CN103508653A - 一种均化高温熔体装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种均化高温熔体装置和方法，属于熔体均化技术领域，该装置包括熔化池、机械搅拌系统、静态搅拌器、加热系统、炉盖，搅拌系统位于熔化池内部，静态搅拌器位于熔化池的下部，加热系统位于熔化池的内侧壁。该装置以提高熔体的高温均化速度和降低搅拌成本，增大高温熔体搅拌过程的可靠性，同时该搅拌方法和装置也可以采用到其它工艺需求的高温熔体均化搅拌过程，解决了高温搅拌过程的难度较大的问题。

Description

一种均化高温熔体装置和方法

技术领域

本发明属于熔体均化技术领域，具体涉及一种均化高温熔体的装置和方法，该装置和方法用于对硅酸盐熔体和固态调质剂进行高效搅拌混合。

背景技术

高温熔体的均化一直是一些工业过程中的重要步骤，如冶金，玻璃生产，矿棉加工等，要想获得高质量的上述工业产品，必须在高温的熔化状态，使各组分分布均匀。实现高温搅拌过程的难度较大，目前已有的方法有气力搅拌，磁力搅拌，机械搅拌等，都存在一定的局限性，如气力搅拌只能对熔体在粘度较低时有效，并且搅拌过程气体的溢出会带走大量的热量，使搅拌过程能耗增大，磁力搅拌只对有磁性的熔体有效，而机械搅拌的搅拌翅在高温时因为强度减小和被熔体高温腐蚀，因此其高温使用寿命大大缩短，还有采用贵金属的搅拌器只能搅拌少量玻璃熔体。如果机械搅拌采用的搅拌翅材料在高温能够有足够的机械强度和不被氧化或氧化速度缓慢，则搅拌过程将会被稳定和加强，缩短搅拌过程时间，降低搅拌过程的能耗。矿棉是一种优质的绝热、隔音材料，能广泛应用于建筑业和工业等领域的防火、保温、隔热及吸声。目前矿棉生产中的原料熔制，大多采用冲天炉去熔融冷态矿渣和冷态调质剂，其缺点是能耗大，焦炭消耗量在350kg/t以上，而且冲天炉为间歇式熔化，加工过程不连续，生产成本较高，且目前的年产量远不及建筑市场的年需求量，故限制了矿棉及其制品的广泛应用。如果将热态熔渣直接和固态调质剂进行混合搅拌，一可以省掉冷态矿渣原料变成熔体所需热量，二可以将调质剂均匀地分散到熔体中，大幅度提升矿棉的保温、隔音、耐候性，同时使矿棉的加工成本大幅度降低。目前的搅拌方法使用到上述工艺上去时的难度较大。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明将提供一种新的高温熔体均化搅拌方法和装置，以提高熔体的高温均化速度和降低搅拌成本，增大高温熔体搅拌过程的可靠性。

本发明的技术方案是：一种均化高温熔体装置，该装置包括熔化池、机械搅拌系统、炉盖、静态搅拌系统和加热系统，熔化池顶部设有炉盖，熔化池内设有穿过炉盖的机械搅拌系统，静态搅拌系统位于熔化池的底部，熔化池的内侧壁设有加热系统。

所述熔化池包括金属炉壳、保温隔热炉衬、气凝胶涂层、工作炉衬，熔化池内装有待搅拌硅酸盐熔体；保温隔热炉衬和工作炉衬通过气凝胶涂层连接，保温隔热炉衬外侧设有金属炉壳。

所述炉盖包括金属外壳、保温隔热炉盖衬，炉盖设有搅拌杆通孔、入料口和钼电极通孔。

所述机械搅拌系统包括搅拌杆传动部分、搅拌杆传动接头、搅拌杆、搅拌叶片，搅拌杆和搅拌传动部分通过搅拌杆传动接头连接，搅拌叶片位于搅拌杆置于硅酸盐熔体的一端。

所述搅拌杆外部设有进气管道，进气管道在熔化池外部的一端设有进气口，进气管道在熔化池内部的一端，设有倾斜向上和倾斜向下的两组排气孔，进气管道在熔化池外部有独立的传动系统，使进气管道能做向上和向下的调节运动。

所述搅拌杆和搅拌叶片为碳素材料，碳素材料的体积密度≥1.7g/cm3,抗弯强度≥13MPa，抗压强度≥30MPa，搅拌杆和搅拌叶片的整体结构的成型采用等静压方法成型。

所述静态搅拌系统包括静态搅拌器、流口与阻头，静态搅拌器的底部位置设有流口，流口中设有阻头。

所述静态搅拌器，由钼金属球堆积在搅拌池流口上端的凹槽形成。

所述加热系统包括加热电源、导线、钼电极和钼电极接头，钼电极一端设有钼电极接头，加热电源通过导线与钼电极接头连接。

一种均化高温熔体方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、向熔化池内加入热态矿渣，然后再加入调质原料；

步骤二、将机械搅拌系统的搅拌杆和搅拌叶片插入熔体，同时保护气体进入环形进气管道；

步骤三、通过环形进气管道的上下调节，保持保护气体形成的气幕将露出熔体外的搅拌杆部分完全包围；

步骤四、加热和搅拌同时进行，至熔化池内熔渣及调质原料全部熔化后，多点取样检测；

步骤五、打开熔化池流口的阻头，熔体先流经静态搅拌器区域，然后再从流口流出，完成均化过程。

本发明有如下积极效果：1、和目前的旋转式高温熔体搅拌器相比，本发明的搅拌器的搅拌部件被惰性气体保护后的高温强度高，因此搅拌强度可以增大，搅拌温度可以提高；2、和目前的旋转式高温熔体搅拌器相比，本发明的高温熔体搅拌器搅拌部分为高强碳素材料，在得到惰性气体保护情况下，除具有极高的高温强度外，进入熔体部分的碳表面和熔体之间不润湿，因此搅拌部分的磨损少寿命长；3、和目前的气力搅拌和磁力搅拌相比，可对粘度范围更宽的熔体进行搅拌，可搅拌无磁性的熔体，且搅拌能力强和搅拌容量大；4、和目前的机械搅拌方式相比，本发明的熔池炉壁工作衬背面采用了气凝胶涂层，且熔池上部有保温炉盖，因此熔体搅拌过程的热量散失小；5、和目前的机械搅拌方式相比，本发明的搅拌方式中采用了机械搅拌和静态搅拌结合，可对熔池的搅拌区和死角区熔体进行二次混合，搅拌效率提高；6、和目前的高温熔体搅拌方式相比，本发明的熔体搅拌装置的搅拌杆和传动系统直接由绝缘接头连接，因此可边加热变搅拌，搅拌速度加快，且搅拌器的叶片浸没在熔体中，它们在搅拌杆上的分布经事先调整后，可改变熔体的流动方式，使搅拌分散速度快。

附图说明

图1本发明的结构示意图；

图中，1、熔化池；2、硅酸盐熔体；3、工作炉衬；4、气凝胶涂层；5、保温隔热炉衬；6、金属炉壳；7、搅拌杆；8、搅拌叶片；9、静态搅拌器；10、流口；11、阻头；12、炉盖；13、保温隔热炉盖衬；14、金属外壳；15、搅拌杆通孔；16、入料口；17、钼电极通孔；18、钼电极；19、钼电极接头；20、加热电源；21、搅拌杆传动接头；22、进气口；23、进气管道；24、排气孔；25、导线。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

本发明所提出的一种均化高温熔体的装置包括熔化池1、机械搅拌系统、炉盖12、静态搅拌器9和加热系统，搅拌系统位于熔化池1内部，静态搅拌器9位于熔化池1的下部，加热系统位于熔化池1的内侧壁，该装置可对粘度范围更宽的熔体进行搅拌，可搅拌无磁性的熔体，且搅拌能力强和搅拌容量大，本发明的搅拌方式中采用了机械搅拌和静态搅拌结合，可对熔池的搅拌区和死角区熔体进行二次混合，搅拌效率提高。

所述熔化池1包括金属炉壳6、保温隔热炉衬5、气凝胶涂层4、工作炉衬3，熔化池1内装有待搅拌硅酸盐熔体2，熔化池1上部有炉盖12，熔化池1下部还有静态搅拌器9，静态搅拌器9下部有流口10，以及流口10中的阻头11；所述熔化池1由外向内依次为金属炉壳6、保温隔热炉衬5、气凝胶涂层4、工作炉衬3，其中气凝胶涂层4依附在工作炉衬3的背面；所述炉盖12位于熔化池1的上部，炉盖12由金属外壳14、保温隔热炉盖衬13构成，炉盖12的边侧留有入料口16、钼电极通孔17，炉盖4的中部留有搅拌杆通孔15；所述熔化池1的底部中间位置依次设有静态搅拌器9、流口10与阻头11；本发明的熔池炉壁工作衬3背面采用了气凝胶涂层4，且熔池1上部有保温炉盖12，因此熔体搅拌过程的热量散失小。

所述机械搅拌系统包括搅拌杆传动部分，搅拌杆传动接头21、搅拌杆7、搅拌叶片8；所述搅拌杆7位于熔化池1的中部，所述传动部分通过搅拌杆传动接头21与搅拌杆7连接；所述搅拌杆7外部套有一个截面为环形的进气管道23，进气管道23的上部有进气口22，进气管道23的下部有排气孔24，排气孔24分为上、下两组，即倾斜向上的一组排气孔和倾斜向下的一组排气孔。进气管道23有独立的传动系统，可以做向上、向下的调节运动，其中向下可调节到和熔体液面相接触；搅拌系统的搅拌杆和传动系统直接由绝缘接头连接，因此可边加热变搅拌，搅拌速度加快，且搅拌器的叶片浸没在熔体中，搅拌叶片是一个整体叶片，有“一”字型和“十”字型，它们在搅拌杆上的分布经事先调整后，如当把“一”字型叶片换成“十”字型叶片时，可改变熔体的流动方式，使搅拌分散速度快。

所述搅拌系统，搅拌杆7和搅拌叶片8为碳质材料，具体说是用来加工超高功率石墨电极的碳质材料，它的体积密度≥1.7g/cm³,抗弯强度≥13MPa，抗压强度≥30MPa，搅拌杆7和搅拌叶片8的整体结构的成型采用等静压方法成型；搅拌器搅拌部分为高强碳素材料，在得到惰性气体保护情况下，除具有极高的高温强度外，进入熔体部分的碳表面和熔体之间不润湿，因此搅拌部分的磨损少寿命长。

所述搅拌池的静态搅拌器9，可以采用较为简单的静态搅拌器形式，即用钼金属球堆积在搅拌池流口10上端的一段通道里构成，金属钼球的直径为10mm～30mm。

所述加热系统包括加热电源20、导线25、钼电极18，所述加热电源20通过导线25与钼电极18连接。

本发明装置用于均化高温熔体的具体步骤如下：

1）向熔化池内加入热态硅酸盐熔渣，如热态矿渣或热态钢渣，然后再加入调质原料玄武岩颗粒；加热到调质原料基本完全熔化时，将保护气体通入进气管道，并将机械搅拌系统的搅拌杆和搅拌叶片插入熔体，进气管道随同搅拌杆一起运动，保护气体进入环形进气管道，被预热后从靠近熔体表面的排气孔喷出，其中向上排出的保护气体向上环绕碳质搅拌杆表面，从环形进气管道和搅拌杆之间的间隙排出熔化池，向下排出的保护气体向下环绕碳质搅拌杆表面，和熔体表面相遇后向四周扩散，进入熔池的上部，使熔池内的氧气浓度降低，环形进气管道可以上下升降，保持保护气体形成的气幕将露出熔体外的搅拌杆部分完全包围，进入环形进气管道内部的保护气体为高压氮气、高压氩气、高压氦气中的任一种惰性气体；

2）加热和搅拌同时进行，至熔化池内熔渣及调质原料全部熔化后，多点取样检测，检测结果显示出熔体组成均匀度和粘度适合成纤或制备微晶玻璃等的工艺条件后，打开熔化池流口的阻头，熔体靠重力作用先流经静态搅拌器区域，然后再从流口流出，完成均化过程，均化后的熔体经过高速离心作用被甩成矿棉。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种均化高温熔体装置，其特征在于：该装置包括熔化池（1）、炉盖（12）、熔化池（1）顶部设有炉盖（12）、位于熔化池（1）内穿过炉盖（12）的机械搅拌系统、静态搅拌系统和加热系统，静态搅拌系统位于熔化池（1）的底部，加热系统位于熔化池（1）的内侧壁。

2.根据权利要求1所述的均化高温熔体装置，其特征在于：所述熔化池（1）包括金属炉壳（6）、保温隔热炉衬（5）、气凝胶涂层（4）和工作炉衬（3），熔化池（1）内装有待搅拌硅酸盐熔体（2）；保温隔热炉衬（5）和工作炉衬（3）通过气凝胶涂层（4）连接，保温隔热炉衬（5）外侧设有金属炉壳（6）。

3.根据权利要求1所述的均化高温熔体装置，其特征在于：所述炉盖（12）包括金属外壳（14）和保温隔热炉盖衬（13），炉盖（12）上设有搅拌杆通孔（15）、入料口（16）和钼电极通孔（17）。

4.根据权利要求1所述的均化高温熔体装置，其特征在于：所述机械搅拌系统包括搅拌杆传动部分、搅拌杆传动接头（21）、搅拌杆（7）、搅拌叶片（8），搅拌杆（7）和搅拌传动部分通过搅拌杆传动接头（21）连接，搅拌叶片（8）位于搅拌杆（7）置于硅酸盐熔体（2）的一端。

5.根据权利要求4所述的均化高温熔体装置，其特征在于：所述搅拌杆（7）外部设有进气管道（23），进气管道（23）在熔化池外部的一端设有进气口（22），进气管道（23）在熔化池内部的一端，设有倾斜向上和倾斜向下的两组排气孔（24）。

6.根据权利要求4或5所述的均化高温熔体装置，其特征在于：所述搅拌杆（7）和搅拌叶片（8）为碳素材料，碳素材料的体积密度≥1.7g/cm³,抗弯强度≥13MPa，抗压强度≥30MPa，搅拌杆（7）和搅拌叶片（8）的整体结构的成型采用等静压方法成型。

7.根据权利要求1所述的均化高温熔体装置，其特征在于：所述静态搅拌系统包括静态搅拌器（9）、流口（10）与阻头（11），静态搅拌器（9）的底部位置设有流口（10），流口（10）中设有阻头（11）。

8.根据权利要求7所述的均化高温熔体装置，其特征在于：所述静态搅拌器（9），由钼金属球堆积在搅拌池流口（10）上端的凹槽形成。

9.根据权利要求1所述的均化高温熔体装置，其特征在于：所述加热系统包括加热电源（20）、导线（25）、钼电极（18）和钼电极接头（19），钼电极（18）一端设有钼电极接头（19），加热电源（20）通过导线（25）与钼电极接头（19）连接。

10.一种根据权利要求1-9中任意一项所述的均化高温熔体的方法，其特征在于，该方法步骤包括：

步骤一、向熔化池内加入热态矿渣，然后再加入调质原料；

步骤二、将机械搅拌系统的搅拌杆和搅拌叶片插入熔体，同时保护气体进入环形进气管道；

步骤三、通过环形进气管道的上下调节，保持保护气体形成的气幕将露出熔体外的搅拌杆部分完全包围；

步骤四、加热和搅拌同时进行，至熔化池内熔渣及调质原料全部熔化后，多点取样检测；

步骤五、打开熔化池流口的阻头，熔体先流经静态搅拌器区域，然后再从流口流出，完成均化过程。