高爐渣是高爐煉鐵的主要副產物,約占鐵水產量的30%左右。剛出爐的高爐熔渣溫度在1400°C以上,噸渣顯熱相當于57kg標煤。高爐渣的處理目前仍以水淬工藝為主,產品為水渣或礦渣微粉,熔渣顯熱完全未被利用;以回收高爐渣余熱為主要目的干法;に嚾詻]有推廣應用。
礦棉是一種優(yōu)良的節(jié)能保溫材料,被廣泛應用于工業(yè)保溫、隔熱、隔音、建筑節(jié)能及裝飾等領域。近年來建筑節(jié)能、建筑防火、建筑隔音降噪已成為人們關注的焦點,具備防火吸音功能的礦棉制品越來越受到人們重視,市場需求快速提升。
常規(guī)礦棉生產主要采用沖天爐工藝,不但能耗高,而且污染大,是國家明令嚴格限制和淘汰的技術。利用高爐溶渣直接生產礦棉工藝所需熱量的80%可來自熔渣的顯熱,能耗約為沖天爐工藝的30%,產品成本只有沖天爐礦棉制品的60%~80%,高爐渣的出棉率在70%以上,具有較強的市場競爭力。
采用高爐熔渣生產礦棉技術,因限于技術瓶頸和行業(yè)界面等因素,國際上只有日本的JFE等3家企業(yè)的4條生產線采用了高爐液態(tài)渣通過電熔直接制棉,產量約占日本巖礦棉總產量的40%。最近幾年國內外相關技術發(fā)展迅猛,但作為一項跨行業(yè)的交叉技術,實際進展不盡如人意,僅有江蘇江陰天寶公司依托蘇州鋼廠進行了工業(yè)性試驗,隨著蘇鋼小高爐的關閉,目前該試驗裝置也已拆除。太鋼于2013年引進日本的雙聯(lián)爐法高爐恪渣制棉技術,但因設備調試及產品質量等原因,至今未成功實現(xiàn)產業(yè)化。
礦棉生產對熔體有如下要求:①成分必須在礦棉形成區(qū)內,可在一定的溫度范圍內(通常1400~1500℃)熔化,并且在相應溫度下粘度較低;②在礦棉成纖溫度附近培體粘度變化幅度小;③在礦棉工藝溫度范圍內不易析晶;④生成的礦棉性能達到要求;⑤溶體成分均勻,確保產品質量穩(wěn)定;⑥盡量減少消耗與排放,降低生產成本,利于保護環(huán)境。
高爐渣酸度系數較低,不能直接用來生產礦棉,必須進行調質處理。調質試驗在300kg感應爐上進行。以髙爐渣為基礎,根據設計的不同酸度系數,計算硅砂加入量,并測定調質后不同酸度系數的熔渣粘度,為制棉工藝熔體成分的選擇提供依據。
試驗表明,桂砂加入到高爐熔渣中,在充分補熱和攪拌條件下,能夠得到混合均勻的恪體,不同酸度系數的熔渣粘度見圖1。
圖1 不同酸度系數的熔渣粘度
圖1表明,熔渣的粘度都隨溫度的升高逐步降低,但變化的斜率不同:酸度系數較低時,粘度曲線較平滑,特別是1390℃以上時,熔體粘度隨溫度升高的變化很小,說明熔渣的粘度對溫度的變化不敏感,有較寬的溫度適應范圍;隨著酸度系數的提高,熔體粘度曲線的斜率增大,溫度的稍微波動都會導致溶體粘度較大的變化,曲線變得較陡峭;在相同溫度條件下,酸度系數越大粘度越高。
低酸度系數小于1.44時,溫度控制在1400°C左右就能獲得粘度在2.0pa.s以下的熔體,滿足制棉工藝的需要,而高酸度系數的熔體就必須加熱到較高的溫度才得到較好的流動性。
一般來說,酸度系數越高,礦棉的化學耐久性越好。但酸度系數過高時,爐料難以溶化。為充分發(fā)揮高爐熔渣生產礦棉的成本優(yōu)勢,礦棉的酸度系數控制在1.4以內,若生產更高酸度系數的礦棉產品,爐渣調質時需要添加更多的輔料,熔制系統(tǒng)能耗更高,成產成本也就越高。因此酸度系數控制在1.2~1.4,產品質量優(yōu)異且成本低。