中冶华天工程技术有限公司江苏南京210019
【摘要】由于全国范围内钢铁总量的严重过剩，致使钢铁价格严重下滑，广大的钢铁企业的经济效益面临急剧下滑的严重局面。为了提高钢铁企业生产的综合经济效益，把生产过程中添加的各种辅料所形成的钢包渣、高炉渣利用起来，变废为宝，生产出具有优良保温隔热性能的保温材料是提高企业综合经济效益的一个良好途径。尤其是利用热状态下的热熔渣，不仅具有能耗低、工艺简单紧凑、环保干净、产品质量稳定等特点，而且为广大的钢铁企业解决生产过程中由于渣料堆放所带来的巨大环境压力，促进企业转型升级具有重大的社会意义。
【关键词】热熔渣生产线；工艺；装备研究
一、钢渣高炉渣纤维市场分析
1.钢渣棉、高炉渣棉、矿棉材料的应用优势
玄武岩棉、钢渣、矿棉棉是以矿渣、玄武岩、钢包渣为主要原料，外加一定数量的辅助料，经高温熔融喷吹制成的人造纤维，具有不燃、无毒、导热系数低、吸音性能好、绝缘、化学稳定性能好、使用周期长等特点，是国内外公认的理想保温隔热材料。其主要类型有钢渣（钢渣）棉板、钢渣（钢渣）棉毡、钢渣（钢渣）棉管壳、粒状（钢渣）棉等制品，最高使用温度可达650℃。
除钢渣（钢渣）棉外，玻璃棉与泡沫石棉也是保温行业中常用的两种材料。玻璃棉因其密度低，中间有大量敞开孔，在湿度较大的场合，空隙中易进水，导致热导率随之上升，保温效果受影响较大。另外，玻璃棉的生产工艺决定了其纤维排列形式为顺茬排列，在横向方向强度较低，施工中不易切割和加工，容易造成使用上的浪费。从耐高温性能来讲最高使用温度只有300℃，比钢渣（钢渣）棉低一倍。
另一种保温材料泡沫石棉，在建筑和工业保温上也有一定应用。从环保角度考虑，石棉对人体有害，石棉纤维吸入呼吸道后可能因其呼吸道疾病甚至致癌，目前在欧美被禁止使用。泡沫石棉是石棉的一种，我国对此也有使用限制。
钢渣（钢渣）棉制品因其耐高温性、高酸度系数及环保性能，完全摒弃了以上两种材料的缺点，除适用于一般建筑保温、防火、隔热外，也完全适于高温设备及金属保温体的保温，具有更广的应用范围。
钢渣（钢渣）棉制品已成为都市商务楼、酒店、工业厂房、机场、车站等各类大型建筑内外墙及屋面保温、隔声、吸音、隔热的优选材料。钢渣棉还可作为工业的辅助材料，其粒状棉当作制动材料的添加物（代替石棉），既节约成本，又保护环境。
2.外墙保温中国市场蓄势待发
上世纪70年代后，国外普遍重视保温材料的生产和在建筑中的应用，力求大幅度减少能源的消耗量，从而减少环境污染和温室效应。国外保温材料工业已经有很长的历史，建筑节能用保温材料占绝大多数，如美国从1987年以来建筑保温材料占所有保温材料的81%左右。
钢渣（钢渣）棉、粒状棉作为工业和建筑业保温、隔热、防火、吸声的经济实用性材料，现已被各界广泛采用，瑞典及芬兰等西欧国家80%以上的钢渣棉制品用于建筑节能，而德国法律中明确规定，超过22米以上的建筑严禁使用有机可燃保温材料（如聚苯乙烯等），大部分使用钢渣（钢渣）棉做外墙及屋面保温。
二、热熔渣利用工艺概述
2.1工艺概述
1）将盛有符合生产矿棉制品要求的化学成份和粘度的高温熔体罐车拉到矿棉车间，然后用吊车将罐车吊至一定高度，经过溜槽倾流到炼钢用石墨电极电阻炉前炉。在前炉经过添加铝矾土、除铁、加温等工序，加工出符合生产矿棉制品要求的化学成份和粘度的高温熔体。
流入离心机的高温熔体在离心辊的离心力和吹离系统喷出的高速气流的复合作用下牵伸成纤维，并将纤维吹送至集棉机。纤维在飞越过程中，利用其与渣球的速度差，有效地将未成型的渣球分离出去，同时，利用细雾粒多点喷射方式，将粘结剂均匀的施加到纤维表面。
纤维在集棉室的负压抽吸作用下均匀沉降到高速运行的集棉机上，形成很薄的初棉毡。初棉毡经输送机送入摆锤输送机，在双层摆锤带的往复作用下，在接收输送机上形成多层折叠结构形式的均匀棉毡。根据不同产品的要求，集棉机速度、摆锤机摆幅和摆速均可以分别设定，接收输送机出口接在加压输送机。
未固化棉毡进入固化炉，毡层在固化炉内被上下网孔链板加压定型，同时鼓入热风，穿过毡层，使其中粘结剂固化并形成具有一定厚度和强度的连续板毡。从固化炉出来的板毡经冷却段、边料回收纵切机、测长装置、飞锯、横切机、皮带输送机、包装机、等加工成所需规格品种的合格产品。
1.1制品规格性能
1）达到中国国家标准《绝热用岩棉、矿渣棉及其制品》（GB11835－2007），《建筑用岩棉、矿渣棉绝热制品》（GB19686—2005），《建筑外墙保温用岩棉制品》（GB/T25975－2010）。
2）最大年产量为：25000～40000吨
3）制品类型可为：棉板、棉毡；
4）生产制品的密度：50-200kg/m3
5）厚度：30-200mm
6）宽度（切割后）：630×2＝1260mm，600×2＝1200mm
7）产品的KT值小于等于15000
8）酸度系数不小于1.6（由甲方熔体成分决定）
9）抗拉强度不低于7.5kpa
三．设备简介
3.1活动溜槽
活动溜槽是承接并将流股导入到离心机进行成纤的设备，采用水套冷却方式，尾部溜槽
可以前后左右移动。
3.2新型低噪声风环，喷胶（进口喷嘴）一体式离心机
1）概述
四辊离心机的用途是将流到本机高速回转的辊轮上的高温液态熔体通过离心力的作用，使溶体变成纤维。
设置两台离心机，保证生产不间断，当一台工作时，另一台则备用或维修。离心机的电源、冷却水、粘结剂、压缩空气、吹离风均采用快速接头，待机、更换快捷方便。
离心头采用汽化冷却方式，纤维更好。
离心机的噪声国内最小，降低了平台上的噪声，保证平台上良好的工作环境。离心辊头的最高线速度达到120米/秒，风环、喷胶和离心机是一体式，轴承（SKF）、喷嘴是进口品牌。
设备具体参数：
a）纤维产量（成品）：3500—4000kg/hr
b）冷却水压力：3kg/cm2
c）冷却水水质要求：软化水、管路上装有小于60目孔的过滤器
d）润滑系统
采用最先进的润滑系统，比传统润滑系统用油节约约80%，空气中无多余的油雾，改善操作人员的工作环境。
润滑油用量：100毫升/小时
e）离心机水系统流量计
采用转子流量计来显示水系统的流量。
f）离心机转盘
通过离心机转盘，二台离心机可以快速更换，在更换时不需要用行车。
正常生产条件下，工作8小时后要退出检查、清洁。
3.3高速鼓式集棉机和高速输送机
集棉机采用鼓式集棉结构，最大线速度为100米/分。
集棉机和高速输送机可使纤维平稳和均匀地横向分布在生产线上。抽吸系统保证集棉室处于负压状态，抽吸力加上来自风环的复合气流，迫使纤维进入高速输送机；刚成形的薄毡被送到摆锤带，摆锤带把薄毡送至纵向位于摆动带下面的接收输送机上，形成多层毡。
鼓式集棉机的主要结构：机架、前帘、旋转支撑、φ5000直径的集棉鼓、传动装置、风室、渣球辊、清扫装置、冲洗水管、吹干系统、升棉系统等组成。
轮鼓的表面的清扫采用二套清扫装置，一套水冲洗、一套吹干风系统。
客户自备一台150—200bar高压水枪、压缩空气吹气枪（供集棉机、固化炉及其它设备检修时清洗网板用）
主要技术指标：
1）原毡宽度2400mm
2）集棉机最大速度100m/min
3）高速输送机最大速度100m/min
4）鼓直径：5000mm
3.4高速摆锤输送机
摆锤输送机的作用是接收从集棉机输送的棉毡，经过高速输送机将棉毡输送到摆锤输送机内，在摆锤输送机往返摆动作用下，棉毡在接收输送机上被铺成多层堆积的均匀的棉层，经过接收输送机的输送，棉层经过加压后进入固化炉固化。
主要技术指标：
1）摆锤输送机工作的宽度2400mm
2）摆锤输送机的最大速度100m/min
3）铺毡最大宽度1360mm
4）摆锤输送机最大频率：30摆/分
5）最大铺毡层数：60层/分
3.5易清扫、大风量、负压抽风系统
抽吸箱位于集棉机的中部，通过管路与过滤室连接。抽吸箱利用抽风机连续保持负压状态。
1）过滤室一般为水雾与楔形过滤组合结构。
2）过滤室由砖混结构组成，共有二层，上层内有钢构架，用棉板制成的过滤元件固定在这
一钢构架上。当过滤室出现堵塞现象时，须进行清理，用新棉板更换堵塞的板。
3）过滤室更换新棉板时间一般不超过30天，更换时间一般不超过1天，每5天左右进行清扫一次。下层的渣棉可以直接用装载车开进去进行铲运；
4）下层的大门要求密封，并必须向外开启；
5）二台抽风机安装在房顶上，减少风阻、节省场地；
6）过滤室有手动操作的防火喷水装置；
7）总的过滤面积（近似）：400m2
3.6接收输送机、提升输送机
1）接收、提升输送机在整个生产线中主要的作用有：一是作为不同的加工设备之间的过渡段，连接各道生产工序，使整条生产线有序运行；二是通过对摆动铺毡机来的棉毡进行收集成型；
2）接收输送机在产品的成型阶段起到了重要的作用，通过配合集棉机，摆动铺毡机，控制其速度可实现生产不同的产品；
3）配有液压升降台，能根据产品规格简单、快速调节接收的角度；
4）配有称重皮带，随线即时显示初次棉毡的重量，仪表可输出4～20mA模拟量信号；
5）输送速度：1.8—18m/min；
6）接收角度调节范围：7～25°
3.7纵、横向打褶机、加强型加压输送机打褶机、加压输送机接受由成形输送机输送过来的迭层棉毡进行打褶、压缩并输送至固化炉。
打褶机主要结构：
打褶机由固定的下输送辊道部分和上输送辊道部分组成，其中上输送辊道部分由水平的上输送辊道与以上输送辊道端部为旋转轴线的活动辊道构成。根据产品规格的不同，调节升降高度以及入口段上输送辊道的开口角度。
各辊道的传动分别由4台变频电机带动，根据工艺要求进行变速。每个电机既能单调，又能按设定的压缩比进行自动调节。
加压输送机主要结构：
加压机由固定的下输送辊道部分和可调升降高度的上输送辊道部分组成。根据产品规格的不同，调节上输送辊道部分高度，以生产不同的产品。
1）压缩比：1：3
2）上下辊面调节距离：20—200mm
3）辊面宽度：1490mm
3.8高效节能型固化炉
1）设备的用途和使用范围
在棉板（毡）生产线中，含有粘结剂的原棉毡从集棉机出来，通过加压输送线，经固
化炉内的上、下两条输送带加压和热风循环系统加热烘干，使棉毡连续固化成一定容重、一
定宽度的棉板或棉毡，然后输送至下一工序。
2）设备的工作原理
原棉毡在固化炉中，通过调节上部输送带的高度调节棉毡厚度，由上、下两条输送带
夹着输送，并施加一定的预压力。在输送过程中，风室内的热风穿透棉毡使其中的粘结剂固
化，整个过程是连续进行的。
4）设备的技术指标
a）棉毡宽度1300mm
b）上链板提升距离10～250mm
c）固化炉工作高度30～200mm
d）顶桥升降速度20mm/min
e）固化炉长度30m
主要特点：
a）采用双层保温。
b）内腔采用微负压操作，废气不逸出固化炉而形成污染。
c）26台升降减速机采用标准市场产品，刚度满足高容重200kg/m的产品需要。
d）固化炉采用高强刚度设计，产品厚度控制精确（误差不超过±2mm国家标准）。
3.9固化炉温度可控燃气热风系统
热风系统由4套燃烧炉及4台循环风机组成。
固化炉内部设置了相互封闭的热风区，每个区配有独立的风室、风管和热风循环系统，由热风循环系统供风，可以分别控制风温和循环量。
在固化炉的进出口区域，装有单独的排气烟囱，将热循环过程中泄漏的废气排出，并在进出口形成微负压，防止废气从进出口逸出固化炉而形成污染，保证车间内的良好工作环境。
1）循环风机4台
热风发生炉配有风机，用于空气循环。
最高使用温度300℃
2）抽湿风机2台
3）燃气燃烧炉4台
燃烧炉、管道和固化炉分室连接至风机，燃烧器是意大利进口产品，配有精确的温度和安全控制系统。
安装好后，管道须用矿物棉绝热，以防止热的损失，绝热工作应细心操作。
燃烧炉规格：
a）燃烧介质：天然气，热值为：8600Kcal/h
b）输出热量：14—58万大卡
c）天然气供气压力：10—20Kpa
d）燃烧器管径：DN40
固化炉的烟气处理根据当地的环保要求来处理（乙方提供技术支撑，甲方具体实施）。
一般目前的处理方法：
a）国内采用类似于负压风室棉板过滤后排放的方法
b）国外先进的处理方法是把烟气焚烧后，热能回收、冷却、布袋收尘后排放。
3.10加长棍道式冷却输送线和风机
经固化炉固化之后的矿棉半成品温度较高，在进行下一加工步骤之前，需要进行冷却。
冷却输送机是位于固化炉之后的设备，其主要作用有：一是对固化炉固化后的半成品进行冷却，二是作为固化炉和下道加工工序之间的连接输送。
a）输送速度：1.8—18m/min
b）长度：5000mm
冷却风机的位置根据现场的经验，安放在室外，风管在地下走，这样的的设计能降低室风噪声，保证车间内的良好工作环境。
3.11边料切割、粉碎、回收、三头无尘切割纵切机
边料回收、纵切机是把由固化炉传出来的棉板切割到规定的宽度后，把两端的废边打碎的回送到集棉机的设备。
纵切机是把由固化炉传出来的棉板按规定的宽度要求中间切开。采用无齿园盘锯，并配有集尘箱，切割头数量为3个。
边料粉碎机一边一台共二台，粉碎刀头是硬质合金材料。
回收风机的叶轮的表面采用热喷镀耐磨材料，风机壳内衬可更换的耐磨钢板，一备一用共二台。
主要技术特征：
1）碎边最大宽度：200mm
2）碎边最大厚度：200mm
3）颗粒度：Φ10mm
4）产品纵切宽度：630×2=1260mm、600×2=1200
5）圆盘锯片直径：650mm
6）最大可切割制品容重：200kg/m3
3.12皮带输送机
皮带输送线在整个生产线中主要的作用有：一是作为不同的加工设备之间的过渡段，连接各道生产工序，使整条生产线有序运行；二是通过不同的速度为生产线末端的包装提供时间。
输送速度：1.8—18m/min
生产线上所有的皮带输送都采用国外先进的防跑偏结构。
3.13测长装置
用脉冲发生器来测定要切割产品的长度，提供信号给飞锯和横切机切割。
3.14无尘切割飞锯
飞锯专用于将高容重的棉板切断的，该机可以横向跟踪切割连续输送的产品。
飞锯主要由电机、横向行走装置、锯片、纵向跟踪装置组成。其主要作用是通过电机减速器高速旋转锯片，由横向行走装置带动，进行产品的横行切割。
纵向跟踪装置由离合器、纵向跟踪机架、回程气缸等部件组成；其主要作用是通过离合器吸合后，用与主线同速的减速机带动纵向跟踪机架，达到同步切割的目的。
1）切割的最大厚度：200mm
2）切割的最大宽度：1300mm
3）跟踪切割速度不大于：9m/min
4）最大可切割制品容重：200kg/m3
3.15进口离合器的气动横切机
气动式横切铡刀机，专用于将低容重的棉毡板切断的机器。
电动机带动飞轮空转运行，当定长机构发出剪切信号后，使气动离合器啮合，同时气动刹车及气动安全刹车分离，由飞轮带动曲轴连杆机构使刀片瞬间上下运动，而达到剪切棉毡的目的。
主要技术指标：
1）产品最大宽度：1350mm
2）切割产品的最大容重：80kg/m3
3）产品最大厚度：100mm
4）最大切割次数：25次/分
3.16数控包装机
主要技术指标
1）最大包装物尺寸：L＝1200mm，W＝850mm，H＝500mm，
2）包装材料最大尺寸：W≤1580mm，Φ≤250mm，
3）包装物单件最大重量：≤40KG
4）包装最高速度：8包/1分钟（L=1200mm，W=600mm，H=500mm）
3.17施胶系统
喷胶系统用于粘结剂在喷洒到纤维上。粘结剂要保存在温度大约为10℃的环境下。喷胶系统配有混合罐2个（一备一用）、计量罐1个、流量计一个、输送崩2个（一备一用）、过滤器2个、稳压罐1个。
3.18电气控制
生产线的电气控制有二部分组成，成纤、集棉的电气控制柜安装在熔制楼的二层平台上，板线的电气控制安装在车间的一侧。
生产线的速度控制采用富士品牌变频器，西门子品牌PLC程序控制器、触摸屏输入的方式，飞锯的电气控制也运用了PLC程序控制器。
四、辅助系统
4.1压缩空气系统
1）空压机、气源处理、储气罐、管系（20m3/min螺杆空压机二台一备一用）
2）压力：7kg/cm2
4.2生产用水
1）水质：洁净无杂质、硬度：<3odH、压力（车间进水处）：>3kg/cm2
2）补水量：10m3/hr
3）供至车间各用水点
4）离心机冷却水：水质为软化水、水量0.8～1m3/h；
5）离心机冷却水均不能旁接另外用水。
4.3供电
1）变压、高低压配电柜、电压：380V/220V±5%、频率：50Hz±2%
2）总功率：乙方提供的设备总装机容量1360kw
3）冲天炉水冷系统供电要求一级复合（备柴油发电机）
4.4燃气
1）燃气用量200—300万大卡/小时，（请提供燃气热值和成分，以便乙方燃烧器订货）
2）进口压力：10～20kpa
3）供至各用气点（固化炉热风炉4处60x4=240万大卡）
五、结束语
5.1整个生产线工艺紧凑、自动化程度高、产品质量稳定，为广大钢铁企业变废为宝，提高综合经济效益开辟了一个全新途径。
5.2该项工艺具有：产量大、质量好、成本低、劳动生产率高等特点，其原料可以是煤矸石、高炉渣或钢渣，代表了下一步我们国家宏观经济新常态下保温材料的发展方向。