一种利用高炉熔渣生产泡沫微晶玻璃板材的方法及其设备的制作方法[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。在高炉冶炼过程中，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，同时大量使用的水资源不能被循环重复利用，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]泡沫微晶玻璃由玻璃相、晶体和气孔三部分组成，在均匀分布着大量气孔的玻璃相基体中，分布着大量的微小晶体，使玻璃与晶体网络连接在一起，形成玻晶交织结构，是一种性能优越的新型多功能材料。由于泡沫微晶玻璃本身的结构特征和材料特性，使泡沫微晶玻璃具有诸多优良性能:①不吸水、不吸湿、不会因长年使用降低隔热保温效果；②具有良好隔热性能，不燃烧，能在-270~500°C广阔温度范围内使用；③具有良好隔音性能；④机械强度高，且易 于加工、切割或粘拼成各种形状的制品不风化、不老化、本身无毒、无放射性和腐蚀性不受鼠吃虫咬和微生物腐蚀；⑦具有良好耐酸耐碱性。[0004]在已公开的中国专利(申请号:201010537506.8，公布日:2011年5月18日)公开了一种利用高炉热熔渣制备泡沫微晶玻璃及其方法，以高炉热熔渣为主要原料，将粉煤灰，硼砂，纯碱，稀选尾矿，石英砂等分别计量，混匀，烧制成多孔块体加入渣包中，利用高炉热熔渣进行熔融，熔融料经水淬得到不同粒度的玻璃水淬料；将玻璃水淬料干燥，球磨，加入发泡剂，混合，压制或铺料成型，然后经核化、晶化、烧结制备出泡沫微晶玻璃。中国专利申请(申请号:201210383926.4，公布日:2012年12月26日)公布了一种利用复合工业废渣生产泡沫微晶玻璃的方法，其特征是将不同工业废渣破碎，按比例混合后研磨成生料粉，将生料粉加热融化、淬火、干燥后研磨成熟料粉，然后添加晶核剂、发泡剂、稳泡剂、助熔剂、增强剂形成泡沫微晶玻璃配合料，将配合料压制成型后，经过预热、发泡、稳泡、退火阶段，烧成后得到泡沫微晶玻璃。中国专利申请(申请号:201210326090.4，公布日:2012年12月12日)公布了一种利用液态红热钢铁炉渣作为主要原料，添加一定量的矿物原料和少量化工原料等辅助原料制备而成的。其制备方法包括以下步骤:(I)液态红热钢铁渣先经渣包沉淀除去钢铁得到无铁液态红热钢铁渣，再按比例将其中混合好的辅助原料同时加入到搅拌池中；搅拌池内装有一组旋转式搅拌器，搅拌器将钢铁渣和辅助原料及两者反应生成的气泡搅拌均匀，形成泡沫玻璃；(2)将泡沫玻璃于1000~1250°C成型得到泡沫玻璃毛坯；(3)将泡沫玻璃毛坯送进保温炉，在随炉冷却过程中，使泡沫玻璃晶化和退火，转变为泡沫微晶玻璃毛坯；(4)将泡沫微晶玻璃毛坯加工成产品所需尺寸。[0005]以上公开的专利说明，泡沫微晶玻璃的原料主要是高炉热熔渣，工业废渣和液态红热钢铁渣，虽利用了熔渣的部分热能，但热处理生产过程中能耗大。且其产品主要是泡沫微晶玻璃，表面多孔粗糙，观赏效果差。

[0006]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泡沫微晶玻璃板材的方法及其设备，从而可以大量使用高炉熔渣所含的热能和钢铁企业的副产煤气，减少了废水、废气、废渣和烟尘的产生，减少了高炉冶炼对环境的污染及资源的过度消耗，大大提高了高炉渣的适用范围，提高钢铁企业的经济利润。
[0007]为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0008]本发明提供一种利用高炉熔渣生产泡沫微晶玻璃板材的方法，所述方法包括下述原料，所述百分比为质量百分比，高炉熔渣占总原料质量的40-80%，成分改质剂的添加量占总原料质量的15-55%，澄清剂的加入量占总原料质量的0.2~10%;着色剂添加量占总原料质量的0-5% ；
[0009]所述方法包括下述主要步骤:
[0010](I)调质搅拌:高炉熔渣转移至成分调质搅拌池中，加入成分改质剂，熔渣处在1450~1550°C高温区间；
[0011](2)澄清搅拌:熔渣通过成分调质搅拌池底部的渣口进入熔渣澄清池中，加入澄清剂，搅拌使其成分均匀；
[0012](3)渣包缓冲:熔渣通过澄清池底部的渣口进入渣包中；
[0013](4)熔渣水淬:熔渣从渣包下的渣口进入水淬池，进行水淬处理，形成微晶粒料；
[0014](5)干燥研磨:将步骤⑷得到的微晶粒料进行烘干研磨后，筛分出大粒径微晶粒料和小粒径微晶粒料；将小微晶粒料中加入发泡剂，通过固体搅拌器搅拌，使其成分均匀，得到发泡微晶混合料；
[0015](6)布料:将发泡微晶混合料与大微晶粒料分层布在模具上；
[0016](7)核化:核化温度为700~850°C，核化时间为0.5~3h ;
[0017](8)晶化:晶化温度为900~1150°C，晶化时间为0.5~3h ;
[0018]所述核化时间为在核化温度下保持的时间。所述晶化时间为在晶化温度下保持的时间。
[0019](9)冷却:将步骤⑶得到的产品，冷却至100°C以下，空冷得到泡沫微晶玻璃板材。优选的，以冷却速度为5°C/min-10°C/min，冷却至100°C以下。优选的，前述冷却速度是 10°C /mirio
[0020]本发明所得微晶玻璃主晶相为硅灰石。
[0021]上述的总原料质量不包括上述步骤(5)中向小微晶粒料中加入的发泡剂的质量。
[0022]进一步的，澄清剂的加入量占总原料质量的0.2~5%。
[0023]进一步的，上述步骤(1)中，高炉熔渣在调质搅拌池中搅拌I小时。
[0024]进一步的，上述步骤(6)中，将微晶粒料通过布料器铺至模具上。
[0025] 进一步的，上述步骤(7)中，核化温度为840~850°C，核化时间为Ih。[0026]进一步的，上述步骤⑶中，晶化温度为1140~1150°C，晶化时间为lh。
[0027]进一步的，上述方法还包括，将步骤(9)得到的泡沫微晶玻璃产品进行切割，由大粒径微晶粒料得到的玻璃称为纯微晶玻璃，对纯微晶玻璃表面进行打磨抛光，得到成品泡沫微晶玻璃板材。
[0028]进一步的，所述方法由下述原料组成，所述百分比为质量百分比，高炉熔渣占总原料质量的40-80%，成分改质剂的添加量占总原料质量的15-55%，澄清剂的加入量占总原料质量的0.2~10% ;着色剂添加量占总原料质量的0-5%。
[0029]本申请中，大粒径微晶粒料也称为大微晶粒料，小粒径微晶粒料也称为小微晶粒料。所述小微晶粒料也称为玻璃粉。所述大粒径微晶粒料也称为玻璃颗粒。进一步的，所述小微晶粒料的粒度为200~325目。所述大微晶粒料的粒度为10~100目。
[0030]进一步的，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、高炉钛渣以及废旧电脑手机电路板中的一种或至少两种的组合。
[0031]成分改质剂(简称为改质剂或调质剂)的选择和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。
[0032]进一步的，上述方法中，使用的澄清剂包括:硝酸盐、三氧化二砷、芒硝、硫酸氨、三氧化二锑以及氟化物中的一种或至少两种的组合，澄清剂的加入量为0.1-10%。 [0033]进一步的，上述方法中，使用的着色剂包括:Ti02、Cr203、Cu20、Co0、Ni0、Fe203以及稀土元素氧化物等。着色剂的选择和添加量根据产品颜色要求进行添加。
[0034]进一步的，使用的发泡剂包括:尿素、淀粉、碳粉、Na2C03、K2CO3> SiC、CaCO3> MnO2,(NH4)2CO3或者复合发泡剂，发泡剂的加入量为小微晶粒料质量的0.1_10%，发泡剂的粒度为100~200目。进一步的，发泡剂的加入量为小微晶粒料质量的5%。
[0035]进一步的，上述方法中，所使用的高炉熔渣包括下述成分=SiO2为30-40%，CaO为30-40 %，MgO 为 5-15 %，Al2O3 为 5-25 %，FeO 为 0.1-5 %，MnO 为 0.1-5 %，K2O 为 0.1-5 %，Na2O为0.1-5 %，其它成分为2-10 %。
[0036]进一步的，上述方法中，所使用的高炉熔渣包括下述成分:Si02为34%，CaO为37%, MgO 为 11%, Al2O3 为 10%, FeO 为 3%, MnO 为 2%,K20 为 0.5%, Na2O 为 0.5%，其它成分为2%。其它成分为杂质，含量较低，对制备得到的泡沫微晶玻璃板材无影响。
[0037]进一步的，所述方法包括下述原料，所述百分比为质量百分比，高炉熔渣占总原料质量的63-80 %，成分改质剂的添加量占总原料质量的20-35 %，澄清剂的加入量占总原料质量的I~2% ;所述成分改质剂为石英砂，所述澄清剂为三氧化二锑。
[0038]进一步的，所述方法包括下述原料，所述百分比为质量百分比，高炉熔渣占总原料质量的63%，成分改质剂的添加量占总原料质量的35%，澄清剂的加入量占总原料质量的2% ;所述成分改质剂为石英砂，所述澄清剂为三氧化二锑。
[0039]进一步的，所述方法包括下述主要步骤:
[0040](I)调质搅拌:高炉熔渣转移至成分调质搅拌池中，保持其在高炉出渣口时的1450~1550°C温度区间，加入成分改质剂，在搅拌池顶部向池内喷吹惰性气体，将搅拌池内的成分搅拌均匀，同时喷吹适量的高炉煤气、转炉煤气或焦炉煤气以保证在搅拌过程中熔渣处在1450~1550°C高温区间；[0041](2)澄清搅拌:熔渣通过成分调质搅拌池底部的渣口进入熔渣澄清池中，加入澄清剂以排除熔渣中的各类杂质和气泡，搅拌使熔渣成分均匀；
[0042](3)渣包缓冲:熔渣通过澄清池底部的渣口进入渣包中；
[0043](4)熔渣水淬:熔渣从渣包下的渣口进入水淬池，进行水淬处理，形成微晶粒料；
[0044](5)干燥研磨:将步骤⑷得到的微晶粒料进行烘干研磨后，筛分出大粒径微晶粒料和小粒径微晶粒料；将小微晶粒料中加入发泡剂，通过固体搅拌器搅拌，使其成分均匀，得到发泡微晶混合料；
[0045](6)布料:将发泡微晶混合料与大微晶粒料分层布在模具上；
[0046](7)核化:以8~15°C /min的加热速度升温至核化温度，核化温度为700~850°C，核化时间为0.5~3h ;优选的，加热速度是IO0C /min ；
[0047](8)晶化:核化处理后，以8~15°C /min的升温速度升温至晶化温度，晶化温度为900~1150°C，晶化时间为0.5~3h ;优选的，升温速度是10°C /min。
[0048]进一步的，上述方法中，整个过程中采用的加热方式包括喷吹可燃高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气；米用的冷却方式包括循环水冷却、空冷。
[0049]进一步的，上述方法中，熔渣在调质搅拌及澄清搅拌过程中，温度保持在1540-1550°C ;核化温度为850°C，核化时间为Ih ;晶化温度为1150°C，晶化时间为lh。
[0050]进一步的，熔渣在进入水淬池时的温度大于1350°C。
[0051]进一步的，上述方法中，所述的模具为耐火中空板，其上铺一层耐火纤维纸，用耐火砖制成所需形状。
[0052]进一步的，上述方法中，布料时，将微晶粒料通过布料器铺至模具上，铺三层，第一层和第三层铺步骤(4)得到的大粒径微晶粒料(也可称为纯微晶玻璃粒料)，第二层铺步骤
(5)得到的发泡微晶混合料，小微晶粒料的粒度为200~325目，大微晶粒料的粒度为10~100 目。
[0053]上述三层的厚度可根据客户需要布料，例如，第二层的厚度为20mm，第一层和第三层的厚度分别为5mm。
[0054]进一步的，上述方法中，调质搅拌的时间是I小时，所述澄清搅拌和渣包缓冲的时间是I小时。
[0055]本发明还提供一种利用高炉熔渣生产泡沫微晶玻璃板材的设备，所述设备包括:调质搅拌池、澄清搅拌池(简称澄清池)、渣包、水淬池、干燥机、研磨机、布料器(或布料机)、热处理炉。
[0056]进一步的，所述设备还包括切割机和抛光机等。[0057]上述制备泡沫微晶玻璃板材的设备中:
[0058](I)调质搅拌池:将成分改质剂加入调质搅拌池中，对高炉熔渣进行调质，顶吹惰性气体进行搅拌，并喷吹副产煤气加热保温；
[0059](2)澄清搅拌池:将澄清剂加入澄清搅拌池中,澄清熔融的原料,顶吹惰性气体进行搅拌，并喷吹副产煤气加热保温；
[0060](3)渣包:将调质澄清后成分均匀的熔融原料，储存在渣包中，渣包下有下渣口，渣包放在渣包回转台上，通过渣包回转台可保证连续水淬，且形成一个缓冲区；
[0061](4)水淬池:温度大于1350°C的熔渣通过渣包的下渣口流入水淬池中，水淬池有进水口和出水口，通过调节水的流速使得水淬池的水温不会过高；
[0062](5)干燥机:将经过水淬的熔渣进行干燥，使得水淬得到的玻璃颗粒(或称为微晶粒料)中不含有水分；
[0063](6)研磨机:将得到的玻璃颗粒进行破碎，并通过其中的筛分功能筛分出合适的微晶粒料；
[0064](7)布料机:将合格的微晶粒料均匀的布在棚板上，先将发泡微晶混合料布在模具上，再将纯微晶玻璃料布在其上；
[0065](8)热处理炉:将布好的微晶粒料在热处理炉内进行核化、晶化等热处理过程，热处理炉包括核化区、晶化区；
[0066](9)切割机和抛光机:成型的产品进行冷却后，对其进行切割抛光打磨，最终成为泡沫微晶玻璃板材。
[0067]进一步的，上述的成分调质搅拌池有备用设备，通过大型回转台来更换，用于更换的成分调质搅拌设备需要在使用之前进行烘烤处理。
[0068]与现有技术相比，本发明所提供的利用高炉熔渣生产泡沫微晶玻璃板材的方法具有下述有益效果。
[0069]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；
[0070]2、此类微晶玻璃产品为泡沫微晶玻璃板材，这种产品一方面具有泡沫微晶玻璃密度小、质量轻，保温隔热，防止噪音等性能，另一方面兼具纯微晶玻璃的易于加工抛光，观赏性能高的特点，此外，此类板材是在热处理过程中将泡沫微晶玻璃和纯微晶玻璃粘接在一起的，具有粘接性能好，强度闻的特点；
[0071]3、熔渣成份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、是循环经济，能够实现经济效益和环境效益的双赢。



[0072]图1是本发明提供的利用高炉熔渣生产泡沫微晶玻璃板材的工艺流程图；
[0073]图2是本发明提供 的利用高炉熔渣生产泡沫微晶玻璃板材的工艺设备图。

[0074]下面结合实施例和说明书附图对本发明的技术方案进行详细说明。
[0075]如图1所示，本发明提供的利用高炉熔渣生产泡沫微晶玻璃板材的工艺流程包括:高炉熔渣经过调质搅拌、澄清搅拌、渣包缓冲、水淬之后形成玻璃颗粒，后经干燥研磨、布料、核化、晶化、冷却、形成泡沫微晶玻璃，后经切割抛光得到泡沫微晶玻璃成品。
[0076]如图2所示，本发明提供的利用高炉熔渣生产泡沫微晶玻璃板材的设备包括:调质搅拌池I，澄清搅拌池2，渣包3，水淬池4，干燥机5，研磨机6，布料器(或布料机)7，热处理炉8，切割机9，抛光机10。
[0077]上述制备泡沫微晶玻璃板材的设备中:
[0078](I)调质搅拌池1:将成分改质剂通过改质剂漏斗101加入调质搅拌池中，对高炉熔渣进行调质,通过顶吹搅拌枪102顶吹惰性气体进行搅拌，并通过煤气加热枪103喷吹副产煤气加热保温；
[0079](2)澄清搅拌池2:将澄清剂通过漏斗201加入澄清搅拌池中，澄清熔融原料，通过顶吹搅拌枪202顶吹惰性气体进行搅拌，并通过煤气加热枪203喷吹副产煤气加热保温；
[0080](3)渣包3:将调质澄清后成分均匀的熔融原料，储存在渣包中，渣包下有下渣口301，渣包放在渣包回转台302上，通过渣包回转台可保证连续水淬，且形成一个缓冲区；
[0081](4)水淬池4:温度大于1350°C的熔渣通过渣包的下渣口 301流入水淬池4中，水淬池有进水口 401和出水口 402，通过调节水的流速使得水淬池的水温不会过高；
[0082](5)干燥机5:将经过水淬的熔渣进行干燥，使得水淬得到的玻璃颗粒(或称为微晶粒料)中不含有水分；
[0083](6)研磨机6:将得到的玻璃颗粒进行破碎，并通过其中的筛分功能筛分出合适的微晶粒料；
[0084](7)布料机7:将合格的微晶粒料均匀的布在棚板上，先将发泡微晶混合料布在模具上，再将纯微晶玻 璃料布在其上；
[0085](8)热处理炉8用于核化、晶化；
[0086](9)切割机9和抛光机10:成型的产品进行冷却后，对其进行切割抛光打磨，最终成为泡沫微晶玻璃板材。
[0087]下面实施例中使用某钢铁厂生产的高炉熔渣作为主原料，添加不同的成分改质剂、澄清剂以使得生产出来的泡沫微晶玻璃板材具有不同的性能。
[0088]下面实施例中，按照本发明提供的方法制备泡沫微晶玻璃板材，布料时，将微晶粒料通过布料器铺至模具上，铺三层，第一层和第三层铺步骤(4)得到的大粒径微晶粒料(也可称为纯微晶玻璃粒料)，第二层铺步骤(5)得到的发泡微晶混合料，小微晶粒料的粒度为200~325目，大微晶粒料的粒度为10~100目。上述第二层的厚度为20mm，第一层和第三层的厚度分别为5mm。
[0089]表1给出了本发明实施例1-8所使用的高炉熔渣的成分组成。
[0090]表2给出了本发明实施例1-8所制得产品的性能测试结果。
[0091]表1实施例1-8中使用的高炉熔渣的成分组成
[0092]