CN110451792B - 一种利用硅锰和镍铁合金冶炼废渣生产矿渣棉的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用硅锰和镍铁合金冶炼废渣生产矿渣棉的方法;属于冶金废渣资源化利用领域。本方法以硅锰合金冶炼废渣和镍铁合金冶炼废渣为原料,硅锰和镍铁渣的混合比例为主要控制过程,将混合冶炼废渣加入到电炉中熔融,随后利用离心成棉工艺将废渣制成矿渣棉。所述控制过程具体由硅锰渣、镍铁渣的粘度和熔化性能决定,混合后的废渣熔体在1~3Pa·s粘度区间内,温度跨度区间为40~80℃;混合废渣的熔化温度不高于1450℃。本发明两种冶炼废渣按一定比例混合,可以综合改性废渣的熔化性能和粘度性能,使得两种冶金废渣成为合适的矿渣棉的生产原料,综合利用了冶金渣资源,创造了经济和环境效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用硅锰和镍铁合金冶炼废渣生产矿渣棉的方法;属于冶金废渣资源化利用领域。
背景技术
因为世界钢铁产量的巨大,硅锰合金和镍铁合金作为钢铁脱氧和合金成分,每年的产量也是巨大的,同时带来了硅锰和镍铁冶炼废渣的大量排放。目前,硅锰和镍铁冶炼废渣的处理方式主要是堆存和资源化利用两种。堆存造成土地的浪费和潜在环境危险,资源化利用主要在水泥和铺路基石等方面。矿渣棉作为一种保温和隔热、隔音材料,广泛的应用在国民经济的各领域。最新的研究表明,冶金废渣可以通过调质等工艺手段制成矿渣棉,并最终制成各种各样的矿渣棉产品。同时,冶金废渣制成矿渣棉,不仅解决了冶金废渣的堆存和污染问题,相较于水泥等资源化利用途径,矿渣棉产品更具经济价值,是一种冶金废渣的高附加值利用新途径。
矿渣棉的生产工艺有离心法和喷吹法两种,无论哪种工艺,前期对生产原料的要求和熔融工艺都是相同的。作为矿渣棉生产原料的废渣具体应该具备以下要求:1.原料的熔化温度低于1450℃;2.在矿渣棉形成温度范围内,熔体应具有较小的粘度和温度-粘度降落梯度;3.矿渣棉纤维细长具有良好的化学稳定性。
硅锰渣的熔化温度一般在1500℃以下,熔体多呈现“长渣”特性,熔体熔化区间宽广,容易拉丝成纤,表现出很强的玻璃性。镍铁废渣熔化温度在1500~1600℃,表现出“短渣”性质,熔体的熔化区间较小,容易在冷却过程中析出大量晶体,不易形成无机纤维和玻璃相。理论上硅锰渣是生产矿渣棉的合适原料,但在实际生产中硅锰渣表现出极强的玻璃性,并不能生产出质量优良的矿渣棉。镍铁渣因为熔化温度过高和熔体较强的结晶性能不太适合作为矿渣棉生产原料。
基于硅锰渣和镍铁渣各自的熔体特性,发明一种方法利用硅锰渣和镍铁渣混合物作为原料生产矿渣棉。这种方法充分利用了硅锰和镍铁渣的物性特征,通过废渣之间的相互改性调质,最终达到科学生产矿渣棉的目的。对硅锰和镍铁冶炼废渣的高附加值资源化应用有重大的意义。
发明内容
为实现硅锰渣和镍铁冶炼废渣的高附加值资源化应用,提供了一种利用硅锰和镍铁合金冶炼废渣生产矿渣棉的方法。
本发明一种利用硅锰和镍铁合金冶炼废渣生产矿渣棉的方法,按质量比:硅锰合金冶炼废渣:镍铁合金冶炼废渣=4:6~9:1,配取硅锰合金冶炼废渣、镍铁合金冶炼废渣,破碎后混合均匀得到混合废渣,然后将混合废渣加热至1600℃,保温得到熔体,对熔体采用离心成棉工艺将废渣制成矿渣棉,所述混合废渣的熔化温度不高于1450℃;所述混合废渣熔化后,当熔体的粘度在1~3Pa·s粘度区间内时,其温度跨度区间为40~80℃;
或
按质量比:硅锰合金冶炼废渣:镍铁合金冶炼废渣=4:6~9:1,配取硅锰合金冶炼废渣熔体、镍铁合金冶炼废渣熔体中的一种,然后将另外一种废渣加入熔渣中,熔融得到熔体,所述熔体的温度为不高于1600℃、优选为1500-1550℃;当所述熔体的粘度在1~3Pa·s粘度区间内时,其温度跨度区间为40~80℃;
或
按质量比:硅锰合金冶炼废渣:镍铁合金冶炼废渣=4:6~8:2,配取硅锰合金冶炼废渣熔体、镍铁合金冶炼废渣熔体,混合均匀得到混合熔体,所述混合熔体的温度为不高于1600℃、优选为1500-1550℃;当所述熔体的粘度在1~3Pa·s粘度区间内时,其温度跨度区间为40~80℃。
本发明一种利用硅锰和镍铁合金冶炼废渣生产矿渣棉的方法,所得矿渣棉符合GB/T 11835-2016。
本发明一种利用硅锰和镍铁合金冶炼废渣生产矿渣棉的方法,按质量比:硅锰合金冶炼废渣:镍铁合金冶炼废渣=4:6~9:1,配取硅锰合金冶炼废渣、镍铁合金冶炼废渣,或配取硅锰合金冶炼废渣熔体、镍铁合金冶炼废渣熔体中的至少一种。
作为优选方案,本发明一种利用硅锰和镍铁合金冶炼废渣生产矿渣棉的方法,混合废渣的熔化温度为1350~1450℃。
作为优选方案的1号方案,本发明一种利用硅锰和镍铁合金冶炼废渣生产矿渣棉的方法,按质量比:硅锰合金冶炼废渣:镍铁合金冶炼废渣=7:3配取硅锰合金冶炼废渣、镍铁合金冶炼废渣;混合均匀的混合渣,所述混合渣在1~3Pa·s内温度区间58℃,完全熔化温度为1401℃;将混合渣料在电炉内升温熔融至1500℃;保温5min;渣料熔融均质后进行倒渣操作、离心成棉操作,四辊转速参数设定为1#2200r/min、2#3000r/min、3#4500r/min和4#5500r/min,渣棉产品通过渣棉收集器进行收集;生产后的渣棉产品按国家关于绝热用岩棉、矿渣棉及其制品的国家标准GB/T 11835-2016要求进行检测分析,纤维平均直径为4.8微米、渣球含量为6.1%,热荷重收缩温度为716℃。
作为优选方案的2号方案,本发明一种利用硅锰和镍铁合金冶炼废渣生产矿渣棉的方法,按质量比:硅锰合金冶炼废渣:镍铁合金冶炼废渣=8:2配取硅锰合金冶炼废渣、镍铁合金冶炼废渣;混合均匀的混合渣,所述混合渣在1~3Pa·s内温度区间67℃,完全熔化温度为1389℃;将混合渣料在电炉内升温熔融至1500℃;保温5min;渣料熔融均质后进行倒渣操作、离心成棉操作,四辊转速参数设定为1#2200r/min、2#3000r/min、3#4500r/min和4#5500r/min,渣棉产品通过渣棉收集器进行收集;生产后的渣棉产品按国家关于绝热用岩棉、矿渣棉及其制品的国家标准GB/T 11835-2016要求进行检测分析,纤维平均直径为5.5微米、渣球含量为6.4%,热荷重收缩温度为734℃。
作为优选方案的3号方案,本发明一种利用硅锰和镍铁合金冶炼废渣生产矿渣棉的方法,按质量比:硅锰合金冶炼废渣:镍铁合金冶炼废渣=6:4配取硅锰合金冶炼废渣、镍铁合金冶炼废渣;混合均匀的混合渣,所述混合渣在1~3Pa·s内温度区间45℃,完全熔化温度为1456℃;将混合渣料在电炉内升温熔融至1500℃;保温5min;渣料熔融均质后进行倒渣操作、离心成棉操作,四辊转速参数设定为1#2200r/min、2#3000r/min、3#4500r/min和4#5500r/min,渣棉产品通过渣棉收集器进行收集;生产后的渣棉产品按国家关于绝热用岩棉、矿渣棉及其制品的国家标准GB/T 11835-2016要求进行检测分析,纤维平均直径为5.7微米、渣球含量为6.7%,热荷重收缩温度为708℃。
优选方案1、2、3号方案中,1、2号方案所得产品的性能优于3号方案。
本发明以硅锰合金冶炼废渣和镍铁合金冶炼废渣为原料,硅锰和镍铁渣的混合比例为主要控制过程,将混合冶炼废渣加入到电炉中熔融,随后利用离心成棉工艺将废渣制成矿渣棉;所述控制过程具体由硅锰渣、镍铁渣的粘度、熔化性能决定,混合后的废渣熔体在1~3Pa·s粘度区间内,温度跨度区间为40~80℃;混合废渣的熔化温度不高于1450℃。
本发明中,利用高温物性熔体粘度测试仪测定硅锰、镍铁渣混合物的温度-粘度曲线。
本发明中,利用热丝设备测定硅锰、镍铁渣混合物的熔化温度。
本发明一种利用硅锰和镍铁合金冶炼废渣生产矿渣棉维的方法;在工业上应用时,其操作步骤为:(1)硅锰渣和镍铁渣比例确认,即硅锰渣和镍铁渣的合理配比与混合,利用高温物性熔体粘度测试仪测定硅锰、镍铁渣混合物的温度-粘度曲线优选出最合适比例,其中硅锰合金冶炼废渣:镍铁合金冶炼废渣=4:6~9:1;(2)混合废渣的熔融,即将按比例混合均匀的硅锰渣和镍铁渣装入电炉中熔融;(3)渣棉生产,调整工参数,进行离心成棉操作。
原理及优势
发明原理:
生产矿渣棉的原料需要在粘度和熔化性能上满足一定的条件:原料渣的熔化温度不高于1450℃,熔体在1~3Pa·s粘度区间内有较宽的温度区间等。在冶金炉渣中硅锰渣属于“长渣”(见附图3),而镍铁渣属于“短渣”(见附图4),基于它们各自的熔渣特性,并通过两种废渣的混合调质在不需要外加其他物料的情况下,选择出一个合适的比例就能制备出符合国家标准GB/T 11835-2016的矿渣棉。
本发明的优势
1.变废为宝,首次提出利用硅锰合金冶炼废渣和镍铁合金冶炼废渣互配调质,通过优化其比例,实现不添加其他物料的情况并在较低温度下制备出了符合国家标准的矿渣棉。
2.通过硅锰渣和镍铁渣之间的相互调质作用,使得不适宜生产渣棉的镍铁渣能够作为矿物棉的生产原料,拓宽了这两种废渣的综合利用范围。
3.通过高温物性熔体粘度测试仪和热丝设备科学、精准地确定了硅锰渣与镍铁渣的比例,对提高方法的准确性和工业生产的实用性有重大指导意义。
附图说明
图1为测得硅锰冶炼废渣温度-粘度曲线表现出“长渣”特性;
图2为测得镍铁冶炼废渣温度-粘度曲线表现出“短渣”特性;
图3为测得硅锰渣和镍铁渣混合物温度-粘度曲线,适合进行生产矿渣棉;
图4为测得硅锰渣和镍铁渣混合物熔化温度,适合进行生产矿渣棉;
图5为本发明实施例中离心工艺生产矿物棉工艺示意图;
图6实施例1中矿渣棉实物照片;
图7对比例1中矿渣棉实物照片;
图8对比例2中矿渣棉实物照片;
图9对比例3中矿渣棉实物照片。
具体实施方式
实施例中以硅锰渣和镍铁渣为原料,在1t电弧炉内利用四辊离心工艺生产矿渣棉,原料的具体成分见表1和表2。
表1硅锰渣的主要成分
SiO<sub>2</sub> | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | CaO | MnO | MgO | FeO |
38.78 | 19.2 | 18.34 | 8.85 | 6.45 | 1.43 |
表2镍铁渣的主要成分
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | SiO<sub>2</sub> | CaO | MgO | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub> |
5.89 | 48.34 | 5.57 | 28.89 | 4.67 | 1.36 |
实施例1
该实施针对质量比硅锰渣/镍铁渣=7:3时,以两种渣的混合物为原料利用离心工艺生产矿渣棉的情况,工艺流程如附图5。入炉原料性能判定:首先对质量比硅锰渣/镍铁渣=7:3的渣料混合物进行粘度和熔化温度测试,实验的结果见附图3和附图4;结果表明,质量比硅锰渣/镍铁渣=7:3的渣料混合物,在1~3Pa·s内温度区间58℃,完全熔化温度为1401℃,混合渣料的性质完全满足生产矿渣棉的需求。矿渣棉的生产:质量比硅锰渣/镍铁渣=7:3的渣料混合物加入到电炉中;混合渣料在电炉内升温熔融至1500℃;保温5min;渣料熔融均质后进行倒渣操作、离心成棉操作,四辊转速参数设定为1#2200r/min、2#3000r/min、3#4500r/min和4#5500r/min,渣棉产品通过,渣棉收集器进行收集。生产后的渣棉产品按国家关于绝热用岩棉、矿渣棉及其制品的国家标准GB/T 11835-2016要求进行检测分析,分析的结果如下表所示,完全符合国家标准。实物图见附图6。
项目 | 国标GB/T 11835-2016 | 实测值 |
纤维直径 | ≤6.0μm | 4.8μm |
渣球含量 | ≤7.0% | 6.1% |
热荷重收缩温度 | ≥650℃ | 716℃ |
实施例2
该实施针对质量比硅锰渣/镍铁渣=8:2时,以两种渣的混合物为原料利用离心工艺生产矿渣棉的情况,工艺流程如附图5。入炉原料性能判定:首先对质量比硅锰渣/镍铁渣=8:2的渣料混合物进行粘度和熔化温度测试;结果表明,质量比硅锰渣/镍铁渣=8:2的渣料混合物,在1~3Pa·s内温度区间67℃,完全熔化温度为1389℃,混合渣料的性质完全满足生产矿渣棉的需求。矿渣棉的生产:质量比硅锰渣/镍铁渣=8:2的渣料混合物加入到电炉中;混合渣料在电炉内升温熔融至1500℃;保温5min;渣料熔融均质后进行倒渣操作、离心成棉操作,四辊转速参数设定为1#2200r/min、2#3000r/min、3#4500r/min和4#5500r/min,渣棉产品通过,渣棉收集器进行收集。生产后的渣棉产品按国家关于绝热用岩棉、矿渣棉及其制品的国家标准GB/T 11835-2016要求进行检测分析,分析的结果如下表所示,完全符合国家标准。
项目 | 国标GB/T 11835-2016 | 实测值 |
纤维直径 | ≤6.0μm | 5.5μm |
渣球含量 | ≤7.0% | 6.4% |
热荷重收缩温度 | ≥650℃ | 734℃ |
实施例3
该实施针对质量比硅锰渣/镍铁渣=6:4时,以两种渣的混合物为原料利用离心工艺生产矿渣棉的情况,工艺流程如附图5。入炉原料性能判定:首先对质量比硅锰渣/镍铁渣=7:3的渣料混合物进行粘度和熔化温度测试;结果表明,质量比硅锰渣/镍铁渣=6:4的渣料混合物,在1~3Pa·s内温度区间45℃,完全熔化温度为1436℃,混合渣料的性质完全满足生产矿渣棉的需求。矿渣棉的生产:质量比硅锰渣/镍铁渣=6:4的渣料混合物加入到电炉中;混合渣料在电炉内升温熔融至1500℃;保温5min;渣料熔融均质后进行倒渣操作、离心成棉操作,四辊转速参数设定为1#2200r/min、2#3000r/min、3#4500r/min和4#5500r/min,渣棉产品通过,渣棉收集器进行收集。生产后的渣棉产品按国家关于绝热用岩棉、矿渣棉及其制品的国家标准GB/T 11835-2016要求进行检测分析,分析的结果如下表所示,完全符合国家标准。
项目 | 国标GB/T 11835-2016 | 实测值 |
纤维直径 | ≤6.0μm | 5.7μm |
渣球含量 | ≤7.0% | 6.8% |
热荷重收缩温度 | ≥650℃ | 708℃ |
对比例1
该实施针单纯以镍铁渣为原料利用离心工艺生产矿渣棉的情况,工艺流程如附图5。镍铁冶炼废渣在电炉内升温熔融至1650℃;保温5min;渣料熔融均质后进行倒渣操作、离心成棉操作,四辊转速参数设定为1#2200r/min、2#3000r/min、3#4500r/min和4#5500r/min,渣棉产品通过,渣棉收集器进行收集。生产后的渣棉产品按国家关于绝热用岩棉、矿渣棉及其制品的国家标准GB/T 11835-2016要求进行检测分析,分析的结果如下表所示,矿渣棉质量不合格。实物图见附图7。
当镍铁冶炼废渣在电炉内升温熔融至1500℃时,基本上无法制备矿渣棉。
对比例2
该实施针单纯以硅锰渣为原料利用离心工艺生产矿渣棉的情况,工艺流程如附图5。硅锰冶炼废渣在电炉内升温熔融至1500℃;保温5min;渣料熔融均质后进行倒渣操作、离心成棉操作,四辊转速参数设定为1#2200r/min、2#3000r/min、3#4500r/min和4#5500r/min,渣棉产品通过,渣棉收集器进行收集。生产后的渣棉产品按国家关于绝热用岩棉、矿渣棉及其制品的国家标准GB/T 11835-2016要求进行检测分析,分析的结果如下表所示,矿渣棉质量不合格。实物图见附图8。
项目 | 国标GB/T 11835-2016 | 实测值 |
纤维直径 | ≤6.0μm | 6.7μm |
渣球含量 | ≤7.0% | 9.8% |
热荷重收缩温度 | ≥650℃ | 692℃ |
对比例3
该实施针对质量比硅锰渣/镍铁渣=2:8时,以两种渣的混合物为原料利用离心工艺生产矿渣棉的情况,工艺流程如附图5。入炉原料性能判定:首先对质量比硅锰渣/镍铁渣=2:8的渣料混合物进行粘度和熔化温度测试;结果表明,质量比硅锰渣/镍铁渣=2:8的渣料混合物,在1~3Pa·s内温度区间13℃,完全熔化温度为1471℃,混合渣料的性质完全满足生产矿渣棉的需求。矿渣棉的生产:质量比硅锰渣/镍铁渣=2:8的渣料混合物加入到电炉中;混合渣料在电炉内升温熔融至1600℃;保温5min;渣料熔融均质后进行倒渣操作、离心成棉操作,四辊转速参数设定为1#2200r/min、2#3000r/min、3#4500r/min和4#5500r/min,渣棉产品通过,渣棉收集器进行收集。生产后的渣棉产品按国家关于绝热用岩棉、矿渣棉及其制品的国家标准GB/T 11835-2016要求进行检测分析,分析的结果如下表所示,完全符合国家标准。实物图见附图9。
项目 | 国标GB/T 11835-2016 | 实测值 |
纤维直径 | ≤6.0μm | 7.1μm |
渣球含量 | ≤7.0% | 21.3% |
热荷重收缩温度 | ≥650℃ | 716℃ |
混合渣料在电炉内升温熔融至1500℃时,基本得不到矿渣棉。
Claims (6)
1.一种利用硅锰和镍铁合金冶炼废渣生产矿渣棉的方法,其特征在于:按质量比,硅锰合金冶炼废渣:镍铁合金冶炼废渣=4:6~9:1,配取硅锰合金冶炼废渣、镍铁合金冶炼废渣,破碎后混合均匀得到混合废渣,然后将混合废渣加热至1500℃,保温得到熔体,对熔体采用离心成棉工艺将废渣制成矿渣棉,所述混合废渣的熔化温度为1350~1450℃;所述混合废渣熔化后,当熔体的粘度在1~3Pa·s粘度区间内时,其温度跨度区间为40~80℃;
或
按质量比:硅锰合金冶炼废渣:镍铁合金冶炼废渣=4:6~9:1,配取硅锰合金冶炼废渣熔体、镍铁合金冶炼废渣熔体中的一种,然后将另外一种废渣加入熔渣中,熔融得到熔体,所述熔体的温度不高于1600℃;当所述熔体的粘度在1~3Pa·s粘度区间内时,其温度跨度区间为40~80℃;
或
按质量比:硅锰合金冶炼废渣:镍铁合金冶炼废渣=4:6~9:1,配取硅锰合金冶炼废渣熔体、镍铁合金冶炼废渣熔体,混合均匀得到混合熔体,所述混合熔体的温度不高于1600℃;当所述熔体的粘度在1~3Pa·s粘度区间内时,其温度跨度区间为40~80℃。
2.根据权利要求1所述的一种利用硅锰和镍铁合金冶炼废渣生产矿渣棉的方法,其特征在于:所得矿渣棉质量符合GB/T 11835-2016要求。
3.根据权利要求2所述的一种利用硅锰和镍铁合金冶炼废渣生产矿渣棉的方法,其特征在于:按质量比:硅锰合金冶炼废渣:镍铁合金冶炼废渣=4:6~8:2。
4.根据权利要求2所述的一种利用硅锰和镍铁合金冶炼废渣生产矿渣棉的方法,其特征在于:按质量比:硅锰合金冶炼废渣:镍铁合金冶炼废渣=7:3配取硅锰合金冶炼废渣、镍铁合金冶炼废渣;混合均匀得到混合渣,所述混合渣在1~3Pa·s内温度跨度区间为58℃,完全熔化温度为1401℃;将混合渣料在电炉内升温至1500℃,熔融,保温5min;渣料熔融均质后进行倒渣操作、离心成棉操作,四辊转速参数设定为 1# 2200 r/min、2# 3000 r/min、3#4500 r/min和 4# 5500 r/min,渣棉产品通过渣棉收集器进行收集;生产后的渣棉产品按国家关于绝热用岩棉、矿渣棉及其制品的国家标准GB/T 11835-2016要求进行检测分析,纤维平均直径为4.8微米、渣球含量为6.1%,热荷重收缩温度为716℃。
5.根据权利要求2所述的一种利用硅锰和镍铁合金冶炼废渣生产矿渣棉的方法,其特征在于:按质量比:硅锰合金冶炼废渣:镍铁合金冶炼废渣=8:2配取硅锰合金冶炼废渣、镍铁合金冶炼废渣;混合均匀得到混合渣,所述混合渣在1~3Pa·s内温度跨度区间为67℃,完全熔化温度为1389℃;将混合渣料在电炉内升温至1500℃,熔融,保温5min;渣料熔融均质后进行倒渣操作、离心成棉操作,四辊转速参数设定为 1# 2200 r/min、2# 3000 r/min、3#4500 r/min和 4# 5500 r/min,渣棉产品通过渣棉收集器进行收集;生产后的渣棉产品按国家关于绝热用岩棉、矿渣棉及其制品的国家标准GB/T 11835-2016要求进行检测分析,纤维平均直径为5.5微米、渣球含量为6.4%,热荷重收缩温度为734℃。
6.根据权利要求2所述的一种利用硅锰和镍铁合金冶炼废渣生产矿渣棉的方法,其特征在于:按质量比:硅锰合金冶炼废渣:镍铁合金冶炼废渣=6:4配取硅锰合金冶炼废渣、镍铁合金冶炼废渣;混合均匀得到混合渣,所述混合渣在1~3Pa·s内温度跨度区间为45℃,完全熔化温度为1456℃;将混合渣料在电炉内升温至1500℃,熔融,保温5min;渣料熔融均质后进行倒渣操作、离心成棉操作,四辊转速参数设定为 1# 2200 r/min、2# 3000 r/min、3#4500 r/min和 4# 5500 r/min,渣棉产品通过渣棉收集器进行收集;生产后的渣棉产品按国家关于绝热用岩棉、矿渣棉及其制品的国家标准GB/T 11835-2016要求进行检测分析,纤维平均直径为5.7微米、渣球含量为6.7%,热荷重收缩温度为708℃。
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浅谈利用锰硅渣制备矿渣棉制品的可行性;李俊强等;《铁合金》;20161231;第47卷(第1期);第35-38页 * |
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