CN1301677A - 人造硅灰石及其制法 - Google Patents
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Abstract
一种人造硅灰石,含有钙、硅、铝、镁、钠、硼、钡等元素的氧化物及氟化钙,是用天状硅灰石、硅石、方解石、长石、荧石等原料经粉碎、混合而后投入炉窑中,以燃气加热,在1000—1600℃烧制,然后用自然冷却或水淬法冷却,经研碎而成。这种人造硅灰石可以作为冶金浇注保护材料,炉外精炼脱硫和脱磷剂,以及粉体固化剂,电焊条涂料等。
Description
本发明涉及冶金浇注保护材料，是一种含有钙、硅、铝等元素氧化物为主的人造石材料的生产技术；同时涉及电焊条外层材料。
硅灰石为天然硅酸盐矿物，硅酸钙CaSiO3含量50％以上。由于其稳定物理和化学性能，近几十年来应用于化工、建材、冶金领域。由于天然的硅灰石组成单一，其应用范围受到一定的限制。近年来国内外开展了人工合成硅灰石的研究：用含有不同无素化合物的工业矿物进行配比，以及不同生产工艺的实验，实践证明含有硅、钙、铝、镁、硼等元素的氧化物为主体的人造硅灰石有着更为优良性质和更为广泛的应用范围。目前生产该产品是以工业矿物为主要原料，经熔烧而成。生产方法大致可分为两种：一是ZL97116724.9提供的以冶金竖炉为生产设备，用焦炭为燃料，用石灰石、石英石等为原料进行烧制的方法。由于焦炭带入20％以下的灰分杂质，所以烧制成的产品颜色较深，玻璃态难以完全，且产品仅能用于保护渣基料，使用范围太窄。另一方法是电弧炉烧制方法，除了其工序多、耗能大、成本高外，电极烧耗也给产品带入重金属杂质，其质量难以提高。所述的这些方法所制得产品无法在其他方面得到更广泛的应用。
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明旨在用合理的原料配方，先进的设备和烧制工艺制成高质量，能适应更多方面应用的低成本的人造硅灰石产品。
为了适应各种需要，本发明产品中所含组分仍为CaO和SiO2，其他组分(如AL2O3、MgO、Na2O、Fe2O3、B2O3、BaO、CaF2等)随着用途不同而有所变动。其含主要组成为：
CaO 1.0-70.0％
SiO2 2.3-63.0％
AL2O3 0.0-48.0％
MgO 0.0-12.0％
Na2O 0.0-30.0％
CaF 0.0-40.0％
B2O3 0.0-21.0％
BaO 0.0-11.0％其中CaO含量为24-70％，SiO2含量为4.0-63％为好。其余组分如Fe2O3O-2％,TiO2、Li2O、K2O均为0-0.1％；而S、P多数含量在0.05％以下，最高不超过0.1％，基本上是矿物原料带进去的。
为了制得含有这些组分的产品，本发明采用含有这些组分或能够在烧制过程中参加反应转化成这些组分的矿物和化合物为原料，例如用天然硅灰石、石英石、水玻璃、提供SiO2；石灰石(亦名方解石)和天然硅灰石提供CaO；铝钒土和铝土矿都可提供AL2O3；菱镁矿和水镁石、轻或重烧镁可提供MgO；工业纯碱提供Na2O；萤石可提供CaF2；锂云母、碳酸锂提供Li2O；重晶石和碳酸钡提供BaO；另外用长石同时可提供Na2O、K2O、Al2O3、SiO2；白云石同时可提供CaO和MgO等。本发明使用原料的配方(重量％)为：
天然硅灰石 CaSiO3 ≥50 0-100
石英石(硅石) SiO2 ≥90 0-80
方解石(石灰石)CaCO3 ≥90 0-100
长石 Na2O+K2O ≥13 0-20
铝钒土 AL2O3 ≥80 0-60
铝土矿AL2O3 ≥50 0-90
白云石CaMg(CO3)2 ≥90 0-40
菱镁矿MgCO3 ≥90 0-10
水镁石Mg(OH)2 ≥90 0-10
萤石CaF2 ≥70 0-50
纯碱Na2CO3 ≥90 0-50
碳酸锂Li2CO3 ≥90 0-10
锂云母Li2O ≥5 0-50
碳酸钡BaCO3 ≥90 0-20
重晶石BaSO4 ≥80 0-25
水玻璃Na2SiO3 ≥90 0-40
硼砂Na2B4O7.10H2O ≥90 0-60
发明人经过大量的研究表明，各种原料加入配比不同，生产出的产品有不同的性能，可适应不同的需要。特别是其中CaO与SiO2之比值在1.00附近时，作为冶金连铸保护渣基料，其防止二次氧化、润滑、保温及净化功能均好；当然作为钢包中的覆盖剂也很适用。含硅少甚至无硅的产品可作炉外精炼剂，其中含有的CaO、CaF2、AL2O3都具有脱硫、磷的功能；含B2O3产品可用作粉体固化剂。因此在上述原料配方基础上进行优选，对不同的用途更具有针对性。
原料名称 优选配方％
1 2 3天然硅灰石 30-100 30-100 20-100石英石 0-40 0-20方解石 0-70长 石 0-15 0-20铝钒土 0-50 0-15 0-60铝土矿 0-10 0-5 0-90萤 石 0-20 0-15 0-50纯 碱 0-10 0-50 0-20碳酸锂 0-10水玻璃 0-10 0-20硼 砂 0-60白云石 0-40菱镁矿 0-10水镁石 0-10
按照上述配方，用竖炉、电弧炉都可以烧制出人造硅灰石产品。本发明认为更好的是用池窑，(即陶瓷工业烧制釉料用的窑炉)以燃气-包括煤气、液化气和天然气等-为能源的工艺，其具体做法是，所有的原料均需要粉碎至径为100m以下的粒或粉状，池窑需2mm以下，其目的是尽快熔化和反应，以减少能量损失和使反应完全，将按产品所需各组分之比例计算并经计量的原料混合均匀后投入池窑中，用燃气加热熔烧，控制在1000-1600℃烧制。烧制过程中，原料中的碳酸盐及其他化合物进行脱二氧化碳、脱水反应，烧制成的熔融物料呈几乎完全玻璃态，不断从池窑下的水眼中流出，冷却的方式有两种：一是水淬法，熔融体用冷水炸裂成小粒或小块，最好是粒径为1-5mm粒、块，然后从水中分离出来，经烘干、研磨成筛分、包装入库；另一方法是经自然冷或风冷，然后破碎、研磨筛分。用池窑烧制成的熔融体，其颜色浅，近乎半透明体，这是竖窑产品无法相比，连电弧炉也难以赶上。
本发明原料使用得当，其配方合理；特别是在制造方法上，选用池窑，以燃气特别是天然气为燃料其控制容易、操作简单，使得产品质量好且能生产出各种组成并适合不同需要的产品，可以大幅度降低成本。这是现有技术无法相比的。以下用实例对本法做进一步描述。
实例1：用池窑烧制人造硅灰石，将所需要原料制备成粒径2mm以下粉状料备用。取粉料天然硅灰石815kg，石英65kg，萤石120kg充分混合搅拌均匀，将燃气池窑预热至1320±20℃，恒定10分钟后把混好的料从炉门处投入窑中，视熔化情况不断补充加料。物料熔化后缓慢向窑尾流动，在流动过程中进一步充分熔融。熔融体流经窑尾水眼处落到冷却水池中，炸裂成大小不等的碎渣，捞出干燥至含水量0.5％以下，取6mm孔经筛筛分装袋。
产品经检验其组成(％)为：CaO 43.48,SiO2 49.37,AL2O3 2.68,Fe2O3 0.30,F-3.62,MgO 0.45。粒度1-6mm占90％以上。
实例2：取粉料：天然硅灰石875kg，方解石25kg，萤石100kg，制法如例1，取窑温1350±20℃。
产品检测其组成(％)为：CaO 48.34,SiO2 43.41,AL2O3 2.93,Fe2O3 0.4,F-4.38,MgO 0.7,K2O 0.3。粒度1-6mm占90％以上。
实例3：取粉料：天然硅灰石598Kg，石英石282kg，萤石120kg，制法如例1，窑温为1440±20℃。
产品检测其组成(％)为：CaO 35.2,SiO2 60.01,AL2O3 1.22,Fe2O3 0.28,F-2.91,MgO 0.42。
实例4：取粉料：天然硅灰石900kg,萤石100kg，制法如例1，窑温1400±20℃
产品检测其组成(％)为：CaO 46.31,SiO2 45.27,AL2O3 1.28,Fe2O3 0.33,F-3.78,MgO 0.46。
实例5：全取天然硅灰石粉料，制法如例1，窑温1450±20℃。产品经检测其组成(％)为：CaO 46.34,SiO2 50.49,AL2O3 0.98,Fe2O3 0.34。
实例1-5产品适于作冶金保护渣基料，4更适于覆盖材料，4.5亦可作为电焊条外层涂料的原料。
实例6，取粉料：方解石345kg，萤石270kg，白云石280kg，铝钒土105kg，制法如例1，窑温1450±20℃，不同处是熔融物从水口流出至地面，自然冷却后炸裂成块，经破碎，筛分取20mm以下装袋。
经检测产品组成(％)为：CaO 42.31,SiO2 2.36,AL2O3 14.34,Fe2O3 0.46。MgO 11.20,CaF229.30,H2O 0.03。粒度5-20mm占90％以上。
实例7，取粉料：石灰石660kg，铝钒土340kg，窑温1400±20℃，制法如例6。
产品经检测组成(％)为：CaO 49.01,SiO2 2.58,AL2O3 46.82,Fe2O3 0.94,MgO 0.62,P 0.71,S 0.08,H2O 0.076。
实例6、7的产品适作炉外精炼材料。实例8，取粉料：石英石399kg，硼砂407kg，纯碱194kg，制法如实例6，窑温1250±20℃。
产品经检测其组成(％)CaO 1.47,SiO2 52.31,AL2O3 2.55,Na2O22.73,B2O319.75,MgO 0.54,S 0.011,P0.0170产品筛分20目以下，可用于固体粉化剂。
实例9，且竖窑(直径1米)生产人造硅灰石。取冶金焦280kg，天然硅灰石815kg，石英石65kg，萤石120kg，将其搅拌在一起备用，将200Kg木柴放入竖窑中，点燃，加入700kg焦块，待焦块燃后将混合料逐渐加入，加风并把窑温控制在1320℃左右，熔化物料滴至窑底从出料口流出，经水淬成块，捞出干燥至水份＜0.05％，经6mm孔筛筛分，装袋。
产品经检测其组成(％)CaO 42.03,SiO2 48.67,AL2O3 2.92,F3.13,MgO 0.94,Fe2O3 0.79。
实例10，取石灰石660kg，铝钒土340kg，用实例9方法熔制，熔融体经自然冷却，破碎至30mm以下。
产品经检测其组成(％)CaO 48.10,SiO2 4.76,AL2O3 46.93,,MgO 0.72,Fe2O3 0.87,P 0.03 S 0.13,H2O0.01。
实例11，用电弧炉生产人造硅灰石。取天然硅灰石875kg，方解石25kg，萤石100kg，混匀，加料入带有电极棒的电炉中，通电点火，炉温达1350℃对物半熔化，不断滴至炉底形成液层，从水口处流出，水淬炸裂成小块。如熔融体流淌较慢时可暂时堵上出水口，适时再放其流出。捞出碎块，干燥后筛分。
产品经检测其组成(％)CaO 48.45,SiO2 42.83,AL2O3 3.03,,MgO 0.79,Fe2O3 0.48,F4.74粒度1-6mm占90％以上。
例12，取方解石345kg，萤石270kg，白云石280kg，铝钒土105kg混匀，如例11方法熔制。物料在1450℃溶化，熔融体流出自然冷却，破碎至20mm以下小块。
产品检测结果为：CaO 41.90％,SiO2 3.46％,AL2O3 14.58％,MgO 10.37％,Fe2O3 0.43％,CaF229.02％,H2O0.07％。
Claims (9)
1、一种人造硅灰石，其特征为含有如下组分：CaO 1.0-70.0％SO2 2.3-63.0％AL2O3 0.0-48.0％MgO 0.0-12.0％Na2O 0.0-30.0％CaF2 0.0-40.0％B2O3 0.0-21.0％BaO 0.0-11.0％
2、如权利要求1所述人造硅灰石，其特征为还含有如下组分：Fe2O3 0.0-2.0％Li2O 0.0-0.1％k2O 0.0-0.1％TiO2 0.0-0.1％
3、如权利要求1所述人造硅灰石，其特征为在所含组分中，CaO含量为 24.0-70.0％SiO2含量为 4.0-63.0％
4、一种人造硅灰石的制法，其特征为所用原料的重量配比为：名称 组分 含量％ 用量配比％天然硅灰石 CaSiO3 ≥50 0-100石英石 SiO2 ≥90 0-80方解石 CaCO3 ≥90 0-100长石 Na2O+K2O ≥13 0-20铝钒土 AL2O3 ≥80 0-60铝土矿 AL2O3 ≥50 0-90白云石 CaMg(CO3)2 ≥90 0-40菱镁矿 MgCO3 ≥90 0-10水镁石 Mg(OH)2 ≥90 0-10萤石 CaF2 ≥70 0-50纯碱 Na2CO3 ≥90 0-50碳酸锂 Li2CO3 ≥90 0-10锂云母 Li2O ≥5 0-50碳酸钡 BaCO3 ≥90 0-20重量晶石 BaSO4 ≥80 0-25水玻璃 Na2SiO3 ≥90 0-40硼砂 Na2B4O7.10H2O ≥90 0-60其生产工艺为：按产品所需各组分之比例计算上述原料用量，各自粉碎至粒径在10cm以下颗粒，经混匀后加入炉窑中，加热，在1000-1600℃烧制，经冷却、粉碎筛分而成；所述炉窑为竖窑、电弧炉、池窑；加热能源分别为冶金焦、电、燃气。
5、如权利要求4所述人造硅灰石的制法，其特征为所用原料的配比为：天然硅灰石 30-100％石英石 0-40％方解石 0-70％长石 0-15％铝钒土 0-50％铝土矿 0-10％萤石 0-20％纯碱 0-10％碳酸锂 0-10％水玻璃 0-10％硼砂 0-60％
6、如权利要求4所述人造硅灰石的制法，其特征为所用原料的配比为：天然硅灰石 30-100％石英石 0-20％铝钒土 0-15％铝土矿 0-5％萤石 0-15％纯碱 0-50％
7、如权得要求4所述人造硅灰石的制法，其特征为所用原料的配比为：方解石 20-100％长石 0-20％铝钒土 0-60％铝土矿 0-90％白云石 0-40％菱镁矿 0-10％水镁石 0-10％萤石 0-50％纯碱 0-20％水玻璃 0-20％
8、如权利要求4所述人造硅灰石的制法，其特征为所述炉窑为池窑；原料需粉碎至粒径在2mm以下；所述燃气为天然气、煤气或液化气。
9、如权利要求4所述人造硅灰石的制法，其特征为其烧制后的冷却为水淬冷却，将烧制成的熔融体用水炸裂成小块，烘干后再进行粉碎。
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