CN109437576A - 一种岩棉及其制备方法、制备岩棉用多功能全氧天然气熔炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及矿棉生产技术领域，具体涉及一种多岩棉及其制备方法、制备岩棉用多功能全氧天然气熔炉。本发明岩棉以辉长岩为主要原料，制备的岩棉耐火性能显著优于传统岩棉；并且在纯碱和硝酸钠存在的环境下，加入硼砂、氧化钙、氧化镁和氧化锰结合使用，提高原料的出熔率。同时，本发明制备方法采用阶梯式的温度控制方式，采用本发明熔炉，以天然气和氧气为燃料，实现炉内温度达到2600℃，在提高原料出熔率的同时，节约能源、保护环境。

Description

一种岩棉及其制备方法、制备岩棉用多功能全氧天然气熔炉

技术领域

本发明涉及矿棉生产技术领域，具体涉及一种多岩棉及其制备方法、制备岩棉用多功能全氧天然气熔炉。

背景技术

岩棉，又称为岩石棉，是矿物棉的一种。以天然岩石及矿物等为原料制成的蓬松状短细纤维。是以天然岩石如玄武岩、辉长岩、白云石、铁矿石、铝矾石等为原料，经高温熔化、纤维化而制成的无机质纤维。将天然岩、矿石等原料，在冲天炉或其他池窑内熔化（温度2000℃以下），用50个大气压的压力强吹、骤冷成纤维状。或用甩丝法，将熔融液流脱落在多级回转转子上，借离心力甩成纤维。岩棉产品大多制成条、带、绳、毡、毯、席、垫、管、板状，用于单晶炉、冶金铸造、石油裂化及空间技术耐烧蚀、耐高温隔热材料；建筑和设备的吸音材料、隔热材料；以及天然石棉化用品作水泥制品、橡胶增强材料及高温密封材料、高温过滤材料和高温催化剂载体等。

基于上述岩棉的应用领域，通常在需要岩棉产品具有很好的保温性能的同时，也需要具有很好的耐火性能。为了能够赋予岩棉好的耐火性能，传统的岩棉在制造过程中通常会加入一些耐火性的助剂原料，一方面会增加岩棉生产工艺的复杂性，另一方面也会提高岩棉的生产成本。在生产实践中发现辉长岩是一种耐火性能非常显著的原料，但是在传统岩棉生产过程中通常都是少量的使用辉长岩，制备的岩棉不能满足对耐火性能要求极高的场合，但是辉长岩是一种硅含量和铁含量都比较高的原料，传统岩棉生产和熔化炉设备生产温度最高仅能达到2000℃，辉长岩在该温度下出熔率低，因此传统的岩棉生产工艺不能实现大量的使用辉长岩制作耐火性能极高的岩棉。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的之一是提供一种岩棉，以辉长岩为主要原料，减低生产成本的同时，提高岩棉的耐火性能。

本发明的目的之二是提供一种岩棉的制备方法。

本发明的目的之三是提供一种制备本发明岩棉用的多功能全氧天然气熔炉，自动化和安全化程度高，并且以天然气和氧气为燃料，炉内温度能够达到2600℃，提高原料的出熔率，实现以辉长岩为主要原料制备岩棉。

为了实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种岩棉，由以下重量份数原料制备而成：辉长岩65~70份、石灰石15~18份、矿渣3~4份、纯碱1~2份、硼砂0.5~0.8份、硝酸钠0.6~0.8份、氧化钙0.7~0.9份、氧化锰0.5~0.7份、氧化镁1~2份。

优选的，上述岩棉由以下重量份数的原料制备而成：辉长岩68份、石灰石17份、矿渣4份、纯碱2份、硼砂0.6份、硝酸钠0.7份、氢氧化铝0.9份、氧化钙0.8份、氧化锰0.6份、氧化镁1.5份。

上述岩棉的制备方法，包括原料熔融、纤维成型；其中原料熔融的具体方法包括按重量份数取各原料加入熔炉中，以天然气和氧气为燃料，炉内温度升温至2600℃，保持30~40min，降低炉内温度为2000~2100℃，保持20~30min，升高炉内温度为2200~2300℃，直至原料结束熔融。

一种实施上述本发明岩棉的制备方法的多功能全氧天然气熔炉，包括由内外套设的内炉体和外炉体形成的熔炉本体，内炉体和外炉体之间形成冷却水通道，外炉体的下方设置有冷却水进水口，内炉体内设置有放置物料的隔板架，隔板架的下方为燃烧室和熔融流体室；内炉体上设置有与熔融流体室连通的出料口，所述外炉体的上方设置有与冷却水通道连通的冷却水缓存箱，冷却水缓存箱远离外炉体的一侧设置有冷却水出水口；

所述内炉体对应燃烧室的位置处周向均匀间隔设置有至少8个用于通入燃气的法兰口，每个法兰口处对应连接有用于连通燃气的燃气枪；

可选的，所述内炉体内设置有温度传感器，法兰口处设置有气体流量传感器，燃气枪内设置有电磁阀；还包括控制单元，温度传感器、气体流量传感器与控制单元电连接，电磁阀与控制单元电连接；控制单元接收温度传感器和气体流量传感器的检测信号，输出控制电磁阀。

可选的，所述冷却水缓存箱周向环绕外炉体的上端。

可选的，所述冷却水缓存箱凸出外炉体设置。

可选的，内炉体的底部设置有可拆卸底盖。

可选的，所述可拆卸底盖的形状与内炉体的横截面形状吻合；所述可拆卸底盖由第一底盖和第二底盖拼接而成，第一底盖和第二底盖的拼接结合处设置有将第一底盖和第二底盖闭合的可拆卸闭合结构；所述第一底盖和第二底盖与拼接结合处相对的边缘铰接在内炉体。

可选的，所述出料口处设置有用于将熔融流体导流至成型工艺设备的导流结构；所述导流结构上设置有靠近出料口的导流入口和远离出料口的导流出口，导流出口的高度高于导流入口的高度。

可选的，所述导流结构包括导流通道和用于将导流通道固定在出料口的固定板；导流入口和导流出口设置在导流通道上；所述导流通道由内外套设的内导流通道壁和外导流通道壁组成，内导流通道壁和外导流通道壁之间形成第一冷却水流道；固定板内设置有第二冷却水流道；第一冷却水流道和第二冷却水流道互不相通。

可选的，所述内炉体的外侧壁间隔阵列布设有沿着内炉体高度延伸的加强筋，加强筋上间隔设置有供冷却水通过的通孔；所述熔炉本体的上端设置有用于吊装装配熔炉本体的吊装部。

相比传统的岩棉，本发明岩棉及其制备方法具有以下优点：

1、以辉长岩为主要原料，制备的岩棉耐火性能显著优于传统岩棉；

2、在纯碱和硝酸钠存在的环境下，加入硼砂、氧化钙、氧化镁和氧化锰结合使用，提高原料的出熔率；

3、创造性的采用阶梯式的温度控制方式，在提高原料出熔率的同时，节约能源。

相比传统的熔炉，本发明多功能全氧天然气熔炉，具有以下优点：

1、通过在外炉体的上方设置与冷却水通道连通的冷却水缓存箱，对冷却水在排放前进一步冷却，能够进一步降低冷却水的排放温度，提高冷却水排放的安全性；

2、内炉体对应燃烧室的位置处周向均匀间隔设置有至少8个用于通入燃气的法兰口，每个法兰口处对应连接有用于连通燃气的燃气枪，将燃气均匀周向的通入燃烧室，燃气燃烧更充分；使用过程中可以不同的燃气枪可以对应的通入氧气或天然气，不产生废气和废渣的同时，能够使内炉体内达到更高的温度，使物料熔融更加快速和充分，熔炉能够用于加工以辉长岩为原料的岩棉、玻璃棉、原料中加有釉料的釉料棉等各种矿棉；

3、通过在内炉体内设置温度传感器、在燃气法兰口处设置流量传感器，在燃气枪内设置电磁阀，根据需要，通过温度和流量的大小调节电磁阀的开启和关闭，实际使用过程中可根据需要关闭某一个或者某几个燃气枪控制内炉体的温度，实现对内炉体温度的自动和实时控制；

4、通过在内炉体的底部设置可拆卸的底盖，便于更换和清理内炉体；

5、通过在熔融流体物料的出料口处设置导流结构，导流结构的流体入口和流体出口之间设置高度差，并且流体出口的高度高于流体入口的高度，对熔融流体的排放具有缓冲作用，能够更好的控制熔融流体的流出速率，进而更好的控制熔融流体进入成型工序时确保成型的均匀性和稳定性；

6、通过在导流结构的不同位置设置互补相同的冷却水流道，根据不同部位的温度通入不同温度的冷却水，实现对不同部位的精确降温；

7、通过在内炉体外侧设置加强筋提高内炉体的强度，同时在加强筋上设置通孔，避免加强筋的设置占用冷却水通道的空间相应冷却效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的多功能全氧天然气熔炉的整体结构示意图；

图2是图1的后视图；

图3是本发明实施例提供的的多功能全氧天然气熔炉的底盖的整体结构示意图；

图4是本发明实施例提供的多功能全氧天然气熔炉的导流结构的正视图；

图5是图4的侧视图。

具体实施方式

下述实施例制备岩棉采用如下熔炉设备：

如图1和图2所示，一种多功能全氧天然气熔炉，包括由内外套设的内炉体1和外炉体2形成的熔炉本体，内炉体1和外炉体2之间形成冷却水通道，外炉体2的下方设置有冷却水进水口3，内炉体1内设置有放置物料的隔板架4，隔板架4的下方为燃烧室和熔融流体室；内炉体1上设置有与熔融流体室连通的出料口5，外炉体2的上方设置有与冷却水通道连通的冷却水缓存箱6，冷却水缓存箱6远离外炉体的一侧设置有冷却水出水口7；冷却水缓存箱6凸出外炉体1并周向环绕外炉体1的上端。通过设置冷却水缓存箱6对冷却水通道流出的水进一步冷却，避免排出的水温度过高导致的安全问题。

为了提高燃烧室内气流的均匀性，提高燃气的充分燃烧和利用率，本实施例内炉体2对应燃烧室的位置处周向均匀间隔设置有8个用于通入燃气的法兰口8，每个法兰口8处对应连接有用于连通燃气的燃气枪9，由8个法兰口流出的燃气从八个不同的方向流入燃烧室，形成均匀螺旋的气流，形成螺旋的火焰，进一步提高内炉体的温度，使得熔炉能够用于各种原料的熔融，尤其是铁含量高不易熔融的原料；为了避免出现污染环境的废渣废气，本实施例燃气采用天然气和氧气。需要提醒的是，本实施例中法兰口的数量仅做举例说明，可根据实际需要调整法兰口的数量，只需要能够确保燃烧是内燃气流动的均匀性和燃烧充分性即可。

为了实现对内炉体2温度的自动控制，本实施例中内炉体2内设置有温度传感器，法兰口8处设置有气体流量传感器，燃气枪9内设置有电磁阀；还包括控制单元，温度传感器、气体流量传感器与控制单元电连接，电磁阀与控制单元电连接；控制单元接收温度传感器和气体流量传感器的检测信号，输出控制电磁阀。控制单元采用市售的PLC，根据实际生产需求内置程序控制通过输入的温度和流量信号控制电磁阀。

为了便于内炉体2内的清洗，本实施例熔炉的内炉体的熔融流体室对应位置处还设置有清理口10；进一步的，为了提高清洗的彻底性和方便性，本实施例熔炉的内炉体2的底部设置有可拆卸底盖11，如图3所示，可拆卸底盖11的形状与内炉体2的横截面形状吻合，为圆形，在其他实施例中也可以采用其他形状；可拆卸底盖11由第一底盖12和第二底盖13拼接而成，第一底盖12和第二底盖13的拼接结合处设置有将第一底盖12和第二底盖13闭合的可拆卸闭合结构，具体的，闭合结构包括凸出设置在第一底盖12和第二底盖13结合处边缘的挂耳14，挂耳14上设置有销钉孔15，销钉通过销钉孔插入炉体的对应位置，固定在熔炉本体上；第一底盖12和第二底盖13与拼接结合处相对的边缘16铰接在内炉体2。

本实施例出料口5处设置有用于将熔融流体导流至成型工艺设备的导流结构，如图4和图5所示，导流结构上设置有靠近出料口的导流入口17和远离出料口5的导流出口18，导流出口18的高度高于导流入口17的高度；导流结构包括导流通道19和用于将导流通道19固定在出料口5的固定板20；导流入口17和导流出口18设置在导流通道19上；导流通道19由内外套设的内导流通道壁21和外导流通道壁22组成，内导流通道壁21和外导流通道壁22之间形成第一冷却水流道23，导流结构上设置有第一冷却水流道23的进水口24和出水口25；固定板20内设置有第二冷却水流道26，固定板20上设置有第二冷却水流道26的进水口27和出水口28；第一冷却水流道23和第二冷却水流道26互不相通；固定板20的两侧凸出固定板20的固定挂耳32，固定挂耳32上设置有销钉孔33，销钉穿过销钉孔插入炉体的对应位置处，将导流结构固定在炉体的出料口。

为了提高炉体的强度，内炉体2的外侧壁间隔阵列布设有沿着内炉体2高度延伸的加强筋29，加强筋29上间隔设置有供冷却水通过的通孔30；为了便于熔炉的吊装和安装，本实施例熔炉本体的上端设置有用于吊装装配熔炉本体的吊装部31。

实施例1

一种岩棉，由以下重量的原料制备而成：辉长岩68kg、石灰石17kg、矿渣4kg、纯碱2kg、硼砂0.6kg、硝酸钠0.7kg、氧化钙0.8kg、氧化锰0.6kg、氧化镁1.5kg。

上述岩棉的制备方法，包括原料熔融、纤维成型；其中原料熔融的具体方法包括按重量份数取各原料加入熔炉中，以天然气和氧气为燃料，炉内温度升温至2600℃，保持35min，降低炉内温度为2000~2100℃，保持25min，升高炉内温度为2200~2300℃，直至原料结束熔融。

实施例2

一种岩棉，由以下重量的原料制备而成：辉长岩65kg、石灰石15kg、矿渣3kg、纯碱1kg、硼砂0.5kg、硝酸钠0.6kg、氧化钙0.7kg、氧化锰0.5kg、氧化镁1kg。

上述岩棉的制备方法，包括原料熔融、纤维成型；其中原料熔融的具体方法包括按重量份数取各原料加入熔炉中，以天然气和氧气为燃料，炉内温度升温至2600℃，保持30min，降低炉内温度为2000~2100℃，保持20min，升高炉内温度为2200~2300℃，直至原料结束熔融。

实施例3

一种岩棉，由以下重量的原料制备而成：辉长岩70kg、石灰石18kg、矿渣4kg、纯碱2kg、硼砂0.8kg、硝酸钠0.8kg、氧化钙0.9kg、氧化锰0.7kg、氧化镁2kg。

上述岩棉的制备方法，包括原料熔融、纤维成型；其中原料熔融的具体方法包括按重量份数取各原料加入熔炉中，以天然气和氧气为燃料，炉内温度升温至2600℃，保持40min，降低炉内温度为2000~2100℃，保持30min，升高炉内温度为2200~2300℃，直至原料结束熔融。

对比例1

本对比例与实施例1的不同之处在于，省去使用纯碱和硝酸钠，其他同实施例1。

对比例2

本对比例与实施例1的不同之处在于，省去使用氧化锰，调整氧化钙的用量为1.4kg，其他同实施例1。

对比例3

本对比例与实施例1的不同之处在于，省去使用硼砂，调整氧化锰的用量为1.2kg，其他同实施例1。

对比例4

本对比例与实施例1的不同之处在于，省去使用氧化钙，调整氧化镁的用量为2.3kg。

对比例5

本对比例与实施例1的不同之处在于，采用玄武岩替代辉长岩，其他同实施例1。

对比例6

本对比例与实施例1的不同之处在于，岩棉制备过程中一直保持炉内温度为2600℃，直至原料结束熔融，其他同实施例1。、

对比例7

本对比例与实施例1的不同之处在于，岩棉制备过程中一直保持炉内温度为2000~2100℃，直至原料结束熔融，其他同实施例1。

试验例

1、比较实施例1、对比例1~4、对比例6、对比例7岩棉制备过程中原料的出熔率；其中出熔率=原料原始重量—结束熔融后未熔融原料的重量/原料原始重量；其中未熔融原料即为传统所称的炉渣。

结果显示，实施例1的出熔率与对比例6相当，＞对比例7＞对比例4＞对比例3＞对比例2＞对比例1。

该结果显示，本发明通过将硼砂、氧化镁、氧化钙和氧化锰按照一定的用量比例，在硝酸钠和纯碱存在的环境下复配使用，并配合原料熔融过程中阶梯式温度的控制，在提高原料熔出率的同时，节约能源。

2、按照ASTME84标准测定实施例1、对比例1~7制备的岩棉的耐火性能，结果显示实施例1和对比例1~4、对比例6和对比例7的耐火性能基本等同，属于同一耐火级别，均明显优于对比例5制备的岩棉的耐火性能。

该结果显示，本发明采用辉长岩为主要原料制备岩棉，明显提高了岩棉的耐火性能。

上面结合附图和实施例对本发明的实施方式做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下进行变更或改变。

Claims (10)

1.一种岩棉，其特征在于，由以下重量份数原料制备而成：辉长岩65～70份、石灰石15～18份、矿渣3～4份、纯碱1～2份、硼砂0.5～0.8份、硝酸钠0.6～0.8份、氢氧化铝0.8～1份、氧化钙0.7～0.9份、氧化锰0.5～0.7份、氧化镁1～2份。

2.如权利要求1所述的岩棉，其特征在于，由以下重量份数的原料制备而成：辉长岩68份、石灰石17份、矿渣4份、纯碱2份、硼砂0.6份、硝酸钠0.7份、氢氧化铝0.9份、氧化钙0.8份、氧化锰0.6份、氧化镁1.5份。

3.一种如权利要求1所述的岩棉的制备方法，其特征在于，包括原料熔融、纤维成型；其中原料熔融的具体方法包括按重量份数取各原料加入熔炉中，以天然气和氧气为燃料，炉内温度升温至2600℃，保持30～40min，降低炉内温度为2000～2100℃，保持20～30min，升高炉内温度为2200～2300℃，直至原料结束熔融。

4.一种实施如权利要求3所述岩棉制备方法的多功能全氧天然气熔炉，包括由内外套设的内炉体和外炉体形成的熔炉本体，内炉体和外炉体之间形成冷却水通道，外炉体的下方设置有冷却水进水口，内炉体内设置有放置物料的隔板架，隔板架的下方为燃烧室和熔融流体室；内炉体上设置有与熔融流体室连通的出料口，其特征在于，所述外炉体的上方设置有与冷却水通道连通的冷却水缓存箱，冷却水缓存箱远离外炉体的一侧设置有冷却水出水口；

所述内炉体对应燃烧室的位置处周向均匀间隔设置有至少8个用于通入燃气的法兰口，每个法兰口处对应连接有用于连通燃气的燃气枪；

所述内炉体内设置有温度传感器，法兰口处设置有气体流量传感器，燃气枪内设置有电磁阀；还包括控制单元，温度传感器、气体流量传感器与控制单元电连接，电磁阀与控制单元电连接；控制单元接收温度传感器和气体流量传感器的检测信号，输出控制电磁阀。

5.如权利要求4所述的多功能全氧天然气熔炉，其特征在于，所述冷却水缓存箱周向环绕外炉体的上端，凸出外炉体设置。

6.如权利要求4或5所述的多功能全氧天然气熔炉，其特征在于，内炉体的底部设置有可拆卸底盖。

7.如权利要求6所述的多功能全氧天然气熔炉，其特征在于，所述可拆卸底盖的形状与内炉体的横截面形状吻合；所述可拆卸底盖由第一底盖和第二底盖拼接而成，第一底盖和第二底盖的拼接结合处设置有将第一底盖和第二底盖闭合的可拆卸闭合结构；所述第一底盖和第二底盖与拼接结合处相对的边缘铰接在内炉体。

8.如权利要求4或5所述的多功能全氧天然气熔炉，其特征在于，所述出料口处设置有用于将熔融流体导流至成型工艺设备的导流结构；所述导流结构上设置有靠近出料口的导流入口和远离出料口的导流出口，导流出口的高度高于导流入口的高度。

9.如权利要求8所述的多功能全氧天然气熔炉，其特征在于，所述导流结构包括导流通道和用于将导流通道固定在出料口的固定板；导流入口和导流出口设置在导流通道上；所述导流通道由内外套设的内导流通道壁和外导流通道壁组成，内导流通道壁和外导流通道壁之间形成第一冷却水流道；固定板内设置有第二冷却水流道；第一冷却水流道和第二冷却水流道互不相通。

10.如权利要求4或5所述的多功能全氧天然气熔炉，其特征在于，所述内炉体的外侧壁间隔阵列布设有沿着内炉体高度延伸的加强筋，加强筋上间隔设置有供冷却水通过的通孔；所述熔炉本体的上端设置有用于吊装装配熔炉本体的吊装部。