利用熔融態(tài)高爐渣一步成形微晶玻璃板的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冶金能源回收及固體廢棄物高附加值利用技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種利用熔融態(tài)高爐渣一步成形微晶玻璃板的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]利用粉煤灰、冶金塵泥、廢玻璃、冶金爐渣等固體廢棄物，再通過適當(dāng)?shù)某煞终{(diào)整制造微晶玻璃已經(jīng)得到了大量的研究。通常，所使用的廢棄物類型不同，所得到的微晶玻璃的主晶相也不同，進而其物理化學(xué)性能和機械性能也差別很大。
[0003]高爐渣的主要成分是氧化鈣、二氧化硅、氧化鋁和氧化鎂等氧化物，是制作微晶玻璃的良好原材料。早在上世紀(jì)60年代，英國鋼鐵研究協(xié)會就開始嘗試制備高爐渣微晶玻璃，前蘇聯(lián)也幾乎同時開始了類似的研究工作。最近這一領(lǐng)域的研究主要集中在添加形核劑以改善高爐渣微晶玻璃的結(jié)晶過程和組織控制。但是，這些工作所采用的制備方法都是傳統(tǒng)的熔融加熱處理的方法，即先將混合物料進行融化，然后冷卻得到母玻璃，隨后再進行加熱完成熱處理過程，熱處理過程往往都是分兩步來完成的。顯然，這樣的工藝方法不僅沒有利用高溫液態(tài)高爐渣的熱量，而且還額外需要大量的能源來進行物料的熔融和母玻璃的熱處理。
[0004]尚爐漁的顯熱能級很尚，在冶金彳丁業(yè)屬于尚品質(zhì)余熱資源。尚爐漁從尚爐內(nèi)排出的溫度通常在1450°c以上，每噸高爐渣所含的一次顯熱大致相當(dāng)于60kg標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值。由于回收技術(shù)上的困難，目前高爐渣顯熱的回收率極低。我國的高爐渣大部分采用水淬法制取水渣，然后作為水泥原料使用。雖然有些企業(yè)利用沖渣水的余熱用于供暖，能夠解決廠區(qū)內(nèi)部部分采暖或浴室的供熱，但是這種利用僅占高爐渣全部顯熱的10%左右，并且受時間和地域的限制，在夏季或者無取暖設(shè)施的南方地區(qū)，這部分能源也只能白白浪費掉。同時，沖水渣工藝還需要浪費大量寶貴的水資源。因此，若能將高溫熔融態(tài)高爐渣的顯熱資源用于微晶玻璃的制備過程，不僅能夠回收高爐渣的顯熱和降低微晶玻璃制備的成本，同時還顯著提高了高爐渣的利用價值。
[0005]目前，有一些授權(quán)或公開的發(fā)明專利涉及到高爐渣在微晶玻璃領(lǐng)域的利用，如發(fā)明專利[專利號:200710054035.3]提出了一種利用高爐渣制備微晶玻璃的方法，但使用的仍然是冷卻后的固態(tài)高爐渣，然后重新加熱到熔融態(tài)，并沒有提到利用液態(tài)高爐渣的顯熱，存在能源的浪費。發(fā)明專利[申請?zhí)?201010274345.8]提出了利用液態(tài)高爐渣直接制作微晶玻璃的方法，雖然利用了液態(tài)高爐渣的顯熱，但是加入的輔料S12必須是熔融態(tài)，并且需要提前預(yù)熱配料爐窯至高爐出渣溫度，S12的熔融及配料爐窯加熱至出渣溫度同樣需要消耗大量的能源。
[0006]本申請針對熔融態(tài)高爐渣具有高熱值的特點，提出了一種利用熔融態(tài)高爐渣一步成形微晶玻璃板的方法，即直接引入高溫液態(tài)高爐渣至成分均質(zhì)化爐窯內(nèi)，可以大大節(jié)省恒溫爐窯所需的外界能源消耗，然后將均質(zhì)化的高溫熔體澆注到恒溫模具中，一步完成凝固、形核和結(jié)晶及最后冷卻，縮短制造周期，降低生產(chǎn)成本和能源消耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單且高效利用熔融態(tài)高爐渣顯熱一步成形微晶玻璃的方法，以克服現(xiàn)有微晶玻璃制備過程工藝復(fù)雜、能源消耗大、生產(chǎn)成本高以及高爐渣顯熱資源浪費等不足。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種利用熔融態(tài)高爐渣一步成形微晶玻璃板的方法，包括以下步驟:
(1)設(shè)計高爐渣的用量在35-70%，高爐渣微晶玻璃的目標(biāo)成分(wt.%)為:Ca010-30%，Si0235-60%，Al20310-15%，Mg08-12%，K202-5%，Zn03-4%，Ti023-6%;
(2)根據(jù)前一爐次或前一次檢測的高爐渣成分和出渣速度，按照預(yù)定的微晶玻璃成分計算需要加入的各種輔料總量和混勻輔料加入速度，混勻輔料與高溫液態(tài)爐渣一起勻速加入到成分均質(zhì)化爐窯內(nèi)；成分均質(zhì)化爐窯恒溫在1450-1500 °C，輔料及液態(tài)爐渣在成分均質(zhì)化爐窯內(nèi)的滯留時間在I小時以上；
(3)將成分均質(zhì)化爐窯排出的已完成成分均勻化的高溫熔融態(tài)物料直接澆注到恒溫控制的模具中；根據(jù)高爐渣微晶玻璃的化學(xué)成分，模具的恒溫在750-1250Γ之間，恒溫時間在1-3小時，隨后停止恒溫加熱;熔融態(tài)高爐渣微晶玻璃在模具中一步完成凝固、形核、長大及自然冷卻到室溫，最終脫模得到預(yù)設(shè)厚度及尺寸的微晶玻璃板。
[0009]高爐煉鐵過程是一個連續(xù)化的工業(yè)生產(chǎn)，每次出鐵時的生鐵及爐渣成分都與前一爐次有很好的連續(xù)性。本發(fā)明在進行微晶玻璃配料時，對于小型高爐的非連續(xù)性出鐵和出渣，用前一爐次的爐渣成分、出渣時間及總渣量代表本次所使用的原始高爐渣成分、出渣時間及總渣量;對于大型高爐的連續(xù)性出鐵和出渣，可以周期性的檢測爐渣成分和計算出渣速度，前一次檢測的爐渣成分和出渣速度代表本次所使用的原始高爐渣成分和出渣速度。
[0010]采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點是:
本發(fā)明充分且高效利用了熔融態(tài)高爐渣的一次顯熱，避免了能源浪費，提出了合適的制備工藝過程及微晶玻璃化學(xué)成分;從成分均質(zhì)化爐窯中排出的完成成分均勻化的高溫熔融態(tài)物料直接澆注到可以進行恒溫控制的模具中，在模具中一步完成凝固、形核、長大及冷卻，無需更換爐窯，最終脫模得到預(yù)設(shè)厚度及尺寸的微晶玻璃板，相比傳統(tǒng)技術(shù)省去了原料的混合和長時間熔化過程，簡化了高爐渣微晶玻璃的制備步驟，降低了生產(chǎn)成本和制造周期;本發(fā)明既可以滿足連續(xù)化大規(guī)模微晶玻璃的生產(chǎn)，也可以進行小批量或間斷性的微晶玻璃制備;本發(fā)明制備的微晶玻璃可用于建筑行業(yè)的裝飾材料，亦可用于電磁爐等家居用品的耐熱面板。
[0011 ]作為優(yōu)選，本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案是:
步驟(I)中的高爐渣的用量為37%，得到的微晶玻璃主晶相為透輝石和普通輝石。
[0012 ]步驟(2 )中的混勻輔料加入速度=需要加入的混勻輔料總量/出渣時間。
[0013]步驟(2)中的混勻輔料由螺旋型給料器送料至成分均質(zhì)化爐窯。
[0014]步驟(2)中的成分均質(zhì)化爐窯的爐殼呈瘦高型，爐膛中間設(shè)有擋墻，擋墻使原料從爐窯一側(cè)進入，從擋墻下部流入爐窯另一側(cè)，并從上部出口流出，最后的殘渣從爐窯底部的殘渣排出口排出。爐窯設(shè)計成瘦高型并且在中間設(shè)有擋墻，其目的是為了讓輔料與高爐渣進行充分的成分均勻化。
[0015]步驟(3)中模具的恒溫在1100 °C至1200 °C之間，恒溫時間控制在1.5小時。
[0016]步驟(3)中的模具外殼為不銹鋼，內(nèi)部由耐火磚砌筑而成，發(fā)熱材料為鋪設(shè)在耐火磚下的電阻絲或SiC棒，溫度由計算機程序控制。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明實施例的工藝流程示意圖；
圖2是利用本發(fā)明制得的一種微晶玻璃板的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；
圖3是利用本發(fā)明所制得的一種微晶玻璃板的X射線衍射(XRD)圖譜。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步闡述，但實施例不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。
[0019]下述實施例是在高爐出鐵場利用某次出鐵的部分熔融態(tài)爐渣進行的。由于是實驗型實施例，在現(xiàn)場用置于電阻爐中的石墨坩禍代替成分均質(zhì)化爐窯，利用電腦程序設(shè)定石墨坩禍保持恒溫，當(dāng)加入液態(tài)高溫爐渣后，電阻爐的輸入電流自動降低，即熔融態(tài)高爐渣顯熱降低了爐窯恒溫所需的外部能源消耗。為模擬混勻輔料與液態(tài)高爐渣同時加入到爐窯中，實施例實施時混勻輔料和液態(tài)爐渣均等分3份，相互穿插以此加入，即按此順序依次快速加入石墨坩禍:1/3液態(tài)爐渣+1/3混勻輔料+1/3液態(tài)爐渣+1/3混勻輔料+1/3液態(tài)爐渣+1/3混勻輔料。
[0020]下述實施例的工藝流程參見圖1。
[0021]實施例1:
(I)設(shè)計高爐渣的用量在37%，高爐渣微晶玻璃的目標(biāo)成分(wt.%)為:Ca015%，Si0250%，Al2O312%，Mg010%，K203%，Zn03%，Ti025%，高爐渣中的其他成分忽略。
[0022](2)前一爐次的高爐渣化學(xué)成分檢測結(jié)果為0&040.57%，310234.15%4120315.88%，Mg07.88%,K2O