高炉熔渣在线调质制备矿物纤维棉的基础与关键技术研究

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高炉熔渣是高炉炼铁过程产生的一种大宗二次资源,熔渣排出高炉时温度高(1350-1500℃),是一种很大的显热资源。通常情况下,高炉熔渣先通过水淬急冷成为水淬渣后,直接作为水泥掺合料使用,但该方法未能使高炉熔渣显热得到有效利用。为了充分利用高炉渣的显热,本文直接利用高温熔态高炉渣的高温显热,通过成分和温度调质,通过高速离心机将高炉熔渣纤维化,制备出矿物棉。首先对宝钢公司高炉渣制备矿物纤维棉的物化特性、配方、调质条件和补热方案进行了研究,在此基础上进行了中试和工业试验,发现并开发了高炉渣调质制备矿物纤维棉的一些关键技术,实现了高炉熔渣“质与能”双重利用,促进了高炉渣高附加值利用的技术进步,对高炉熔渣直接制备矿物纤维棉的工业化具有一定指导意义。通过XRF、XRD、黏度测试、熔融性测试及相图分析对高炉渣的物理化学性能进行了研究。研究发现高炉渣的酸度系数、粘度系数、酸基比、氢离子指数、黏度等参数均不能满足成纤的要求,需要对高炉渣进行调质。本文分别使用石英砂、粉煤灰和废玻璃对高炉熔渣进行调质,并基于红外光谱、29Si固体核磁共振和27Al固体核磁共振技术对三种调质剂和不同酸度系数的调质渣成纤性能进行了分析与研究。三种调质剂中,石英砂对酸度系数的调质效果最好,废玻璃对粘度系数的调质效果最好,粉煤灰对酸基比和氢离子指数的调质效果最好。使用FactSage软件对高炉熔渣调质过程中的体系温度变化规律和热量补偿规律进行了研究。以酸度系数1.6和1500℃为基准,石英砂调质渣熔体需要的补热量487MJ/t,粉煤灰调质渣熔体需要的补热量663MJ/t,废玻璃调质渣熔体需要的补热量774MJ/t,其中石英砂的补热量最少。三种调质剂在同样的酸度系数和熔渣温度下,石英砂调质剂是最优的工业试验的调质剂。在实验室实验和理论计算的基础上,研制了高炉渣补热和调质的电熔炉,并进行了中试试验。其中利用熔融高炉渣的高电阻特性,通过对炉渣通电产生的电阻焦耳热,实现了熔渣和调质剂的加热与熔融;为了使调质的石英砂和熔渣混合均匀,采用了氮气搅拌技术,加速了高炉熔渣和调质剂搅拌和调质剂的熔融;另外开发了长寿电熔炉耐材热面的自凝渣技术,既提高了电熔炉的寿命,又降低了能耗和成本,满足了成分和温度的调质要求,保证了高炉熔渣成纤的要求。出于工业化需要,开发了从高炉熔渣大流量的流道中定量提取少量的熔渣的技术---在线定量截取熔渣装备和技术,此后完成了高炉熔渣在线调质和成纤的工业试验,生产出了满足国家标准的矿棉产品,为该技术的工业化打下了基础。
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