CN103951157B - 一种用于连续玄武岩纤维大规模生产的池窑及加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于连续玄武岩纤维大规模生产的池窑，包括熔化池、隔离墙、主料道、分流料道、作业通道和电极组件，熔化池与主料道连接，隔离墙位于熔化池与主料道之间，隔离墙上设有流液洞，且流液洞连通熔化池与主料道；主料道与分流料道连接；作业通道位于分流料道的外侧，且作业通道上设有作业单元，每个作业单元的底部设有漏板，每个作业单元的壁面上设有连通孔，该连通孔连通分流料道和作业单元；电极组件固定连接在熔化池、主料道、分流料道、流液洞和作业单元中。该池窑可对玄武岩流体进行均匀加热，实现大规模生产连续玄武岩纤维。还提供该池窑的加热方法，可以实现对池窑内的玄武岩流体进行均匀加热。

Description

一种用于连续玄武岩纤维大规模生产的池窑及加热方法

技术领域

本发明属于连续玄武岩纤维材料领域，具体来说，涉及一种用于连续玄武岩纤维大规模生产的池窑及加热方法。

技术背景

连续玄武岩纤维（ContinuousBasaltFibre，文中简称CBF或BF）是新兴的环保型无机纤维材料，具有轻质高强、耐高温、耐侵蚀、绝热隔音等优异性能，在航天航空、汽车船舶、土建交通等领域具有广泛用途，市场前景广阔。

玄武岩纤维是以天然玄武岩矿石作为原料，在1500℃左右高温熔融后，经铂铑合金漏板成型、由拉丝机高速牵伸连续几万米不断而得到的纤维。目前，中国、俄罗斯、乌克兰、美国等几个国家掌握了玄武岩纤维的工业化生产技术，但在总体上来说，世界各国的生产技术均未实现玄武岩纤维的规模化生产，全世界年产量不足5000吨，远不能满足世界市场的需求。乌克兰、俄罗斯拥有玄武岩纤维的池窑化生产技术，但大都是采用火焰加热。火焰加热会造成CO2排放量增大，带来环保问题。同时，由于玄武岩熔体中有高含量的氧化铁，黑度系数高、传热慢、导热差，因此火焰加热不适合大容量池窑的加热，不适合用于大规模生产。中国专利CN200810195980.X和CN201310003821.6介绍了用于玄武岩纤维生产的多漏板窑炉，但均是采用火焰加热方式，仍不能进行大规模生产。

相比较而言，电加热方式具有清洁、无污染、加热效率高、能耗低的特点，并且可以进行深层加热，适合熔融玄武岩等黑色熔体，也适合大容量池窑的加热。目前国内使用电加热的生产企业都是小规模的生产方式，均采用单元窑炉进行生产，单元窑炉为矩形，采用耐火材料砌筑而成，在单元窑炉一端的偏底部设置有拉丝漏板，漏板大部分为200孔、400孔、800孔，日产量仅为200-500公斤，产量小、生产效率低、产品质量波动大。目前，玄武岩纤维市场需求量逐年增大的情况下，开发能够大规模生产玄武岩纤维的设备是行业迫切需求的。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于连续玄武岩纤维大规模生产的池窑，该池窑可以对位于其中的玄武岩流体进行均匀加热，实现大规模生产连续玄武岩纤维，且具有环保功效。还提供该池窑的加热方法，该方法可以实现对池窑内的玄武岩流体进行均匀加热。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于连续玄武岩纤维大规模生产的池窑，该池窑包括熔化池、隔离墙、主料道、分流料道、作业通道和电极组件，熔化池与主料道连接，隔离墙位于熔化池与主料道之间，隔离墙上设有流液洞，且流液洞连通熔化池与主料道；主料道与分流料道连接，且主料道与分流料道相连通；作业通道位于分流料道的外侧，且作业通道上设有n个作业单元，每个作业单元的底部设有漏板，每个作业单元的壁面上设有连通孔，该连通孔连通分流料道和作业单元；电极组件固定连接在熔化池、主料道、分流料道、流液洞和作业单元中。

进一步，所述的电极组件由电极组构成，每个电极组由两根电极构成，且该两根电极的极性相反；或者每个电极组由三根电极构成，且其中一根电极的极性与其余两根电极的极性相反。

进一步，所述的电极均处于水平状态，且在竖直方向，池窑上的电极呈多层布设。

进一步，在同一水平面上，相邻两根电极之间的距离为400-500mm，在竖直方向上，相邻两根电极之间的距离为150-250mm。

进一步，所述的电极组件在熔化池中，布设在熔化池相对的两个侧壁上；所述的电极组件在主料道中，布设在主料道相对的两个侧壁上；所述的电极组件在分流料道中，布设在分流料道的一侧壁上，且该侧壁与作业通道相对。

进一步，所述的电极呈棒状。

进一步，所述的电极由耐高温钼合金制成，电极可将其所处区域的温度加热至1650℃以上。

进一步，所述的熔化池、隔离墙、主料道、分流料道和作业通道分别采用耐火砖体组成的多层墙体结构。

进一步，所述的熔化池、主料道、分流料道和作业通道的顶部分别设有测温装置。

一种上述的用于连续玄武岩纤维大规模生产的池窑的加热方法，该加热方法包括以下步骤：

第一步：进行烤炉，使烤炉料达到导通电流的温度后，开始电极通电；

第二步：从加料孔加入玄武岩石料，自上而下，逐层调整电极的功率，使得位于熔化池下部的电极的工艺温度为1600℃，位于熔化池中部的电极的工艺温度为1650℃，达到炉内的热点，位于熔化池上部的电极的工艺温度为1600℃，玄武岩石料从表面熔化，垂直运动，经历热点，形成对流、均化，到达熔化池底部，开始水平运动，穿过流液洞，依次流过主料道、分流料道和作业单元，在主料道中，电极加热对应区域，温度保持为1600℃；在分流料道中，电极加热对应区域，温度保持为1600℃；在作业单元中，电极加热对应区域，温度保持为1550℃。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

（1）采用电加热，节能环保。本发明采用电极组件进行加热，熔化玄武岩矿石全部采用电加热熔融方式，加热效率高、热能利用效率高。采用电加热，相比于燃料加热，无CO₂等废气排放，产生的污染极少。因此，采用全电熔加热方式，节能环保。

（2）均匀加热。本发明采用电极进行加热。本发明的池窑中都布设电极组件。电极在池窑中均处于水平状态，且在竖直方向，池窑上的电极呈多层布设。这样设置，使得电极组件可以对池窑中玄武岩熔体进行均匀加热，使得各部分的玄武岩熔体的温度均匀。这样，电极加热均匀、温度场均化，避免局部温度偏低，产生局部析晶现象。尤其，在同一水平面上，相邻两根电极之间的距离为400-500mm，在竖直方向上，相邻两根电极之间的距离为150-250mm。这样整个池窑中，电极布设无死角。

（3）提高了熔体的均匀性。本发明的加热方法中，熔化池下部的电极的工艺温度为1600℃，位于熔化池中部的电极的工艺温度为1650℃，达到炉内的热点，位于熔化池上部的电极的工艺温度为1600℃。玄武岩石料从表面熔化，垂直运动，从熔化池上部向熔化池下部移动，经历热点，形成对流、均化。每根电极的温度都比周围温度高。每根电极周围的熔体都在不断按对流形式进行流动，整个熔化池、料道、作业通道内的熔体即形成均匀的熔体。利用温差形成的熔体对流，有利于提高熔体的均匀性，从而提高纤维产品的性能。

（4）实现大规模生产。在本领域中，带10块漏板及以上的池窑，且日产5吨及以上为大规模。现有技术为单元窑的电熔或火焰加热的池窑，单元窑肯定不是规模化生产，火焰加热虽然可带10块漏板，但火焰加热无法达到日产量5吨及以上。本发明的池窑，可以带10块及10块以上的漏板，深层熔化石料，日产量达5吨以上，而且可以按此延长工作料道、增加漏板，进一步增加产量。因此，本发明的池窑可以实现大规模生产。

（5）生产成本明显下降。现有技术中，全电熔单元窑，每公斤纤维耗电4kw，每块漏板日产300kg左右。而本发明的全电熔池窑，每公斤纤维耗电1.5-2kw，每块漏板日产350-400kg左右，生产效率提高，产品单耗降低，成本降低。同样是池窑，全电熔池窑的砌筑成本是火焰池窑的50%。这是因为本发明的池窑没有火焰换热器，没有废气排烟通道。

（6）生产效率高、产品质量稳定。相比于单元窑，本发明的池窑的熔化池体积增加很多，一次性能熔化很多石料，这些熔体的性能基本一致，生产出来的纤维质量基本一直，因此质量稳定。而单元窑，一个熔窑与另一个熔窑的熔化情况都不会完全一样，因此生产出来的纤维质量必然会有波动。

附图说明

图1为本发明的池窑的俯视图。

图2为本发明的池窑的剖视图。

图中有：熔化池1、加料口101、隔离墙2、主料道3、分流料道4、作业通道5、作业单元501、漏板502、流液洞6、电极7。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。

如图1和图2所述，本发明的一种用于连续玄武岩纤维大规模生产的池窑，包括熔化池1、隔离墙2、主料道3、分流料道4、作业通道5和电极组件。熔化池1与主料道3连接。隔离墙2位于熔化池1与主料道3之间。隔离墙2上设有流液洞6，流液洞6连通熔化池1与主料道3。主料道3与分流料道4连接，且主料道3与分流料道4相连通。作业通道5位于分流料道4的外侧，且作业通道5上设有n个作业单元501。每个作业单元501的底部设有漏板502，每个作业单元501的壁面上设有连通孔，该连通孔连通分流料道4和作业单元501；电极组件固定连接在熔化池1、主料道3、分流料道4、流液洞6和作业单元501中。n为大于10的整数。如图1的实施例中，熔化池1中的电极共10层，每层有6支。运行时，将每层的相邻两支分别连接电熔输出端的两项，实现每层的电熔控制。作业通道5设有12个独立控制的作业单元501。

上述结构的池窑的工作过程是：从熔化池1的加料口101中加入玄武岩石料，玄武岩石料在熔化池1中被电极组件加热熔化，成为玄武岩熔体。玄武岩熔体从流液洞6进入主料道3。在主料道3中，玄武岩熔体被位于主料道3的电极组件均匀加热。玄武岩熔体从主料道3流入分流料道4。在分流料道4中，玄武岩熔体被位于分流料道4的电极组件均匀加热。玄武岩熔体分流料道4流入作业单元501中。在作业单元501中，玄武岩熔体被位于作业单元501的电极组件均匀加热。最后，玄武岩熔体从漏板502中，被拉丝机拉出，成连续玄武岩纤维。

在上述结构的池窑中，熔化池1的顶部设有加料口101，用于向熔化池1中加入玄武岩石料。每个作业单元501是独立的，作业单元501之间不发生联系。这样可以减少各个漏板之间的干扰，提高拉丝作业精度。电极组件固定连接在熔化池1、主料道3、分流料道4、流液洞6和作业单元501中，采用无盲区的电极布置，实现对应区域的温场均匀。设置隔离墙2和流液洞6，有效隔离熔化池与主料道，实现合理液流，提高熔制质量，从而提高产品质量。作业通道5位于分流料道4外侧，使得更换漏板时对其它漏板的作业影响很小，提高拉丝作业精度。漏板502设置在作业通道5的作业单元501中。漏板502的工作寿命不长，通常为3-6个月，然后就需要更换新的漏板。更换漏板时，需要用自来水直接喷冲，使1500℃高温的熔体冷却到500℃左右，然后才能进行更换漏板作业。现有技术中的漏板位于分流料道中，且位于分流料道中线位置上。更换漏板时，喷冲的冷水会影响整个分流料道的熔体温度及性能，甚至会影响旁边漏板作业情况。本发明的作业通道5整体设置在分流料道4外侧。这样更换漏板时，不会影响分流料道中的熔体，对其它漏板的作业影响也很小，有利于提高拉丝作业精度。

进一步，所述的电极组件由电极组构成，每个电极组由两根电极7构成，且该两根电极7的极性相反；或者每个电极组由三根电极7构成，且其中一根电极7的极性与其余两根电极7的极性相反。根据池窑各区域的大小，每个电极组可以由两根电极7构成，也可以由三根电极7构成。电极组件在本专利中起到电加热玄武岩的作用。

进一步，所述的电极7均处于水平状态，且在竖直方向，池窑上的电极7呈多层布设。水平设置电极7，就为了能够在竖直方向上多层设置电极7。电极7没有垂直设置，是因为电极7长度有限，深层熔化时受到限制。另外垂直设置时，施工难度大。

作为优选方案，在同一水平面上，相邻两根电极7之间的距离为400-500mm，在竖直方向上，相邻两根电极7之间的距离为150-250mm。为确保熔化质量，

采用多层水平侧插布置电极组件，以得到充分熔化效果。

进一步，所述的电极组件在熔化池1中，布设在熔化池1相对的两个侧壁上；所述的电极组件在主料道3中，布设在主料道3相对的两个侧壁上；所述的电极组件在分流料道4中，布设在分流料道4的一侧壁上，且该侧壁与作业通道5相对。这样布设，可最大程度的让电力线分布在熔体中，即可最大程度让熔体温度均匀化、性能均匀化。在整个池窑中，合理布设电极，在池窑各处合理分布，使得电极加热均匀、温度场均化，避免局部温度偏低，产生局部析晶现象。

进一步，所述的电极7呈棒状。电极7由耐高温钼合金制成，电极7可将其所处区域的温度加热至1650℃以上。电极7呈棒状，其向各方向散热更均匀，避免玄武岩熔体受热不均匀。电极7采用棒状耐高温钼合金材料，能够有效提高电极寿命，使温度达到1650℃以上，确保熔化效果。位于熔化池上部的电极7的工艺温度为1600℃，位于熔化池中部的电极7的工艺温度为1650℃，位于熔化池下部的电极7的工艺温度为1600℃，位于主料道3和分流料道4中的电极7的工艺温度为1600℃，位于作业单元501中的电极7的工艺温度为1550℃。位于熔化池中部的电极7的工艺温度为1650℃，高于位于熔化池上部和下部的电极7的工艺温度。这样利于形成熔体对流，提高熔体均匀性。熔体本身会从温度高的区域向温度低的区域流动。位于作业单元501中的电极7的工艺温度最低。这样，熔化池中的熔体通过主料道3和分流料道4，向作业单元501中流动。

进一步，所述的熔化池1、隔离墙2、主料道3、分流料道4和作业通道5分别采用耐火砖体组成的多层墙体结构。由于玄武岩熔体受热的温度较大，超过1500℃，所以熔化池1、隔离墙2、主料道3、分流料道4和作业通道5分别采用耐火砖体组成的多层墙体结构，确保池窑本身在高温下仍能正常工作。

进一步：所述的熔化池1、主料道3、分流料道4和作业通道5的顶部分别设有测温装置。设置测温装置，例如可以是温度传感器，将相应区域的温度数据传输到系统中，以调节电极的功率，使得相应区域的温度符合工艺要求。

上述的用于连续玄武岩纤维大规模生产的池窑的加热方法，包括以下步骤：

第一步：进行烤炉，使烤炉料达到导通电流的温度后，开始电极通电。

在第一步中，烤炉为本领域的现有技术。首先将所有暴露的电极用表面密封的方法进行保护处理；然后用普通玻璃填充池窑；接着在池窑的壁面上插入硅碳棒，硅碳棒位于玻璃液面上方，并将硅碳棒与控制仪连接，随后开始通电烤炉。当普通玻璃达到电极能够导通电流的温度后，停止烤炉。

第二步：从熔化池的加料孔加入玄武岩石料，自上而下，逐层调整电极的功率，使得位于熔化池下部的电极7的工艺温度为1600℃，位于熔化池中部的电极7的工艺温度为1650℃，达到炉内的热点，位于熔化池上部的电极7的工艺温度为1600℃，玄武岩石料从表面熔化，垂直运动，经历热点，形成对流、均化，到达熔化池底部，开始水平运动，穿过流液洞6，依次流过主料道3、分流料道4和作业单元501，在主料道3中，电极7加热对应区域，温度保持为1600℃；在分流料道4中，电极7加热对应区域，温度保持为1600℃；在作业单元501中，电极7加热对应区域，温度保持为1550℃。

在该加热方法中，熔化池下部的电极7的工艺温度为1600℃，位于熔化池中部的电极7的工艺温度为1650℃，达到炉内的热点，位于熔化池上部的电极7的工艺温度为1600℃。玄武岩石料从表面熔化，垂直运动，从熔化池上部向熔化池下部移动，经历热点，形成对流、均化。对单根电极来说，每根电极的温度都比周围温度高。熔体在温度场和重力场的作用下，温度高的熔体向温度低的区域流动，温度低熔体的向温度高的区域流动，即形成对流。每根电极周围的熔体都在不断按对流形式进行流动。对整个池窑来说，作业单元501中的电极加热区域的温度最低，熔化池中部温度最高，熔化池下部、主料道和分流料道中温度相当，使得熔体会从熔化池流过主料道和分流料道，进入作业单元501中。整个熔化池、料道、作业通道内的熔体形成均匀的熔体，此过程为均化。在熔化池的中部形成高温热点，形成热对流。熔化池上部、下部的熔体分别向熔化池中部流动，熔化池中部的熔体向熔化池上部、下部流动，在熔化池上部、下部分别和熔化池中部之间形成熔体对流。同时，在重力和液位差的作用下，熔化池上部、中部的熔体会向熔化池下部流动，一边对流运动一边整体按一定方向流动前进。这就提高了熔体的均匀性，从而提高纤维产品的性能。熔化池中设置不同的工艺温度，就是为了形成熔体的对流。设置作业单元501中的工艺温度低于分流料道和主料道，使得熔体向作业单元501中流动。在实际应用中，在确保玄武岩可以熔化和流动的前提下，可以不限于本申请限定的具体温度值。

控制池窑位于玄武岩石料表面层中的电极输出功率，在满足玄武岩石料熔化的前提下，使熔体保持较低的表面温度，减少表面热损失。

玄武岩纤维成分中，Al2O3和SiO2质量含量达70％，FeO（Fe2O3）质量含量达10％以上，RO（碱金属氧化物）质量含量仅在5～6％以下。具有导热性能极差、析晶趋势强烈、析晶上限温度高等困难的工艺性能，因此在生产过程中所使用的池窑要解决其这些困难。本专利采用在池窑中布设多层，且呈水平的电极，很好的解决了导热性能极差、、析晶趋势强烈、析晶上限温度高等困难问题。

总之，本发明的池窑可实现规模化生产、熔制质量极大提高，成本明显下降，炉龄延长，无燃气污染，基本实现了玄武岩纤维的低成本、绿色、规模化生产方式。

Claims (10)

1.一种用于连续玄武岩纤维大规模生产的池窑，其特征在于：该池窑包括熔化池(1)、隔离墙(2)、主料道(3)、分流料道(4)、作业通道(5)和电极组件，熔化池(1)与主料道(3)连接，隔离墙(2)位于熔化池(1)与主料道(3)之间，隔离墙(2)上设有流液洞(6)，且流液洞(6)连通熔化池(1)与主料道(3)；主料道(3)与分流料道(4)连接，且主料道(3)与分流料道(4)相连通；作业通道(5)位于分流料道(4)的外侧，且作业通道(5)上设有n个作业单元(501)，每个作业单元(501)的底部设有漏板(502)，每个作业单元(501)的壁面上设有连通孔，该连通孔连通分流料道(4)和作业单元(501)；电极组件固定连接在熔化池(1)、主料道(3)、分流料道(4)、流液洞(6)和作业单元(501)中。

2.按照权利要求1所述的用于连续玄武岩纤维大规模生产的池窑，其特征在于：所述的电极组件由电极组构成，每个电极组由两根电极(7)构成，且该两根电极(7)的极性相反；或者每个电极组由三根电极(7)构成，且其中一根电极(7)的极性与其余两根电极(7)的极性相反。

3.按照权利要求1所述的用于连续玄武岩纤维大规模生产的池窑，其特征在于：所述的电极组件中的电极(7)均处于水平状态，且在竖直方向，池窑上的电极呈多层布设。

4.按照权利要求3所述的用于连续玄武岩纤维大规模生产的池窑，其特征在于：在同一水平面上，相邻两根电极(7)之间的距离为400-500mm，在竖直方向上，相邻两根电极(7)之间的距离为150-250mm。

5.按照权利要求1至4中任何一项所述的用于连续玄武岩纤维大规模生产的池窑，其特征在于：所述的电极组件在熔化池(1)中，布设在熔化池(1)相对的两个侧壁上；所述的电极组件在主料道(3)中，布设在主料道(3)相对的两个侧壁上；所述的电极组件在分流料道(4)中，布设在分流料道(4)的一侧壁上，且该侧壁与作业通道(5)相对。

6.按照权利要求5所述的用于连续玄武岩纤维大规模生产的池窑，其特征在于：所述的电极组件中的电极(7)呈棒状。

7.按照权利要求5所述的用于连续玄武岩纤维大规模生产的池窑，其特征在于：所述的电极组件中的电极(7)由耐高温钼合金制成，电极(7)可将其所处区域的温度加热至1650℃以上。

8.按照权利要求5所述的用于连续玄武岩纤维大规模生产的池窑，其特征在于：所述的熔化池(1)、隔离墙(2)、主料道(3)、分流料道(4)和作业通道(5)分别采用耐火砖体组成的多层墙体结构。

9.按照权利要求1所述的用于连续玄武岩纤维大规模生产的池窑，其特征在于：所述的熔化池(1)、主料道(3)、分流料道(4)和作业通道(5)的顶部分别设有测温装置。

10.一种权利要求1所述的用于连续玄武岩纤维大规模生产的池窑的加热方法，其特征在于，该加热方法包括以下步骤：

第一步：进行烤炉，使烤炉料达到导通电流的温度后，开始电极通电；

第二步：从加料孔加入玄武岩石料，自上而下，逐层调整电极组件中的电极(7)的功率，使得位于熔化池下部的电极组件中的电极(7)的工艺温度为1600℃，位于熔化池中部的电极组件中的电极(7)的工艺温度为1650℃，达到炉内的热点，位于熔化池上部的电极组件中的电极(7)的工艺温度为1600℃，玄武岩石料从表面熔化，垂直运动，经历热点，形成对流、均化，到达熔化池底部，开始水平运动，穿过流液洞(6)，依次流过主料道(3)、分流料道(4)和作业单元(501)，在主料道(3)中，电极组件中的电极(7)加热对应区域，温度保持为1600℃；在分流料道(4)中，电极组件中的电极(7)加热对应区域，温度保持为1600℃；在作业单元(501)中，电极组件中的电极(7)加热对应区域，温度保持为1550℃。