高爐熔渣生產鑄石的可控溫模鑄工藝方法及其設備的製作方法

2023-06-12 21:46:36

高爐熔渣生產鑄石的可控溫模鑄工藝方法及其設備的製作方法
【專利摘要】本發明屬於冶金和無機非金屬材料領域，提供了一種利用高爐熔渣生產鑄石的可控溫模鑄工藝方法及其設備。該工藝方法步驟如下：（1）高爐熔渣溫度保持高爐出鐵口時的溫度區間轉移至成分調質攪拌池中，加入相應改質劑和著色劑，攪拌均勻；（2）熔渣通過渣口進入模具中進行模鑄成型或進入鑄箱中進行無定型模鑄處理；（3）脫模後的產品進入保溫箱，噴塗釉質材料進行表面著色處理，在保溫箱中逐步冷卻至室溫得到成型的產品；（4）成型的產品進行表面打磨拋光得到成品鑄石。本發明充分利用了高爐熔渣和廢棄物資源，生產的鑄石用途廣泛，適合大規模生產，並且具有色質穩定、抗磨、耐壓、耐酸鹼、膨脹收縮係數小等特性。
【專利說明】高爐熔渣生產鑄石的可控溫模鑄工藝方法及其設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及冶金和無機非金屬材料領域，提供了一種利用高爐熔渣生產鑄石的可控溫模鑄工藝方法及其設備。
【背景技術】
[0002]根據世界鋼鐵協會公布的數據顯示，2012年全世界的生鐵產量是11億噸，其中產量最高的國家是中國，2012年一年的產量高達6.5億噸，即使按照300kg的渣比來計算，高爐爐渣的產量也高達近兩億噸。如何高效地利用這些高溫爐渣資源逐漸成為人們關注的熱點。現階段的高爐爐渣處理工藝基本上都採用的是水衝渣工藝，得到的產品基本用於水泥生產，並且用作水泥生產原料的高爐水渣幾乎毫無利潤可言。同時每淬冷It溫度在1450~1550°C的高溫爐渣需要消耗新水1.2t，產生大量廢水、腐蝕性熱蒸汽且熱量不能回收，同時大量使用水資源且不能循環重複利用，高溫爐渣中存在的大量顯熱和潛熱很難得到有效的回收利用。
[0003]在已公開的專利中，CN201010293048.8公開了利用熔融爐渣生產還原石材原料的方法，將高溫爐渣調節成分後進行鑄造處理生產還原石材；CN201210111901.9公開了一種製備鑄石產品的方法，利用玄武巖和金屬材料進行粉碎熔化攪拌均勻後注入模具中定型。以上公開的專利說明傳統的鑄石行業仍採用以玄武巖為主的傳統石材為主進行鑄造生產，熔融渣已經作為生產還原石材的原料，對於鑄造生產工藝而言，傳統的鑄造方法並不能很好的對鑄箱進行控溫設定，所以對於生產出來的鑄石內部結晶帶來了很大的影響。

【發明內容】

[0004]針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的在於提供一種利用高爐熔渣生產鑄石的可控溫模鑄方法，鑄模箱體的加熱保溫及澆注熔渣之後的控溫保持，對於傳統的模鑄來講是一種新的改變。從而在生產過程中不僅可以大量使用高爐熔渣所含的熱能，提高高爐熔渣的經濟效益，也避免了進行水衝渣處理而大量消耗新水，減少了廢水、腐蝕性熱蒸汽的產生，減少了對環境的汙染及資源的過度消耗，提高鋼鐵企業的經濟利潤。
[0005]本發明提供的利用高爐熔渣生產鑄石的方法包括如下步驟:
[0006](I)將高爐熔渣溫度保持在高爐出鐵口時的1450~1550°C溫度區間轉移至成分調質攪拌池中，根據將要製備的產品要求加入相應改質劑和著色劑，在頂底複合噴吹惰性氣體和煤粉的條件下將成分攪拌均勻，並保溫在1450~1500°C區間I~2小時；高爐熔渣佔總原料質量的80-90%，各種改質劑的添加量在總原料質量的0-20%之間，著色劑添加量在總原料質量的0-5%之間；
[0007](2)熔渣通過成分調質攪拌池底部的渣口進入渣包中調節熔渣的流量並儘可能的降低冷卻速度，從渣包下面的渣口進入模具中進行模鑄成型或進入鑄箱中進行無定型模鑄處理，模具或鑄箱整體處於一個有加熱性氣氛的半密閉環境中，用於調節模鑄的溫度，保證在脫模過程中產品能夠滿 足溫度高於900°C ；[0008](3)脫模後的產品進入保溫箱，根據產品製備的要求噴塗釉質材料進行表面著色處理，在保溫箱中使用非還原性氣體進行冷卻，逐步冷卻至室溫得到成型的產品；
[0009](4)成型的產品進行表面打磨拋光得到成品鑄石。
[0010]本發明中還提供了一種利用高爐熔渣生產鑄石的可控溫模鑄工藝方法使用的設備7具備:
[0011](1)受料鬥1:有兩個受料罐，分別用於投放著色劑和成分改質劑使用，將質量稱量好的著色劑和成分改質劑通過受料罐進入斜滑道料槽中進而投放到成分調質攪拌設備4中。
[0012](2)加熱電極2:置於成分調質攪拌設備4的上部蓋子上，為一組三根石墨加熱電極用於埋弧加熱保溫熔渣。
[0013](3)頂吹氣槍3和底部氣槍12:通過氣路管道引出的頂吹氣槍用於噴吹惰性氣體或非還原性氣體對成分攪拌池內熔渣進行混勻調質處理；底部氣槍12通過氣路管道引出的底部氣槍用於噴吹惰性氣體或非還原性氣體對成分攪拌池內熔渣進行混勻調質處理。
[0014](5)成分調質攪拌設備4:熔池用於盛放高爐熔渣並具備保溫的作用，熔池上部有頂蓋，並有受料鬥1，熔池頂底分別有頂吹氣槍(3)、底部氣槍(12)，用於噴吹惰性氣體進行成分調整、混合均勻，在噴吹惰性氣體的同時通過氣力輸送的方式進行噴吹可燃性煤粉作為加熱源來保證成分調整、混合均勻過程中的高溫，並且在設備頂部設置有加熱電極2作為供熱來源；成分調質攪拌設備有備用設備，通過大型迴轉臺來更換，用於更換的成分調質攪拌設備需要在使用之前進行烘烤處理以保證熔渣進入設備中無溫降。
[0015](6)滑動渣口設備:滑動渣口設備包括上滑動渣口 5和下滑動渣口 7，成分調質攪拌設備4與渣包8之間通過滑動渣口連接，成分調質攪拌設備4下端設置有上滑動渣口 5，渣包8上端設置有下滑動渣口 7，渣口兩部分連接之後保證熔渣能夠順利通過滑動渣口設備；同時對於滑動渣口設備區域設置有渣口加熱設備6外置於上滑動渣口 5和下滑動渣口7 一側，裝有電阻絲加熱部件，以保證渣口處無溫降。
[0016](7)渣包8:渣包中的熔液通過下部的渣口進入到模具中，進行模鑄處理或進入鑄箱中進行無定型模鑄處理，渣口為浸入式渣口 13，位於渣包8和模具或鑄箱設備10之間，保證熔渣能夠順利從渣包8流入到模具或鑄箱設備10中，用於更換的渣包需要進行烘烤處理以保證熔渣進入渣包時的溫降在可控區間。
[0017](8)模具或鑄箱設備10:位於半密閉的環境中並通有加熱型氣體用於保證產品達到脫模時的溫度要求。
[0018](9)保溫箱9:鑄坯脫模之前輥道11兩側設有噴吹加熱型氣體的進氣口，鑄坯表面通過上釉噴槍14進行表面上釉之後，輥道11兩側噴吹非還原性氣體的氣孔進行冷卻。
[0019](10)輥道11:以鋼質結構的軋輥為主構成的輥道用於搬運模具或鑄箱設備10及鑄坯。
[0020](11)上釉噴槍14:將以混合均勻的釉質材料存放於儲料罐中，通過上釉噴槍14對新形成的鑄坯進行表面噴塗上釉處理。
[0021](12)保溫箱保溫進氣口 19:通過管道輸送加熱型氣體進入到不同的進氣口用於模具和鑄箱設備10的保溫。
[0022](13)保溫箱降溫進氣口 20:通過管道輸送惰性氣體或非還原性氣體進入到不同的進氣口用於鑄坯表面降溫處理。
[0023](14)打磨拋光設備17:對產品進行表面打磨拋光處理。
[0024]相對現有技術，本發明具有如下優點:
[0025]1、傳統生產鑄石的原料均為冷態，在生產鑄石的過程中需要加熱將其變為熔融態，從而消耗了大量的熱量，而使用高爐熔渣作為原料則可以節省加熱過程中消耗的大量熱量，並且高爐熔渣可以大量節省原料的成本，不僅提高了高爐熔渣的經濟效益，也使得大量的高爐熔渣得以很好的應用處理；
[0026]2、直接使用高爐熔渣作為鑄石的原料，避免了水衝渣處理高爐熔渣而大量消耗新水，從而從源頭上減少了廢水、腐蝕性熱蒸汽的產生，克服了大量熱蒸汽熱量不能回收的缺陷，減少了對環境的汙染及資源的過度消耗，提高了高爐熔渣的附加值，從而提高鋼鐵企業的經濟利潤，提高環境 效益和循環經濟效益；
[0027]3、熔渣成分調整過程中大量使用了諸如尾礦，電廠灰，粉煤灰，生活汙泥等廉價工業廢棄物，並且使用廢舊電腦手機電路板作為添加劑，對於處理廢舊電腦手機電路板中的重金屬提供了一種新的思路，從而減少掩埋處理過程中大量重金屬進入土壤和地下水產生的汙染，提高了產品的附加值、循環經濟效益和環境效益。
[0028]4、所採用的可控溫模鑄工藝方法較傳統的模鑄方法在於工藝流程得以優化，生產的產品質量有較大提高，更能滿足市場和客戶的需求，對於鑄箱高溫烘烤減少熔渣在鑄箱中的溫降有利於生成的鑄石產品在鑄箱中充分結晶，得到優質的產品，有利於鋼鐵企業就近建設生產線，直接利用高爐熔渣作為生產鑄石的原料，用於連續化生產，以提高鋼鐵企業的非鋼產業的收益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是高爐熔渣生產鑄石的可控溫模鑄工藝流程圖；
[0030]圖2是高爐熔渣生產鑄石的可控溫模鑄工藝設備圖；
[0031]【組件符號說明】
[0032]I 受料鬥
[0033]2 加熱電極
[0034]3 頂吹氣槍
[0035]4 成分調質攪拌設備
[0036]5 上滑動渣口
[0037]6 渣口加熱設備
[0038]7 下滑動渣口
[0039]8 洛包
[0040]9 保溫箱
[0041]10 鑄箱
[0042]11 輥道
[0043]12底部氣槍
[0044]13浸入式渣口
[0045]14上釉噴槍[0046]15脫模後等待上釉鑄石
[0047]16等待拋光鑄石
[0048]17打磨拋光設備
[0049]18打磨拋光後鑄石
[0050]19保溫箱保溫進氣口
[0051]20保溫箱降溫進氣口
[0052]圖3是高爐熔渣生產鑄石的可控溫模鑄工藝的溫度制度梯度曲線。
【具體實施方式】
[0053]本發明中使用某鋼鐵廠的高爐熔渣作為主原料，添加不同的成分改質劑和著色劑以使得生產出來的鑄石產品具有不同的外觀。以下給出本發明中使用高爐熔渣製取鑄石的四個具體的實施例。
[0054]實施例1
[0055]本實施例提供的高爐熔渣製取鑄石包括以下步驟:
[0056](I)將高爐流出 的1500°C熔渣通過混鐵爐加熱保溫轉移至成分調質攪拌池中；
[0057](2)將成分改質劑石英砂加入至成分調質攪拌池中，頂底復吹惰性氣體和煤粉將成分混合均勻，並保溫在1450~1500°C區間I~2小時；
[0058](3)熔渣流入模具中進行成型處理，並通入加熱氣體將鑄模保溫在1000°C的環境下2小時後脫模；
[0059](4)將脫模後的鑄石毛坯進行表面噴釉處理，上釉之後的產品在保溫箱中通過噴吹冷卻氣體逐漸冷卻至室溫；
[0060](5)將冷卻至室溫的鑄石打磨拋光得到成品。
[0061]其中:高爐熔渣的成分質量分數組成SiO2為28%，CaO為35%，MgO為10%，Al2O3為14%, FeO為0.6%, TiO2為1%，MnO為0.3% ;石英砂SiO2含量為95%。高爐熔渣和石英砂的質量配比為90%:10%。
[0062]實施例2
[0063]本實施例提供的高爐熔渣製取鑄石包括以下步驟:
[0064]( I)將高爐流出的1500°C熔渣通過混鐵爐加熱保溫轉移至成分調質攪拌池中；
[0065](2)將成分改質劑石英砂和著色劑氧化鐵紅加入至成分調質攪拌池中，頂底復吹惰性氣體和煤粉將成分混合均勻，並保溫在1450~1500°C區間I~2小時；
[0066](3)將熔渣流入模具中進行成型處理，並通入加熱氣體將鑄模保溫在1000°C的環境下2小時後脫模；
[0067](4)將脫模後的鑄石毛坯進行表面噴釉處理，上釉之後的產品在保溫箱中通過噴吹冷卻氣體逐漸冷卻至室溫；
[0068](5)將冷卻至室溫的鑄石打磨拋光得到成品。
[0069]其中:高爐熔渣的成分質量分數組成SiO2為28%，CaO為35%，MgO為10%，Al2O3為14%, FeO為0.6%, TiO2為1%，MnO為0.3% ;石英砂SiO2含量為95% ;氧化鐵紅Fe2O3含量為95%。高爐熔渣、石英砂及氧化鐵紅的質量配比為90%:5%:5%。
[0070]實施例3[0071]本實施例提供的高爐熔渣製取鑄石包括以下步驟:
[0072](I)將高爐流出的1500°C熔渣通過混鐵爐加熱保溫轉移至成分調質攪拌池中；
[0073](2)將成分改質劑石英砂和著色劑Cr2O3加入至成分調質攪拌池中，頂底復吹惰性氣體和煤粉將成分混合均勻，並保溫在1450~1500°C區間I~2小時；
[0074](3)將熔渣流入模具中進行成型處理，並通入加熱氣體將鑄模保溫在1000°C的環境下2小時後脫模；
[0075](4)將脫模後的鑄石毛坯進行表面噴釉處理，上釉之後的產品在保溫箱中通過噴吹冷卻氣體逐漸冷卻至室溫；
[0076](5)將冷卻至室溫的鑄石打磨拋光得到成品。
[0077]其中:高爐熔渣的成分質量分數組成SiO2為28%，CaO為35%，MgO為10%，Al2O3為14%, FeO為0.6%，TiO2為1%，MnO為0.3% ;石英砂SiO2含量為95% ;著色劑Cr2O3的純度為98%。高爐熔渣、石英砂及著色劑Cr2O3的質量配比為90%:8%:2%。
[0078]實施例4
[0079]本實施例提供的高爐熔渣製取鑄石包括以下步驟:
[0080](I)將高爐流出的1500°C熔渣通過混鐵爐加熱保溫轉移至成分調質攪拌池中；
[0081](2)將成分改質劑石英砂和著色劑NiO加入至成分調質攪拌池中，頂底復吹惰性氣體和煤粉將成分混合均勻，並保溫在1450~1500°C區間I~2小時；
`[0082](3)將熔渣流入模具中進行成型處理，並通入加熱氣體將鑄模保溫在1000°C的環境下2小時後脫模；
[0083](4)將脫模後的鑄石毛坯進行表面噴釉處理，上釉之後的產品在保溫箱中通過噴吹冷卻氣體逐漸冷卻至室溫；
[0084](5)將冷卻至室溫的鑄石打磨拋光得到成品。
[0085]其中:高爐熔渣的成分質量分數組成SiO2為28%，CaO為35%，MgO為10%，Al2O3為14%, FeO為0.6%, TiO2為1%，MnO為0.3% ;石英砂SiO2含量為95% ;著色劑NiO的純度為98%。高爐熔渣、石英砂及著色劑NiO的質量配比為90%:7%:3%。
[0086]從以上實施例可以看出:使用高爐熔渣直接作為生產鑄石的原料不僅可以大量降低熔解原料的熱量消耗，避免傳統的水衝渣處理，同時對於原料高爐熔渣的成分含量沒有嚴格要求，表明我國現行鋼鐵廠生產的高爐熔渣均可用於生產，同時可以添加大量的固體廢棄物材料，從而達到變「廢」為寶的目的，不僅降低了生產成本，而且提高了循環生態經濟效益。
[0087]本發明不局限於以上公開的實施例，在不脫離本發明公開的原理和設備工藝生產流程的情況下，可以進行各種變形和修改。
【權利要求】
1.一種利用高爐熔渣生產鑄石的可控溫模鑄工藝方法，其特徵在於:所述方法包含的步驟有: (1)將高爐熔渣溫度保持在高爐出鐵口時的1450~1550°C溫度區間轉移至成分調質攪拌池中，根據將要製備的產品要求加入相應改質劑和著色劑，在頂底複合噴吹惰性氣體和煤粉的條件下將成分攪拌均勻，並保溫在1450~1500°C區間I~2小時；高爐熔渣佔總原料質量的80-90%，各種改質劑的添加量在總原料質量的0-20%之間，著色劑添加量在總原料質量的0-5%之間； (2)熔渣通過成分調質攪拌池底部的渣口進入渣包中調節熔渣的流量並儘可能的降低冷卻速度，從渣包下的渣口進入模具中進行模鑄成型或進入鑄箱中進行無定型模鑄處理，模具或鑄箱整體處於一個通有加熱性氣氛的半密閉環境中，保證在脫模過程中產品能夠滿足溫度高於900°C ； (3)脫模後的產品進入保溫箱，根據產品製備的要求噴塗釉質材料進行表面著色處理，在保溫箱中使用非還原性氣體進行冷卻，逐步冷卻至室溫後，得到成型產品； (4)成型的產品進行表面打磨拋光得到成品鑄石。
2.根據權利要求1所述的利用高爐熔渣生產鑄石的可控溫模鑄工藝方法，其特徵在於:所使用的高爐熔渣的成分及其含量質量百分比為=SiO2為10-40%，CaO為10_40%，MgO為 5-30%, Al2O3 為 5-40%, FeO 為 0.1-5%, TiO2 為 0.1-25%, MnO 為 0.1_5%。
3.根據權利要求1所述的利用高爐熔渣生產鑄石的可控溫模鑄工藝方法，其特徵在於:使用的成分改質劑包括:石英砂，螢石，鉀長石，鈉長石，粘土，硅藻土，高嶺土，陶土，尾礦，電廠灰，粉煤灰，生活汙泥，高爐鈦渣，廢舊電腦手機電路板；改質劑的添加方案根據生產產品的成 分要求和改質劑的價格及來源途徑確定。
4.根據權利要求1所述的利用高爐熔渣生產鑄石的可控溫模鑄工藝方法，其特徵在於:使用的著色劑包括:Ti02，Cr2O3, Cu2O, CoO, NiO, Fe2O3，稀土元素氧化物及還原性物質用於調整Fe，Mn物質的氧化物存在形式；根據產品顏色要求添加不同的著色劑。
5.根據權利要求1所述的利用高爐熔渣生產鑄石的可控溫模鑄工藝方法，其特徵在於:使用的釉質材料包括:長石、石英、高嶺土、粘土、硝石、硼砂、食鹽、鋅鹽；將釉質材料熔化進入釉料罐中儲存，用於鑄石表面噴釉處理。
6.根據權利要求1-5所述的利用高爐熔渣生產鑄石的可控溫模鑄工藝方法，採用一種可控溫模鑄的工藝設備，其特徵在於:具備以下部分:受料鬥(I)、加熱電極(2)、頂吹氣槍(3)、成分調質攪拌設備(4)、上滑動渣口(5)、渣口加熱設備(6)、下滑動渣口(7)、渣包(8)、保溫箱(9)、鑄箱(10)、輥道(11)、底部氣槍(12)、浸入式渣口(13)、上釉噴槍(14)、打磨拋光設備(17)、保溫箱保溫進氣口(19)、保溫箱降溫進氣口(20)； 受料鬥(I):有兩個受料罐，分別用於投放著色劑和成分改質劑使用，將質量稱量好的著色劑和成分改質劑通過受料罐進入斜滑道料槽中進而投放到成分調質攪拌設備(4)中； 加熱電極(2):置於成分調質攪拌設備(4)的上部蓋子上，為一組三根石墨加熱電極用於埋弧加熱保溫熔渣； 頂吹氣槍(3):通過氣路管道引出的頂吹氣槍用於噴吹惰性氣體或非還原性氣體對成分攪拌池內熔渣進行混勻調質處理； 底部氣槍(12):通過氣路管道引出的底部氣槍用於噴吹惰性氣體或非還原性氣體對成分攪拌池內熔渣進行混勻調質處理； 成分調質攪拌設備(4):熔池用於盛放高爐熔渣，熔池上部有頂蓋，並有受料鬥(1)，熔池頂底分別有頂吹氣槍(3)、底部氣槍(12)，用於噴吹惰性氣體，在設備頂部設置有加熱電極(2)作為供熱來源； 滑動渣口設備:滑動渣口設備包括上滑動渣口(5)和下滑動渣口(7)，成分調質攪拌設備(4)與渣包(8)之間通過滑動渣口連接，成分調質攪拌設備(4)下端設置有上滑動渣口(5)，渣包(8)上端設置有下滑動渣口(7)，滑動渣口設備兩部分連接之後保證熔渣能夠順利通過滑動渣口設備；同時對於滑動渣口設備區域設置有渣口加熱設備(6)外置於上滑動渣口(5)和下滑動渣口(7) —側，裝有電阻絲加熱部件，以保證滑動渣口設備處無溫降；渣包(8):渣包中的熔液通過下部的渣口進入到模具中，進行模鑄處理或進入鑄箱中進行無定型模鑄處理，渣口為浸入式渣口(13)，位於渣包(8)和模具或鑄箱設備(10)之間，保證熔渣能夠順利從渣包(8)流入到模具或鑄箱設備(10)中，用於更換的渣包需要進行烘烤處理以保證熔渣進入渣包時的溫降在可控區間； 模具或鑄箱設備(10):位於半密閉的環境中並通有加熱型氣體用於保溫，並保證產品達到脫模時的溫度要求； 保溫箱(9):鑄坯脫模之前輥道(11)兩側設有噴吹加熱型氣體的進氣口，鑄坯表面通過上釉噴槍(14)進行表面上釉之後，輥道(11)兩側噴吹非還原性氣體的氣孔進行冷卻； 輥道(11):以鋼質結構的軋輥為主構成的輥道用於搬運模具或鑄箱設備(10)及鑄坯；上釉噴槍(14):將以混合均勻的釉質材料存放於儲料罐中，通過上釉噴槍(14)對新形成的鑄坯進行表面噴塗上釉處理； 保溫箱保溫進氣口(19):通過管道輸送加熱型氣體進入到不同的進氣口用於模具和鑄箱設備(10)的保溫； 保溫箱降溫進氣口(20):通過管道輸送惰性氣體或非還原性氣體進入到不同的進氣口用於鑄坯表面降溫處理； 打磨拋光設備(17):對產品進行表面打磨拋光處理。
7.根據權利要求6所述的可控溫模鑄工藝設備，其特徵在於:成分調質攪拌設備有備用設備，通過大型迴轉臺來更換，用於更換的成分調質攪拌設備需要在使用之前進行烘烤處理。
【文檔編號】C04B5/00GK103601377SQ201310544436
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月5日 優先權日:2013年11月5日
【發明者】國宏偉, 張建良, 劉峰, 何茂成 申請人:北京科技大學