節(jié)能型高爐渣微晶玻璃的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冶金固體廢棄物高附加值利用及節(jié)能降耗技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種節(jié)能型高爐渣微晶玻璃的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微晶玻璃是綜合玻璃和石材技術(shù)新發(fā)展起來(lái)的一種材料，由晶相和玻璃相構(gòu)成，因具有高強(qiáng)度、低熱膨脹系數(shù)、耐酸堿腐蝕、耐磨損等優(yōu)異性能，可廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域、耐熱面板、耐酸堿腐蝕及光學(xué)領(lǐng)域。從原料上來(lái)說(shuō)，微晶玻璃制備可以大量使用工業(yè)廢棄物，如粉煤灰、冶金塵泥、廢玻璃、冶金爐渣等，可以變廢為寶，具有明顯的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。
[0003]高爐渣作為鋼鐵冶金工業(yè)的副產(chǎn)品，其主要成分是氧化鈣、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。每生產(chǎn)一噸生鐵要產(chǎn)生300_400kg的高爐渣，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年產(chǎn)生的高爐渣在1.5億噸以上。目前，我國(guó)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，附加值很低。因此，如何大量使用高爐渣用于制造高附加值微晶玻璃，一直是冶金廢渣利用的研究熱點(diǎn)。當(dāng)前用來(lái)制備高爐渣微晶玻璃的方法大都是傳統(tǒng)的熔融加熱處理的方法，即先將混合物料進(jìn)行融化，然后冷卻得到母玻璃，隨后再進(jìn)行加熱完成熱處理過(guò)程。雖然在高爐渣微晶玻璃制備技術(shù)方面已經(jīng)開(kāi)展了大量研究，但是仍然存在能源消耗大、制造成本高的問(wèn)題。如發(fā)明專利[專利號(hào):200710054035.3]提出了一種利用高爐渣制備微晶玻璃的方法，其采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(méi)有提到利用液態(tài)高爐渣的顯熱，存在能源的浪費(fèi)。
[0004]尚爐漁的顯熱能級(jí)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。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(guò)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，而且還可以縮短制造周期。發(fā)明專利[申請(qǐng)?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Si02必須是熔融態(tài)，Si02的熔融仍然需要消耗大量的能源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)熔融態(tài)高爐渣具有高熱值的特點(diǎn)，提出了一種節(jié)能型高爐渣微晶玻璃的制備方法，即直接將高溫液態(tài)高爐渣的顯熱用于固態(tài)輔料的熔融，節(jié)省輔料熔融及成分均勻化所需要的熱量，后續(xù)的熱處理過(guò)程也是在單一多功能模具內(nèi)完成，無(wú)需更換爐窯，減少微晶玻璃的制備周期，解決了現(xiàn)有微晶玻璃制備過(guò)程工藝復(fù)雜、能源消耗大、生產(chǎn)成本高等問(wèn)題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是: 一種節(jié)能型高爐渣微晶玻璃的制備方法，包括以下步驟:
(1)設(shè)計(jì)高爐渣的用量在45-65%，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)在高爐煉鐵生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，取一定量的高溫液態(tài)高爐渣置于恒溫電爐的石墨坩禍內(nèi)，同時(shí)加入微晶玻璃制備所需的其它混勻輔料；輔料的熔融及全部物料的成分均勻化在1400-1500°C范圍內(nèi)某一溫度下恒溫的石墨坩禍內(nèi)完成，恒溫時(shí)間0.5-2小時(shí)；
(3)將完成全部熔融及成分均勻化的液態(tài)物料澆注到恒溫控制的模具中，模具的恒溫柔性控制在750-1250 V之間，根據(jù)微晶玻璃熱處理制度確定每一階段的恒溫時(shí)間，熱處理完成后停止模具供電加熱，微晶玻璃的形核和晶體長(zhǎng)大過(guò)程在模具內(nèi)完成并自然冷卻到室溫。
[0007]高爐煉鐵過(guò)程是一個(gè)連續(xù)化的工業(yè)生產(chǎn)，每次出渣的爐渣成分與上一爐次有很好的連續(xù)性。本發(fā)明在進(jìn)行微晶玻璃配料時(shí)，所使用的液態(tài)高爐渣成分為上一爐次的爐渣成分，然后按照預(yù)定的微晶玻璃成分計(jì)算需要加入的其它輔料用量。
[0008]電爐內(nèi)石墨坩禍的恒溫控制由計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)控制，根據(jù)輸入功率和恒溫時(shí)間可以計(jì)算出恒溫石墨坩禍所消耗的熱量。以等質(zhì)量同成分固態(tài)物料在石墨坩禍內(nèi)恒溫相同時(shí)間所消耗的熱量為基準(zhǔn)，可以粗略估算(忽略固態(tài)物料的熔化潛熱等因素的影響)出高溫熔融態(tài)高爐渣顯熱對(duì)恒溫坩禍能源消耗的貢獻(xiàn)比例。所使用的熔融態(tài)高爐渣越多，引入的液態(tài)爐渣溫度越高，可以節(jié)省的能源消耗越多。
[0009]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(diǎn)是:
(1)省去了傳統(tǒng)高爐渣微晶玻璃制備過(guò)程中的固態(tài)原料加熱熔融步驟，取而代之的是直接利用高爐生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的高溫液態(tài)高爐渣和固態(tài)輔料，同時(shí)加入恒溫坩禍中進(jìn)行輔料熔融和成分均勻化，這樣，不僅充分且高效地利用了熔融態(tài)高爐渣顯熱，避免了目前高爐渣處理工藝中的能源浪費(fèi)，而且還簡(jiǎn)化了高爐渣微晶玻璃的制備工藝，降低了生產(chǎn)成本，縮短了生產(chǎn)周期。相對(duì)于傳統(tǒng)熔融工藝制備相同成分的微晶玻璃，可以節(jié)省熔融階段能源消耗的50%以上。
[0010](2)可以根據(jù)不同的微晶玻璃原始成分，設(shè)計(jì)不同的微晶玻璃熱處理溫度和保溫時(shí)間，溫度的調(diào)節(jié)可以通過(guò)改變電阻絲的輸入功率來(lái)實(shí)現(xiàn)。為適應(yīng)制備不同微晶玻璃形狀的需求，在模具內(nèi)可以進(jìn)行任意形狀和尺寸的設(shè)計(jì)及劃分。模具的不同區(qū)域可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)溫度和保溫時(shí)間控制。同時(shí)，也可以根據(jù)微晶玻璃產(chǎn)品的組織和性能要求，設(shè)計(jì)出分段熱處理制度。在連續(xù)化的生產(chǎn)過(guò)程中，由于微晶玻璃在模具內(nèi)的熱處理時(shí)間較長(zhǎng)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮模具與高爐渣量之間的匹配性，可以進(jìn)行多模具循環(huán)使用的設(shè)計(jì)方式，也可以進(jìn)行單一模具多區(qū)域循環(huán)使用的方式。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的工藝流程框圖；
圖2是利用本發(fā)明所制得的節(jié)能型微晶玻璃的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；
圖3是利用本發(fā)明所制得的節(jié)能型微晶玻璃板的X射線衍射(XRD)圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但實(shí)施例不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何限制。
[0013]實(shí)施例1:
(1)設(shè)計(jì)高爐渣的用量在61.6%，高爐渣微晶玻璃的目標(biāo)成分(wt.%)為:Ca025%，Si0240%，Al20312%，Mg010%, K203%，Zn03%，Ti025%，高爐渣中的其他成分忽略。
[0014](2)前一爐次的高爐渣化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果為Ca040.57%，Si0234.15%,A120315.88%，Mg07.88%，K200.57%，Ti020.95%，以此成分檢測(cè)結(jié)果代表本次所用液態(tài)高爐渣的化學(xué)成分。本實(shí)施例所用液態(tài)高爐渣為616g，經(jīng)計(jì)算，所需要的各種輔料用量分別為:Si02190g，Al20322g，Mg052g，K2026g，Ti0244g，Zn030go
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