利用熔融态高炉渣一步成形微晶玻璃板的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用熔融态高炉渣一步成形微晶玻璃板的方法。其以熔融态高炉渣和商用化学试剂为原料，高炉渣用量在35‑70%，高炉渣微晶玻璃的目标成分（wt.%）为：CaO10‑30%，SiO235‑60%，Al2O310‑15%，MgO8‑12%，K2O2‑5%，ZnO3‑4%，TiO23‑6%；所有物料在恒温炉窑中完成成分均匀化，然后浇注到模具中，在模具中一步完成凝固、形核、长大及冷却，最终脱模得到微晶玻璃板。本发明专利技术充分且高效利用了熔融态高炉渣的一次显热，避免了能源浪费，提出了合适的制备工艺过程及微晶玻璃化学成分，制备步骤简单、成本低、周期短。

One-step Forming Method of Glass-ceramics Plate with Molten Blast Furnace Slag

The invention relates to a method for one-step forming glass-ceramics plate by using molten blast furnace slag. With molten blast furnace slag and commercial chemical reagents as raw materials, the amount of blast furnace slag is 35 70%, and the target composition of glass-ceramics of blast furnace slag (wt.%) is CaO 10 30%, SiO 2 35 60%, AlO 3 15%, MgO 8 12%, KO 2 5%, ZnO 3 4%, and TiO 23 6%. All materials are homogenized in constant temperature kiln, and then poured into mould to complete solidification, solidification and titanium dioxide in one step. After nucleation, growth and cooling, the glass-ceramics were finally demoulded. The invention fully and efficiently utilizes the primary sensible heat of molten blast furnace slag, avoids energy waste, and proposes a suitable preparation process and chemical composition of glass-ceramics, with simple preparation steps, low cost and short cycle.

【技术实现步骤摘要】
利用熔融态高炉渣一步成形微晶玻璃板的方法
本专利技术涉及冶金能源回收及固体废弃物高附加值利用
，具体是一种利用熔融态高炉渣一步成形微晶玻璃板的方法。
技术介绍
利用粉煤灰、冶金尘泥、废玻璃、冶金炉渣等固体废弃物，再通过适当的成分调整制造微晶玻璃已经得到了大量的研究。通常，所使用的废弃物类型不同，所得到的微晶玻璃的主晶相也不同，进而其物理化学性能和机械性能也差别很大。高炉渣的主要成分是氧化钙、二氧化硅、氧化铝和氧化镁等氧化物，是制作微晶玻璃的良好原材料。早在上世纪60年代，英国钢铁研究协会就开始尝试制备高炉渣微晶玻璃，前苏联也几乎同时开始了类似的研究工作。最近这一领域的研究主要集中在添加形核剂以改善高炉渣微晶玻璃的结晶过程和组织控制。但是，这些工作所采用的制备方法都是传统的熔融加热处理的方法，即先将混合物料进行融化，然后冷却得到母玻璃，随后再进行加热完成热处理过程，热处理过程往往都是分两步来完成的。显然，这样的工艺方法不仅没有利用高温液态高炉渣的热量，而且还额外需要大量的能源来进行物料的熔融和母玻璃的热处理。高炉渣的显热能级很高，在冶金行业属于高品质余热资源。高炉渣从高炉内排出的温度通常在1450℃以上，每吨高炉渣所含的一次显热大致相当于60kg标准煤的热值。由于回收技术上的困难，目前高炉渣显热的回收率极低。我国的高炉渣大部分采用水淬法制取水渣，然后作为水泥原料使用。虽然有些企业利用冲渣水的余热用于供暖，能够解决厂区内部部分采暖或浴室的供热，但是这种利用仅占高炉渣全部显热的10%左右，并且受时间和地域的限制，在夏季或者无取暖设施的南方地区，这部分能源也只能白白浪费掉。同时，冲水渣工艺还需要浪费大量宝贵的水资源。因此，若能将高温熔融态高炉渣的显热资源用于微晶玻璃的制备过程，不仅能够回收高炉渣的显热和降低微晶玻璃制备的成本，同时还显著提高了高炉渣的利用价值。目前，有一些授权或公开的专利技术专利涉及到高炉渣在微晶玻璃领域的利用，如专利技术专利[专利号：200710054035.3]提出了一种利用高炉渣制备微晶玻璃的方法，但使用的仍然是冷却后的固态高炉渣，然后重新加热到熔融态，并没有提到利用液态高炉渣的显热，存在能源的浪费。专利技术专利[申请号：201010274345.8]提出了利用液态高炉渣直接制作微晶玻璃的方法，虽然利用了液态高炉渣的显热，但是加入的辅料SiO2必须是熔融态，并且需要提前预热配料炉窑至高炉出渣温度，SiO2的熔融及配料炉窑加热至出渣温度同样需要消耗大量的能源。本申请针对熔融态高炉渣具有高热值的特点，提出了一种利用熔融态高炉渣一步成形微晶玻璃板的方法，即直接引入高温液态高炉渣至成分均质化炉窑内，可以大大节省恒温炉窑所需的外界能源消耗，然后将均质化的高温熔体浇注到恒温模具中，一步完成凝固、形核和结晶及最后冷却，缩短制造周期，降低生产成本和能源消耗。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种工艺简单且高效利用熔融态高炉渣显热一步成形微晶玻璃的方法，以克服现有微晶玻璃制备过程工艺复杂、能源消耗大、生产成本高以及高炉渣显热资源浪费等不足。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种利用熔融态高炉渣一步成形微晶玻璃板的方法，包括以下步骤：（1）设计高炉渣的用量在35-70%，高炉渣微晶玻璃的目标成分（wt.%）为：CaO10-30%，SiO235-60%，Al2O310-15%，MgO8-12%，K2O2-5%，ZnO3-4%，TiO23-6%；（2）根据前一炉次或前一次检测的高炉渣成分和出渣速度，按照预定的微晶玻璃成分计算需要加入的各种辅料总量和混匀辅料加入速度，混匀辅料与高温液态炉渣一起匀速加入到成分均质化炉窑内；成分均质化炉窑恒温在1450-1500℃，辅料及液态炉渣在成分均质化炉窑内的滞留时间在1小时以上；（3）将成分均质化炉窑排出的已完成成分均匀化的高温熔融态物料直接浇注到恒温控制的模具中；根据高炉渣微晶玻璃的化学成分，模具的恒温在750-1250℃之间，恒温时间在1-3小时，随后停止恒温加热；熔融态高炉渣微晶玻璃在模具中一步完成凝固、形核、长大及自然冷却到室温，最终脱模得到预设厚度及尺寸的微晶玻璃板。高炉炼铁过程是一个连续化的工业生产，每次出铁时的生铁及炉渣成分都与前一炉次有很好的连续性。本专利技术在进行微晶玻璃配料时，对于小型高炉的非连续性出铁和出渣，用前一炉次的炉渣成分、出渣时间及总渣量代表本次所使用的原始高炉渣成分、出渣时间及总渣量；对于大型高炉的连续性出铁和出渣，可以周期性的检测炉渣成分和计算出渣速度，前一次检测的炉渣成分和出渣速度代表本次所使用的原始高炉渣成分和出渣速度。采用上述技术方案的本专利技术，与现有技术相比，其优点是：本专利技术充分且高效利用了熔融态高炉渣的一次显热，避免了能源浪费，提出了合适的制备工艺过程及微晶玻璃化学成分；从成分均质化炉窑中排出的完成成分均匀化的高温熔融态物料直接浇注到可以进行恒温控制的模具中，在模具中一步完成凝固、形核、长大及冷却，无需更换炉窑，最终脱模得到预设厚度及尺寸的微晶玻璃板，相比传统技术省去了原料的混合和长时间熔化过程，简化了高炉渣微晶玻璃的制备步骤，降低了生产成本和制造周期；本专利技术既可以满足连续化大规模微晶玻璃的生产，也可以进行小批量或间断性的微晶玻璃制备；本专利技术制备的微晶玻璃可用于建筑行业的装饰材料，亦可用于电磁炉等家居用品的耐热面板。作为优选，本专利技术更进一步的技术方案是：步骤（1）中的高炉渣的用量为37%，得到的微晶玻璃主晶相为透辉石和普通辉石。步骤（2）中的混匀辅料加入速度=需要加入的混匀辅料总量/出渣时间。步骤（2）中的混匀辅料由螺旋型给料器送料至成分均质化炉窑。步骤（2）中的成分均质化炉窑的炉壳呈瘦高型，炉膛中间设有挡墙，挡墙使原料从炉窑一侧进入，从挡墙下部流入炉窑另一侧，并从上部出口流出，最后的残渣从炉窑底部的残渣排出口排出。炉窑设计成瘦高型并且在中间设有挡墙，其目的是为了让辅料与高炉渣进行充分的成分均匀化。步骤（3）中模具的恒温在1100℃至1200℃之间，恒温时间控制在1.5小时。步骤（3）中的模具外壳为不锈钢，内部由耐火砖砌筑而成，发热材料为铺设在耐火砖下的电阻丝或SiC棒，温度由计算机程序控制。附图说明图1是本专利技术实施例的工艺流程示意图；图2是利用本专利技术制得的一种微晶玻璃板的扫描电子显微镜（SEM）照片；图3是利用本专利技术所制得的一种微晶玻璃板的X射线衍射（XRD）图谱。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步阐述，但实施例不对本专利技术构成任何限制。下述实施例是在高炉出铁场利用某次出铁的部分熔融态炉渣进行的。由于是实验型实施例，在现场用置于电阻炉中的石墨坩埚代替成分均质化炉窑，利用电脑程序设定石墨坩埚保持恒温，当加入液态高温炉渣后，电阻炉的输入电流自动降低，即熔融态高炉渣显热降低了炉窑恒温所需的外部能源消耗。为模拟混匀辅料与液态高炉渣同时加入到炉窑中，实施例实施时混匀辅料和液态炉渣均等分3份，相互穿插以此加入，即按此顺序依次快速加入石墨坩埚：1/3液态炉渣+1/3混匀辅料+1/3液态炉渣+1/3混匀辅料+1/3液态炉渣+1/3混匀辅料。下述实施例的工艺流程参见图1。实施例1：（1）设计高炉渣的用量在37%，高炉渣微晶玻璃的目标成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用熔融态高炉渣一步成形微晶玻璃板的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）设计高炉渣的用量在37%，高炉渣微晶玻璃的目标成分按照质量百分比为：CaO10‑30%，SiO235‑60%，Al2O310‑15%，MgO8‑12%，K2O2‑5%，ZnO3‑4%，TiO23‑6%；得到的微晶玻璃主晶相为透辉石和普通辉石；（2）根据前一炉次或前一次检测的高炉渣成分和出渣速度，按照预定的微晶玻璃成分计算需要加入的各种辅料总量和混匀辅料加入速度，混匀辅料与高温液态炉渣一起匀速加入到成分均质化炉窑内；成分均质化炉窑恒温在1450‑1500℃，辅料及液态炉渣在成分均质化炉窑内的滞留时间在1小时以上；混匀辅料加入速度=需要加入的混匀辅料总量/出渣时间；混匀辅料由螺旋型给料器送料至成分均质化炉窑；成分均质化炉窑的炉壳呈瘦高型，炉膛中间设有挡墙，挡墙使原料从炉窑一侧进入，从挡墙下部流入炉窑另一侧，并从上部出口流出，最后的残渣从炉窑底部的残渣排出口排出；（3）将成分均质化炉窑排出的已完成成分均匀化的高温熔融态物料直接浇注到恒温控制的模具中；根据高炉渣微晶玻璃的化学成分，模具的恒温在1100℃‑1200℃之间，恒温时间在1.5小时，随后停止恒温加热；高温熔融态物料在模具中一步完成凝固、形核、长大及自然冷却到室温，最终脱模得到预设厚度及尺寸的微晶玻璃板；模具外壳为不锈钢，内部由耐火砖砌筑而成，发热材料为铺设在耐火砖下的电阻丝或SiC棒，温度由计算机程序控制。...

【技术特征摘要】
1.一种利用熔融态高炉渣一步成形微晶玻璃板的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）设计高炉渣的用量在37%，高炉渣微晶玻璃的目标成分按照质量百分比为：CaO10-30%，SiO235-60%，Al2O310-15%，MgO8-12%，K2O2-5%，ZnO3-4%，TiO23-6%；得到的微晶玻璃主晶相为透辉石和普通辉石；（2）根据前一炉次或前一次检测的高炉渣成分和出渣速度，按照预定的微晶玻璃成分计算需要加入的各种辅料总量和混匀辅料加入速度，混匀辅料与高温液态炉渣一起匀速加入到成分均质化炉窑内；成分均质化炉窑恒温在1450-1500℃，辅料及液态炉渣在成分均质化炉窑内的滞留时间在1小时以上；混匀辅料加入速度=需要加入的混...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋春燕，贵永亮，王书桓，谢春帅，秦荣环，
申请(专利权)人：华北理工大学，
类型：发明
国别省市：河北,13