利用液態(tài)熱熔渣直接制備礦渣棉生產(chǎn)工藝及市場分析

張德信，楊靜，韓繼先，杜選東

（中國絕熱節(jié)能材料協(xié)會，北京 100831）

巖棉、礦棉及其制品，具有體積密度小、導熱系數(shù)低、吸聲、隔聲性能好、不燃、耐火、抗凍、耐腐蝕、防蟲蛀、化學性能穩(wěn)定等特性，被廣泛應用于建筑和工業(yè)設備、管道和窯爐的絕熱、防火、吸聲和隔聲等方面。

1 礦渣棉組成及生產(chǎn)工藝

礦渣棉是一種高效防火絕熱材料，傳統(tǒng)生產(chǎn)方法以高爐干渣（簡稱冷礦渣）為原料，采用沖天爐焦炭為燃料生產(chǎn)礦渣棉，此方法能源消耗高，一般融化1 t原料需300～350 kg焦炭，存在環(huán)保處理難度大等問題。利用液態(tài)熱熔渣（1400～1450℃）生產(chǎn)，有效利用熱熔渣的熱量，相比冷礦渣生產(chǎn)可節(jié)省能源40%～60%。采用電爐生產(chǎn)相對比較環(huán)保。

液態(tài)熱熔渣既是以液態(tài)形式產(chǎn)出，又含有一定的熱量，熱熔渣的溫度一般在1000～1450℃。在冶金行業(yè)的高爐煉鐵和合金類熔煉（錳鐵合金、鎳鐵合金、硅錳合金、硅鐵合金等），有色金屬行業(yè)冶煉（磷礦冶煉、鉻礦冶煉等），化工行業(yè)（磷礦冶煉、鉻礦冶煉等），火力發(fā)電行業(yè)煤粉經(jīng)過鍋爐燃燒后產(chǎn)生的液態(tài)熱熔渣（旋風爐液態(tài)渣、循環(huán)硫化床爐的液態(tài)渣）等生產(chǎn)過程中產(chǎn)生液態(tài)熱熔渣。

1.1 液態(tài)熱熔渣的化學成分（見表1）

表1 液態(tài)熱熔渣的化學成分 %

1.2 國內外礦渣棉的化學成分（見表2）

表2 國內外典型礦渣棉的化學成分[1] %

1.3 國內外典型玄武巖棉化學組成分（見表3）

表3 國內外典型玄武巖棉化學組成分[1] %

1.4 生產(chǎn)工藝（見圖1、圖2）

圖1 生產(chǎn)工藝流程

圖2 液態(tài)熱熔渣直接制備礦渣棉生產(chǎn)工藝流程示意

此生產(chǎn)工藝的直接與間接都理解為直接取料，因直接取料的概念應在排液態(tài)處經(jīng)導流槽到離心成纖，但實際操作中都是用包接走再生產(chǎn)。

液態(tài)熱熔渣直接制備礦渣棉目前采用電爐形式：（1）引進線是日本的技術。（2）國內有2種情況，一是有色金屬冶煉企業(yè)已有電爐熔制技術，都是自選的；二是冶金高爐熔煉渣大部分是由西安銀海電爐廠提供電爐熔制工藝與設備。后加工部分由國內設備廠家提供。電爐見圖3，產(chǎn)品樣品見圖4。

圖3 電爐照片

圖4 產(chǎn)品樣品

2 國內外液態(tài)熱熔渣直接制備礦渣棉的發(fā)展概況

2.1 國外發(fā)展概況

國外液態(tài)熱熔渣生產(chǎn)主要有日本，因日本是資源非常匱乏的國家，他們在各項工業(yè)生產(chǎn)活動中都想辦法盡量采用可回收的、可循環(huán)發(fā)展的方式進行工業(yè)生產(chǎn)。他們在20世紀中期就開始研發(fā)利用高爐產(chǎn)出的液態(tài)熱熔渣直接生產(chǎn)礦渣棉技術，主要以JFE公司為代表。

2.2 我國的發(fā)展過程

（1）1992年，南京玻璃纖維設計研究院采用電加熱導流新工藝，利用旋風爐液態(tài)渣制取巖棉。液態(tài)渣要進行調值，用增鈣方法使酸度系數(shù)在1.2～2.0，曾經(jīng)在沈陽熱電廠和錦西化工廠進行了小試和中試。

（2）1997年，南京玻璃纖維研究設計院發(fā)表的《我國工業(yè)廢渣制棉技術的開發(fā)》中，曾提出應發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的聯(lián)合設計方案，采用電廠旋風爐液態(tài)渣直接制棉工藝，利用化學工業(yè)磷礦渣制成棉工藝等模式。

（3）2002年2月，蘇州鋼廠啟動利用高爐礦渣直接制取礦渣棉新工藝，2003年正式投產(chǎn)，生產(chǎn)1萬t粒狀棉，前后生產(chǎn)45個月，共生產(chǎn)4萬t。后因蘇州鋼廠臨近運河，實施拆遷，于2008年停產(chǎn)。

（4）2002年4月2日，中國節(jié)能投資公司在沈陽熱電廠召開旋風爐液態(tài)渣制成棉工藝的論證會。

（5）大連環(huán)境科學研究院楊鏵利用熱電廠施風爐液態(tài)渣顯熱生產(chǎn)礦棉技術現(xiàn)狀及其改進探討[2]。

（6）山西省交城義望鐵合金廠。2010年二季度開始建設，2011年正式投產(chǎn)，目前有3條粒狀棉生產(chǎn)線，2條板材生產(chǎn)線，棉產(chǎn)能12.5萬t，板4.5萬t。2014年8月，液態(tài)爐渣直接制取礦渣棉工藝技術獲得中國鋼鐵協(xié)會、中國金屬學會、冶金科學技術二等獎。

（7）2015年8月，太鋼不銹鋼有限公司引進日本生產(chǎn)線，板材和粒狀棉產(chǎn)能各3.5萬t。

（8）2016年11月25日，寶鋼集團利用高爐熱熔渣直接制棉新工藝，“十二五”規(guī)劃科研項目進行科技成果鑒定。

2.3 國內液態(tài)熱熔渣企業(yè)分布狀況

國內液態(tài)熱熔渣企業(yè)主要分布在山西、山東、云南、河北、寧夏、內蒙古等地區(qū)（見表4）。

表4 國內熱態(tài)液熔渣企業(yè)位置分布狀況

3 液態(tài)熱熔渣產(chǎn)品拓展及市場分析

（1）目前國內的發(fā)展形勢可用迅猛二字形容，短短5～6年的時間，技術從無到有，形成自己的生產(chǎn)工藝，產(chǎn)能達到65萬～70萬t的能力，其中，礦渣棉產(chǎn)能達到40萬t左右，粒狀棉產(chǎn)能25萬～30萬t，今后在礦渣棉生產(chǎn)過程中，建議政府有關部門、行業(yè)協(xié)會禁止采用冷礦渣生產(chǎn)工藝，盡量采用液態(tài)熱熔渣技術生產(chǎn)礦渣棉制品。

（2）從市場需求分析，粒狀棉產(chǎn)品在為開拓新的市場，應慎重投產(chǎn)。礦渣棉板生產(chǎn)線可適當擴展。

（3）由于金屬面絕熱夾芯板標準中絕熱材料選用之一模塑聚苯乙烯泡沫板，因處理不當?shù)阮l頻發(fā)生火災，造成人員財產(chǎn)的重大損失，公安部消防局規(guī)定，凡是住人和人員活動場所嚴禁使用不燃材料做芯材的夾芯板，為此巖棉、礦渣棉板、玻璃棉板得以發(fā)展。按照GB/T 23932—2009《建筑用金屬面絕熱夾芯板》的規(guī)定，巖棉、礦渣棉除熱荷重收縮溫度外，應符合GB/T 11835—2007《絕熱用巖棉、礦渣棉及其制品》的規(guī)定，密度應大于100 kg/m3；玻璃棉除熱荷重收縮溫度外，應符合GB/T 13350—2008《絕熱玻璃棉及其制品》的規(guī)定，且密度應不小于64 kg/m3。

（4）液態(tài)熱熔渣還可以生產(chǎn)礦渣微晶玻璃。礦渣微晶玻璃既可做裝飾裝修材料，又可用于耐酸、耐堿、耐磨材料的應用。

（5）關于液態(tài)熱熔渣生產(chǎn)巖棉、礦渣棉產(chǎn)品，目前市場上有稱為巖棉制品，也有稱為礦渣棉制品。在此建議在對巖棉、礦渣棉產(chǎn)品界定不是很清晰的情況下，在宣傳方面應慎重行事。

（6）關于產(chǎn)品質量問題，建議各生產(chǎn)企業(yè)改進工藝路線，提升設備加工技術水平，使礦渣棉制品的手感更好，滿足用戶需要。