高炉熔渣生产微晶玻璃的模铸工艺方法及其设备的制作方法
【专利摘要】本发明属于冶金和无机非金属材料领域，提供一种利用高炉熔渣生产微晶玻璃的模铸工艺方法及其设备。该工艺方法步骤如下：（1）高炉熔渣保持在高炉出铁口时的温度区间转移至成分调质搅拌池，加入改质剂、着色剂和形核剂，搅拌均匀，并保证熔渣处在高温区间；（2）熔渣通过渣口进入各种模具，迅速冷却进行玻璃化；（3）继续降温至不低于500℃后脱模进入核化区升温至700～800℃保温；（4）继续升温至晶化区；（5）进入降温区，冷却得到成型产品；（6）成型产品进行表面打磨抛光得到成品微晶玻璃。本发明充分利用了高炉熔渣和固体废弃物资源，成品微晶玻璃具有强度高，耐腐蚀，颜色多等优点，有明显经济效益和环保效益。
【专利说明】高炉熔渣生产微晶玻璃的模铸工艺方法及其设备
【技术领域】
[0001] 本发明属于冶金和无机非金属材料领域，提供了一种利用高炉熔渣生产微晶玻璃的模铸工艺方法及其设备。
【背景技术】
[0002]根据世界钢铁协会公布的数据显示，2012年全世界的生铁产量是11亿吨，其中产量最高的国家是中国，2012年一年的产量高达6.5亿吨，即使按照300kg的渣比来计算，高炉炉渣的产量也高达近两亿吨。如何高效地利用这些高温炉渣已逐渐成为人们关注的热点。现阶段的高炉炉渣处理工艺基本上都采用的是水冲渣工艺，得到的产品基本用于水泥生产，并且用作水泥生产原料的高炉水渣几乎毫无利润可言。同时每淬冷It温度在1450~1550°C的高温炉渣需要消耗新水1.2t，并且产生大量废水、腐蚀性热蒸汽且热量不能回收，同时大量使用水资源且不能循环重复利用，高温炉渣中存在的大量显热和潜热很难得到有效的回收利用。
[0003]微晶玻璃又称微晶玉石或陶瓷玻璃。微晶玻璃和我们常见的玻璃看起来大不相同。它具有玻璃和陶瓷的双重特性，可用于建筑幕墙及室内高档装饰，还可用作机械上的结构材料，电子、电工上的绝缘材料，大规模集成电路的底板材料、化工与防腐材料和矿山耐磨材料等；并且具有优良的物理和化学性能，强度高，耐酸碱，致密性高，光洁度高于天然石材，成为建筑装饰材料中的新生力量。
[0004]在已公开的专利中，CN201310181939.8公开了一种微晶玻璃及其制备方法，利用尾矿作为原料生产微晶玻璃。CN201210103590.1公开了一种利用高钛型高炉渣制备微晶玻璃的方法，利用含钛高炉渣为主要原料，使用烧结法制备微晶玻璃。CN201210103589.9公开了一种含钛熔融高炉渣制取微晶玻璃的方法，利用含钛高炉渣作为原料采用压延法生产微晶玻璃。以上公开的专利说明微晶玻璃的原料以尾矿和高炉渣为主，生产的工艺方法中有压延法和烧结法，但是对于模铸法还很少有生产工艺。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种利用高炉熔渣生产微晶玻璃的模铸工艺方法，在熔渣进入模具后通入循环冷却水迅速将熔渣冷却至玻璃化温度并保持充足时间以保证熔渣玻璃化程度，从而为后续能够生产出质量高的微晶玻璃提供基础。如此，在生产过程中不仅可以大量使用高炉熔渣所含的热能，提高高炉熔渣的经济效益，也避免进行水冲渣处理而大量消耗新水，减少了废水、腐蚀性热蒸汽的产生，减少了对环境的污染及资源的过度消耗，同时原料中赋存的TiO2既可以作为形核剂又可以作为调色剂，大大提高了其适用范围，也提高了钢铁企业的经济利润。
[0006]本发明提供的用高炉熔渣生产微晶玻璃的工艺方法包括如下步骤:
[0007](I)将高炉熔渣温度保持在高炉出铁口时的1450~1550°C温度区间转移至成分调质搅拌池中，根据将要制备的产品要求加入相应改质剂、着色剂和形核剂，在顶底复合喷吹惰性气体的条件下将成分搅拌均匀，同时喷吹适量可燃性煤粉以保证在搅拌过程中熔渣处在1450~1500°C高温区间；高炉熔渣占总原料质量的70%，各种改质剂的添加量在总原料质量的10-30%之间，着色剂添加量在总原料质量的0-5%之间，形核剂的加入量在总原料质量的0-5%之间；[0008](2)熔渣通过成分调质搅拌池底部的渣口进入渣包中调节熔渣的流量，从渣包下的渣口进入各种模具中，用循环冷却水将模具中的熔渣迅速冷却至900°C以下进行玻璃化，在此过程中设有流量监测装置；
[0009](3)产品脱模进入核化区，加热速度为8~12°C /min，温度升至700~800°C，保温I~3h ;
[0010](4)然后进入晶化区，加热速度为8~12°C /min，温度升至900~1100°C，保温I ~3h ;
[0011](5)进入降温区，按照I~3°C /min的降温速度冷却至40~70°C之后空冷，得到成型广品；
[0012](6)将合格的产品进行表面打磨抛光得到成品微晶玻璃。
[0013]本发明还提供了一种高炉熔渣生产微晶玻璃的模铸设备，具备:
[0014](I)受料斗1:有三个受料罐，分别用于投放形核剂、着色剂和成分改质剂使用，将质量称量好的形核剂、着色剂和成分改质剂通过受料罐进入斜滑道料槽中进而投放到成分调质搅拌设备4中。
[0015](2)加热电极2:置于成分调质搅拌设备4的上部盖子上，为一组三根石墨加热电极用于埋弧加热保温熔渣。
[0016](3)顶吹气枪3和底部气枪12:通过气路管道引出的顶吹气枪用于喷吹惰性气体或非还原性气体对成分搅拌池内熔渣进行混匀调质处理；底部气枪12通过气路管道引出的底部气枪用于喷吹惰性气体或非还原性气体对成分搅拌池内熔渣进行混匀调质处理。
[0017](4)成分调质搅拌设备4:熔池用于盛放高炉熔渣并具备保温的作用，熔池上部有顶盖，并有受料斗1，熔池顶底分别有顶吹气枪3、底部气枪12，用于喷吹惰性气体进行成分调整、混合均匀，在喷吹惰性气体的同时通过气力输送的方式进行喷吹煤粉作为加热源来保证成分调整、混合均匀的过程中的高温，并且在设备顶部设置有加热电极2作为供热来源；成分调质搅拌设备设有备用设备，通过大型回转台来更换，用于更换的成分搅拌设备需要在使用之前进行烘烤处理，以保证熔渣进入设备中无温降。
[0018](5)滑动渣口设备:滑动渣口设备包括上滑动渣口 5和下滑动渣口 7，成分调质搅拌设备4与渣包8之间通过滑动渣口连接，成分调质搅拌设备4下端设置有上滑动渣口 5，渣包8上端设置有下滑动渣口 7，渣口两部分连接之后保证熔渣能够顺利通过滑动渣口设备；同时对于滑动渣口设备区域设置有渣口加热设备6外置于上滑动渣口 5和下滑动渣口7 一侧，装有电阻丝加热部件，以保证渣口处无温降。
[0019](6)渣包8:渣包中的熔液通过下部的渣口进入到模具9，渣口为浸入式渣口 13，位于渣包8和模具9之间，保证熔渣能够顺利从渣包8流入到模具9中，用于更换的渣包需要进行烘烤处理以保证熔渣进入渣包时的温降在可控区间。
[0020](7)模具9:用于将熔渣进行玻璃化成型处理，模具9与渣口之间有对熔渣质量，液面和温度的自动控制装置，模具9两侧连接有通入循环冷却水的外接装置，用于将熔渣迅速冷却至900°C以下进行完整玻璃化。
[0021](8)循环冷却水进水口 10和循环冷却水出水口 14:通过外接装置在模具中通入循环冷却水对模具中的熔渣进行快速降温玻璃化处理。
[0022](9)辊道11:以钢质结构的轧辊为主构成的辊道用于搬运模具9及脱模后的产品16。
[0023](10)核化加热区15:辊道11两侧设有喷吹可燃性气体的升温进气口 22，保证产品按照设定升温速率达到温度区间并保温一段时间。
[0024](11)晶化加热区17:辊道11两侧设有喷吹可燃性气体的升温进气口 22，保证产品按照设定升温速率达到温度区间并保温一段时间。
[0025](12)降温冷却区18:辊道11两侧设有喷吹非还原性气体的降温进气口 23进行冷却，按照一定的降温制度冷却至一定温度之后空冷。
[0026](13)打磨抛光设备20:对冷却后的产品16进行表面打磨抛光处理。
[0027]相对现有技术，本发明具有如下优点:
[0028]1、传统生产微晶玻璃的原料均为冷态，在生产微晶玻璃的过程中需要加热变为熔融态从而消耗了大量的热量，而使用高炉熔渣作为原料则可以节省了加热过程中消耗的大量热量，并且高炉熔渣可以大量节省原料的成本，不仅提高了高炉熔渣的经济效益，也使得大量的高炉熔渣得以很好的应用处理；
[0029]2、直接使用高炉熔渣 作为微晶玻璃的原料，避免了水冲渣处理高炉熔渣而大量消耗的新水，从而从源头上减少了废水、腐蚀性热蒸汽的产生，克服了大量热蒸汽热量不能回收的缺陷，减少了对环境的污染及资源的过度消耗，提高了高炉熔渣的附加值，从而提高钢铁企业的经济利润，提高环境效益和循环经济效益；
[0030]3、熔渣成分调整过程中大量使用了诸如尾矿，电厂灰，粉煤灰，生活污泥等廉价工业废弃物，并且使用废旧电脑手机电路板作为添加剂，对于处理废旧电脑手机电路板中的重金属提供了一种新的思路，从而减少掩埋处理过程中大量重金属进入土壤和地下水产生的污染，提高了产品的附加值、循环经济效益和环境效益。
[0031]4、采用通入循环冷却水的模具用于将熔渣迅速玻璃化的新型生产工艺流程，可以完全保证生产出来的微晶玻璃达到生产所需标准，并且具有强度高，耐酸碱腐蚀，吸水率低，耐冲击等多种优点，有利于钢铁企业就近建设生产线直接利用高炉熔渣作为生产微晶玻璃的产业线，以提高钢铁企业的非钢产业的收益。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是高炉熔渣生产微晶玻璃的模铸工艺流程图；
[0033]图2是高炉熔渣生产微晶玻璃的模铸工艺设备图；
[0034]【组件符号说明】
[0035]I 受料斗
[0036]2 加热电极
[0037]3 顶吹气枪
[0038]4 成分调质搅拌设备
[0039]5 上滑动渣口[0040]6 渣口加热设备
[0041]7 下滑动渣口
[0042]8 洛包
[0043]9 模具
[0044]10 循环冷却水进水口
[0045]11 辊道
[0046]12 底部气枪
[0047]13 浸入式渣口
[0048]14 循环冷却水出水口
[0049]15 核化加热区
[0050]16 脱模后的产品
[0051]17 晶化加热区
[0052]18 降温冷却区
[0053]19 等待打磨抛光的产品
`[0054]20 打磨抛光设备
[0055]21 抛光后的产品
[0056]22 升温进气口
[0057]23 降温进气口
[0058]图3是高炉熔渣生产微晶玻璃的模铸工艺温度制度梯度曲线。【标注说明】
[0059]T1 成分搅拌温度
[0060]T2 玻璃化温度
[0061]T3 核化温度
[0062]T4 晶化温度
[0063]O~^段成分搅拌混匀阶段
[0064]&~t2段玻璃化降温阶段
[0065]t2~t3段玻璃化保温阶段
[0066]t3~t4段核化升温阶段
[0067]t4~t5段核化保温阶段
[0068]t5~t6段晶化升温阶段
[0069]t6~t7段晶化保温阶段
[0070]t7~结束降温阶段
【具体实施方式】
[0071]本发明中使用某钢铁厂生产高炉的熔渣作为主原料，添加不同的成分改质剂、着色剂及形核剂以使得生产出来的微晶玻璃产品具有不同的外观颜色。表1给出了四组实施例的原料质量分数配比成分:
[0072]表1实施例中原料配比成分(质量分数/%)
[0073]
【权利要求】
1.一种利用高炉熔渣生产微晶玻璃的模铸工艺方法，其特征在于，主要步骤如下: (1)将高炉熔渣温度保持在高炉出铁口时的1450~1550°C温度区间转移至成分调质搅拌池中，根据将要制备的产品要求加入相应改质剂、着色剂和形核剂，在顶底复合喷吹惰性气体的条件下将成分搅拌均匀，同时喷吹适量可燃性煤粉以保证在搅拌过程中熔渣处在1450~1500°C高温区间；高炉熔渣占总原料质量的70%，各种改质剂的添加量在总原料质量的10-30%之间，着色剂添加量在总原料质量的0-5%之间，形核剂的加入量在总原料质量的0-5%之间； (2)熔渣通过成分调质搅拌池底部的渣口进入渣包中调节熔渣的流量，从渣包下的渣口进入各种模具中，用循环冷却水将模具中的熔渣迅速冷却至900°C以下进行玻璃化，在此过程中设有流量监测装置； (3)产品脱模进入核化区，加热速度为8~12V/min，温度升至700~800°C，保温I~3h ； (4)然后进入晶化区，加热速度为8~12°C/min，温度升至900~1100°C，保温I~3h ； (5)进入降温区，按照I~3°C/min的降温速度冷却至40~70°C之后空冷，得到成型女口广叩； (6)将成型产品中的合格产品进行表面打磨抛光得到成品微晶玻璃。`
2.根据权利要求1所述利用高炉熔渣生产微晶玻璃的模铸工艺方法，其特征在于:所使用的高炉熔渣的成分及其含量质量百分比为=SiO2为10-40%，CaO为10_40%，MgO为5-30%, Al2O3 为 5-40%, FeO 为 0.1-5%, TiO2 为 0.1-25%, MnO 为 0.1_5%。
3.根据权利要求1所述利用高炉熔渣生产微晶玻璃的模铸工艺方法，其特征在于:使用的成分改质剂包括:石英砂，萤石，钾长石，钠长石，粘土，硅藻土，高岭土，陶土，尾矿，电厂灰，粉煤灰，生活污泥，高炉钛洛，废旧电脑手机电路板；改质剂的添加量根据生产产品的成分要求和改质剂的价格及来源途径确定。
4.根据权利要求1所述利用高炉熔渣生产微晶玻璃的模铸工艺方法，其特征在于:使用的着色剂包括:Ti02，Cr2O3, Cu2O, CoO, NiO, Fe2O3，稀土元素氧化物及还原性物质用于调整Fe, Mn物质的氧化物存在形式；根据产品颜色要求添加不同的着色剂。
5.根据权利要求1所述利用高炉熔渣生产微晶玻璃的模铸工艺方法，其特征在于:使用的形核剂包括=TiO2, CaF2, ZrO2, Cr2O30
6.根据权利要求1所述利用高炉熔渣生产微晶玻璃的模铸工艺方法，其特征在于:整个过程中采用的加热方式包括喷吹可燃性煤粉、除尘灰，可燃性气体；采用的降温方式包括通入循环冷却水，非还原性气体。
7.根据权利要求1-6所述利用高炉熔渣生产微晶玻璃的模铸工艺方法，采用一种模铸的工艺设备，其特征在于:具备以下部分:受料斗(I)、加热电极(2)、顶吹气枪(3)、成分调制搅拌设备(4)、上滑动渣口(5)、渣口加热设备(6)、下滑动渣口(7)、渣包(8)、模具(9)、循环冷却水进水口(10)、辊道(11)、底部气枪(12)、浸入式渣口(13)、循环冷却水出水口(14)、核化加热区(15)、晶化加热区(17)、降温冷却区(18)、打磨抛光设备(20)、升温进气口(22)、降温进气口(23)； 受料斗(I):有三个受料罐，分别用于投放形核剂、着色剂和成分改质剂使用，将质量称量好的形核剂、着色剂和成分改质剂通过受料罐进入斜滑道料槽中进而投放到成分调质搅祥设备(4)中； 加热电极(2):置于成分调质搅拌设备(4)的上部盖子上，为一组三根石墨加热电极用于埋弧加热保温熔渣； 顶吹气枪(3):通过气路管道引出的顶吹气枪用于喷吹惰性气体或非还原性气体对成分搅拌池内熔渣进行混匀调质处理； 底部气枪(12):通过气路管道引出的底部气枪用于喷吹惰性气体或非还原性气体对成分搅拌池内熔渣进行混匀调质处理； 成分调质搅拌设备(4):熔池用于盛放高炉熔渣，熔池上部有顶盖，并有受料斗(I )，熔池顶底分别有顶吹气枪(3)、底部气枪(12)，在设备顶部设置有加热电极(2)作为供热来源； 滑动渣口设备:滑动渣口设备包括上滑动渣口(5)和下滑动渣口(7)，成分调质搅拌设备(4)与渣包(8)之间通过滑动渣口连接，成分调质搅拌设备(4)下端设置有上滑动渣口(5)，渣包(8)上端设置有下滑动渣口(7)，滑动渣口两部分连接之后保证熔渣能够顺利通过滑动渣口设备；同时对于滑动渣口设备区域设置有渣口加热设备(6)外置于上滑动渣口(5)和下滑动渣口(7) —侧，装有电阻丝加热部件，以保证滑动渣口设备处无温降； 渣包(8):渣包中的熔液通过下部的渣口进入到模具(9)，渣口为浸入式渣口(13)，位于渣包(8 )和模具(9 )之间，保证熔渣能够顺利从渣包(8 )流入到模具(9 )中，用于更换的渣包需要进行烘烤处理以保证熔渣进入渣包时的温降在可控区间； 模具(9 ):模具(9 )与渣口之间有对熔渣质量，液面和温度的自动控制装置，模具(9 )两侧连接有通入循环冷却水的外接装置`； 循环冷却水进水口( 10)和循环冷却水出水口( 14):通过外接装置在模具中通入循环冷却水对模具中的熔渣进行快速降温玻璃化处理； 辊道(11):以钢质结构的轧辊为主构成的辊道用于搬运模具(9)及脱模后的产品(16)； 核化加热区(15):辊道(11)两侧设有喷吹可燃性气体的升温进气口(22)； 晶化加热区(17):辊道(11)两侧设有喷吹可燃性气体的升温进气口(22)； 降温冷却区(18):辊道(11)两侧设有喷吹非还原性气体的降温进气口(23)； 打磨抛光设备(20):对冷却后的产品(16)进行表面打磨抛光处理。
8.根据权利要求7所述的模铸工艺设备，其特征在于:成分调质搅拌设备(4)设有备用设备，通过大型回转台来更换，用于更换的成分搅拌设备需要在使用之前进行烘烤处理。
【文档编号】C03C6/10GK103553340SQ201310541499
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2013年11月5日
【发明者】国宏伟, 张建良, 李新宇, 郭建 申请人:北京科技大学