铁合金热熔渣能质协同利用制备矿棉智能装备与技术

铁台金行业作为钢铁行业重要的子行业之一，2017年产量总量为3288.7万吨。铁台金行业的蓬勃发展，为社会带来了巨大的经济效益，同时也产生了大量的工业固体废弃物。

在冶炼铁台金的过程中，每生产1吨铁台金，通常会产生1.2-1.3吨的热熔渣。热熔渣的随意排放不仅占用了宝贵的土地资源，造成了热能资源的浪费，还对周围的生态环境和人体健康造成一定的潜在威胁。

因此，在中国特色循环经济的背景下，铁台金行业闭环环节关键设备与技术的研发与产业化显得尤为迫切。青岛青力环保设备有限公司、北京科技大学和宁夏吉元君泰新材料科技有限公司，针对铁台金产业闭环环节的热质废渣处理和资源化问题，研究铁台金渣的物理化学特性。

在工业生产中，充分利用熔融态铁台金渣的显热，经过调质后达到预期的“修正酸度系数”，可直接生产优质岩（矿）棉，其能源消耗将大大降低。相对于冷料工艺，此工艺避开了冷料工艺中先冷却再熔融的弊端，可以充分利用热熔渣的显热实现能源的最合理利用，极大地降低了生产成本。

相比于其他高炉热熔渣制棉工艺，经过优化调质可生产出优质岩（矿）棉产品，达到《建筑外墙保温用岩棉制品》的国家标准。在岩（矿）棉生产线设备方面也进行了一系列的改进和创新，并研发了岩（矿）棉自动生产线电控系统。

通过物联终端的网口通功能，将可编程序控制器（PLC）和上位机电脑置于同一个虚拟局域网中，实现远程下载和数据采集功能。通过串口通软件实现远程编程，进而实现对生产线的远程控制、故障诊断、远程故障排除等远程监控运维，使设备更加高效，产品更加稳定，企业具有更强的市场竞争力。

1. 铁台金热熔渣制备矿棉工艺技术路线图图1 铁台金热熔渣制备矿棉工艺技术路线图

本项目所建成的铁台金热熔渣生产岩（矿）棉工艺主要由调质电炉、离心机、集棉机、集粒机、摆锤、成型机、固化炉、切割机及产品包装等设备组成。

目前，国内在铁台金热渣成棉的热渣类型主要为硅锰铁台金热渣和镍铁合金热渣。转运方式主要是汽车运输、电瓶车运输和火车运输。

在生产中，对每一批次（2-3个月内冶炼原料和工艺保持不变）的铁台金热熔渣预先进行物理化学基本特性分析，即时优化调质料配比。

调质电炉的主要作用是储存熔融态铁台金渣，保证流股的稳定性和均匀性。铁合金热熔渣流入调质电炉，依托最优调质配比进行调质并均质化（电弧均化与底部氮气喷枪均化），调整其修正酸度系数，在热均匀性和化学均匀性上使熔体达到成纤标准。

2. 核心装备技术的设计

（一）调质电炉核心设计： 1. 调质电炉为直接加热式三相交流电弧炉，电弧发生在专用电极棒和液态热熔渣之间，热熔渣和调质料直接受到电弧热加热并进行均化。 2. 炉体设有一个密闭接渣口，通过密闭溜槽使热渣缓慢流入炉体内，接渣时需手动打开进渣口门。 3. 炉体一侧出渣口设一个手动水冷铜出渣门用来控制流量的大小，另一侧设一个出铁口，用来放出炉底沉淀残铁。 4. 特殊配制的耐材。 5. 电炉变压器为电弧炉专用变压器，采用有载电动调压，低压二次侧采用铜排顶出线，外封口。变压器油水冷却器采用强油循环水冷却器。 6. 电极升降自动控制系统由西门子S7-200型PLC来完成。

（二）离心机核心设计： 1. 主轴采用多级弹性支撑，减震效果好，支撑强度大，长期使用稳定性好，大大提高了轴承的使用寿命。 2. 不同的坐标位置，使成纤率提高5-10%。 3. 离心辊头采用316L多层堆焊，辊头使用寿命延长72-120小时。 4. 可调胶环，分别计量控制精确供胶，中心喷胶与外围喷胶相结合，使喷胶更均匀，节胶、高质，有效减少花棉的出现。 5. 整体风环结构有区别的导流片设计。 6. 辊头采用开式或闭式冷却方式，轴承采用压缩空气油气雾化技术，既可对轴承充分润滑，又对轴承起冷却作用，从而大大提高了主轴轴承的使用寿命。

（三）鼓式集棉机核心设计： 1. 集棉机采用转鼓式，直径5米，总宽度2.8米，网板有效宽度2.4米，线速度可达100米/分钟。 2. 由于转鼓的两端支撑在大型回转支撑上，并有良好的润滑，故其使用寿命非常长。 3. 网板采用长条孔结构，通透率大于48%，从而减少了负压风机的功率消耗，增加了成纤率。 4. 集棉机内配备刮板机、螺旋输送机、高压水清洗装置，保证了集棉机长期稳定运行。

（四）摆锤的核心设计： 1. 摆锤目前主要分弧摆和平摆。 2. 国内岩（矿）棉厂基本上都是弧摆，优点是结构简单维修方便，缺点是岩棉板容重不均匀。 3. 国外岩棉厂有的采用平摆，优点是岩棉板容重均匀性一致，提高了产品质量，缺点是结构复杂维护麻烦。 4. 我们特殊设计的摆锤形式为似平摆，结构简单维修同样简单方便，岩棉板容重均匀性基本达到95%以上。

（五）固化炉核心设计： 1. 固化炉接受加压机输送过来的棉毡经固化炉上下网版输送、加压、烘干。 2. 棉毡里的粘结剂在运行过程中连续固化，以形成一定厚度、容重的岩棉板。 3. 固化炉上下网板为单独驱动同步运行。 4. 固化炉内分为四个加热区，外配4台热风炉由天然气燃烧机产生热风循环加热。 5. 将熔化系统的低温换热器产生的热风送至热风炉以降低天然气的消耗量。

（六）冷却、切割系统核心设计： 1. 冷却、纵切、废边回收、切条、横切。 2. 纵切：三套刀具，可随时升降。 3. 碎边机：独立碎边，配备碎边回收风机，安全可靠。 4. 切条机：一用一备共2套，可随时升降切换使用。 5. 横切：采用多台伺服电机，配以运动控制器，使横切动作运动瞬时跟踪整个生产线的速度。

（七）智能云平台系统： 1. 由中央控制、加配料、富氧、温控、成纤、集布棉、打褶打压、固化、切割、制胶等10大电控系统组成。 2. 通过物联终端的网口通功能将PLC和上位机电脑置于同一个虚拟局域网中，实现远程下载和数据采集功能。 3. 通过串口通软件实现远程编程，进而实现对设备的远程控制功能。 4. 通过网口通、串口通软件可以实现设备的全方位监控云服务。

（八）熔体流量自动控制系统： 1. 利用安装在成型机下面的自动称重系统来捕捉流股的变化。 2. 通过PLC控制系统，采用计算机程序运算，对整个生产线的速度进行PID调节。

3. 典型铁台金热熔渣生产优质岩（矿）棉调质技术研究： 大量研究利用硅锰、镍铁等典型铁台金废渣为原料，将熔体采用高速离心喷吹等工艺制成的丝状无机纤维，制成矿棉。

这种矿棉与目前广泛应用的岩棉相比，在酸度系数、耐水性、耐火性、耐腐蚀性以及纤维长度等方面还有很大差距，矿棉的性能还不能满足建筑外墙用保温材料的标准要求。

由于矿棉原料成分与岩棉原料不同，通常对热熔渣进行调质处理，添加硅石等调质剂，尝试的效果不十分理想。

在高温热熔渣调质过程存在熔渣难与调质剂混合，并产生降温造成熔渣黏度高，难以达到硅酸盐体系的成丝要求，严重影响了矿棉生产和成丝质量，制约了铁合金渣的利用，造成了铁合金生产的环保压力。

我们针对上述已有技术存在的不足，创新研发了一种能快速形成硅酸盐系的调质方法。

以新的修正酸度系数Mk*=1.6为标准，这样最终的酸度系数Mk在1.7-1.9之间。

将铁合金热熔渣浇入调质炉，电极加热（电弧均化）产生一定的流动性，炉底部喷枪喷入氮气，促进与加入的调质料（热料或小球状冷料或粉料）充分混合，保证了快速形成硅酸盐体系，并通过调质电炉升温保温再均化等，得到熔体温度合适、黏度适宜、成分符合吹棉要求的熔渣，解决了熔渣难与调质料混合并产生降温的问题，达到了高质量矿棉的性能标准，实现了对矿产资源的节约以及铁合金废渣更好的利用。

利用铁合金渣生产矿棉的调质方法，调制出的熔渣流体的修正酸度系数Mk*为1.5-1.6，温度1360-1460°C，黏度14-16 Pa·s。

将调质好的熔体通过离心喷吹制成岩（矿）棉，其岩（矿）棉纤维可达到《绝热用岩棉、矿渣棉及其制品》GB/T11835-2007，岩（矿）棉板可达到《建筑外墙外保温用岩棉制品》GB/T25975-2010性能要求。

通过大量实验得出结论：用高硅低铝高钙调质料对硅锰渣进行调质最为适宜，用高硅高铝低钙调质料对镍铁渣进行调质最为适宜。

成熟程度及推广应用情况： 本技术产生的废渣和废棉可以再回收到电炉内进行熔化制棉，因此整个生产过程不再产生固体废料，有效的保护了生态环境。

固化炉热源采用清洁能源天然气进行热量固化；集棉机处的负压除尘、固化炉的除尘、切割处收尘都采用岩棉板过滤除尘，车间内真正达到清洁生产、环保生产。

根据习总书记2018年5月18日在全国生态环境保护大会上的讲话：“培育壮大节能环保产业、清洁生产产业、清洁能源产业，发展高效农业、先进制造业、现代服务业。推进资源全面节约和循环利用，实现生产系统和生活系统循环链接。”

以及发改办环资〔2019〕44号关于推进大宗固体废弃物综合利用产业集聚发展的通知。“铁合金

铁台金行业作为钢铁行业重要的子行业之一，2017年产量总量为3288.7万吨。铁台金行业蓬勃发展为社会带来巨大经济效益的同时，也产生了大量的工业固体废弃物。在冶炼台金时，每生产1t台金通常会产生1.2-1.3t的热熔渣。热熔渣的随意排放不仅占用了宝贵的土地资源，产生热能资源的浪费，还对周围的生态环境和人体健康造成一定的潜在威胁。因此，在中国特色循环经济背景下，铁台金行业闭环环节关键设备与技术的研发与产业化迫在眉睫。

青岛青力环保设备有限公司、北京科技大学和宁夏吉元君泰新材料科技有限公司结合铁台金产业闭环环节的热质废渣处理和资源化问题，研究铁台金渣的物理化学特性，在工业生产中充分利用熔融态铁台金渣的显热，热熔渣经过调质后达到预期的“修正酸度系数”可直接生产优质岩（矿）棉，其能源消耗将大大降 低。相对于冷料工艺，此工艺避开了冷料工艺中先冷却再熔融的弊端，可以充分 利用热熔渣的显热实现能源的最合理利用，极大地降低了生产成本，相比于其他 高炉热熔渣制棉工艺，经过优化调质可生产出优质岩（矿）棉产品，达到《建筑 外墙保温用岩棉制品》的国家标准。在岩（矿）棉生产线设备方面也进行了一系 列的改进和创新，并研发了岩（矿）棉自动生产线电控系统，通过物联终端的网口通功能将可编程序控制器（PLC）和上位机电脑置于同一个虚拟局域网中，实现远程下载和数据采集功能。通过串口通软件实现远程编程，进而实现对生产线的远程控制、故障诊断、远程故障排除等远程监控运维，使设备更加高效，产品更加稳定，企业具有更强的市场竞争力。

1、铁台金热熔渣制备矿棉工艺技术路线图

图1铁台金热熔渣制备矿棉工艺技术路线图

本项目所建成的铁台金热熔渣生产岩（矿）棉工艺主要由调质电炉、离心机、集棉机、集粒机、摆锤、成型机、固化炉、切割机及产品包装等设备组成。目前 国内在使用铁台金热渣成棉的热渣类型主要为硅锰台金热渣和镍铁合金热渣。转运方式主要是汽车运输、电瓶车运输和火车运输。

在生产中对每一批次（2-3个月内冶炼原料和工艺保持不变）的铁台金热熔渣预先进行物理化学基本特性分析，即时优化调质料配比。调质电炉的主要作用是储存熔融态铁台金渣，保证流股的稳定性和均匀性，铁合金热熔渣流入调质电炉，依托最优调质配比进行调质并均质化（电弧均化与底部氮气喷枪均化），调整其修正酸度系数，在热均匀性和化学均匀性上使熔体达到成纤标准。

2、核心装备技术的设计

（一）调质电炉核心设计：

1、调质电炉为直接加热式三相交流电弧炉，电弧发生在专用电极棒和液态热熔渣之间，热熔渣和调质料直接受到电弧热加热并进行均化。除了电弧均化，为了加强热熔渣与调质料的调质反应过程，使最终热熔渣温度和成分均匀，在电弧炉炉底部加装氮气喷枪。

2、炉体设有一个密闭接渣口，通过密闭溜槽使热渣缓慢流入炉体内，接渣时需手动打开进渣口门。

3、炉体一侧出渣口设一个手动水冷铜出渣门用来控制流量的大小，另一侧设一个出铁口，用来放出炉底沉淀残铁。

4、特殊配制的耐材。

5、电炉变压器为电弧炉专用变压器，采用有载电动调压，低压二次侧采用铜排顶出线，外封口。变压器油水冷却器采用强油循环水冷却器。

6、电极升降自动控制系统由西门子S7-200型PLC来完成。将三相电弧电压、电流信号通过信号转换电路变成0-5V标准信号送入PLC模拟量输入模块，PLC根据采集的电流、电压信号、变压器档位及给定值等信号，按照功率控制的原理进行运算处理及逻辑判断后，将结果通过PLC模拟量输出模块控制液压系统电极升降阀（派克比例阀3用1备），对电极升降进行自动调节，当一路出现故障时可以手动切换，从而控制输入到炉内的电弧功率，以满足冶炼工艺的要求。在自动控制过程中，随时可通过按键来增加或减少给定信号，在运行过程中，随时可以手动控制电极升降。

（二）离心机核心设计：

热渣用离心机不同于冷料用离心机，为更好使用各种类型的热渣，经过几年的理论与实践生产，设计并制作出专用的热渣离心机：

（1）主轴采用多级弹性支撑，减震效果好，支撑强度大，长期使用稳定性好，大大提高了轴承的使用寿命，比传统离心机的轴承使用寿命提高30-40%。

（2）不同的坐标位置，使成纤率提高5-10%。

（3）离心辊头采用316L多层堆焊，辊头使用寿命延长72-120小时。

（4）可调胶环，分别计量控制精确供胶，中心喷胶与外围喷胶相结合，使喷胶更均匀，节胶、高质，有效减少花棉的出现。

（5）整体风环结构有区别的导流片设计。

（6）辊头采用开式或闭式冷却方式，轴承采用压缩空气油气雾化技术，既可对轴承充分润滑，又对轴承起冷却作用，从而大大提高了主轴轴承的使用寿命。

（三）鼓式集棉机核心设计：

（1）集棉机采用转鼓式，直径5米，总宽度2.8米，网板有效宽度2.4米，线速度可达100米/分钟，从而保证了一次棉在网板上分布得更薄更均匀（小于350g/tf ）从而保证了制棉的质量。

（2）由于转鼓的两端支撑在大型回转支撑上，并有良好的润滑，故其使用寿命非常长（几年至十几年），大大减少了设备的维修量。

（3）网板采用长条孔结构，通透率大于48%，从而减少了负压风机的功率消耗，增加了成纤率。

（4）集棉机内配备刮板机、螺旋输送机、高压水清洗装置，保证了集棉机长期稳定运行。

（四）摆锤的核心设计：

摆锤目前主要分弧摆和平摆。国内岩（矿）棉厂基本上都是弧摆，优点是结构简单维修方便，缺点是岩棉板容重不均匀；国外岩棉厂有的采用平摆，优点是 岩棉板容重均匀性一致，提高了产品质量，缺点是结构复杂维护麻烦。

我们特殊设计的摆锤形式为似平摆，结构简单维修同样简单方便，岩棉板容重均匀性基本达到95%以上，而弧摆形式的容重均匀性为80-85%。

（五）固化炉核心设计：

固化炉接受加压机输送过来的棉毡经固化炉上下网版输送、加压、烘干，使棉毡里的粘结剂在运行过程中连续固化，以形成一定厚度、容重的岩棉板。固化炉上下网板为单独驱动同步运行。固化炉内分为四个加热区，外配4台热风炉由天然气燃烧机产生热风循环加热，并将熔化系统的低温换热器产生的热风送至热风炉以降低天然气的消耗量，使产品固化能耗降低、效率提高。

固化炉烘烤需要天然气和煤气，而许多热渣厂家有高炉煤气或矿热炉煤气， 所以热渣制棉生产比冷料工艺生产可节省此天然气费用，大幅降低了生产成本。

（六）冷却、切割系统核心设计：

冷却切割系统主要由五部分组成：冷却、纵切、废边回收、切条、横切。

纵切：三套刀具，可随时升降。

碎边机：独立碎边，配备碎边回收风机，安全可靠。

切条机：一用一备共2套，可随时升降切换使用。

横切：由于生产线是连续不停的运行，但产品要求定长切割，因此横切（飞锯）必须与生产线同步。我们采用多台伺服电机，配以运动控制器，使横切动作运动瞬时跟踪整个生产线的速度，即使在切割过程中也可以做到，从而保证了切割精度在2. 5mm以内。

（七）智能云平台系统是我们研发的岩（矿）棉自动生产线电控系统，由中央控制、加配料、富氧、温控、成纤、集布棉、打褶打压、固化、切割、制胶等10大电控系统组成，它完成岩（矿）棉从原料熔化开始，到切割成成品为止的全部生产过程控制。

各子控制系统通过中央控制系统统一协调，采用“主站-从站”结构，分散 集中控制（DCS），主站采用了西门子公司生产的S7-1500系列可编程序控制器（PLC），从站采用了西门子公司生产的S7-200 Smart系列可编程序控制器（PLC），系统各部分的联系，仅用一根TCP/IP总线，方便地组成工业以太网，并配以计算机和西门子专用界面软件WinCC，可图文并茂的设定、显示、传送、查询和打印各从站的数据。

通过在设备的中央控制系统配套天启物联终端云BOX TN-605以及高速的4G运营商网络实现与远程运维服务平台的数据连接。通过物联终端的网口通功能将PLC和上位机电脑置于同一个虚拟局域网中，实现远程下载和数据采集功能。通过串口通软件实现远程编程，进而实现对设备的远程控制功能。

远程运维服务平台通过网口通、串口通软件可以实现设备的全方位监控云服 务。通过对现场设备的实时状态监测、远程启停控制、设备报警通知、设备地图 管理、微信端监控等功能，实现在任何时间、任何地点实时查询设备最新状态、 设备参数和变量的实时变化，了解设备状态、参数和变量的变化趋势，并获得针 对这些变化趋势的统计分析等。

另外运维平台的数据归档服务功能，可实现对用户设备数据的定期分类归档。用户根据平台采集归档的海量数据，对设备相关数据进行大数据分析，定义出触 发器条件。另外，平台在云端提供了一个强大的计算引擎，可以实时计算设备当 前状态、变量和参数是否符合触发条件，同时对符合触发条件的情况触发事件报 警。这一功能使得产品生产处于实时预警、可查可控的状态，对于提高岩（矿） 棉生产率和合格率效果明显。

岩（矿）棉板自动生产线各控制系统接入网络结构图如下：

图2岩（矿）棉板自动生产线各控制系统接入网络结构图

（八）熔体流量自动控制系统

虽然电炉上已安排液压（或电动）水冷闸板阀用于控制流股的稳定性，但由于需定期加入熔渣，电炉液面还有一定的波动，从而造成流股的不稳定性。另外，液位高度变化、组成成分的波动，都会对熔体粘度发生影响，造成流股波动，无法保证制品的稳定性。我们开发了熔体流量自动控制系统，利用安装在成型机下面的自动称重系统来捕捉流股的变化。通过PLC控制系统，采用计算机程序运算，对整个生产线的速度进行PID调节，从而保证产品容重的波动在极小的范围内，容重控制在±5%以内（国家标准容重范围在±10%），保证了产品质量，降低了生产成本。

3、典型铁台金热熔渣生产优质岩（矿）棉调质技术研究

大量研究利用硅锰、镍铁等典型铁台金废渣为原料，将熔体采用高速离心喷吹等工艺制成的丝状无机纤维，制成矿棉。这种矿棉与目前广泛应用的岩棉相比， 在酸度系数、耐水性、耐火性、耐腐蚀性以及纤维长度等方面还有很大差距，矿 棉的性能还不能满足建筑外墙用保温材料的标准要求。由于矿棉原料成份与岩棉 原料不同，通常对热熔渣进行调质处理，添加硅石等调质剂，尝试的效果不十分 理想。在高温热熔渣调质过程存在熔渣难与调质剂混合，并产生降温造成熔渣黏 度高，难以达到硅酸盐体系的成丝要求，严重影响了矿棉生产和成丝质量，制约 了铁合金渣的利用，造成了铁合金生产的环保压力。

我们针对上述已有技术存在的不足，创新研发了一种能快速形成硅酸盐系的调质方法：以新的修正酸度系数Mk*=1.6为标准，这样最终的酸度系数Mk在1.7-1.9之间。将铁合金热熔渣浇入调质炉，电极加热（电弧均化）产生一定的流动性，炉底部喷枪喷入氮气，促进与加入的调质料（热料或小球状冷料或粉料）充分混合，保证了快速形成硅酸盐体系，并通过调质电炉升温保温再均化等，得到熔体温度合适、黏度适宜、成分符合吹棉要求的熔渣，解决了熔渣难与调质料混合并产生降温的问题，达到了高质量矿棉的性能标准，实现了对矿产资源的节约以及铁合金废渣更好的利用。利用铁合金渣生产矿棉的调质方法，调制出的熔渣流体的修正酸度系数Mk*为1.5-1.6，温度1360-146O°C，黏度14-6 Pa・s。将调质好的熔体通过离心喷吹制成岩（矿）棉，其岩（矿）棉纤维可达到《绝热用岩棉、矿渣棉及其制品》GB/T11835-2007，岩（矿）棉板可达到《建筑外墙外保温用岩棉制品》GB/T25975-2010性能要求。通过大量实验得出结论：用高硅低铝高钙调质料对硅锰渣进行调质最为适宜，用高硅高铝低钙调质料对镍铁渣进行调质最为适宜。

成熟程度及推广应用情况：

本技术产生的废渣和废棉可以再回收到电炉内进行熔化制棉，因此整个生产 过程不再产生固体废料，有效的保护了生态环境。固化炉热源采用清洁能源天然 气进行热量固化；集棉机处的负压除尘、固化炉的除尘、切割处收尘都采用岩棉 板过滤除尘，车间内真正达到清洁生产、环保生产。

根据习总书记2018年5月18日在全国生态环境保护大会上的讲话：“培育 壮大节能环保产业、清洁生产产业、清洁能源产业，发展高效农业、先进制造业、 现代服务业。推进资源全面节约和循环利用，实现生产系统和生活系统循环链接。" 以及发改办环资〔2019〕44号关于推进大宗固体废弃物综合利用产业集聚发展的通知。“铁合金热熔渣能质协同利用制备矿棉智能装备与技术"符合国家的各 项政策，市场推广前景巨大。

该设备生产线已在国内宁夏、内蒙、山西、河北、云南等地41条生产线得到应用，设备运转稳定良好，获得用户一致好评。同时，青岛青力公司与北京科技大学签订框架协议，并且建立院士工作站，走“产、学、研” 一体化的科技创 新产业化之路。

在国外，岩（矿）棉制品的优越性能已经得到广泛认可，各种强制标准和施工规范十分完善，对优质岩（矿）棉制品的需求巨大，特别是优质岩（矿）棉制品将被广泛应用于建筑保温领域。在国内，随着建筑节能大力推广，对建筑绝热材料的需求将以每年7%的速度增长，特别是外墙外保温用岩（矿）棉制品，国内岩（矿）棉市场容量非常巨大。由国内外相关产业的发展趋势可以看出该产业的推广应用前景非常广阔。

市场分析：

从岩（矿）棉生产的角度来看，其生产用的主要燃料是焦碳，生产一吨岩（矿）棉制品需要消耗焦碳平均为450公斤左右，最低为350公斤左右，最高为800公斤左右。随着能源价格的不断上涨，能源费用占生产成本的比例越来越大，加上人工费用、化工产品价格的上升等因素，致使岩（矿）棉制品的销售价格偏高。虽然近二十年来在建筑业中极力推广建筑用岩（矿）棉制品，以降低建筑物的建造能耗和使用能耗，但由于价格问题，十几年来岩（矿）棉的生产能力仍徘徊在四十万吨左右。岩（矿）棉制品打入年需求量数百万吨的建筑市场的先决条件是降低单位能耗、生产成本和提高产品质量。

（1）热熔渣新一步法制棉的技术特点

热熔渣新一步法制棉生产技术在生产工艺上，与旧一步法完全不同，它是吸 取了热熔渣喷吹法制棉工艺的精髓一一熔渣显热回收；摒弃了喷吹法（旧一步法） 制棉的技术糟粕一一不控温、不调质、不顾生产和使用环境等问题而研究出的生产技术。现将旧一步法制棉、冷料制棉工艺和新一步法制棉的技术特点进行如下比较：

表1三种岩（矿）棉生产方法的技术特点比较

项目旧一步法冷料工艺新一步法

生产的连续性	间歇生产	连续生产	连续生产
生产量控制	无法控制	可以控制	准确控制
熔体温度控制	无法控制	可以控制	准确控制
化学成分控制	无法控制	可以控制	准确控制
成纤方式	气体喷吹	高速离心	高速离心
粘结剂种类	熔融沥青	改性树脂	改性树脂
小时生产量kg/h	<1000	800~3000	3000以上
酸度系数Mk	N0.9	1.1~1.8	1.2~1.9
纤维直径um	N8~10	W7	W7
单位能耗kg标煤/t	130（估计值）	490	144

从表1可以看出，热熔渣新一步法制棉具备以下特点:

a、熔渣显热回收率高达80%以上；

b、通过对熔体温度的控制，可将熔体温度较为准确地控制在多辊离心机要求的成纤温度的范围内，有利于成纤质量和成纤率的提高；

c、可根据用户要求，对熔体的酸度系数进行任意调整，保证岩（矿）棉制品化学成分的稳定；

d、应用现代矿棉冷料工艺的低污染粘结剂，与旧一步法矿棉制品比较，最大限度地降低了对环境的污染；

（2）经济效益测算结论

a、热熔渣新一步法制备岩（矿）棉的能耗水平比冷料制棉工艺减少70%以上，如按年生产3万吨岩（矿）棉计算，一年即可节约能源达10375吨标准煤，平均每吨矿棉节约标准煤346公斤；

b、销售成本比冷料制棉工艺低17%左右。如经过进一步的技术提升，销售成本还存在较大的下降空间；

c、年利润比冷料制棉工艺高60%左右，用同样数量的铁合金废渣可以产生出比高炉渣更多的经济效益。而且工艺技术产品完全符合我国对资源综合利用优惠的减免税政策，政策落实后，实际利润远高于上述数值；

　d、有利于生态环境的改善，目前利用冷料工艺来生产岩（矿）棉，每生产1 吨将会产生工业废气4000立方米和烟尘近1公斤，按一年生产3万吨岩（矿）24 / 298

棉制品计算，将产生工业废气1。2亿立方米和烟尘3万公斤左右，以热熔渣新一 步法制备岩（矿）棉技术全部替代冷料制棉工艺技术，将会大幅度降低对环境的污染。

投资估算和经济效益分析：

一、采用铁合金热熔渣来制棉的直接成本（不包含设备折旧、厂房折旧等）1299.5元/吨棉，其中：

1、热渣消耗费140元/吨棉（渣价格按100元/吨计，耗量1400Kg/吨棉）

2、电炉耐材消耗费35元/吨棉（电炉耐材价格按7000元/吨计，平均耗量5Kg/吨棉）

3、石墨电极消耗费100元/吨棉（石墨电极价格按50000元/吨计，平均耗量2Kg/吨棉）

4、电炉电费168元/吨棉（平均电价按0.7元/度，平均电费240度/吨棉）

5、生产线电费112元/吨棉（平均电价按0.7元/度，平均电费160度/吨棉）

6、树脂胶消耗费437.5元/吨棉（树脂胶价格按3500元/吨，平均耗量125Kg/吨棉）

7、天然气消耗费120元/吨棉（天然气价格按4元/m³，平均耗量30 m，/吨棉）

8、人工费67元/吨棉（按每班产棉45吨计，员工人数15人/班，人平均工资

6000元/月）

9、包装膜90元/吨棉

10、其它杂费30元/吨棉

二、采用冷料电炉来制棉的直接成本（不包含设备折旧、厂房折旧等）2130.5元/吨棉，其中：

1、玄武岩消耗费80元/吨棉（玄武岩价格按80元/吨，耗量1000Kg/吨棉）

2、矿渣消耗费34元/吨棉（矿渣价格按85元/吨，耗量400Kg/吨棉）

3、电炉耐材消耗费50元/吨棉（电炉耐材价格按10000元/吨计，平均耗量5Kg/吨棉）

4、石墨电极消耗费200元/吨棉（石墨电极价格按50000元/吨计，平均耗量4Kg/吨棉）

5、电炉电费910元/吨棉（平均电价按0.7元/度，平均电费1300度/吨棉）

6、生产线电费112元/吨棉（平均电价按0.7元/度，平均电费160度/吨棉）

7、树脂胶消耗费437.5元/吨棉（树脂胶价格按3500元/吨，平均耗量125Kg/吨棉）

8、天然气消耗费120元/吨棉（天然气价格按4元/m³，平均耗量30 m，/吨棉）

9、人工费67元/吨棉（按每班产棉45吨计，员工人数15人/班，人平均工资6000元/月）

10、包装膜90元/吨棉

11、其它杂费30元/吨棉

三、采用冷料工艺来制棉的直接成本（不包含设备折旧、厂房折旧等）1869.5元/吨棉，其中：

1、玄武岩消耗费151.2元/吨棉（玄武岩价格按180元/吨，耗量840Kg/吨棉）

2、矿渣消耗费120元/吨棉（矿渣价格按300元/吨，耗量400Kg/吨棉）

3、白云石消耗费42元/吨棉（白云石价格按300元/吨，耗量140Kg/吨棉）

4、焦炭消耗费690.8元/吨棉（焦炭价格按2200元/吨计，耗量314Kg/吨棉）

5、生产线电费161元/吨棉（平均电价按0.7元/度，平均电费230度/吨棉）

6、树脂胶消耗费437.5元/吨棉（树脂胶价格按3500元/吨，平均耗量125Kg/吨棉）

7、天然气消耗费80元/吨棉（天然气价格按4元/m3，平均耗量20 m3/吨棉）

8、人工费67元/吨棉（按每班产棉45吨计，员工人数15人/班，人平均工资6000元/月）

9、包装膜90元/吨棉

10、其它杂费30元/吨棉

通过上述比较，采用铁合金热熔渣制棉成本比采用冷料电炉制棉成本节约费用39%，比采用冷料制棉工艺成本节约费用30.5%，在市场上具有很强的竞争优势。以宁夏吉元君泰新材料科技有限公司为例，企业每年产生铁合金冶炼废渣约36万吨。该装备和技术的开发应用，不但对公司冶炼铁合金产生的废渣进行了综合利用，而且因对废渣在熔融状态下就进行处理节约了大量的热能，有效的降低了能耗成本，使产品具有很好的价格优势。该装备和技术实施后，生产的岩（矿）棉可以生产附加值较高的“低密度、超防潮、高性能”保温绝热材料，经济效益 可观。而且该工艺技术的实施为整个炼钢行业的废渣资源化利用，促进冶金行业 “绿色化”进程和产业链的延伸（铁合金产业闭环环节），提供了全新的技术选

择，该项目的产业化具有一定的示范和带动意义。

成果亮点：

技术先进性：本技术于2019年3月30日通过了由中国环境科学学会组织的技术成果鉴定会，被评为“国际领先水平”。