CN114426395A - 一种高炉熔渣生产矿棉的工艺方法 - Google Patents

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刘彦波
韩西海
刘腾飞
韩旭
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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    • C04B26/02—Macromolecular compounds

Abstract

本发明提供了一种高炉熔渣生产矿棉的工艺方法，属于矿棉生产技术领域，该工艺将一定比例的复合配料、助溶剂和高炉熔渣作为原料，送入电炉进行炉内冶炼，熔化调质后，通过炉口控制流量，并输送到离心机制成高端矿棉。本发明提出的矿棉生产新工艺与传统冲天炉生产工艺相比具有无需焦炭融化、无有害物排放、物料融化更快、生产效率更高等优点，该工艺上从大气污染环保治理及设备运行成本降低及辅助材料消耗等多方面综合考量，具备广阔的应用前景。

Description

一种高炉熔渣生产矿棉的工艺方法
技术领域
本发明属于矿棉生产技术领域，尤其涉及一种高炉熔渣生产矿棉的工艺方法。
背景技术
矿棉（或岩棉）是一种人造无机纤维，它具有重量轻、导热系数小，耐热性强和不燃等优良性能。这是常用的保温材料，如蛭石、珍珠岩、硅藻土、泡沫水泥等难以全面与其相比的。矿（岩）棉中添加一种特殊粘结剂可以制成柔性或半硬性的各种制品，如矿棉管壳、矿棉板、矿棉毡等，这些制品可以广泛应用于石油、电力，冶金、化工、建筑及交通运输等行业，还可作为吸音隔音材料。现有矿棉的制作工艺中，存在如下技术问题：（1）传统冲天炉工艺所需设备投资相对较大，检修、维护复杂；（2）传统冲天炉工艺能耗较高；（3）传统冲天炉工艺的工作效率低，无法连续24小时工作，需要频繁停炉；（4）传统冲天炉工艺对调制料的要求高；（5）生产废料无法重新回炉熔炼；（6）烟气排放量大，较难回收。
发明内容
本发明提出一种高炉熔渣生产矿棉的工艺方法，使用电炉替代传统高炉，该工艺中将一定比例的复合配料、助溶剂和高炉熔渣作为原料，送入电炉进行炉内冶炼，熔化调质后，通过炉口控制流量，并输送到离心机制成高端矿棉。本发明提出的矿棉生产新工艺与传统冲天炉生产工艺相比具有无需焦炭融化、无有害物排放、物料融化更快、生产效率更高等优点，该工艺上从大气污染环保治理及设备运行成本降低及辅助材料消耗等多方面综合考量，具备广阔的应用前景。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种高炉熔渣生产矿棉的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）原料选配：将复合配料、高炉熔渣和助溶剂均匀混合，其中：复合配料占8重量份-9重量份，高炉熔渣占80重量份-90重量份，助溶剂占2重量份-3重量份，所述复合配料包括玄武岩、石英砂、珍珠岩、铝矾土或二氧化硅中一种或多种；
2）炉内冶炼：将混合好的原料送入电炉内，冶炼过程中确保炉内温度为1510℃至1530℃，溶液的液位保持在1.1m-1.3m，加热时间为90min-100min，控制电炉电压的范围为190V至210V，控制电炉电流的范围为3500A至4500A；
3）离心制棉：将冶炼并调至好的矿棉原料送至保温炉中，将保温炉中矿棉原料定量传输至离心机中进行矿棉纤维拉制，将成型的矿棉纤维送至制棉机中制作矿棉板。
优选的，还包括如下步骤：
4）矿棉固化：将矿棉板送至固化炉中，采用300℃-350℃的热风，蒸发矿棉层之间的水分、并固化树脂；
5）矿棉切割：将固化后的矿棉板按照尺寸要求进行切割；
6）矿棉包装：将切割好的矿棉板材进行包装。
优选的，所述复合配料的堆密度为2.3 t/m3-2.4t/m3，复合配料的粒度为10 mm -15mm，复合配料的水分含量小于8%；
所述高炉熔渣的堆密度为2.6 t/m3-2.7t/m3，高炉熔渣的粒度为5 mm -10mm，高炉熔渣的水分含量小于8%；
所述助溶剂的堆密度为2.8 t/m3-2.9t/m3，助溶剂的粒度为3 mm -5mm，助溶剂的水分含量小于8%。
优选的，所述助溶剂包括白云石、石灰石、或荧石中的一种或多种。
优选的，所述炉内冶炼过程中将酸度系数控制在1.05-1.15之间，酸度系数调制料的加入量为总质量的12%至12%，炉内冶炼过程中将溶体粘度控制在1.4 pa.s -1.5pa.s。
优选的，所述酸度系数调制料为石英砂、或粉煤灰中的一种，所述酸度系数调制料的粒度为10 mm -15mm。
优选的，所述炉内冶炼过中将矿渣棉原料的表面张力控制在0.12~1N.m-1.K-1。
优选的，所述炉内冶炼过程中炉内溶液液位高低波动250mm-300mm为补料制度。
优选的，所述离心机采用盘式离心法、多辊离心法、单盘离心吹制法或多辊离心吹制法中的一种。
优选的，所述炉内冶炼过程中还包括除尘工艺，对电炉加热过程中产生的废气和粉尘颗粒物进行收集，并通过管道送到除尘系统进行除尘。
本发明的一种高炉熔渣生产矿棉的工艺方法具有以下有益效果：（1）电炉设备适用性强，操作灵活、易于启停、断电等操作；（2）设备投资相对较少，一般在400～500万元左右，检修、维护方便；（3）利用热态高炉渣生产矿棉制品，能耗较低，吨熔制能耗约300 kwh（相比传统冲天炉工艺吨制品可节约～400Kg焦炭）；（4）加热效率高（加热温度可达到2000℃以上）温度可控；（5）工作效率高，可连续24小时工作，不需要频繁停炉；（6）对调制料的要求低（颗粒一般要求在10mm-15mm）；（7）生产废料可重新回炉熔炼，废渣处理率可达到90%以上；（8）环保要求低，烟气排放量少（主要为烟气、粉尘350mg/m²），易于回收。
附图说明
图1为本发明的整体流程示意图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
根据附图所示，对本发明进行进一步说明：
一种高炉熔渣生产矿棉的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）原料选配：将复合配料、高炉熔渣和助溶剂均匀混合，其中：复合配料占8重量份-9重量份，高炉熔渣占80重量份-90重量份，助溶剂占2重量份-3重量份，复合配料包括玄武岩、石英砂、珍珠岩、铝矾土或二氧化硅中一种或多种。
需要说明的是，矿棉的化学组成一般为SiO2、CaO、Al2O3、MgO、Fe2O3、FeO、TiO2等及少量杂质如S、Cl等，其中主要成分为SiO2、Al2O3、CaO、MgO，其中：SiO2的作用：它是矿渣棉、岩棉组成的主要氧化物，其结构骨架有利于纤维的弹性和化学稳定性。当SiO2含量增高时能提高熔体的粘度，有利于制取较长纤维，但会使得原料熔化困难，增加熔体成纤温度。Al2O3的作用：进入纤维骨架网络，有利于提高化学稳定性，含量较少可使得熔体粘度改善，有益于制取较细纤维。熔体中Al2O3含量提高，使得成纤温度增加，粘度也随之增加，成纤过程困难加大。CaO的作用：是矿渣棉组成中的主要氧化物，含量几乎和SiO2相等，它不利于在成纤过程中形成坚固的骨架结构，由于它是一种碱性氧化物，能够降低化学稳定性和熔体的粘度，有利于原料的融化和制取细纤维。MgO的作用：在相当程度上可以代替CaO的影响，适当的可以提高纤维的化学稳定性和表面张力，并扩大熔体成纤粘度范围，对于制造矿渣棉的操作工艺有益。但若取代CaO的含量超过一定范围，则会产生渣球，不利于成纤。由于单一热熔渣的玻璃化能力不足，如不进行调质，会导致矿棉板的纤维强度较低，化学稳定性不高，严重影响到使用效果，带来极大的安全隐患。
具体的，酸度系数越大则岩棉和矿渣棉的化学耐久性越好。矿棉、岩棉的酸度系数应控制在1.05-1.15之间比较合适。热熔渣的粘度系数过大则使混合熔体的粘度增大，热态渣的粘度系数过小则会出现甩丝困难等情况。助熔剂成分，主要作用为促进热熔渣的玻璃化过程，加速熔体的均化、澄清能力，消除熔体内部的气泡、条纹、结石等缺陷，改善熔体内部的电阻均一性，有利于熔炉内热力场分布的均匀、稳定，同时起到降低吨熔制电耗的作用。表现在矿棉性能方面为改善纤维的柔韧性，增加纤维强度，减少渣球及短纤的产生。
本实施例中，炉内冶炼过程中将酸度系数控制在1.05-1.15之间，酸度系数调制料的加入量为总质量的12%至12%，炉内冶炼过程中将溶体粘度控制在1.4 pa.s -1.5pa.s。
本实施例中，复合配料的堆密度为2.3 t/m3-2.4t/m3，复合配料的粒度为10 mm -15mm，复合配料的水分含量小于8%；高炉熔渣的堆密度为2.6 t/m3-2.7t/m3，高炉熔渣的粒度为5 mm -10mm，高炉熔渣的水分含量小于8%；助溶剂的堆密度为2.8 t/m3-2.9t/m3，助溶剂的粒度为3 mm -5mm，助溶剂的水分含量小于8%。酸度系数调制料为石英砂、或粉煤灰中的一种，酸度系数调制料的粒度为10 mm -15mm。
2）炉内冶炼：将混合好的原料送入电炉内，冶炼过程中确保炉内温度为1510℃至1530℃，溶液的液位保持在1.1m-1.3m，加热时间为90min-100min，控制电炉电压的范围为190V至210V，控制电炉电流的范围为3500A至4500A。
具体的，电炉型号为40吨容量，高压电为10KV，变压器为4000KVA变压器，档位为11档，原料为热熔高炉渣添加辅料：玄武岩、石英砂、珍珠岩、铝矾土、二氧化硅、助溶剂。
需要说明的是，添加助熔剂，主要作用为促进高炉渣的玻璃化过程，加速熔体的均匀融化能力，同时消除熔体内部的气泡、条纹、杂质等缺陷，有效改善熔体内部的电阻均一性，使熔炉内热力场分布比较均匀、稳定，起到降低吨熔制电耗的作用。在矿棉产品性能方面明显改善纤维的柔韧性，增加纤维强度，减少渣球含量、减少短纤维产生。通过实验由表5可以对比看出相同酸度、温度条件下合理控制助溶剂加入量，对产品的质量也有影响，本实施中，助溶剂包括白云石、石灰石、或荧石中的一种或多种。
需要进一步说明的是， SiO2作为矿渣棉的骨架成分，对原料熔体拉制成矿渣棉纤维的长度、韧性等经济技术指标有着重要的作用。酸度和SiO2的含量的增加，熔体的熔化温度也随之增加，根据熔渣理论及SiO2对熔渣物理性能的影响，要控制矿渣棉原料熔体的熔点，就要从SiO2的含量、熔体的酸度着手。根据测定，并结合原料分析，熔体中SiO2含量的增加，酸度增大，其熔化温度也随之增大。在实际生产中，矿棉熔体熔化温度应控制在1510℃至1530℃。熔化速度相差不大，但随之SiO2含量的增加，其增加幅度有所下降，使得熔化时间增加，造成化渣困难增大。故把握好适当的熔渣成分，使得熔渣熔化温度和熔化速度达到最佳，才能够配制出更好矿渣棉原料，使得离心拉丝过程更加顺畅。
本实施例中，炉内冶炼过程中炉内溶液液位高低波动250mm-300mm为补料制度。原渣加入量原侧上以每小时出多少料，补加多少最为合适，这样对溶液的加热速度、温度、液位波动、流口稳定性影响不大。但由于各厂的原渣运输，距离，时间不同，添加原料的量都不相同，根据设备大小，生产实际情况，多次试验得出，原渣运输距离2公里左右，每1小时30分加渣一次，每次加渣量12t左右，熔炼炉内溶液液位高低波动250mm-300mm为最佳补料制度。这样对正常生产影响很小，可以达到连续不间断生产。
实际操作中，炉内冶炼过中将矿渣棉原料的表面张力控制在0.12~1N.m-1.K-1。
3）离心制棉：将冶炼并调至好的矿棉原料送至保温炉中，将保温炉中矿棉原料定量传输至离心机中进行矿棉纤维拉制，将成型的矿棉纤维送至制棉机中制作矿棉板。具体的，离心机采用盘式离心法、多辊离心法、单盘离心吹制法或多辊离心吹制法中的一种。
4）矿棉固化：将矿棉板送至固化炉中，采用300℃-350℃的热风，蒸发矿棉层之间的水分、并固化树脂；
5）矿棉切割：将固化后的矿棉板按照尺寸要求进行切割；
6）矿棉包装：将切割好的矿棉板材进行包装。
需要说明的是，炉内冶炼时，需要进行除尘。电炉烟气通过冷却烟管进入高温布袋除尘器进行处理，达到冶炼排放标准后排放。通过烟罩、风机和除尘机对冷渣电炉加热过程中产生的废气和粉尘颗粒物进行收集，并通过管道送到除尘系统进行除尘。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高炉熔渣生产矿棉的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）原料选配：将复合配料、高炉熔渣和助溶剂均匀混合，其中：复合配料占8重量份-9重量份，高炉熔渣占80重量份-90重量份，助溶剂占2重量份-3重量份，所述复合配料包括玄武岩、石英砂、珍珠岩、铝矾土或二氧化硅中一种或多种；
2）炉内冶炼：将混合好的原料送入电炉内，冶炼过程中确保炉内温度为1510℃至1530℃，溶液的液位保持在1.1m-1.3m，加热时间为90min-100min，控制电炉电压的范围为190V至210V，控制电炉电流的范围为3500A至4500A；
3）离心制棉：将冶炼并调至好的矿棉原料送至保温炉中，将保温炉中矿棉原料定量传输至离心机中进行矿棉纤维拉制，将成型的矿棉纤维送至制棉机中制作矿棉板。
2.根据权利要求1所述的高炉熔渣生产矿棉的工艺方法，其特征在于，还包括如下步骤：
4）矿棉固化：将矿棉板送至固化炉中，采用300℃-350℃的热风，蒸发矿棉层之间的水分、并固化树脂；
5）矿棉切割：将固化后的矿棉板按照尺寸要求进行切割；
6）矿棉包装：将切割好的矿棉板材进行包装。
3.根据权利要求1所述的高炉熔渣生产矿棉的工艺方法，其特征在于：
所述复合配料的堆密度为2.3 t/m3-2.4t/m3，复合配料的粒度为10 mm -15mm，复合配料的水分含量小于8%；
所述高炉熔渣的堆密度为2.6 t/m3-2.7t/m3，高炉熔渣的粒度为5 mm -10mm，高炉熔渣的水分含量小于8%；
所述助溶剂的堆密度为2.8 t/m3-2.9t/m3，助溶剂的粒度为3 mm -5mm，助溶剂的水分含量小于8%。
4.根据权利要求3所述的高炉熔渣生产矿棉的工艺方法，其特征在于，所述助溶剂包括白云石、石灰石、或荧石中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的高炉熔渣生产矿棉的工艺方法，其特征在于，所述炉内冶炼过程中将酸度系数控制在1.05-1.15之间，酸度系数调制料的加入量为总质量的12%至12%，炉内冶炼过程中将溶体粘度控制在1.4 pa.s -1.5pa.s。
6.根据权利要求5所述的高炉熔渣生产矿棉的工艺方法，其特征在于，所述酸度系数调制料为石英砂、或粉煤灰中的一种，所述酸度系数调制料的粒度为10 mm -15mm。
7.根据权利要求1所述的高炉熔渣生产矿棉的工艺方法，其特征在于，所述炉内冶炼过中将矿渣棉原料的表面张力控制在0.12~1N.m-1.K-1。
8.根据权利要求1所述的高炉熔渣生产矿棉的工艺方法，其特征在于，所述炉内冶炼过程中炉内溶液液位高低波动250mm-300mm为补料制度。
9.根据权利要求1所述的高炉熔渣生产矿棉的工艺方法，其特征在于，所述离心机采用盘式离心法、多辊离心法、单盘离心吹制法或多辊离心吹制法中的一种。
10.根据权利要求1所述的高炉熔渣生产矿棉的工艺方法，其特征在于，所述炉内冶炼过程中还包括除尘工艺，对电炉加热过程中产生的废气和粉尘颗粒物进行收集，并通过管道送到除尘系统进行除尘。
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