，待用。
所述的矿渣微晶玻璃调质料可由工业矿渣和固体工业废物组成，或可由矿物原料和化工原料组成，或可由工业矿渣、固体工业废物、矿物原料和化工原料组成；优选的，矿渣微晶玻璃调质料的配方成分以粉煤灰、钢渣、不锈钢钢渣、废玻璃、废耐材等工业固废为主，以微晶玻璃常用矿物原料和化工原料为辅，按比例称量各原料后，投入混料设备混匀，制成矿渣微晶玻璃调质料，待用。优选的，调质料粒度控制在20目-180目。
步骤2：接取热态矿渣，接入调质炉并加热，优选的，所述的热态矿渣的加热温度为1450℃-1480℃。
所述的接取热态矿渣的具体方法为：采用渣罐从炉渣沟接取高温熔融态炉渣（即热态矿渣）并倒入调质炉中；或在工业炉旁采用引渣沟形式，将热态矿渣直接从渣沟接入调质炉。
步骤3：加热调质炉使矿渣微晶玻璃调质料和热态矿渣混合熔融，形成调质熔渣。优选的，所述的矿渣微晶玻璃调质料和热态矿渣混合熔融的温度为1380℃-1480℃。
所述的矿渣微晶玻璃调质料和热态矿渣混合熔融的具体方法为：根据热态矿渣量，将相应量的矿渣微晶玻璃调质料加入热态矿渣中；或将矿渣微晶玻璃调质料预先熔化，再倒入调质炉中；或在接取热态矿渣前，将矿渣微晶玻璃调质料先投入调质炉中。
步骤4：将调质熔渣倒入玻璃池窑，澄清均化，形成合格的微晶玻璃液5，微晶玻璃液5流出设有保温罩4的料道2，冷却后经压延机压延成基础玻璃板。优选的，澄清均化的温度为1350℃-1480℃；基础玻璃板的厚度为10-30mm。
步骤4.1：微晶玻璃液5澄清均化后，控制池窑闸门，微晶玻璃液5流经设有保温罩4的料道2，保温罩4通过加热元件3加热，使微晶玻璃液5在料道2中保持在1350℃-1280℃的温度范围内，避免了析晶，并能通过温度控制流量，保持稳定的流速。
步骤4.2：微晶玻璃液5离开料道2流向压延机的初始阶段，通过吸风冷却系统6冷却，再经压延机压延成型，形成温度梯度小、热应力低、厚度为10-30mm的基础玻璃板。优选的，吸风冷却系统6采用分布式吸风设计，使微晶玻璃液5的两个表面急剧且均匀的降温，表面粘度急剧上升。微晶玻璃液5在流向压延机的过程中，内部的热量向表面传递，减小了玻璃内外温差，使微晶玻璃液5内外整体粘度调整成适合压延的粘度区间；压延机由直径较小的上压延辊7和直径较大的下压延辊8组成，便于基础玻璃板的压延成型。
步骤5：将基础玻璃板送入晶化窑，均化温度后升温核化，继续升温晶化，形成微晶玻璃。优选的，均化温度为550℃-650℃；核化温度为700℃-850℃，核化时间为0.5-2小时；晶化温度为750℃-950℃，晶化时间为0.5-3小时。
步骤6：将微晶玻璃退火降温至室温，切磨加工成最终产品。
实施例1：
步骤1：根据配方按比例称量各原料并投入混料设备混匀，制成矿渣微晶玻璃调质料，待用。
步骤2：采用渣罐从高炉渣沟接取高温熔融态高炉渣运至调质炉工位，将高温熔融态高炉渣倒入到调质电炉中，并将高温熔融态高炉渣加热至1450℃。
步骤3：按调质料与高温熔融态高炉渣的质量为70:30的比例将调质料加入熔渣中，调质炉加热升温至1420℃，将高温熔融态高炉渣与矿渣微晶玻璃调质料混合熔融，形成调质熔渣。
步骤4：将调质熔渣倒入玻璃池窑，经1400℃-1420℃澄清均化，形成合格的微晶玻璃液。控制池窑闸门，微晶玻璃液流经设有保温罩的料道，料道保持在1320℃-1290℃的温度范围内。微晶玻璃液流出出料口，经分布式吸风冷却系统冷却后流向压延机压延成型，形成厚度为15-25mmmm基础玻璃板。
步骤5：将基础玻璃板送入晶化窑，在620℃温度下均化温度，然后升温至780℃核化1小时，然后升温至850℃晶化1小时，形成微晶玻璃。
步骤6：将微晶玻璃退火降温至室温，切磨加工成最终产品。
实施例2：
步骤1：根据配方按比例称量各原料并投入混料设备混匀，制成矿渣微晶玻璃调质料，待用。
步骤2：将黄磷渣从磷炉中直接导入调质电炉，并将黄磷渣加热至1450℃。
步骤3：按矿渣微晶玻璃调质料与黄磷渣质量比为75:25的比例将调质料加入调质炉中，调质炉加热升温至1400℃，将黄磷渣与矿渣微晶玻璃调质料混合熔融，形成调质熔渣。
步骤4：将调质熔渣倒入玻璃池窑，经1380℃-1410℃澄清均化，形成合格的微晶玻璃液。控制池窑闸门，微晶玻璃液流经设有保温罩的料道，料道保持在1310℃-1280℃的温度范围内。微晶玻璃液流出出料口，经分布式吸风冷却系统冷却后流向压延机压延成型，形成厚度为10-20mmmm基础玻璃板。
步骤5：将基础玻璃板送入晶化窑，在600℃温度下均化温度，然后升温至750℃核化1小时，然后升温至830℃晶化1小时，形成微晶玻璃。
步骤6：将微晶玻璃退火降温至室温，切磨加工成最终产品。
实施例3：
步骤1：根据配方按比例称量各原料并投入混料设备混匀，制成矿渣微晶玻璃调质料，待用。
步骤2：将镍铁熔渣直接从渣沟引入调质炉，并将熔渣加热至1450℃。
步骤3：按矿渣微晶玻璃调质料和镍铁熔渣质量比为80:20的比例将调质料加入熔渣中，调质炉加热升温至1400℃，将镍铁熔渣与矿渣微晶玻璃调质料混合熔融，形成调质熔渣。
步骤4：将调质熔渣倒入玻璃池窑，经1380℃-1410℃澄清均化，形成合格的微晶玻璃液。控制池窑闸门，微晶玻璃液流经设有保温罩的料道，料道保持在1300℃-1280℃的温度范围内。微晶玻璃液5流出出料口，经分布式的吸风冷却系统6冷却后流向压延机压延成型，形成厚度为15-30mmmm基础玻璃板。
步骤5：将基础玻璃板送入晶化窑，在620℃温度下均化温度，然后升温至770℃核化1小时，然后升温至850℃晶化1小时，形成微晶玻璃。
步骤6：将微晶玻璃退火降温至室温，切磨加工成最终产品。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种短料性微晶玻璃的制备方法，其特征是：包括如下步骤：
步骤1：筛选原料，去除杂质，制备矿渣微晶玻璃调质料，待用；
步骤2：接取热态矿渣，接入调质炉并加热；
步骤3：加热调质炉使矿渣微晶玻璃调质料和热态矿渣混合熔融，形成调质熔渣；
步骤4：将调质熔渣倒入玻璃池窑，澄清均化，形成微晶玻璃液（5），微晶玻璃液（5）流出设有保温罩（4）的料道（2），流经吸风冷却系统（6），冷却后经压延机压延成基础玻璃板；
步骤5：将基础玻璃板送入晶化窑，均化温度后升温核化，继续升温晶化，形成微晶玻璃；
步骤6：将微晶玻璃退火降温至室温，切磨加工成最终产品。
2.根据权利要求1所述的短料性微晶玻璃的制备方法，其特征是：在所述的步骤4中，还包括如下分步骤：
步骤4.1：微晶玻璃液（5）澄清均化后，控制池窑闸门，微晶玻璃液（5）流经设有保温罩（4）的料道（2），保温罩（4）通过加热元件（3）加热，使微晶玻璃液（5）在料道（2）中保温；
步骤4.2：玻璃液（5）离开料道（2）流向压延机的初始阶段，通过吸风冷却系统（6）冷却，再经压延机压延成型，形成基础玻璃板。
3.根据权利要求1或2所述的短料性微晶玻璃的制备方法，其特征是：在所述的步骤4中，澄清均化的温度为1350℃-1480℃；基础玻璃板的厚度为10-30mm。
4.根据权利要求1所述的短料性微晶玻璃的制备方法，其特征是：所述的矿渣微晶玻璃调质料由工业矿渣和固体工业废物组成；或由矿物原料和化工原料组成；或由工业矿渣、固体工业废物、矿物原料和化工原料组成。
5.根据权利要求1所述的短料性微晶玻璃的制备方法，其特征是：在所述的步骤2中，接取热态矿渣的具体方法为：采用渣罐从炉渣沟接取热态矿渣并倒入调质炉中；或在工业炉旁采用引渣沟将热态矿渣直接从渣沟接入调质炉。
6.根据权利要求1或5所述的短料性微晶玻璃的制备方法，其特征是：在所述的步骤2中，所述的热态矿渣的加热温度为1450℃-1480℃。
7.根据权利要求1所述的短料性微晶玻璃的制备方法，其特征是：在所述的步骤3中，矿渣微晶玻璃调质料和热态矿渣混合熔融的具体方法为：根据热态矿渣量，将相应量的矿渣微晶玻璃调质料加入热态矿渣中；或将矿渣微晶玻璃调质料预先熔化，再倒入调质炉中；或在接取热态矿渣前，将矿渣微晶玻璃调质料先投入调质炉中。
8.根据权利要求1或7所述的短料性微晶玻璃的制备方法，其特征是：在所述的步骤3中，所述的矿渣微晶玻璃调质料和热态矿渣混合熔融的温度为1380℃-1480℃。
9.根据权利要求1所述的短料性微晶玻璃的制备方法，其特征是：在所述的步骤5中，均化温度为550℃-650℃；核化温度为700℃-850℃，核化时间为0.5-2小时；晶化温度为750℃-950℃，晶化时间为0.5-3小时。
10.一种采用权利要求1-9任一所述的短料性微晶玻璃的制备方法的制备装置，包括设有闸板（1）和若干个加热元件（3）的料道（2）和压延机，压延机包括上压延辊（7）及下压延辊（8）；其特征是：所述的短料性微晶玻璃的制备装置还包括保温罩（4）；料道（2）上罩盖有保温罩（4），保温罩（4）内嵌有若干个加热元件（3）；微晶玻璃液（5）流经料道（2），并通过上压延辊（7）及下压延辊（8）压延成型。
11.根据权利要求10所述的短料性微晶玻璃的制备装置，其特征是：所述的料道（2）的出料口下方安装有吸风冷却系统（6），吸风冷却系统（6）的吸风口为分布式布置。
12.根据权利要求10所述的短料性微晶玻璃的制备装置，其特征是：所述的料道（2）内安装有热电偶（9）。
13.根据权利要求10所述的短料性微晶玻璃的制备装置，其特征是：所述的料道（2）内安装有测温电极（10），位于微晶玻璃液（5）内。
14.根据权利要求10所述的短料性微晶玻璃的制备装置，其特征是：玻璃池窑内设有液位测量仪（11），位于所述的闸板（1）的一侧。
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