高炉熔渣生产铸石的可控温模铸工艺方法及其设备的制作方法
【专利摘要】本发明属于冶金和无机非金属材料领域，提供了一种利用高炉熔渣生产铸石的可控温模铸工艺方法及其设备。该工艺方法步骤如下：（1）高炉熔渣温度保持高炉出铁口时的温度区间转移至成分调质搅拌池中，加入相应改质剂和着色剂，搅拌均匀；（2）熔渣通过渣口进入模具中进行模铸成型或进入铸箱中进行无定型模铸处理；（3）脱模后的产品进入保温箱，喷涂釉质材料进行表面着色处理，在保温箱中逐步冷却至室温得到成型的产品；（4）成型的产品进行表面打磨抛光得到成品铸石。本发明充分利用了高炉熔渣和废弃物资源，生产的铸石用途广泛，适合大规模生产，并且具有色质稳定、抗磨、耐压、耐酸碱、膨胀收缩系数小等特性。
【专利说明】高炉熔渣生产铸石的可控温模铸工艺方法及其设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及冶金和无机非金属材料领域，提供了一种利用高炉熔渣生产铸石的可控温模铸工艺方法及其设备。
【背景技术】
[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，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资源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，产生大量废水、腐蚀性热蒸汽且热量不能回收，同时大量使用水资源且不能循环重复利用，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]在已公开的专利中，CN201010293048.8公开了利用熔融炉渣生产还原石材原料的方法，将高温炉渣调节成分后进行铸造处理生产还原石材；CN201210111901.9公开了一种制备铸石产品的方法，利用玄武岩和金属材料进行粉碎熔化搅拌均匀后注入模具中定型。以上公开的专利说明传统的铸石行业仍采用以玄武岩为主的传统石材为主进行铸造生产，熔融渣已经作为生产还原石材的原料，对于铸造生产工艺而言，传统的铸造方法并不能很好的对铸箱进行控温设定，所以对于生产出来的铸石内部结晶带来了很大的影响。
【发明内容】
[0004]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铸石的可控温模铸方法，铸模箱体的加热保温及浇注熔渣之后的控温保持，对于传统的模铸来讲是一种新的改变。从而在生产过程中不仅可以大量使用高炉熔渣所含的热能，提高高炉熔渣的经济效益，也避免了进行水冲渣处理而大量消耗新水，减少了废水、腐蚀性热蒸汽的产生，减少了对环境的污染及资源的过度消耗，提高钢铁企业的经济利润。
[0005]本发明提供的利用高炉熔渣生产铸石的方法包括如下步骤:
[0006](I)将高炉熔渣温度保持在高炉出铁口时的1450~1550°C温度区间转移至成分调质搅拌池中，根据将要制备的产品要求加入相应改质剂和着色剂，在顶底复合喷吹惰性气体和煤粉的条件下将成分搅拌均匀，并保温在1450~1500°C区间I~2小时；高炉熔渣占总原料质量的80-90%，各种改质剂的添加量在总原料质量的0-20%之间，着色剂添加量在总原料质量的0-5%之间；
[0007](2)熔渣通过成分调质搅拌池底部的渣口进入渣包中调节熔渣的流量并尽可能的降低冷却速度，从渣包下面的渣口进入模具中进行模铸成型或进入铸箱中进行无定型模铸处理，模具或铸箱整体处于一个有加热性气氛的半密闭环境中，用于调节模铸的温度，保证在脱模过程中产品能够满 足温度高于900°C ；[0008](3)脱模后的产品进入保温箱，根据产品制备的要求喷涂釉质材料进行表面着色处理，在保温箱中使用非还原性气体进行冷却，逐步冷却至室温得到成型的产品；
[0009](4)成型的产品进行表面打磨抛光得到成品铸石。
[0010]本发明中还提供了一种利用高炉熔渣生产铸石的可控温模铸工艺方法使用的设备7具备:
[0011](1)受料斗1:有两个受料罐，分别用于投放着色剂和成分改质剂使用，将质量称量好的着色剂和成分改质剂通过受料罐进入斜滑道料槽中进而投放到成分调质搅拌设备4中。
[0012](2)加热电极2:置于成分调质搅拌设备4的上部盖子上，为一组三根石墨加热电极用于埋弧加热保温熔渣。
[0013](3)顶吹气枪3和底部气枪12:通过气路管道引出的顶吹气枪用于喷吹惰性气体或非还原性气体对成分搅拌池内熔渣进行混匀调质处理；底部气枪12通过气路管道引出的底部气枪用于喷吹惰性气体或非还原性气体对成分搅拌池内熔渣进行混匀调质处理。
[0014](5)成分调质搅拌设备4:熔池用于盛放高炉熔渣并具备保温的作用，熔池上部有顶盖，并有受料斗1，熔池顶底分别有顶吹气枪(3)、底部气枪(12)，用于喷吹惰性气体进行成分调整、混合均匀，在喷吹惰性气体的同时通过气力输送的方式进行喷吹可燃性煤粉作为加热源来保证成分调整、混合均匀过程中的高温，并且在设备顶部设置有加热电极2作为供热来源；成分调质搅拌设备有备用设备，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以保证熔渣进入设备中无温降。
[0015](6)滑动渣口设备:滑动渣口设备包括上滑动渣口 5和下滑动渣口 7，成分调质搅拌设备4与渣包8之间通过滑动渣口连接，成分调质搅拌设备4下端设置有上滑动渣口 5，渣包8上端设置有下滑动渣口 7，渣口两部分连接之后保证熔渣能够顺利通过滑动渣口设备；同时对于滑动渣口设备区域设置有渣口加热设备6外置于上滑动渣口 5和下滑动渣口7 一侧，装有电阻丝加热部件，以保证渣口处无温降。
[0016](7)渣包8:渣包中的熔液通过下部的渣口进入到模具中，进行模铸处理或进入铸箱中进行无定型模铸处理，渣口为浸入式渣口 13，位于渣包8和模具或铸箱设备10之间，保证熔渣能够顺利从渣包8流入到模具或铸箱设备10中，用于更换的渣包需要进行烘烤处理以保证熔渣进入渣包时的温降在可控区间。
[0017](8)模具或铸箱设备10:位于半密闭的环境中并通有加热型气体用于保证产品达到脱模时的温度要求。
[0018](9)保温箱9:铸坯脱模之前辊道11两侧设有喷吹加热型气体的进气口，铸坯表面通过上釉喷枪14进行表面上釉之后，辊道11两侧喷吹非还原性气体的气孔进行冷却。
[0019](10)辊道11:以钢质结构的轧辊为主构成的辊道用于搬运模具或铸箱设备10及铸坯。
[0020](11)上釉喷枪14:将以混合均匀的釉质材料存放于储料罐中，通过上釉喷枪14对新形成的铸坯进行表面喷涂上釉处理。
[0021](12)保温箱保温进气口 19:通过管道输送加热型气体进入到不同的进气口用于模具和铸箱设备10的保温。
[0022](13)保温箱降温进气口 20:通过管道输送惰性气体或非还原性气体进入到不同的进气口用于铸坯表面降温处理。
[0023](14)打磨抛光设备17:对产品进行表面打磨抛光处理。
[0024]相对现有技术，本发明具有如下优点:
[0025]1、传统生产铸石的原料均为冷态，在生产铸石的过程中需要加热将其变为熔融态，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；
[0026]2、直接使用高炉熔渣作为铸石的原料，避免了水冲渣处理高炉熔渣而大量消耗新水，从而从源头上减少了废水、腐蚀性热蒸汽的产生，克服了大量热蒸汽热量不能回收的缺陷，减少了对环境的污染及资源的过度消耗，提高了高炉熔渣的附加值，从而提高钢铁企业的经济利润，提高环境 效益和循环经济效益；
[0027]3、熔渣成分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、循环经济效益和环境效益。
[0028]4、所采用的可控温模铸工艺方法较传统的模铸方法在于工艺流程得以优化，生产的产品质量有较大提高，更能满足市场和客户的需求，对于铸箱高温烘烤减少熔渣在铸箱中的温降有利于生成的铸石产品在铸箱中充分结晶，得到优质的产品，有利于钢铁企业就近建设生产线，直接利用高炉熔渣作为生产铸石的原料，用于连续化生产，以提高钢铁企业的非钢产业的收益。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是高炉熔渣生产铸石的可控温模铸工艺流程图；
[0030]图2是高炉熔渣生产铸石的可控温模铸工艺设备图；
[0031]【组件符号说明】
[0032]I 受料斗
[0033]2 加热电极
[0034]3 顶吹气枪
[0035]4 成分调质搅拌设备
[0036]5 上滑动渣口
[0037]6 渣口加热设备
[0038]7 下滑动渣口
[0039]8 洛包
[0040]9 保温箱
[0041]10 铸箱
[0042]11 辊道
[0043]12底部气枪
[0044]13浸入式渣口
[0045]14上釉喷枪[0046]15脱模后等待上釉铸石
[0047]16等待抛光铸石
[0048]17打磨抛光设备
[0049]18打磨抛光后铸石
[0050]19保温箱保温进气口
[0051]20保温箱降温进气口
[0052]图3是高炉熔渣生产铸石的可控温模铸工艺的温度制度梯度曲线。
【具体实施方式】
[0053]本发明中使用某钢铁厂的高炉熔渣作为主原料，添加不同的成分改质剂和着色剂以使得生产出来的铸石产品具有不同的外观。以下给出本发明中使用高炉熔渣制取铸石的四个具体的实施例。
[0054]实施例1
[0055]本实施例提供的高炉熔渣制取铸石包括以下步骤:
[0056](I)将高炉流出 的1500°C熔渣通过混铁炉加热保温转移至成分调质搅拌池中；
[0057](2)将成分改质剂石英砂加入至成分调质搅拌池中，顶底复吹惰性气体和煤粉将成分混合均匀，并保温在1450~1500°C区间I~2小时；
[0058](3)熔渣流入模具中进行成型处理，并通入加热气体将铸模保温在1000°C的环境下2小时后脱模；
[0059](4)将脱模后的铸石毛坯进行表面喷釉处理，上釉之后的产品在保温箱中通过喷吹冷却气体逐渐冷却至室温；
[0060](5)将冷却至室温的铸石打磨抛光得到成品。
[0061]其中:高炉熔渣的成分质量分数组成SiO2为28%，CaO为35%，MgO为10%，Al2O3为14%, FeO为0.6%, TiO2为1%，MnO为0.3% ;石英砂SiO2含量为95%。高炉熔渣和石英砂的质量配比为90%:10%。
[0062]实施例2
[0063]本实施例提供的高炉熔渣制取铸石包括以下步骤:
[0064]( I)将高炉流出的1500°C熔渣通过混铁炉加热保温转移至成分调质搅拌池中；
[0065](2)将成分改质剂石英砂和着色剂氧化铁红加入至成分调质搅拌池中，顶底复吹惰性气体和煤粉将成分混合均匀，并保温在1450~1500°C区间I~2小时；
[0066](3)将熔渣流入模具中进行成型处理，并通入加热气体将铸模保温在1000°C的环境下2小时后脱模；
[0067](4)将脱模后的铸石毛坯进行表面喷釉处理，上釉之后的产品在保温箱中通过喷吹冷却气体逐渐冷却至室温；
[0068](5)将冷却至室温的铸石打磨抛光得到成品。
[0069]其中:高炉熔渣的成分质量分数组成SiO2为28%，CaO为35%，MgO为10%，Al2O3为14%, FeO为0.6%, TiO2为1%，MnO为0.3% ;石英砂SiO2含量为95% ;氧化铁红Fe2O3含量为95%。高炉熔渣、石英砂及氧化铁红的质量配比为90%:5%:5%。
[0070]实施例3[0071]本实施例提供的高炉熔渣制取铸石包括以下步骤:
[0072](I)将高炉流出的1500°C熔渣通过混铁炉加热保温转移至成分调质搅拌池中；
[0073](2)将成分改质剂石英砂和着色剂Cr2O3加入至成分调质搅拌池中，顶底复吹惰性气体和煤粉将成分混合均匀，并保温在1450~1500°C区间I~2小时；
[0074](3)将熔渣流入模具中进行成型处理，并通入加热气体将铸模保温在1000°C的环境下2小时后脱模；
[0075](4)将脱模后的铸石毛坯进行表面喷釉处理，上釉之后的产品在保温箱中通过喷吹冷却气体逐渐冷却至室温；
[0076](5)将冷却至室温的铸石打磨抛光得到成品。
[0077]其中:高炉熔渣的成分质量分数组成SiO2为28%，CaO为35%，MgO为10%，Al2O3为14%, FeO为0.6%，TiO2为1%，MnO为0.3% ;石英砂SiO2含量为95% ;着色剂Cr2O3的纯度为98%。高炉熔渣、石英砂及着色剂Cr2O3的质量配比为90%:8%:2%。
[0078]实施例4
[0079]本实施例提供的高炉熔渣制取铸石包括以下步骤:
[0080](I)将高炉流出的1500°C熔渣通过混铁炉加热保温转移至成分调质搅拌池中；
[0081](2)将成分改质剂石英砂和着色剂NiO加入至成分调质搅拌池中，顶底复吹惰性气体和煤粉将成分混合均匀，并保温在1450~1500°C区间I~2小时；
`[0082](3)将熔渣流入模具中进行成型处理，并通入加热气体将铸模保温在1000°C的环境下2小时后脱模；
[0083](4)将脱模后的铸石毛坯进行表面喷釉处理，上釉之后的产品在保温箱中通过喷吹冷却气体逐渐冷却至室温；
[0084](5)将冷却至室温的铸石打磨抛光得到成品。
[0085]其中:高炉熔渣的成分质量分数组成SiO2为28%，CaO为35%，MgO为10%，Al2O3为14%, FeO为0.6%, TiO2为1%，MnO为0.3% ;石英砂SiO2含量为95% ;着色剂NiO的纯度为98%。高炉熔渣、石英砂及着色剂NiO的质量配比为90%:7%:3%。
[0086]从以上实施例可以看出:使用高炉熔渣直接作为生产铸石的原料不仅可以大量降低熔解原料的热量消耗，避免传统的水冲渣处理，同时对于原料高炉熔渣的成分含量没有严格要求，表明我国现行钢铁厂生产的高炉熔渣均可用于生产，同时可以添加大量的固体废弃物材料，从而达到变“废”为宝的目的，不仅降低了生产成本，而且提高了循环生态经济效益。
[0087]本发明不局限于以上公开的实施例，在不脱离本发明公开的原理和设备工艺生产流程的情况下，可以进行各种变形和修改。
【权利要求】
1.一种利用高炉熔渣生产铸石的可控温模铸工艺方法，其特征在于:所述方法包含的步骤有: (1)将高炉熔渣温度保持在高炉出铁口时的1450~1550°C温度区间转移至成分调质搅拌池中，根据将要制备的产品要求加入相应改质剂和着色剂，在顶底复合喷吹惰性气体和煤粉的条件下将成分搅拌均匀，并保温在1450~1500°C区间I~2小时；高炉熔渣占总原料质量的80-90%，各种改质剂的添加量在总原料质量的0-20%之间，着色剂添加量在总原料质量的0-5%之间； (2)熔渣通过成分调质搅拌池底部的渣口进入渣包中调节熔渣的流量并尽可能的降低冷却速度，从渣包下的渣口进入模具中进行模铸成型或进入铸箱中进行无定型模铸处理，模具或铸箱整体处于一个通有加热性气氛的半密闭环境中，保证在脱模过程中产品能够满足温度高于900°C ； (3)脱模后的产品进入保温箱，根据产品制备的要求喷涂釉质材料进行表面着色处理，在保温箱中使用非还原性气体进行冷却，逐步冷却至室温后，得到成型产品； (4)成型的产品进行表面打磨抛光得到成品铸石。
2.根据权利要求1所述的利用高炉熔渣生产铸石的可控温模铸工艺方法，其特征在于:所使用的高炉熔渣的成分及其含量质量百分比为=SiO2为10-40%，CaO为10_40%，MgO为 5-30%, Al2O3 为 5-40%, FeO 为 0.1-5%, TiO2 为 0.1-25%, MnO 为 0.1_5%。
3.根据权利要求1所述的利用高炉熔渣生产铸石的可控温模铸工艺方法，其特征在于: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，废旧电脑手机电路板；改质剂的添加方案根据生产产品的成 分要求和改质剂的价格及来源途径确定。
4.根据权利要求1所述的利用高炉熔渣生产铸石的可控温模铸工艺方法，其特征在于:使用的着色剂包括:Ti02，Cr2O3, Cu2O, CoO, NiO, Fe2O3，稀土元素氧化物及还原性物质用于调整Fe，Mn物质的氧化物存在形式；根据产品颜色要求添加不同的着色剂。
5.根据权利要求1所述的利用高炉熔渣生产铸石的可控温模铸工艺方法，其特征在于:使用的釉质材料包括:长石、石英、高岭土、粘土、硝石、硼砂、食盐、锌盐；将釉质材料熔化进入釉料罐中储存，用于铸石表面喷釉处理。
6.根据权利要求1-5所述的利用高炉熔渣生产铸石的可控温模铸工艺方法，采用一种可控温模铸的工艺设备，其特征在于:具备以下部分:受料斗(I)、加热电极(2)、顶吹气枪(3)、成分调质搅拌设备(4)、上滑动渣口(5)、渣口加热设备(6)、下滑动渣口(7)、渣包(8)、保温箱(9)、铸箱(10)、辊道(11)、底部气枪(12)、浸入式渣口(13)、上釉喷枪(14)、打磨抛光设备(17)、保温箱保温进气口(19)、保温箱降温进气口(20)； 受料斗(I):有两个受料罐，分别用于投放着色剂和成分改质剂使用，将质量称量好的着色剂和成分改质剂通过受料罐进入斜滑道料槽中进而投放到成分调质搅拌设备(4)中； 加热电极(2):置于成分调质搅拌设备(4)的上部盖子上，为一组三根石墨加热电极用于埋弧加热保温熔渣； 顶吹气枪(3):通过气路管道引出的顶吹气枪用于喷吹惰性气体或非还原性气体对成分搅拌池内熔渣进行混匀调质处理； 底部气枪(12):通过气路管道引出的底部气枪用于喷吹惰性气体或非还原性气体对成分搅拌池内熔渣进行混匀调质处理； 成分调质搅拌设备(4):熔池用于盛放高炉熔渣，熔池上部有顶盖，并有受料斗(1)，熔池顶底分别有顶吹气枪(3)、底部气枪(12)，用于喷吹惰性气体，在设备顶部设置有加热电极(2)作为供热来源； 滑动渣口设备:滑动渣口设备包括上滑动渣口(5)和下滑动渣口(7)，成分调质搅拌设备(4)与渣包(8)之间通过滑动渣口连接，成分调质搅拌设备(4)下端设置有上滑动渣口(5)，渣包(8)上端设置有下滑动渣口(7)，滑动渣口设备两部分连接之后保证熔渣能够顺利通过滑动渣口设备；同时对于滑动渣口设备区域设置有渣口加热设备(6)外置于上滑动渣口(5)和下滑动渣口(7) —侧，装有电阻丝加热部件，以保证滑动渣口设备处无温降；渣包(8):渣包中的熔液通过下部的渣口进入到模具中，进行模铸处理或进入铸箱中进行无定型模铸处理，渣口为浸入式渣口(13)，位于渣包(8)和模具或铸箱设备(10)之间，保证熔渣能够顺利从渣包(8)流入到模具或铸箱设备(10)中，用于更换的渣包需要进行烘烤处理以保证熔渣进入渣包时的温降在可控区间； 模具或铸箱设备(10):位于半密闭的环境中并通有加热型气体用于保温，并保证产品达到脱模时的温度要求； 保温箱(9):铸坯脱模之前辊道(11)两侧设有喷吹加热型气体的进气口，铸坯表面通过上釉喷枪(14)进行表面上釉之后，辊道(11)两侧喷吹非还原性气体的气孔进行冷却； 辊道(11):以钢质结构的轧辊为主构成的辊道用于搬运模具或铸箱设备(10)及铸坯；上釉喷枪(14):将以混合均匀的釉质材料存放于储料罐中，通过上釉喷枪(14)对新形成的铸坯进行表面喷涂上釉处理； 保温箱保温进气口(19):通过管道输送加热型气体进入到不同的进气口用于模具和铸箱设备(10)的保温； 保温箱降温进气口(20):通过管道输送惰性气体或非还原性气体进入到不同的进气口用于铸坯表面降温处理； 打磨抛光设备(17):对产品进行表面打磨抛光处理。
7.根据权利要求6所述的可控温模铸工艺设备，其特征在于:成分调质搅拌设备有备用设备，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。
【文档编号】C04B5/00GK103601377SQ201310544436
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2013年11月5日
【发明者】国宏伟, 张建良, 刘峰, 何茂成 申请人:北京科技大学