CN107487986A - 利用液态高炉熔渣制备玻璃微珠并回收熔渣显热的方法 - Google Patents

利用液态高炉熔渣制备玻璃微珠并回收熔渣显热的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用液态高炉熔渣制备玻璃微珠并回收熔渣显热的方法，包括以下步骤：在液态高炉渣中加入调制剂并均匀混合，得到调质液态高炉渣，将所得调质液态高炉渣进行加热，以使调制剂熔化，待调制剂熔化后，于1400～1750℃保温10～30分钟；通过拉瓦尔喷嘴喷出的空气射流将垂直下落的液态高炉渣破碎粒化，得到渣粒；渣粒从回转式冷渣机的入口进入该回转式冷渣机并在该回转式冷渣机中停留10～15分钟，从回转式冷渣机排出即可，该方法处理液态高炉熔渣过程中不产生有毒有害气体，可对高炉渣中余热进行合理回收，节约了能源，减少了对环境的污染，所生产的玻璃微珠产品具有质轻、硬度高、抗腐蚀性能好等优点。

Description

利用液态高炉熔渣制备玻璃微珠并回收熔渣显热的方法
技术领域
本发明属于玻璃微珠的制备技术领域，具体来说涉及一种利用液态高炉熔渣制备玻璃微珠并回收熔渣显热的方法。
背景技术
玻璃微珠是近年发展起来的一种用途广泛、性能特殊的新型材料，其粒度一般为数微米至数毫米之间,具有质轻、硬度高、强度高和化学性能稳定等优点，已被广泛应用于各个领域，例如在石油开采过程中用作压力支撑剂；用作橡胶、塑料制品的增强填充材料；广告牌、交通标志的反光材料等等。
高炉渣是钢铁冶炼过程中产生的废渣,每冶炼一吨生铁大约产生250kg～350kg的高炉渣,按照我国生铁年产量10亿吨计算,产渣量可高达三亿吨左右。对于这些废渣弃之不用，不仅会占用土地，还污染环境。目前我国从高炉中排出的液态高炉熔渣主要采用水冲渣法处理,将得到的水渣磨细后用作水泥和混凝土的矿物掺合料。常用的水冲渣法处理液态高炉熔渣存在处理产物水渣价值低，水资源消耗量大，污染气体排出量大，以及高值显热难以回收等问题。高炉渣从高炉中排出的温度一般为1400℃～1600℃，1t高炉渣含有的显热相当于57kg标准煤燃烧的热量。对于高炉渣余热回收问题，很多科研单位都在进行积极研究。以我国目前对高炉渣回收利用水平看，其利用率较低，综合利用的经济效益也不高。所以从资源综合利用和能源节约的角度来看，如何提高高炉渣的利用率、如何合理有效利用高炉渣资源，寻求高炉渣资源化利用的新途径和利用高炉渣开发高附加值产品已成为国内外关注的焦点。
专利201310353062.9提出一种高温熔渣干法处理及回收显热装置和方法，该发明的装置包括链蓖机、水冷壁、刮渣板、渣粒收集器和余热回收装置,链蓖机的第一驱动链轮位于中间包的下方,水冷壁位于蓖板上方,刮渣板的一端与蓖板留有缝隙,另一端的下方设有渣粒收集器,渣粒收集器的底部设有破碎机和余热回收装置。方法为：启动链蓖机,将高温熔渣通过中间包放入到链蓖机上部的蓖板上,高温熔渣被冷却固化后被刮渣板从蓖板上分离,传送到渣粒收集器中,再进入破碎机,经粉碎后进入余热回收装置内，该发明的方法虽然具有操作简单,环境污染少,工艺成本低等特点,但其玻璃体粒径较大，应用领域相对单一。专利201210339309.4提出一种熔渣粒化和显热回收的方法及***，该发明的方法为将水加压并使其从喷嘴喷出,形成柱状高速水射流,冲击自由下落的扁平带状熔渣流较窄侧面,将熔渣击碎,破碎后熔渣在下落过程中被水冷壁冷却并回收部分显热之后落到流化床床层内或风冷的移动炉排上被从外部进入的空气冷却后完全凝固,完成粒化并获得热风,流化床或移动炉排处获得的热风送到余热锅炉处回收热量将流化床或移动炉排输出的粒化后熔渣颗粒送入移动床进一步回收显热。该发明采用高速水射流破碎熔渣,虽其破碎和飞散的效果好,渣棉生成量小，但其耗水量大，并且在水流冷却过程中会产生大量SO2和H2S气体，造成环境污染。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用液态高炉熔渣制备玻璃微珠并回收熔渣显热的方法，该方法通过简单调质，采用气淬成珠，直接生产玻璃微珠，同时回收微珠显热,其显热回收利用率可达75％以上,既符合国家提出的高炉渣利用的节能减排政策,又降低玻璃微珠生产成本，具有节约能耗、循环利用和生产连续性。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
一种利用液态高炉熔渣制备玻璃微珠并回收熔渣显热的方法，包括以下步骤：
1)在液态高炉渣中加入调制剂并均匀混合，得到调质液态高炉渣，所述调制剂与液态高炉渣的质量份的比为(1～3)：10，所述调制剂由12.6～16.2wt％的SiO2、36.5～42wt％的CaO、6.7～10.2wt％的MgO、0.54～3.2wt％的Al2O3、11.1～15.1wt％的Fe2O3和余量的MnO组成；
在上述技术方案中，在所述步骤1)中，所述调制剂由12.6～13.5wt％的SiO2、36.5～38wt％的CaO、6.7～8.3wt％的MgO、0.54～1.7wt％的Al2O3、11.1～12.1wt％的Fe2O3和余量的MnO组成。
在上述技术方案中，在所述步骤1)中，所述调制剂由14.2～15.5wt％的SiO2、38.5～41.3wt％的CaO、9～9.6wt％的MgO、2.2～3wt％的Al2O3、13.4～15wt％的Fe2O3和余量的MnO组成。
在上述技术方案中，所述调制剂为粉煤灰、铁尾矿粉、石灰石粉、钢渣、碱渣和萤石中的一种或多种。
在所述步骤1)中，所述液态高炉渣位于渣罐中。
2)将步骤1)所得调质液态高炉渣进行加热，以使调制剂熔化，待所述调制剂熔化后，于1400～1750℃保温10～30分钟；
在所述步骤2)中，加热时间为10～30分钟，加热温度为1400～1750℃。
在所述步骤2)中，在所述调质液态高炉渣加热的过程中，从所述渣罐的底部喷吹惰性气体，用于促进调质液态高炉渣对流。
3)将步骤2)所得调质液态高炉渣经过溜渣槽的引流作用从溜渣槽的出口垂直下落，在液态高炉渣下落轨迹的一侧设置一拉瓦尔喷嘴，通过拉瓦尔喷嘴喷出的空气射流将垂直下落的液态高炉渣破碎粒化，得到渣粒；在所述空气射流的作用下，所述渣粒从回转式冷渣机的入口进入回转式冷渣机并在该回转式冷渣机中停留10～15分钟，以使渣粒收缩形成玻璃微珠，玻璃微珠从所述回转式冷渣机排出即可；其中，所述拉瓦尔喷嘴喷射的压力为0.1～0.3MPa，所述空气射流的速度为超音速，所述回转式冷渣机的转速为3～6r/min。
在所述步骤3)中，所述回转式冷渣机内设置有冷却水套，用于对所述渣粒进行热量回收。
在所述步骤3)中，从所述回转式冷渣机排出的玻璃微珠的温度为100～150℃。
相比于现有技术，本发明提供一种将液态高炉渣与一定量的调制剂混合后气淬成珠，再经冷渣器进行余热回收并收集玻璃微珠产品的液态高炉熔渣处理利用新方法。该方法处理液态高炉熔渣过程中不产生有毒有害气体，可对高炉渣中余热进行合理回收，节约了能源，减少了对环境的污染，所生产的玻璃微珠产品具有质轻、硬度高、抗腐蚀性能好等优点，可部分取代现有玻璃微珠产品，广泛应用建材、化工、石油、交通等领域。
附图说明
图1为本发明的方法所制备得到的玻璃微珠的显微照片。
具体实施方式
按照本发明方法制备的玻璃微珠性能优异、质量稳定，可应用于多个领域。
在本发明的具体实施方式中，调制剂通过粉煤灰、铁尾矿粉、石灰石粉、钢渣、碱渣和萤石中的一种或多种进行配置。回转式冷渣机内设置有冷却水套，用于对渣粒进行热量回收。
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种利用液态高炉熔渣制备玻璃微珠并回收熔渣显热的方法，包括以下步骤：
1)将液态高炉渣从高炉渣槽流入渣罐，在液态高炉渣(渣罐)中加入调制剂并均匀混合，得到调质液态高炉渣，其中，调制剂与液态高炉渣的质量份的比为1.5：10，调制剂由15wt％的SiO2、38.5wt％的CaO、9.5wt％的MgO、2.2wt％的Al2O3、13.4wt％的Fe2O3和余量的MnO组成。
2)将步骤1)所得装有调质液态高炉渣的渣罐运输至加热工位,将渣罐置于电极下方进行加热，加热时间为20分钟，加热温度为1450℃，以使调制剂熔化，同时，在调质液态高炉渣加热的过程中，从渣罐的底部喷吹惰性气体，每隔10min观察调制剂熔化情况，不断调整加热功率，使调制剂快速熔化，用于促进调质液态高炉渣对流，均匀其温度成分。待调制剂熔化后,将渣罐内已搅拌均匀的液态高炉渣倾倒于直流电弧炉内,于1500℃保温10分钟；
3)开炉出渣，将步骤2)所得调质液态高炉渣经过溜渣槽的引流作用从溜渣槽的出口垂直下落，在液态高炉渣下落轨迹的一侧设置一拉瓦尔喷嘴，该拉瓦尔喷嘴同时位于溜渣槽的出口的下方，通过拉瓦尔喷嘴喷出的空气射流将垂直下落的液态高炉渣破碎粒化，得到渣粒；同时，在空气射流的作用下，渣粒从回转式冷渣机的入口进入该回转式冷渣机并在该回转式冷渣机中停留10分钟，在表面张力的作用下，渣粒收缩形成玻璃微珠，从回转式冷渣机排出玻璃微珠即可，此时，从回转式冷渣机排出的玻璃微珠的温度为110℃。其中，拉瓦尔喷嘴喷射的压力为0.2MPa，空气射流的速度为超音速，回转式冷渣机的转速为6r/min。
回转式冷渣机与玻璃微珠进行充分热交换后，玻璃微珠中的显热大部分被回收，余热回收率为79％。冷却的微珠卸到微珠收集器中，经过筛分和包装得到微珠产品。将收集的玻璃微珠进行检测，检测结果为成珠率为81.12％。其中，粒径在2.5～5mm范围内的玻璃微珠数量所占比例为20.19％，粒径在1～2.5mm范围内的玻璃微珠数量所占比例为46％，粒径在1mm～50目范围内的玻璃微珠数量所占比例为12.9％，粒径在50～100目的玻璃微珠数量所占比例为2.06％，粒径在100目以下的玻璃微珠数量所占比例为1.59％。
实施例2
一种利用液态高炉熔渣制备玻璃微珠并回收熔渣显热的方法，包括以下步骤：
1)将液态高炉渣从高炉渣槽流入渣罐，在液态高炉渣(渣罐)中加入调制剂并均匀混合，得到调质液态高炉渣，其中，调制剂与液态高炉渣的质量份的比为2：10，调制剂由13wt％的SiO2、36.8wt％的CaO、8wt％的MgO、1.7wt％的Al2O3、12wt％的Fe2O3和余量的MnO组成。
2)将步骤1)所得装有调质液态高炉渣的渣罐运输至加热工位,将渣罐置于电极下方进行加热，加热时间为25分钟，加热温度为1600℃，以使调制剂熔化，同时，在调质液态高炉渣加热的过程中，从渣罐的底部喷吹惰性气体，每隔10min观察调制剂熔化情况，不断调整加热功率，使调制剂快速熔化，用于促进调质液态高炉渣对流，均匀其温度成分。待调制剂熔化后,将渣罐内已搅拌均匀的液态高炉渣倾倒于直流电弧炉内,于1700℃保温20分钟；
3)开炉出渣，将步骤2)所得调质液态高炉渣经过溜渣槽的引流作用从溜渣槽的出口垂直下落，在液态高炉渣下落轨迹的一侧设置一拉瓦尔喷嘴，该拉瓦尔喷嘴同时位于溜渣槽的出口的下方，通过拉瓦尔喷嘴喷出的空气射流将垂直下落的液态高炉渣破碎粒化，得到渣粒；同时，在空气射流的作用下，渣粒从回转式冷渣机的入口进入该回转式冷渣机并在该回转式冷渣机中停留15分钟，在表面张力的作用下，渣粒收缩形成玻璃微珠，从回转式冷渣机排出即可，此时，从回转式冷渣机排出的玻璃微珠的温度为120℃。其中，拉瓦尔喷嘴喷射的压力为0.3MPa，空气射流的速度为超音速，回转式冷渣机的转速为5r/min。
回转式冷渣机与玻璃微珠进行充分热交换后，玻璃微珠中的显热大部分被回收，余热回收率为75％。冷却的玻璃微珠卸到微珠收集器中，经过筛分和包装得到微珠产品。将收集的玻璃微珠进行检测,检测结果为成珠率为78.9％。其中，粒径在2.5～5mm范围内的玻璃微珠数量所占比例为10.82％，粒径在1～2.5mm范围内的玻璃微珠数量所占比例为42.56％，粒径在1mm～50目范围内的玻璃微珠数量所占比例为19.96％，粒径在50～100目范围内的玻璃微珠数量所占比例为3.43％，粒径在100目以下的玻璃微珠数量所占比例为2.14％。
1)堆积密度
取本发明实施例1所制备的玻璃微珠，放入干燥箱内干燥至恒量，将干燥后的玻璃微珠按照下述表1中所述粒径范围进行分类，分类后，将每类玻璃微珠按照下述堆积密度测试方法进行测试，得到本发明所制备的玻璃微珠在不同粒径下的堆积密度。
堆积密度测试方法：准备一圆筒，在距离圆筒筒口上方50mm处用取样勺或料铲将玻璃微珠均匀倒入，让玻璃微珠自然落下，不得碰撞圆筒，装满后使筒口上方玻璃微珠呈锥形，然后用直尺沿圆筒筒口边缘从中心向两边刮平，表面凹陷处用粒径较小的的集料填平后，称量
ρ＝(m1-m2)/v
m1——试样及圆筒总质量
m2——圆筒质量
v——圆筒体积
表1堆积密度测试结果
2)显微硬度
在实施例2制得的粒径为2.5～5mm的玻璃微珠中任取5粒，采用HVS-1000A型数显显微硬度仪，测其显微维氏硬度，其中，实验力F＝2.942N。5粒玻璃微珠的维氏硬度如下：
从实施例2得到的粒径为1～2.5mm的玻璃微珠中任取5粒，采用HVS-1000A型数显显微硬度仪，测其显微维氏硬度，其中，实验力F＝1.962N。5粒玻璃微珠的维氏硬度如下：
3)化学侵蚀性
将实施例1制得的玻璃微珠按照粒径范围进行分类，分类后，将每种粒径范围内的玻璃微珠浸泡在酸或碱的溶液中，在溶液中煮沸四小时后测其失重量。其中，每种粒径范围内的玻璃微珠的质量为5.0000±0.01g。
浸泡液如下：
N表示当量浓度：溶液浓度用1升溶液中所含溶质的克当量数，例如，1升浓盐酸中含12克当量的盐酸(HCL)，则溶度为12N。
(质量)损失率
综上所述，本发明的方法制备得到的玻璃微珠堆积密度为1450～1850kg/m3，成珠率为78～82％，粒径在1～2.5mm范围内的玻璃微珠数量所占比例为42～46％，粒径为2.5～5mm的玻璃微珠维氏硬度为1034～1252，粒径为1～2.5mm的玻璃微珠维氏硬度为600～817；H2O侵蚀损失率为0.06～0.1％，HCl侵蚀损失率为3～4.3％，NaOH侵蚀损失率为0.05～0.31％。
在本发明的技术方案中，通过调整加热温度、加热时间以及调制剂成分等均可达到与上述实施例一致的性质。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用液态高炉熔渣制备玻璃微珠并回收熔渣显热的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在液态高炉渣中加入调制剂并均匀混合，得到调质液态高炉渣，所述调制剂与液态高炉渣的质量份的比为(1～3)：10，所述调制剂由12.6～16.2wt％的SiO2、36.5～42wt％的CaO、6.7～10.2wt％的MgO、0.54～3.2wt％的Al2O3、11.1～15.1wt％的Fe2O3和余量的MnO组成；
2)将步骤1)所得调质液态高炉渣进行加热，以使调制剂熔化，待所述调制剂熔化后，于1400～1750℃保温10～30分钟；
3)将步骤2)所得调质液态高炉渣经过溜渣槽的引流作用从溜渣槽的出口垂直下落，在液态高炉渣下落轨迹的一侧设置一拉瓦尔喷嘴，通过拉瓦尔喷嘴喷出的空气射流将垂直下落的液态高炉渣破碎粒化，得到渣粒；在所述空气射流的作用下，所述渣粒从回转式冷渣机的入口进入回转式冷渣机并在该回转式冷渣机中停留10～15分钟，以使渣粒收缩形成玻璃微珠，所述玻璃微珠从所述回转式冷渣机排出即可；其中，所述拉瓦尔喷嘴喷射的压力为0.1～0.3MPa，所述空气射流的速度为超音速，所述回转式冷渣机的转速为3～6r/min。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述调制剂由12.6～13.5wt％的SiO2、36.5～38wt％的CaO、6.7～8.3wt％的MgO、0.54～1.7wt％的Al2O3、11.1～12.1wt％的Fe2O3和余量的MnO组成。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述调制剂由14.2～15.5wt％的SiO2、38.5～41.3wt％的CaO、9～9.6wt％的MgO、2.2～3wt％的Al2O3、13.4～15wt％的Fe2O3和余量的MnO组成。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述调制剂为粉煤灰、铁尾矿粉、石灰石粉、钢渣、碱渣和萤石中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述液态高炉渣位于渣罐中。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步骤2)中，加热时间为10～30分钟，加热温度为1400～1750℃。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步骤2)中，在所述调质液态高炉渣加热的过程中，从所述渣罐的底部喷吹惰性气体，用于促进调质液态高炉渣对流。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述步骤3)中，所述回转式冷渣机内设置有冷却水套，用于对所述渣粒进行热量回收。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述步骤3)中，从所述回转式冷渣机排出的玻璃微珠的温度为100～150℃。
10.如权利要求1～9中任意一项所述方法在制备玻璃微珠中的应用，其特征在于，所述方法制备得到的玻璃微珠的堆积密度为1450～1850kg/m3，所述方法制备得到的玻璃微珠的成珠率为78～82％；
粒径为1～2.5mm的玻璃微珠维氏硬度为600～817；粒径为2.5～5mm的玻璃微珠维氏硬度为1034～1252；H2O侵蚀损失率为0.06～0.1％，HCl侵蚀损失率为3～4.3％，NaOH侵蚀损失率为0.05～0.31％。
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