CN105593174A - 使用浸没燃烧器熔化固体原料配合料的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及熔化固体配合料的方法，包括向熔炉中引入固体配合料，然后使用浸没燃烧熔化熔炉中的固体配合料，且使得熔料呈流型，当使用通用流体动力方程在电脑上模拟时，该流型在流体中显示出基本环形流型，包含在熔体表面的主要集中向内会聚的流体，环形旋转的中心轴基本竖直。本发明进一步涉及一种用于实现该方法的熔炉组件。该环形熔体流型是通过对多个在熔炉底部的浸没燃烧器的合理布置、角度和间隔实现的。

Description

使用浸没燃烧器熔化固体原料配合料的方法和装置

本发明涉及一种浸没燃烧熔炉，尤其是用于熔化玻璃质或可玻璃化的材料，并且涉及使用浸没燃烧熔炉的方法。

通常，玻璃质材料由原料例如硅酸盐、玄武岩、石灰石、纯碱和其它次要量成分的混合物制成，将这些原料加入到熔炉，并在约1250到1500℃的温度下熔化成粘性液态；然后对熔体提供成型处理。根据熔体的预期用途，例如用于制造平板玻璃、中空玻璃、用于加强目的的连续纤维或用于绝缘目的的纤维，在成型加工的上游可能需要合适的进一步熔化精炼步骤。根据预期用途和成型工艺选择熔体的化学组成及其物理性质。

常规的玻璃熔炉包括来自上述的玻璃熔体表面上方的能量供给，例如来自在玻璃熔体表面和熔炉顶部之间的空间中产生火焰的燃烧器，由此通过火焰本身和顶部材料的辐射将热量传递到玻璃熔体。将待熔化的原料配合料放置在熔炉中玻璃熔体的上部，且热从熔体传递到配合料，使其并入熔体。

在一些玻璃熔炉中，能量由设置在熔体表面下方的电加热电极提供；这种电极可以提供唯一的热源或与燃烧器一起使用。

玻璃熔炉的进一步类型具有设置在熔体表面下方的一个或多个燃烧器喷嘴，使得燃烧器火焰和/或燃烧产物穿过熔体。这种设置称为浸没燃烧。

传统地，用于生产岩棉(stonewool)绝热体的玻璃熔窑是冲天炉。

目前，本发明寻求提供一种用于烧结和/或熔化配合料的改善的高效方法。这种方法表显示出降低的能耗，以及改善的熔体特性，包括在温度分布和组成方面的均匀性，导致改善的成品质量。它还允许熔化各种各样的材料，特别是可玻璃化材料，并在控制工艺参数方面显示出高的灵活性。

根据另一方面，本发明还寻求提供一种用于熔化材料，尤其是玻璃质或可玻璃化材料的改善的浸没燃烧熔炉，其在热传递和原料熔化显示出进一步提高的效率。

更具体地，本发明寻求改善熔体中新原料的吸收和向新原料(尤其是当从熔体顶部加入时)热传递的效率，从而改善熔体的组成和温度分布方面的整体均匀性。同时，极大地避免或至少减少了原料通过熔炉的任何旁路，因而导致了可玻璃化材料的有效熔化，并因此就给定输出流量导致较小熔炉。

根据其一个方面，本发明提供了一个如权利要求1限定的浸没燃烧熔炉。其他独立权利要求中限定了本发明的其它方面。从属权利要求限定了优选和/或替代性实施方案。

在以下也涉及浸没燃烧熔化和/或熔炉的专利申请中描述的一个或多个方面，可以用于本专利申请的发明方面，并且通过引用将每一以下专利申请并入本文：

根据本发明的一个特定的方面，本发明提供一种熔化材料尤其是可玻璃化材料的方法，包括步骤：向熔炉中引入固体配合料，通过浸没燃烧熔化熔炉中的固体配合料并使得熔体呈流型，该流型是当通过计算机流体动力学分析(ComputationalFluidDynamicsanalysis)模拟时在熔体中显示出基本环形的熔体流型，该流型包括在熔体表面处主要集中向内会聚的流动矢量，环形旋转的中心轴是基本竖直的。优选地，熔炉中的熔体包括单个这样环形流型。

在靠近所述环形流型旋转的竖直轴处，流动矢量改变方向，显示向下的分量，因而反映了熔体在所述轴处附近显著的向下运动。在熔炉底部，流动矢量改变方向，显示向外然后向上方向的分量。

优选地，考虑到多相流场，从固体配合料相到液态熔体相，到与燃料燃烧和由燃烧器的氧化相关的各种气态物质相以及在配合料到熔体转化过程中产生的那些，流体动力学模型代码为ANSYSR14.5。

可取出熔体用于进一步的下游加工，包括平板玻璃或容器玻璃的形成，连续纤维或矿棉纤维的形成。在矿棉纤维的生产的情形中，优选直接将输出物进行纤维化而无精炼步骤。

根据本发明的一个优选实施方案，通过设置在熔炉底部的功能性浸没燃烧器，在基本上环状的燃烧器区域，赋予燃烧气体基本上竖直向上的速度分量来获得环形熔体流型。有利的是，以约250-1250mm，有利的约500-900mm，优选约600-800，甚至更优选650-750mm的相邻燃烧器之间的距离设置燃烧器。

向上或邻近浸没燃烧器运动的熔体的速度矢量可以从竖直稍微倾斜，例如倾斜角度为≥1°，≥2°，≥3°或≥5°和/或≤30°，优选≤15°，更优选≤10°，尤其是朝向熔炉的中心。这样的设置可以改进流动和引导熔体流动远离排出口并朝向熔炉中心，从而有利于上述环形流动。火焰优选不碰撞熔炉壁。

根据本发明的一个优选实施方案，在基本圆形的燃烧器线上设置燃烧器。作为替代，也可以使用其它的燃烧器设置以获得期望的环形流型。熔炉可包含多个燃烧器，且本文中所用的术语“燃烧器”理解为是指功能性或操作性的燃烧器，即那些根据本发明操作的燃烧器。

模拟的流型反映了在熔体表面处集中向内会聚的流动，然后是在环形旋转的中心轴附近向下的流动。所述旋转的中心轴有利地对应于熔炉的对称竖直轴。竖直轴是指对称的中心轴，如果熔炉显示出不具有任何单个限定对称轴的横向横截面，则为熔炉横截面内切的圆的对称轴。向下的流动之后是在熔炉底部的向外方向的流动和邻近燃烧器处基本环状的向上流动，反映了熔体朝向燃烧区的再循环，并在上升运动中回到熔体表面，因而限定了基本上环形的流型。

在熔体表面处的向内会聚的流动矢量有利地显示为至多约2m/s的速度。在旋转的竖直中心轴附近的向下方向的速度矢量具有显著长度或强度，反映了向下流动的材料的相对高速度。向下的速度矢量反映了至多约2m/s的材料速度。在熔炉中，在熔炉的至少一个部分和特别是在熔体表面处(特别是在熔体表面处向内会聚的流动矢量)和/或在旋转的竖直中心轴之处或附近的原料和/或熔体，可达到≥0.1米/秒，≥0.2米/秒，≥0.3米/秒或≥0.5米/秒和/或≤2.5米/秒，≤2米/秒，≤1.8米/秒或≤1.5米/秒的速度。

这样的环形流型的产生可以确保高度有效的混合，并使熔体在温度分布和组成方面均匀化。此外，本发明的流型有利于原料吸入熔体，因而改善向新原料的热传递并减少在为进一步成型而取出之前在熔炉中的所需停留时间，同时避免或至少降低原料在熔体循环中走捷径(shortcutting)的风险。

根据另一方面，本发明提供一种用于熔化材料尤其是可玻璃化的原料配合料的熔炉组件，该熔炉组件包括配备有至少五个浸没燃烧器的熔化室，每一个具有从其出口突出的燃烧器中心轴；原料给料器和在熔化室底部附近的熔体出口，浸没燃烧器设置在基本环状的燃烧区域内，在所述熔化室底部，在相邻燃烧器之间具有一定的距离且受控，使得通过计算流体动力学分析进行的模拟显示出在熔体中产生基本环形的熔体流型，环形旋转的中心轴是基本竖直的，包括在熔体表面处的主要集中向内会聚的流动矢量，且相关燃烧器的燃烧器中心轴设置成与竖直呈小于30°的角。

根据一个实施方案，每个燃烧器中心轴相对于垂直于通过熔炉中心竖直轴和燃烧器的竖直平面倾斜一个漩涡(swirl)角。漩涡角可以是≥1°、≥2°、≥3°、≥5°和/或≤30°、≤20°、≤15°或≤10°。优选地，每个燃烧器的漩涡角是大约相同的。每个燃烧器轴以漩涡角设置对向上吹动的火焰赋予微小的切向速度分量，从而除环形流型外还对熔体赋予漩涡运动。所获得的熔体流型进一步改善了进入熔体的原料的混合和熔体的均匀性。优选地，以小于15°，更优选小于10°的漩涡角设置相关燃烧器的燃烧器中心轴。

在一个优选的实施方案中，将功能性燃烧器设置在基本圆形的燃烧器线上。

如上所述，流动矢量优选改变方向，显示在穿过基本呈环形燃烧区域的中心的旋转的竖直中心轴附近的向下方向，因而在所述轴附近反映出显著向下的熔体运动。在熔化室底部，流动矢量优选改变方向，显示出对于燃烧器区域向外的方向，然后在所述燃烧器附近向上的方法，反映朝向燃烧器区域的熔体和在上升运动中返回熔体表面的再循环，因而限定基本环形的流型。

环形熔体流型的产生有利于在温度分布和组成方面的熔体均匀性，在所述环形熔体流型中熔体基本上升至基本超过相关燃烧器上方或附近并朝向所述圆形燃烧器区域的中心在熔体表面向内会聚，并在中心向下。燃烧器之间的距离可根据燃烧器设计、操作压力、熔体粘度和其它参数而变化。然而，值得注意的是，燃烧器之间太小的距离可能导致火焰的融合，应优选避免这种现象。

以约250至1250mm，有利地约500-900mm，优选约600-800mm，甚至更优选约650-750mm的距离设置任何两个，优选所有相邻的燃烧器。

根据一个优选实施方案，以与所述燃烧室的侧壁约250-750mm的合适距离设置燃烧器；这有利于上述流动并避免熔化室侧壁对火焰的吸引。燃烧器和侧壁之间过小的距离可破坏或不必要地使侧壁受到应力。尽管在燃烧器和壁之间的特定熔体流动可能无害或者甚至可为期望的，但为了避免在壁上堆积过大的固化材料层，太大的距离将产生不希望的熔体流动，且可能是在熔炉的中心混有较少熔体的死区(deadzone)的原因，并因此导致熔体的降低均匀性。

有利地选择浸没燃烧器之间的距离从而不仅保证熔体中期望的环形流型，而且避免相邻火焰合并和相对火焰分叉。虽然这种现象取决于很多参数，如熔体的温度和粘度、压力和燃烧器的其它特性，但是已经发现选择约1200至2000mm的燃烧器圆直径是有利的。根据燃烧器类型、操作压力和其它参数，太大的直径可导致分叉的火焰，太窄的直径会导致合并的火焰。

根据一个优选实施方案，在燃烧器圆线上设置至少6个燃烧器，优选6至10个燃烧器，更优选6至8个燃烧器，取决于熔炉尺寸、燃烧器尺寸、操作压力和其它设计参数。

特别是在玻璃熔炉的情况下，优选供给可燃气体至每个燃烧器，特别是包含烃，例如天然气，和含氧气体，特别是氧气，工业级的氧气(例如具有以重量计至少95％氧含量的气体)或富氧空气。优选地，将可燃气体和含氧气体单独供给至燃烧器，并在燃烧器和/或在燃烧器的喷嘴处结合。或者，也可使用其它种类的燃料例如液体燃料或固体粉碎燃料，尤其是用于废物的玻璃化。

为了清楚起见，环形流型是指通过计算机流体动力学分析方法模式模拟而产生的运动的流体材料的速度矢量构成循环模式，其中它们填充具有旋转的中心轴的环形横截面，竖直轴穿过基本圆形的燃烧器区域的中心，且外径与所述圆形燃烧器区域的外径近似相同，在熔体表面材料处从外部向中心流动。

这样的环形流动集中携带新原料深入玻璃熔体，并改善向新原料传递热量的效率从而使其迅速熔化，并进一步增强熔体的均匀性。

有利地是，可从熔体表面上方进给固体原料。优选地，连续或者基本连续地向熔炉中装载原料，尽管分批装载也是可能的。

熔炉组件可以允许单独控制每个燃烧器或单独控制多个燃烧器组中的每个，例如相对的燃烧器。可以区别地控制接近原料排出处的燃烧器，优选比相邻燃烧器具有更高的气体速度和/或压力，从而允许对正装入熔炉中的新原料的改善热传递。可以仅临时需要较高的气体速度，换句话说，在分批装载新原料的情况下，只是在相关装载吸入本发明的熔炉中是包含的熔体中所需的时段内。

还可能期望将位于熔体出口附近的燃烧器控制在合适的，有利地是较低的气体速度/压力，从而不干扰熔体的输出。

优选地，熔化室基本上是圆柱形的；其它的可能形状包括椭圆形横截面或显示多于四个边，优选多于五个边的多边形横截面，这种设置实质上允许产生如前面描述的如在利用通用流体动力学方程在计算机内模拟的环形熔体流动。还应当注意，至少对于大多数燃烧器优选尊重上面提到的浸没燃烧器和侧壁之间的距离。

熔炉内的熔化池的高度可以是：≥约0.75米，≥约0.8米，≥约0.85米或≥约0.9米；和/或≤约2.2米，≤约2m，≤约1.8米，或≤约1.6米，特别是当熔化室基本是圆柱形时，优选熔化室的内径为1.5至3米，更优选1.75至2.5米。

可以通过在熔体表面上方的熔炉壁中的开口向熔炉内装载原料配合料。所述开口有利地是可闭合的，例如通过活塞，以减少热和烟气的逃逸。可以对于要获得的相关熔体适当地准备原料，并将其装入中间沟槽内。当熔炉壁中的开口打开时，材料在与逃逸的烟气相反的方向落入炉子内，材料因此得到预热并落到熔体表面上。原料配合料可以为20-50kg，取决于熔炉的尺寸和产率。配合料装载的频率也取决于这些参数，对于产量高达70000kg/天的熔炉，为约20-50kg/min。因为过程控制包括温度控制和熔体均匀性的原因，优选以高频率小拟量进料(因而接近连续加入)而不是以降低的频率大批量进料。

熔体可以连续或者分批取出，例如在侧面，在熔炉底部或朝向熔炉底部。在靠近熔炉壁处装入原料配合料的情况下，优选与原料入口相对设置熔体出口。在非连续排出熔体的情况下，可以控制排出孔的开闭，例如通过陶瓷活塞。

浸没燃烧器优选将燃烧产物的高压力射流喷射到熔体中，足以克服液体压力，并且产生火焰和燃烧产物的强制向上的运动。燃烧和/或可燃气体的速度，特别是在燃烧器喷嘴出口处，可以是≥60米/秒、≥100米/秒或≥120米/秒和/或≤350米/秒、≤330米/秒、≤300或≤200米/秒。优选燃烧气体的速度是在约60至300米/秒，优选100至200米/秒，更优选110至160米/秒的范围内。

熔体的温度可以在1100℃到1600℃或1650℃之间；它可以为至少1200℃或1250℃和/或至多1500℃或1450℃，取决于配合料的组成和熔体的所需粘度。根据优选的实施方案，熔化室壁包含被循环冷却液体隔开的双重钢壁。特别是在圆柱形熔化室的情况下，这种组装相对容易构建并能耐受高机械应力。熔炉的圆柱形状有利于外壁上的应力平衡。随着壁冷却(优选水冷)，熔体固化并在熔炉壁内形成保护层。优选地，熔炉组件不需要任何内部耐火炉衬且从而需要越来越少的昂贵维护。此外，熔体不被从内部耐火炉衬腐蚀的耐火材料的不需要的组分所污染。例如在玻璃熔体的情况下，玻璃在冷却的壁上固化，形成绝缘层或边界层；玻璃因此熔化成玻璃，并且该熔体不被任何耐火材料的侵蚀残留所污染。熔炉壁的内面可有利地配备有朝向熔炉内部突出的翼片或锭剂(pastille)或其他小元件。这些可有助于构成和固定在熔炉内壁上的固化熔体层，这产生了耐热性和减小了向熔炉的双层壁中冷却液的热传递。

该熔炉可配备有热回收设备；来自熔化室的热烟气可用来预热原料，或者可以提取其中含有的热能和/或用于生产线(例如绝热纤维产品的生产线)上游或下游设备的其它目的。类似地，也可以回收在熔炉双壁之间循环的冷却液中所含有的热能。

熔炉可适合于和/或配置为烧结和/或熔化原料。它可以是“玻璃熔炉”，即适合于和/或配置成熔化玻璃状材料的熔炉，该玻璃状材料包括选自玻璃、玻璃质材料、石材和岩石的材料。玻璃熔炉可以用于制造平板玻璃、中空玻璃、玻璃纤维、用于加强目的的连续纤维、用于绝缘目的的矿物纤维、矿棉、岩棉或玻璃棉。熔炉可以用于转化原料以制造玻璃料、水泥熟料，特别是氧化铝水泥熟料或研磨剂，特别是通过熔化制备的研磨剂。熔炉可以用于转化原料，特别是通过玻璃化，例如：医疗废物的玻璃化；灰分的玻璃化，特别是来自焚化炉的灰分；粉末的玻璃化，例如来自铸铁或其它金属铸造的粉尘；电镀污泥、制革污泥或采矿业废物的玻璃化；特别是通过玻璃化的处置废物，例如污染的土壤，重金属或焦油污染的土壤，粘土过滤器，污泥，活性炭，放射性废物和含有铅或锌的炉渣，耐火材料，特别是含有铬的耐火材料。特别是在玻璃熔炉的情况下，原料可以包括：硅酸盐、玄武岩、石灰石、纯碱、沸石催化剂、废催化剂、废罐内衬、耐火材料、铝熔渣、熔铝浮渣、沙基灭火器废物、污泥、电镀污泥、熟料、废料材料、灰分及它们的组合。

本发明所公开的方法和熔炉特别适用于以有效的方式熔化所有类型可玻璃化材料，具有降低能耗和降低的维护成本。因而，根据本发明的熔炉对于在矿物纤维产品的生产线上的使用特别具有吸引力，例如玻璃纤维、玻璃棉和岩棉的生产。尤其是在矿棉纤维生产的情形中，优选直接将输出物进行纤维化无物精炼步骤。

在玻璃熔体的情况下，所制备熔体的组成可包含以下中的一种或多种：

生产的玻璃中的硼含量，以B2O3表示，可以是≥1w％，≥2w％，≥3w％，≥5w％，和/或≤20％，≤18％，≤15％或≤10w％。

下面将参照附图更详细地描述本发明的实施方案，其中：

-图1a和1b代表根据本发明的通过计算机模拟产生的环形流型；

-图2是穿过熔炉的横截面；和

-图3是燃烧器的布局的示意图。

在图1a和图1b显示了玻璃熔炉中的环形流型。在靠近设置在基本圆形的燃烧器线上的浸没燃烧器处，熔体沿着向上方向，在熔体表面处朝向相关圆线的中心向内流动，然后再次在上述中心附近向下。这样的环形流动保证熔体良好的搅拌和对新原料的吸收。

接下来将会看到，可能发生额外的流动循环。熔体可以在燃烧器和侧壁之间流动。其它的流动可以发生在燃烧器之间。这些不一定是不利的，且与此相反，甚至可能是期望的。

考虑到本领域技术人员所熟识的通用欧拉(Eulerian)多相流体动力学建模技术，已经通过计算机模拟产生环形流型。为此次演示所选用的计算机流体动力学代码有利地是ANSYSR14.5。该模型有利地考虑了覆盖全范围的混合物部分的多相流场，从液体中的分散气泡到分布的固体颗粒或气体中的液滴，而固相配合料经历多相，热化学转化反应以产生液相熔体和气相物质。该系统利用燃料和氧气相物质的浸没燃烧产生二氧化碳和水蒸汽。此外，熔体粘度高度依赖于温度。该复杂的配合料-熔体转化过程可以依照下列Arrhenius速率定律对反应步骤进行建模。

配合料_固+ΔH_r＞熔体_液+0.074CO₂+0.093H₂O

Arrhenius反应速率k＝AT²e^(-E/T)

从文献(参见AUnganandRViskanta，″Meltingbehaviorofcontinuouslychargedloosebatchblanketsinglassmeltingfurnaces″，Glastech.Ber.59(1986)Nr.10，p.279-291)中获取Arrhenius速率常数。在该反应中配合料气体的摩尔比与从1kg配合料产生0.0503kgCO₂和0.0258kgH₂O一致。反应热为配合料向液相熔体和气体物质转化所需所有能量，包括化学转化和相变热的需求。配合料和熔体的物理性能可以尽可能地从文献获取和/或通过本身公知的方法来确定。使用离散坐标辐射(DiscreteOrdinatesRadiation)模型模拟辐射热交换，利用灰色气体(GrayGas)加权之和模型估算气相吸收系数，指定熔体吸收系数(为300l/m的高值)和有利地指定配合料吸收系数从而使得它相对于其它流体不透明。同时，将熔体分配为主要流体相，将气体分配为具有5mm的均匀鼓泡直径的次要流体相。对高于预期浴高度的液相和气相之间的动量交换进行人为地抑制。

所示的熔炉1包括直径约为2.0m的圆柱形熔化室3，其包含熔体且向上延伸至上腔室5，接着进入烟气排气烟囱。上腔室5配备有防止任何熔体喷出物被带入烟气的挡板7。原料给料器10设置于上腔室5的水平处，且设计成将新原料在位置11处装进熔炉1，该位置位于熔体表面的上方并接近熔炉的侧壁。给料器10包括水平进料装置，例如螺旋进料器，其将原料混合物输送至固定于炉子的料斗，根据熔炉操作控制的要求，可以通过竖直活塞打开该料斗的底部。熔化室的底部包括设置在与燃烧器轴同心且直径约为1.4m的圆形的燃烧器线上的浸没燃烧器。图3示意性地表示了燃烧器的布局。为了清楚起见，图中所示的设计具有优选的布局，该布局具有分布在燃烧器线周围的6个浸没燃烧器。取决于熔炉的尺寸、熔体的粘度和燃烧器的特性，不同的布局是可能的。这是必要的，尽管该设置产生上述定义的环形熔体流动。可以通过可控的排出口9从熔化室取出熔体，该排出口位于熔化室侧壁中，靠近熔化室底部，基本与进料装置10相对。

取决于熔体的组成、所需粘度和其它参数，熔体内的温度可以在1100℃和1600℃或1650℃之间，或1200℃和1500℃之间，或1200℃和1450℃之间，优选1250℃和1400℃之间。根据优选的实施方案，熔炉壁是通过冷却液体(优选水)冷却的双重钢壁。在外壁上提供冷却水的连接。这种连接是本身公知的，并且应对其计算以允许流动足以从内侧壁取走能量，使得在约150℃下熔体能够在内壁上固化并且冷却液(此处是水)不沸腾。

图中所示的熔炉有利地是基本圆柱形的。浸没燃烧产生作用于熔炉壁上的高应力分量，且使熔炉经受严重的振动。在使用圆柱形熔化室的情况下，这些可得到显著降低。如果需要的话，可进一步将熔炉安装在被设计成吸收大部分的振动运动的减震器上。

浸没燃烧器可以包括同心管燃烧器(也称为套管式燃烧器)，以熔体中100m/s到200m/s，优选110m/s到160m/s的气体流量或速度操作。优选对燃烧器进行设计从而在熔体中产生燃料气体和空气和/或氧气燃烧。燃烧和燃烧气体在逃逸到上腔室前在熔体中产生高度混合，然后穿过烟囱。这些热气体可以用于对燃烧器中使用的氧化剂(空气和/或氧气)和/或原料和/或燃料气体进行预热。通常烟气在释放到环境中前被过滤。在过滤需要在降低的温度下进行时，可以使用较冷的环境空气对烟气进行事先稀释。

燃烧器在它们附近产生熔体的向上运动和熔体内的循环。在圆形燃烧器线上在熔化室底部的燃烧器设置，产生如上所述和如本发明所需的环形运动。对于给定的燃烧器设计，本领域技术人员需要调整燃烧器之间以及燃烧器和壁之间的距离，从而例如避免燃烧器火焰熔合或被吸引到壁或以其它方式从燃烧器中心轴分叉。

本发明的熔炉还可以配置辅助燃烧器，其可在开始时预热熔炉的情况或在至少一个浸没燃烧器发生故障的情况下或在临时需要额外热量的其它情况下预热熔炉使用。在一种配置中，将辅助燃烧器安装在轨道上，使得可以引导它通过提供在熔炉壁上的可关闭的孔。

根据本发明的熔炉在玻璃纤维，玻璃棉或岩棉的生产线中是特别有利的，这是由于它特别有效地导致降低的能耗和灵活性，这允许原料组成的容易变化。所述熔炉的易于维护性和低生产成本也是构建此类生产线主要关注点。

对于上述的熔炉的计算机流体动力学建模(参见图1示出的流型)，在模型中将0.833kg/s的配合料输入设置在27℃的入口温度，与72T/天的产率一致。燃烧器入口设置如下：烧成率＝5.2WM(基于LHV)；每个燃烧器的质量流量为0.109kg/s；摩尔组成＝0.11C₃H₈，0.89O₂，入口温度为15℃。通过将在用作绝缘体的固化玻璃层的厚度后面指定152℃的均匀表面温度，对壁进行建模。对玻璃指定的热导率为1W/mK。改变玻璃的厚度(标称15mm)以实现从50至70kW/m²的平均热通量。

Claims (25)

1.提供熔化的材料的方法，该方法包括：向熔炉中引入固体配合料，在熔炉中通过浸没燃烧熔化该固体配合料，且使流体呈流型，当通过计算机流体动力学分析进行模拟时，该流型显示出在熔炉中的熔体内产生的基本环形的熔体流型，包括在熔体表面处主要集中向内会聚的流动矢量，环形旋转的中心轴是基本竖直的。

2.根据权利要求1的方法，其中在所述环形流型的旋转的中心轴附近，流动矢量改变方向，显示出向下的方向，因而反映了熔体在所述中心轴附近的显著向下运动。

3.根据权利要求2的方法，其中在熔炉底部，流动矢量改变方向，显示出向外然后再次向上的方向。

4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中考虑到多相流场，从固体配合料相到液态熔体，到与由燃烧器的燃料和氧化剂的燃烧相关的各种气态物质以及在配合料到熔体转化过程中产生的那些，对计算机流体动力学分析所选择的计算机流体动力学模型代码为ANSYSR14.5。

5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中取出熔体用于进一步的下游加工，包括平板玻璃或容器玻璃的形成，连续纤维的形成或矿棉纤维的生产。

6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中通过在熔炉底部设置浸没燃烧器，在基本上环形的燃烧器区域中，赋予火焰和燃烧气体基本上竖直向上方向的速度分量来获得相关的环形熔体流型，相邻燃烧器之间的距离为约250-1250mm，有利的500-900mm，优选约600-800，甚至更优选约650-750mm。

7.根据权利要求1-6中任一项的方法，其中在熔体表面处的向内会聚的流动矢量有利地显示为至多约2m/s的速度。

8.根据权利要求1-7中任一项的方法，其中靠近旋转的竖直中心轴处的向下方向的速度矢量显示出至多2m/s的向下速度分量。

9.根据权利要求1-8中任一项的方法，其中对向上吹动的燃烧气体赋予切向速度分量。

10.用于熔化固体原料配合料的熔炉组件，其包括：配备有至少五个浸没燃烧器(21)的熔化室(3)，每一个具有从其出口突出的燃烧器中心轴；原料给料器(10)和在熔化室底部附近的熔体出口(9)，浸没燃烧器(21)设置在基本呈环状的燃烧器区域内，在所述熔化室(3)底部，在相邻燃烧器之间具有一定的距离且受控，使得使用通用流体动力学方程进行的计算机模拟显示出在熔体中的基本环形熔体流型，环形旋转的中心轴是基本竖直的，包括在熔体表面处的主要集中向内会聚的流动矢量，且相关燃烧器(21)的燃烧中心轴设置成与竖直呈小于30°的角。

11.根据权利要求10的熔炉组件，其中浸没燃烧器(21)设置在基本环状的燃烧器线上，通过所述熔化室(3)的底部。

12.根据权利要求10或11的熔炉组件，其中浸没燃烧器(21)设置成相邻的燃烧器之间的距离约为250-1250mm，有利地500-900mm，优选600-800mm，甚至更优选约650-750mm。

13.根据权利要求10至12中任一项的熔炉组件，其中燃烧器轴从竖直倾斜小于30°，以向燃烧气体赋予切向速度分量。

14.根据权利要求10至13中任一项的熔炉组件，其中以与所述燃烧室(3)的侧壁约250-750mm的距离设置燃烧器(21)。

15.根据权利要求11至14中任一项的熔炉组件，其中燃烧器圆直径约为1200至2000mm。

16.根据权利要求10至15中任一项的熔炉组件，其中至少6个燃烧器(21)设置在燃烧器圆线上，优选6至10个燃烧器，更优选6至8个燃烧器。

17.根据权利要求10至16中任一项的熔炉组件，其中在熔体表面上方进料所述原料。

18.根据权利要求10至17中任一项的熔炉组件，其中分别控制燃烧器(21)或燃烧器组。

19.根据权利要求10至18中任一项的熔炉组件，其中熔化室(3)是基本圆柱形的，或者显示其它形状，如椭圆形横截面或显示出多于四个边，优选多于五个边的多边形横截面。

20.根据权利要求3至19中任一项的熔炉组件，其中熔炉包括在熔炉壁中，在熔体表面上方的孔，可以通过活塞或等效装置打开和关闭。

21.根据权利要求10至20中任一项的熔炉组件，其中熔体排出孔(9)设置成与原料入口(10)相对，在外围熔炉壁内，靠近熔化室的底部，且该排出孔由本身已知的装置控制。

22.根据权利要求10至21中任一项的熔炉组件，其中浸没燃烧器(21)以约60至300m/s，优选100至200，更优选110至160m/s的燃烧气体速度向熔体中注入高压燃烧产物射流。

23.根据权利要求10至22中任一项的熔炉组件，其中熔化室壁包括通过循环冷却液体(优选水)间隔的双重钢壁。

24.根据权利要求10至23中任一项的熔炉组件，其中熔炉配备有热回收装置。

25.包括权利要求10至24中任一项的熔炉组件的玻璃纤维、玻璃棉或岩棉的生产线。