專利名稱：一種利用熱態(tài)高爐渣制造礦渣纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦渣纖維，尤其涉及一種直接利用工業(yè)熱態(tài)高爐渣并充分利用工業(yè)熱
能的礦渣纖維制造方法，屬于資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
礦渣纖維在廣義上又稱為無(wú)機(jī)玻璃纖維，具有耐高溫，抗腐蝕，強(qiáng)度高，比重輕，電絕緣性好，吸濕低，延伸小等優(yōu)良特性，廣泛用于各種工業(yè)部門及生活領(lǐng)域。尤其是玻璃纖維作為增強(qiáng)基材，是一種極具發(fā)展前途的結(jié)構(gòu)和功能材料。 玻璃纖維是由硅酸鹽的熔體制成的，各種玻璃纖維的結(jié)構(gòu)組成基本相同，都是由無(wú)規(guī)則的二氧化硅網(wǎng)絡(luò)所組成。熔融的二氧化硅冷至熔點(diǎn)以下時(shí)，因其粘度非常大，液體流動(dòng)性能很差，需加入氧化鈣，氧化鎂等降低其粘度，利于玻璃纖維的形成。此外，還可以加入其他一些成分，以實(shí)現(xiàn)玻璃纖維的最終用途。 然而，玻璃纖維存在的一個(gè)重要問(wèn)題就是價(jià)格較高，能耗較大，所以為了擴(kuò)大它的適用性和使用范圍，如何降低成本已經(jīng)成為十分重要的研究課題。 國(guó)內(nèi)外，因玻璃纖維的種類、用途等不同，其生產(chǎn)的方法很多。制造長(zhǎng)絲和短纖維玻璃纖維的方法主要有三種，即機(jī)械拉絲法、離心力拉絲法和流動(dòng)氣體吹絲法，這些方法也可組合使用。 機(jī)械拉絲法廣泛地用于生產(chǎn)玻璃長(zhǎng)絲，而生產(chǎn)玻璃短纖維則主要采用離心力拉絲法和流動(dòng)氣體拉絲法，不同方法對(duì)應(yīng)不同的成分及液體粘度。涉及到制造玻璃纖維所用的原料，在其發(fā)展初期，較多采用坩鍋法拉絲爐，生產(chǎn)玻璃纖維的原料是玻璃球，制造玻璃球，首先要將各種礦石進(jìn)行粉碎，以粉料的形式加入，然后根據(jù)玻璃成分，制成配合料，送入玻璃溶窯進(jìn)行融化，形成玻璃液。合格的玻璃液流經(jīng)喂料池，并從喂料口流出形成料股。對(duì)于料股的溫度，中堿玻璃球一般為1150 117(TC，無(wú)堿玻璃為1200 1220°C。后來(lái)發(fā)展較多的池窯法拉絲，則以其自身的生產(chǎn)特點(diǎn)，直接用生產(chǎn)玻璃球的配合料作為原料。但不論哪種方法，都需要將玻璃纖維原料進(jìn)行高溫再融化，不但耗費(fèi)時(shí)間，更重要的是浪費(fèi)了大量能源。 熱態(tài)高爐渣指的是直接從高爐煉鐵中產(chǎn)生的高溫廢棄物，其溫度可高達(dá)150(TC左右，其主要礦物組成有f丐黃長(zhǎng)石、鎂黃長(zhǎng)石、f丐長(zhǎng)石、疆輝石、硅灰石、二硅酸三f丐等。從高爐渣的化學(xué)成分和礦物組成來(lái)看，它屬于硅酸鹽范疇。組成高爐渣的四種主要氧化物，正是普通鈉鈣硅玻璃的主要成分。而高爐渣作為原料應(yīng)用于玻璃制造工業(yè)從上世紀(jì)三四十年代就已經(jīng)開(kāi)始采用，其所占原料成分比例逐步提高，最高達(dá)到30 % 。然而高爐渣應(yīng)用于無(wú)機(jī)玻璃纖維的制造研究則較少，其主要制約因素是由于高爐渣含有氧化鈣，鎂等堿性氧化物，堿度較高，高溫液態(tài)粘度較大，不利于成絲。 因此，利用熱態(tài)高爐渣制備高性能無(wú)機(jī)纖維，通過(guò)鋼鐵與電力工業(yè)的聯(lián)產(chǎn)工業(yè)進(jìn)行連續(xù)玻璃纖維的生產(chǎn)作業(yè)，達(dá)到工業(yè)原料以及廢棄能源的合理利用，具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種利用熱態(tài)高爐渣為原料通過(guò)適當(dāng)加入少量酸性氧化物或含有酸性氧化物的礦物或工業(yè)廢棄物直接制造礦渣纖維的方法。該方法的優(yōu)勢(shì)在于，聯(lián)合高爐煉鐵工業(yè)和熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電工業(yè)，充分利用熱態(tài)高爐渣的熱量和纖維冷卻余熱，提高能源使用效率，減少能源損耗，有利于環(huán)境保護(hù)和成本降低。 該方法直接以熱態(tài)高爐渣為主要原料，通過(guò)添加少量含酸性氧化物(如二氧化硅和/或三氧化二鋁)的另一反應(yīng)物，例如純酸性氧化物或含有酸性氧化物的礦物或工業(yè)廢棄物，進(jìn)行熔融反應(yīng)，并通過(guò)常用的成絲方法制成礦渣纖維。反應(yīng)物中可進(jìn)一步加入一定量的特殊添加劑，從而制備具有一定直徑和長(zhǎng)度以及一定柔性和強(qiáng)度并分別具有不同特征性能和用途的玻璃無(wú)機(jī)纖維。 優(yōu)選地，所述熱態(tài)高爐渣的重量占所述熱態(tài)高爐渣和所述酸性氧化物的總重量的40 95%，所述酸性氧化物的重量占所述熱態(tài)高爐渣和所述酸性氧化物的總重量的5 60%。 優(yōu)選地，所述熱態(tài)高爐渣和所述另一反應(yīng)物的熔融物中可包括添加劑，所述添加劑調(diào)節(jié)制成的礦渣纖維的性能參數(shù)，所述添加劑的重量占所述熱態(tài)高爐渣、所述酸性氧化物和所述添加劑的總重量的0. 1 10%。所述添加劑包括堿金屬(比如Li、Na、K)、堿土金屬(比如Mg、Ca)鋁、硼、鈦、鋯、鈹?shù)难趸镏械囊环N或多種。 具體地，先通過(guò)渣輥車將高爐出渣口直接排出的熱態(tài)高溫高爐渣輸送至多個(gè)一定
體積的旋轉(zhuǎn)混料機(jī)中，按需要的配比加入所述含酸性氧化物的另一反應(yīng)物以及根據(jù)礦渣纖
維的特殊性能要求加入一些特殊添加劑，進(jìn)行熱熔融攪拌。通過(guò)控制溫度與反應(yīng)物組成，從
而控制液體原料的粘度與表面張力，然后通過(guò)氣體噴吹或甩絲方法制備礦渣纖維。 加入所述另一反應(yīng)物時(shí)，所述熱態(tài)高爐渣的溫度應(yīng)通過(guò)保溫措施盡可能控制在較
高范圍，優(yōu)選控制在700 155(TC的范圍內(nèi)。 綜上，通過(guò)在熱態(tài)高爐渣中加入不同比例不同成分的酸性氧化物調(diào)節(jié)熔融反應(yīng)液的粘度，通過(guò)加入添加劑調(diào)控產(chǎn)品性能，加之控制不同的反應(yīng)溫度以及采用不同的成絲方法，可以獲得不同性能與規(guī)格的礦渣纖維。 此外，通過(guò)設(shè)定的成絲方法制成礦渣纖維后，向所述礦渣纖維通入冷卻氣體以冷卻所述礦渣纖維，然后排出所述氣體，將所述排出后的氣體通入熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行氣體發(fā)電或?qū)⑺鰵怏w用于供熱或工業(yè)用熱。 為了適應(yīng)不同的排出氣體使用需求，可通過(guò)控制冷卻氣體的流量控制排出氣體的溫度。 一般來(lái)說(shuō)，排出氣體的溫度控制在300 1 OO(TC的范圍內(nèi)為宜。
本發(fā)明制得的玻璃無(wú)機(jī)纖維可用于各種保溫材料和隔熱材料，通過(guò)加入特殊添加劑獲得不同性能的無(wú)機(jī)礦渣纖維更可用在更多廣泛領(lǐng)域，如增強(qiáng)，紡織，絕緣材料等。
本發(fā)明利用熱態(tài)高爐渣天然的硅酸鹽成分，充分利用其本身的高溫?zé)崃?，通過(guò)不同含量和成分的酸性氧化物調(diào)節(jié)熔化特性，在不同的添加劑配比和不同的工藝條件下，實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)纖維的可控制備。該生產(chǎn)工藝整合了煉鐵工業(yè)及熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電工業(yè)，高效合理的實(shí)現(xiàn)了工業(yè)廢料，工業(yè)余熱的綜合利用，充分體現(xiàn)了工業(yè)聯(lián)產(chǎn)的理念，具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。


圖1是實(shí)施例1制造礦渣纖維的流程 圖2是實(shí)施例1制得的礦渣纖維的SEM照片；
圖3是實(shí)施例2制得的礦渣纖維的SEM照片；
圖4是實(shí)施例3制得的礦渣纖維的低倍SEM照片。
圖5是實(shí)施例3制得的礦渣纖維的高倍SEM照片；
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)具體實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
實(shí)施例一 按照如圖1所示的流程制造礦渣纖維。 具體來(lái)說(shuō)，先通過(guò)渣輥車將高爐出渣口直接排出的溫度為700 155(TC的高爐渣輸送至多個(gè)旋轉(zhuǎn)混料熔爐中，加入由二氧化硅和氧化鋁組成的酸性氧化物，其中，高爐渣和酸性氧化物的重量比為(40 95) : (5 60)，此外在加入上述酸性氧化物的同時(shí)，加入由氧化鎂和氧化鈣組成的添加劑，所述添加劑的重量占高爐渣、酸性氧化物和添加劑的總重量的0. 1 10%。 然后進(jìn)行加熱熔融，并通過(guò)氣體噴吹攪拌均勻。 反應(yīng)完成后，通過(guò)噴絲方式制造礦渣纖維。氣體壓力控制在6個(gè)大氣壓。
將渣加熱至溫度為1600°C 。 排出氣體的溫度可通過(guò)控制通入的冷卻氣體的流量進(jìn)行控制。排出氣體的溫度在300 1000。C的范圍內(nèi)為宜。 將排出空氣通入熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備中發(fā)電，實(shí)現(xiàn)能源的綜合利用。
圖2給出了本實(shí)施例制得的礦渣纖維的SEM照片。
實(shí)施例二 本實(shí)施例采用和實(shí)施例一相同的流程制造礦渣纖維，區(qū)別在于 將熱態(tài)高爐渣的溫度從160(TC提高到1630°C，同時(shí)為了得到抗氧化能力強(qiáng)，且致
密的纖維棉，在添加劑中加入少量硼，加入的硼的重量占高爐渣、酸性氧化物和添加劑的總
重量的0. 003%。 圖3給出了本實(shí)施例制得的礦渣纖維的SEM照片。
實(shí)施例三 本實(shí)施例采用和實(shí)施例一相同的流程制造礦渣纖維，區(qū)別在于 進(jìn)一步將熱態(tài)高爐渣的溫度從160(TC升高至165(TC，適當(dāng)提高酸性氧化物二氧
化硅和氧化鋁的百分含量，氣壓控制在6到8個(gè)大氣壓。 圖4和圖5給出了本實(shí)施例制得的礦渣纖維的SEM照片。
權(quán)利要求
一種利用熱態(tài)高爐渣制造礦渣纖維的方法，其特征在于，所述方法包括在熱態(tài)高爐渣中加入含酸性氧化物的另一反應(yīng)物，熔融后進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后通過(guò)設(shè)定的成絲方法制成礦渣纖維。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述另一反應(yīng)物是純酸性氧化物或含酸性 氧化物的礦物或工業(yè)廢棄物。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述酸性氧化物包括二氧化硅和/或三 氧化二鋁。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱態(tài)高爐渣的重量占所述熱態(tài)高爐渣 和所述酸性氧化物的總重量的40 95%，所述酸性氧化物的重量占所述熱態(tài)高爐渣和所 述酸性氧化物的總重量的5 60%。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱態(tài)高爐渣和所述另一反應(yīng)物的熔融 物中包括添加劑，所述添加劑調(diào)節(jié)制成的礦渣纖維的性能參數(shù)，所述添加劑的重量占所述 熱態(tài)高爐渣、所述酸性氧化物和所述添加劑的總重量的0. 1 10%。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述添加劑包括堿金屬、堿土金屬、鋁、硼、 鈦、鋯、鈹?shù)难趸镏械囊环N或多種。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)設(shè)定的成絲方法制成礦渣纖維，在成絲 過(guò)程中向所述礦渣纖維通入冷卻氣體以冷卻所述礦渣纖維，然后排出所述氣體，將所述排 出后的氣體通入熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行高溫氣體發(fā)電或?qū)⑺鰵怏w用于供熱或工業(yè)用熱。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，通過(guò)控制所述冷卻氣體的流量控制所述排 出的氣體的溫度。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述排出的氣體的溫度在300 IOO(TC的 范圍內(nèi)。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，加入所述另一反應(yīng)物時(shí)，所述熱態(tài)高爐渣 的溫度在700 155(TC的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用熱態(tài)高爐渣制造礦渣纖維的方法，屬于資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法包括在熱態(tài)高爐渣中加入含酸性氧化物的另一反應(yīng)物，熔融后進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后通過(guò)設(shè)定的成絲方法制成礦渣纖維。所述另一反應(yīng)物是純酸性氧化物或含酸性氧化物的礦物或工業(yè)廢棄物。所述酸性氧化物包括二氧化硅和/或三氧化二鋁。所述熱態(tài)高爐渣和酸性氧化物的重量比為(40～95)∶(5～60)。本發(fā)明可用于鋼鐵與電力工業(yè)的聯(lián)產(chǎn)，達(dá)到工業(yè)原料以及廢棄能源的合理利用，具有重要意義。此外，本發(fā)明制得的礦渣纖維可用于各種保溫材料和隔熱材料，通過(guò)加入特殊添加劑獲得不同性能的無(wú)機(jī)礦渣纖維更可用在更多廣泛領(lǐng)域，如增強(qiáng)，紡織，絕緣材料等。
文檔編號(hào)C03B37/00GK101704631SQ200910238030
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者馮英杰, 劉麗麗, 張作泰, 張梅, 王習(xí)東, 郭敏 申請(qǐng)人:北京大學(xué)