一种利用高炉熔渣生产微晶轻质砖的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用高炉熔渣生产微晶轻质砖的方法，该轻质砖采用高炉熔渣作为主要原料，通过对高炉熔渣进行调质澄清得到成分合格的熔渣后，进入水淬池，被水淬成微晶粒料，将微晶粒料研磨筛选后得到粒度合适的微晶粒料，与发泡剂混合均匀后放入铸模中烧结制成气泡均匀、成分稳定的微晶轻质砖；与传统粘土砖相比，微晶轻质砖有着更低的密度与更高的强度，因此具有更好的承重能力，并且由于其均匀的气孔结构，所以具有良好的保温隔音效果，因此在一定程度上取代粘土砖或普通轻质砖作为新型的建筑材料。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工程材料【技术领域】，具体是一种利用高炉熔渣生产微晶轻质砖的方 法。 -种利用高炉熔渣生产微晶轻质砖的方法
【背景技术】
[0002] 粘土砖是建筑用的人造小型块材。也被称烧结砖。实心粘土砖是世界上最古老 的建筑材料之一，从秦始皇陵到明清长城，它传承了中华民族几千年的建筑文明史。至今， 它仍是国人衷爱的建筑材料。但是，由于粘土砖的制造需要大量的土地，会破坏大量的土 地资源。因此，政府颁布了"禁粘限实"令，规定全国禁烧粘土砖盖房，县城禁止使用实心粘 土砖，183个城市将限用粘土制品，由于此项政策，其他建筑材料应运而生。微晶轻质砖是 一种多孔的高强度微晶化硅酸盐材料，也简称为泡沫微晶玻璃，它主要由玻璃相、晶体和气 孔三部分组成，在均匀分布着大量气孔的玻璃相基体中，分布着大量的微小晶体，使玻璃与 晶体网络连接在一起，形成玻晶交织结构，是一种性能优越的新型多功能材料。由于泡沫 微晶玻璃本身的结构特征和材料特性，使泡沫微晶玻璃具有诸多优良性能：①不燃烧，防火 等级为A 1级，使用温度可达1000°C不产生任何有毒有害气体，属于环保材料；②质量轻， 150-400公斤/立方米，强度高，抗压强度达到3. 9Mpa ;③抗冻性能好；④热膨胀系数与墙 体材料十分接近，与墙体结合性能好；⑤吸水率仅为0. 4% -0. 8%，完全不渗透水汽，具有 良好的化学稳定性；⑥属于无机非金属材料，性能稳定，使用寿命长；⑦保温性能好，导热 系数为0. 050w/m · k ;⑧可以有效的回收利用。
[0003] 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。高炉熔渣是钢铁生产中的主要副 产品之一，在高炉冶炼过程中，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已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，并且产生大量废水、腐蚀性热蒸汽且热量不能回收，同时大量使用的水资源不 能被循环重复利用，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。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供一种以廉价的高炉熔渣为原料，充 分利用熔渣的显热、潜热与钢铁企业的副产煤气，减少了废水、废气、废渣和烟尘的产生，减 少钢铁冶炼对环境的污染和对资源的过度消耗，将无用的高炉渣再次利用，用于生产性能 优异、用途广泛的微晶轻质砖的方法。
[0005] 本发明提供一种利用高炉熔渣生产微晶轻质砖的方法，所述方法包括下述原料， 所述百分比为质量百分比，以40-80%高炉熔渣为主要原料，加入占总原料质量的15-55% 的调质剂，加入占总原料质量的〇. 2-10%的澄清剂；所述方法包括下述步骤：
[0006] (1)调质搅拌：高炉熔渣转移至成分调质搅拌池中，加入成分调质剂，熔渣处在 1400-1580°C高温区间；
[0007] (2)澄清搅拌：熔渣通过成分调质搅拌池底部的渣口进入熔渣澄清池中，加入澄 清剂，搅拌使其成分均匀；
[0008] (3)渣包缓冲：熔渣通过澄清池底部的渣口进入渣包中；
[0009] (4)熔渣水淬：熔渣从渣包下的渣口进入水淬池，进行水淬处理，形成微晶粒料；
[0010] (5)干燥研磨：将步骤（4)得到的微晶粒料进行烘干研磨后，筛分出粒度为16-330 目的微晶粉料；在微晶粉料中加入占微晶粉料质量〇. 1-5%的发泡剂与占微晶粉料质量 0. 1-10%的稳泡剂，通过固体搅拌器搅拌，使其成分均匀，得到微晶混合料；
[0011] (6)布料：将微晶混合料布在模具上；
[0012] (7)热处理：将模具内的的微晶混合料放入窑炉内进行热处理；
[0013] (8)冷却切割：将步骤（7)得到的产品，冷却至100°C以下，按规格切割得到微晶轻 质砖。
[0014] 进一步的，在熔渣澄清池中，加入澄清剂排除熔渣中的各类杂质和气泡，使其成分 均匀，并使熔渣保温在1400-1580°C。
[0015] 所述微晶粉料是粒度为220-320目的微晶粉料（也可称为微晶粒料）。
[0016] 可以根据客户的要求调节微晶轻质砖内气泡的大小，例如，气泡的直径可以是 0. lmm-5mm。微晶轻质砖内气泡的大小均勻。
[0017] 所述调质剂，也称为成分调质剂，或成分改质剂，或简称改质剂。
[0018] 上述的总原料包括高炉熔渣,调质剂，和澄清剂。
[0019] 进一步的，该方法以高炉熔渣为主要原料，所述方法包括下述原料，所述百分比为 质量百分比，以45-75 %高炉熔渣为主要原料，加入占总原料质量的24-54 %的调质剂，力口 入占总原料质量的1%的澄清剂。
[0020] 进一步的，上述方法中，所述热处理包括核化、发泡晶化、稳泡、退火冷却4个阶 段，所述窑炉温度制度为：
[0021] 核化：以 5-15°C /min 的速度升至 790-900°C，保温 0· l_3h ;
[0022] 发泡晶化：以3-5°C /min的速度升至1100-1200°C，保温l_4h ;
[0023] 稳泡：以 8-15°C /min 的速度降至 500-680°C，保温 0. 1-lh ;
[0024] 退火冷却：然后以15-20°C /min的速度降至100°C以下出炉。
[0025] 进一步的，上述方法中，使用的调质剂选自石英砂、萤石、钾长石、钠长石、粘土、碳 酸钠、方解石、硅藻土、氧化铝、硝酸钠、高岭土、陶土、锂辉石、氧化锌、电厂灰、粉煤灰、生活 污泥、高炉钛渣以及废旧电脑手机电路板中的一种或多种。
[0026] 成分调质剂的选择和添加量根据生产产品的成分要求和调质剂的价格及来源途 径确定。
[0027] 进一步的，所述调质剂包括石英砂、钾长石、硝酸钠、氧化铝、方解石、锂辉石、粉煤 灰中的至少两种的组合物。
[0028] 所述调质剂包括石英砂、钾长石、硝酸钠、氧化铝和方解石。
[0029] 所述调质剂由石英砂、钾长石、硝酸钠、氧化铝和方解石组成。
[0030] 所述石英砂的含量是15-20%。所述钾长石的含量是4-5%。所述硝酸钠的含量 是2%。所述氧化错的含量是2-3%。所述方解石的含量是5-10%。
[0031] 进一步的，上述方法中，所述发泡剂选自尿素、淀粉、碳粉、Na2C03、K 2C03、SiC、 CaC03、Mn02、(NH4)2C0 3或者复合发泡剂中的一种或多种；所述发泡剂的粒度为100?200目， 所述稳泡剂选自磷酸钠、氧化锌、硼砂中的一种或多种；所述澄清剂选自白砒，三氧化二锑， 硝酸钠，硝酸铵，二氧化铈中的一种或多种。
[0032] 进一步的，所述发泡剂选自碳酸钙、碳化硅或其组合物，所述稳泡剂是硼砂。
[0033] 进一步的，所述发泡剂的含量是1-3%，所述稳泡剂的含量是2-3%。
[0034] 进一步的，所述发泡剂包括2%的发泡剂碳酸钙、1 %的发泡剂碳化硅，所述稳泡剂 包括3 %的硼砂。
[0035] 或者，所述发泡剂是1 %的碳化硅，所述稳泡剂是3 %的硼砂。
[0036] 或者，所述发泡剂是3 %的碳酸钙，所述稳泡剂是2 %的硼砂
[0037] 所述澄清剂是二氧化二铺，简称氧化铺。
[0038] 进一步的，上述方法中，所使用的高炉熔渣包括下述成分：Si02为30-40%，CaO为 30-40 %，MgO 为 5-15 %，A1203 为 5-25 %，FeO 为 0· 1-5 %，MnO 为 0· 1-5 %，K20 为 0· 1-5 %， Na20 为 0. 1-5%，其它为 1-10%。
[0039] 进一步的，上述方法中，所使用的高炉熔渣包括下述成分：Si02为33-38%，CaO为 36-38 %，MgO 为 9-11 %，A1203 为 9-10 %，FeO 为 2-4 %，MnO 为 3-4 %，K20 为 0· 5-1 %，Na20 为 0. 5-1. 5%，其它为 1-2%。
[0040] 进一步的，上述方法中，所使用的高炉熔渣包括下述成分：Si02为34-37%，CaO为 36-38%，Mg0 为 9-11%，A1203 为 9-ll%，Fe0 为 2-4%，Mn0 为 1-4%，K20 为 0· 5-2%，Na20 为 0. 5-1. 5%，其它为 1-2%。
[0041] 进一步的，上述方法中，所使用的高炉熔渣包括下述成分：Si02S 34%，CaO为 37%，Mg0 为 11%，A1203 为 10%，Fe0 为 3%，Mn0 为 3%，K20 为 0· 5%，Na20 为 0· 5%，其它 成分为2%。其它成分为杂质，含量较低，对制备得到的微晶轻质砖无影响。
[0042] 进一步的，所述方法包括下述原料，以60%高炉熔渣为主要原料，加入占总原料质 量的39%的调质剂，加入占总原料质量的1%的澄清剂。
[0043] 进一步的，上述方法中，所述热处理包括核化、发泡晶化、稳泡、退火冷却4个阶 段，所述窑炉温度制度为：
[0044] 核化：以 10-14°C /min 的速度升至 800-880°C，保温 lh ;
[0045] 发泡晶化：以4-5°C /min的速度升至1150-1200°C，保温2h ;
[0046] 稳泡：以 8-10°C /min 的速度降至 610-680°C，保温 0· 5h ;
[0047] 退火冷却：然后以15°C /min的速度降至100°C以下出炉。
[0048] 进一步的，所述窑炉温度制度为：
[0049] 核化：以14°C /min的速度升至880°C，保温lh ;
[0050] 发泡晶化：以5°C /min的速度升至1200°C，保温2h ;
[0051] 稳泡：以8°C /min的速度降至680°C，保温0· 5h ;
[0052] 退火冷却：然后以15°C /min的速度降至100°C以下出炉。
[0053] 进一步的，上述方法中，整个过程中采用的加热方式包括喷吹可燃高炉煤气、转炉 煤气、焦炉煤气；米用的冷却方式包括循环水冷却、空冷。
[0054] 本发明提供的利用高炉熔渣生产微晶轻质砖的方法，采用高炉熔渣作为主要原 料，通过对高炉熔渣进行调质澄清得到成分合格的熔渣，之后，熔渣进入水淬池，被水淬成 微晶粒料，将微晶粒料研磨筛选后得到粒度合适的微晶粒料，微晶粒料与发泡剂混合均匀 后放入铸模中烧结制成气泡均匀、成分稳定的微晶轻质砖；与传统粘土砖相比，微晶轻质砖 有着更低的密度与更高的强度，因此具有更好的承重能力，并且由于其均匀的气孔结构，所 以具有良好的保温隔音效果，因此在一定程度上取代粘土砖或普通轻质砖作为新型的建筑 材料。
[0055] 与现有技术相比，本发明所提供的利用高炉熔渣制备微晶轻质砖的方法，具有下 述有益效果。
[0056] 1、传统轻质砖以粉煤灰、生石灰、水泥、铝粉、稳泡剂为原料，经高压成型、高温烧 成，虽然强度及各项性能优于粘土砖，但是无法满足市场对高性能、低成本建筑材料的要 求，本发明提供的利用高炉熔渣生产微晶轻质砖的方法，以高炉熔渣为原料，经调质、水淬、 热处理等工艺生产制得微晶轻质砖，旨在生产能满足市场要求的产品。而且，使用廉价高炉 熔渣作为原料可以有效回收其热量，大量降低了生产的成本，不仅提高了高炉熔渣的经济 效益，更生产出了具有高附加值的微晶轻质砖产品；
[0057] 2、本发明提供的方法制得的产品为微晶轻质砖，其内部结构由玻璃相、微晶相、气 相三相构成，本质上和传统轻质砖的水泥结构不同，故本产品一方面具有普通轻质砖密度 小、质量轻，保温隔热，防止噪音等性能，并且具有A1级的防火等级，另一方面具有优于粘 土砖和普通轻质砖的强度，可以作为建筑的承重材料；
[0058] 3、高炉熔渣在成份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，并且可以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，不仅提高了产品的附加值，也是循环经济，能够实现经济效益和环境效 益的双赢。
【专利附图】
【附图说明】
[0059] 图1是本发明提供的利用高炉熔渣制备微晶轻质砖的生产方法的工艺流程图；
[0060] 图2是本发明提供的方法使用的设备的示意图；
[0061] 图3是本发明实施例1制备的微晶轻质砖的剖面图；
[0062] 图4是对比例1制备的微晶轻质砖的剖面图。
【具体实施方式】
[0063] 下面结合实施例和说明书附图对本发明的技术方案进行详细说明。
[0064] 如图1所示，本发明提供的利用高炉熔渣生产泡沫微晶轻质砖的工艺流程包括： 高炉熔渣经过调质搅拌、澄清搅拌、渣包缓冲、水淬之后形成玻璃颗粒，后经干燥研磨、布 料、热处理形成泡沫微晶轻质砖，后经冷却切割得到轻质砖成品。
[0065] 如图2所示，本发明提供的利用高炉熔渣生产泡沫微晶轻质砖的设备包括：调质 搅拌池1，澄清搅拌池2,渣包3,水淬池4,干燥机5,研磨机6,布料器（或布料机）7,热处理 炉8,切割机9,抛光机10。
[0066] 上述制备泡沫微晶轻质砖的设备中：
[0067] (1)调质搅拌池1 :将成分改质剂通过改质剂漏斗101加入调质搅拌池中，对高炉 熔渣进行调质，通过顶吹搅拌枪102顶吹惰性气体进行搅拌，并通过煤气加热枪103喷吹副 产煤气加热保温；
[0068] (2)澄清搅拌池2 :将澄清剂通过漏斗201加入澄清搅拌池中，澄清熔融原料，通过 顶吹搅拌枪202顶吹惰性气体进行搅拌，并通过煤气加热枪203喷吹副产煤气加热保温；
[0069] (3)渣包3 :将调质澄清后成分均匀的熔融原料，储存在渣包中，渣包下有下渣口 301，渣包放在渣包回转台302上，通过渣包回转台可保证连续水淬，且形成一个缓冲区；
[0070] (4)水淬池4 :熔渣通过渣包的下渣口 301流入水淬池4中，水淬池有进水口 401 和出水口 402,通过调节水的流速使得水淬池的水温不会过高；
[0071] (5)干燥机5 :将经过水淬的熔渣进行干燥，使得水淬得到的玻璃颗粒（或称为微 晶粒料）中不含有水分；
[0072] (6)研磨机6 :将得到的玻璃颗粒进行破碎，并通过其中的筛分功能筛分出合适的 微晶粒料（或称微晶粉料）；
[0073] (7)布料机7 :将合格的微晶混合料均匀的布在模具上；
[0074] (8)热处理炉8,用于对模具上的微晶混合料进行核化、发泡晶化、稳泡、退火冷 却；
[0075] (9)切割机9和抛光机10 :成型的产品进行冷却后，对其进行切割抛光打磨，最终 成为泡沫微晶轻质砖。
[0076] 如图3所示，本发明实施例1制备得到的微晶轻质砖有着均匀的气孔结构。图3 中的多数气泡的直径为〇. 3-0. 6mm。
[0077] 如图4所示，对比例1中所用的高炉熔渣含量过高，制备得到的微晶轻质砖气孔大 小不均匀，有特大气泡缺陷。
[0078] 表1实施例1-6中所用高炉熔渣的成分组成
[0079]
【权利要求】
1. 一种利用高炉熔渣生产微晶轻质砖的方法，其特征在于，所述方法包括下述原料，所 述百分比为质量百分比，以40-80%高炉熔渣为主要原料，加入占总原料质量的15-55%的 调质剂，加入占总原料质量的〇. 2-10%的澄清剂；所述方法包括下述步骤： (1) 调质搅拌：高炉熔渣转移至成分调质搅拌池中，加入调质剂，熔渣处在 1400-1580°C高温区间； (2) 澄清搅拌：熔渣通过成分调质搅拌池底部的渣口进入熔渣澄清池中，加入澄清剂， 搅拌使其成分均匀； (3) 渣包缓冲：熔渣通过澄清池底部的渣口进入渣包中； (4) 熔渣水淬：熔渣从渣包下的渣口进入水淬池，进行水淬处理，形成微晶粒料； (5) 干燥研磨：将步骤（4)得到的微晶粒料进行烘干研磨后，筛分出粒度为16-330 目的微晶粉料；在微晶粉料中加入占微晶粉料质量〇. 1-5 %的发泡剂与占微晶粉料质量 0. 1-10%的稳泡剂，通过固体搅拌器搅拌，使其成分均匀，得到微晶混合料； (6) 布料：将微晶混合料布在模具上； (7) 热处理：将模具内的的微晶混合料放入窑炉内进行热处理； (8) 冷却切割：将步骤（7)得到的产品，冷却至KKTC以下，按规格切割得到微晶轻质 砖。
2. 根据权利要求1所述利用高炉熔渣生产微晶轻质砖的方法，其特征在于，该方法以 高炉熔渣为主要原料，所述方法包括下述原料，所述百分比为质量百分比，以45-75%高炉 熔渣为主要原料,加入占总原料质量的24-54%的调质剂，加入占总原料质量的1 %的澄清 剂。
3. 根据权利要求1所述利用高炉熔渣生产微晶轻质砖的方法，其特征在于，所述热处 理包括核化、发泡晶化、稳泡、退火冷却4个阶段，所述窑炉温度制度为： 核化：以5-15°C /min的速度升至790-900°C，保温0. l_3h ; 发泡晶化：以3-5°C /min的速度升至1100-1200°C，保温l_4h ; 稳泡：以8-15°C /min的速度降至500-680°C，保温0. 1-lh ; 退火冷却：然后以15_20°C /min的速度降至KKTC以下出炉。
4. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，使用的调质剂选自石英砂、萤石、钾长石、 钠长石、粘土、碳酸钠、方解石、硅藻土、氧化铝、硝酸钠、高岭土、陶土、锂辉石、氧化锌、电厂 灰、粉煤灰、生活污泥、高炉钛渣以及废旧电脑手机电路板中的一种或多种。
5. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述发泡剂选自尿素、淀粉、碳粉、Na2C03、 K2C03、SiC、CaC03、Mn02、（NH 4)2C03或者复合发泡剂中的一种或多种；所述发泡剂的粒度为 100?200目，所述稳泡剂选自磷酸钠、氧化锌、硼砂中的一种或多种；所述澄清剂选自白 砒，三氧化二锑，硝酸钠，硝酸铵，二氧化铈中的一种或多种。
6. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法中，所使用的高炉熔渣包括下述成 分：Si02 为 30-40 %，CaO 为 30-40 %，MgO 为 5-15 %，A1203 为 5-25 %，FeO 为 0· 1-5 %，MnO 为 0· 1-5%，K20 为 0· 1-5%，Na20 为 0· 1-5%，其它为 1-10%。
7. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法中，所使用的高炉熔渣包括下述成 分：Si02 为 33-38%，CaO 为 36-38%，MgO 为 9-11%，A1203 为 9-10%，FeO 为 2-4%，MnO 为 3-4%，K20 为 0. 5-1%，Na20 为 0. 5-1. 5%，其它为 1-2%。
8. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法中，所使用的高炉熔渣包括下述成 分：Si02 为 34-37%，CaO 为 36-38%，MgO 为 9-11%，A1203 为 9-11%，FeO 为 2-4%，MnO 为 1-4%，K20 为 0· 5-2%，Na20 为 0· 5-1. 5%，其它为 1-2%。
9. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法包括下述原料，以60 %高炉熔渣为 主要原料，加入占总原料质量的39%的调质剂，加入占总原料质量的1%的澄清剂。
10. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述热处理包括核化、发泡晶化、稳泡、退 火冷却4个阶段，所述窑炉温度制度为： 核化：以10_14°C /min的速度升至800-880°C，保温lh ; 发泡晶化：以4-5°C /min的速度升至1150-1200°C，保温2h ; 稳泡：以8-10°C /min的速度降至610-680°C，保温0. 5h ; 退火冷却：然后以15°C /min的速度降至100°C以下出炉。
【文档编号】C03C11/00GK104098272SQ201410392197
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年8月11日 优先权日:2014年8月11日
【发明者】吴克诚, 陈怀冰, 邓释禅 申请人:北京璞晶科技有限公司