CN111315705A - 利用近红外辐射生产泡沫砂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实质上从发泡或吹制的矿物或氧化性颗粒生产块材的方法，所述方法为通过对基本颗粒的块材进行热处理，其特征在于，所述热处理包括横向输送的或水平层或块材的自由流动穿过辐射场，所述辐射场的基本有效分量位于近红外范围(NIR)内，具有至少50kW/m2的功率密度。
Description
本发明涉及一种主要从发泡或吹制的矿物或氧化性颗粒生产块材的方法，所述方法为通过对基本颗粒的块材进行热处理，和用于实施该方法的装置。
在全球努力保护气候的背景下，对性价比高、应用广泛的隔热材料的需求持续高涨。鉴于某些大规模使用的隔热材料(例如基于聚苯乙烯的)在某些应用领域中因防火和环境无害处理问题而需要被替代，因此特别需要一种在建造业中广泛使用的替代材料。
因此，近年来有一些发展，所述发展为从含有空气夹杂物的颗粒中，通过热处理从某些砂中提取块材，从而获得优异的隔热性能，所述材料有时被称为“膨胀砂”。除了极低的导热率外，这些膨化砂具有耐高温性和低热容，可与已知的粘结剂一起加工，以生产出各种可广泛用于建筑业的产品，如隔热石膏、建筑构件(如砖)的隔热填料、防火覆层和快干砂浆层等。
现在可以商业购买这种膨胀砂。它们是用“明火”生产的，除其他外，这会导致可用的最终产品的产量令人不满意，分离直接工艺产品中不可用部分的成本相对较高。
因此，本发明的目的是指定一种用于生产所述块材的改进方法和一种适用于实施该方法的装置。
所述目的通过权利要求1所述的方法特征得到方法方面的解决，通过权利要求8所述的装置特征得到装置方面的解决。
本发明思想的适当的进一步发展体现在各自的从属权利要求的主题中。
本发明包括将初始产品，即矿物块或氧化性基本颗粒暴露于短波红外辐射，特别是近红外辐射(波长约为0.8至1.5微米)进行热处理，以实现基本颗粒所需的膨胀或发泡的想法。此外，本发明包括允许所述短波红外辐射(NIR辐射)作用于传输层，穿过辐射场或基本粒子的涓流，即提供连续的过程控制的想法。此外，本发明包括为了膨胀/发泡的高效率和高产量，使用具有高功率密度的近红外辐射场的想法。所述密度通常至少在50KW/m2以上，优选更高。
在所述方法的实际相关实施例中，基本颗粒是含有大量水玻璃的砂，特别的，粒度在50-500μm范围内，水玻璃含量至少为40％的砂。
这种砂是一种可广泛获得且成本效益极好的初始产品，从环境和职业安全的角度来看，它们的加工是没有问题的。
作为所述方法的结果，优选的，从发泡或吹制颗粒获得块材，在热处理结束没有分离步骤时，包括60％的、特别是80％的珍珠岩颗粒，具有基本封闭的表面和/或粒径范围是0.3mm-2mm。这种方法获得的产品特别适合用于具有高隔热性能的各种产品中，特别的，成本效益好，因为初始产品和可使用的最终产品的转化比高。
在优选实施例中，辐射温度为2900K或更高(优选3200K或更高)的红外辐射阵列用于所提出的干燥过程。根据发明人的发现，它的辐射光谱特别适用于块材的热脱水，特别是粉状或分散一致的材料。
同样优选的，对具有相应辐射器温度的多个卤素灯进行布置，使所述辐射集中或聚焦在要通过指定的反射面处理的源材料的通过流上。在优选实施例中，在产品流背向辐射源的一侧提供附加的反射器或反射面。这些反射器或反射面使在第一次背向进入产品流时未被产品流吸收的部分近红外辐射发生偏转。这进一步增加了辐射产量，从而提高了处理过程的能效。
更优选的是这样一种工厂设计，即辐照区域形成基本上封闭的辐射室，所述辐射室仅开放到运输产品流所需的程度。
根据块材的特定的化学成分和水分含量，近红外辐射处理的处理时间为0.5-20s，特别的，1-5s。当初始物料以水平或一定角度传送时，持续时间根据近红外辐射场的长度和传送系统的传送速度来调整。如果近红外辐射发生在涓流中，在辐射场中的停留时间可以通过背向涓流的空气流的空气速率进行适当的调整。
在热处理的核心区，优选的，块材的最高温度为600℃-1500℃，特别的，800℃-1200℃。
为了实现短处理时间，优选的，近红外辐射的功率密度为300kW/m2以上，特别地，500kW/m2以上。
优选的，所述辐射场中的初始物料的层厚度为2mm-30mm，甚至更具体的，5mm-20mm。
在另一个实施例中，块材的运输穿过了具有不同功率密度的几个加热区的近红外辐射场。如果有必要，考虑到初始产品的属性和最终产品所需的属性，可以有除了主加热步骤之外的定向预热和/或温度均衡。这在另一个实施例中也是可能的，在所述实施例中，除了利用穿过具有近红外辐射的辐射场运输之外，还需要实施至少一个进一步的热处理步骤。
特别的，后一个实施例的设计使基本颗粒床的层，特别是在振动台或倾斜输送机上，以水平地或一定角度穿过具有近红外辐射的辐射场，并由此进行热预处理，然后在感应炉中或具有红外辐射的第二辐射场中对热预处理后的床进行后处理。第二辐射场的红外辐射不一定是近红外辐射，也可以使用具有长波红外辐射或电阻加热的传统工业炉。
在另一个实施例中，特别的，后续处理步骤在立式的多区炉中实施，所述多区炉的加热区可以从入口到出口不断升高温度。更具体的，可以将第一加热区的温度设置在950℃-1050℃的范围内，将第二加热区的温度设置在1050℃-1150℃的范围内，将第三加热区的温度设置在1150℃-1250℃的范围内。
在另一个实施例中，在热处理之后，实施块材的快速冷却，特别的，通过把所述块材冲击在主动冷却的冷却表面上。
在实际相关的实施例中，所述方法进一步包括分离步骤，所述分离步骤基于发泡或吹制颗粒的不同重量，特别的，在旋风分离器中或上升气流中，将发泡或吹制颗粒从非发泡或未吹制的基本颗粒中分离出来。如果分离步骤与热处理或热处理步骤或冷却步骤一起在工厂的同一部分进行，尤其是在立式炉或冷却器的上升气流中，将特别有效。
对于本领域技术人员而言，本发明的装置方面主要来自上述方法方面，因此在所述方面避免了重复。然而，请参考所提及装置的一些实施例。
在一个实施例中，NIR辐射场具有几个单独控制的加热区，特别的，用于设置不同的功率密度。可替换或附加地，所述装置可以包括具有感应式或红外线加热系统的多区炉，其布置在NIR辐射场的下游，特别的，在块材的运输方向上，和/或尤其是垂直定向。
在另一个实施例中，所述输送设备具有振动台、带式输送机或鼓式输送机，其中在使用鼓式输送机的情况下，对近红外卤素辐射器的平面结构进行弯曲以便与鼓式输送机的周边表面相匹配。
在另一个实施例中，所述布置包括用于快速冷却经过热处理后的块材的冷却设备，特别的，所述块材包括块材撞击的主动冷却的冷却表面。
另一个实施例有分离设备，用于基于发泡或吹制颗粒的不同重量，特别的，在旋风分离器中或由风扇产生的上升气流中，将发泡或吹制颗粒从非发泡或未吹制的基本颗粒中分离出来。
为了同时满足成本效益和紧凑的工厂设计，一个实施例感兴趣的是，将立式多区炉子和用于产生上升气流的风扇在结构上进行组合，使得分离步骤与多区炉中的热处理步骤或冷却步骤一起实施。
在下面的实施例中，通过参照附图进一步描述本发明的优点和有用性。
附图显示了用于生产作为热处理的块材3的泡沫砂的生产线1的概要图，所述块材3由含有水玻璃作为初始物料的普通砂3’制成。
螺旋输送机5将砂3’输送到NIR处理站7中，其中，NIR发射器模块7a布置在振荡输送机7b的上方，以预定的功率密度和停留时间对通过辐照站7连续输送的初始物料进行近红外辐照。功率密度和停留时间的设置(通过振荡输送机7b的输送速度)由过程控制单元9控制。在离开NIR处理站7之后，预处理材料通过感应加热进入立式炉11，立式炉11包括三个独立可调温度的加热区11a、11b、11c，在所述竖式炉中完成砂子的热处理。另外，竖炉11中的处理，特别的，加热区11a-11c中的温度由过程控制单元9控制。
在冷却系统13中冷却热吹制或泡沫砂，所述冷却系统13包括(未示出)冷却空气风扇和冷却管13a。然后将其输送到旋风分离器15，在那里将未吹出的产品组分3’与具有所需特性的最终产品3分离。未经热改性的初始产品3’将进入储藏容器17，通过储藏容器17带回工艺的起始点，清洁后的最终产品被吹入布袋19。
本发明的实施不限于此示例，在专业操作的范围内，可能存在各种修改。
Claims (24)
1.一种通过生产块材的方法，所述方法利用对基本颗粒床进行热处理且主要基于发泡或吹制的矿物或氧化性颗粒，其特征在于，
所述热处理包括将该床的倾斜输送的或水平的层或涓流运输穿过具有辐射的辐射场，所述辐射场的基本有效分量在近红外NIR范围内，具有至少50kW/m2的功率密度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基本颗粒是含有大量水玻璃的砂，特别的，粒度在50-500μm范围内，特别是100-300μm，水玻璃含量至少为40％，特别是50％或以上的砂。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在热处理结束且没有进行分离步骤时，所述发泡或吹制颗粒的块材包括至少60％、特别是80％或更多的珍珠岩颗粒，具有基本封闭的表面和/或粒径范围是0.3mm-2mm，特别是0.5mm-1mm。
4.根据权利要求1或2的方法，其中卤素灯用于产生NIR辐射场，其辐射聚焦在块材的层或涓流上。
5.根据权利要求4所述的方法，其中从主要表面主动照射块材的层或涓流，一部分通过的辐射被反射回层或涓流中。
6.根据前述权利要求任意一项所述的方法，其中层或涓流在NIR辐射场中暴露的时间是0.5-20s，特别是5s-15s。
7.根据前述权利要求任意一项所述的方法，其中层或涓流中的最高温度范围是600-1500℃，特别是600-1000℃。
8.根据前述权利要求任意一项所述的方法，其中层或涓流表面上NIR辐射场的功率密度大于300kW/m2，特别是大于500kW/m2。
9.根据前述权利要求任意一项所述的方法，其中层或涓流的层厚度在2mm-30mm，特别是在5mm-20mm。
10.根据前述权利要求任意一项所述的方法，其中块材被运输穿过具有几个加热区的NIR辐射场，所述几个加热区具有不同功率密度。
11.根据前述权利要求任意一项所述的方法，其中除了运输穿过具有NIR辐射的辐射场之外，还要实施进一步的至少一个热处理步骤。
12.根据权利要求11所述的方法，其中特别是在振动台或倾斜输送机上的基本颗粒床的层水平地或倾斜地穿过具有近红外辐射的辐射场，并由此进行热预处理，然后在感应炉中或具有红外辐射的第二辐射场中对热预处理后的床进行后处理。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，特别地，后续处理步骤在立式多区炉中实施，所述立式多区炉的加热区的温度从入口到出口升高。
14.根据权利要求13所述的方法，其中第一加热区的温度设置在950℃-1050℃之间，第二加热区的温度设置在1050℃-1150℃之间，第三加热区的温度设置在1150℃到1250℃之间。
15.根据前述权利要求任意一项所述的方法，其中在热处理之后实施块材的快速冷却，特别地是通过使所述块材冲击在主动冷却的冷却表面上。
16.根据前述权利要求任意一项所述的方法，包括分离步骤，用于基于发泡或吹制颗粒的不同重量，特别是在旋风分离器中或上升气流中，将发泡或吹制颗粒从非发泡或未吹制的基本颗粒中分离出来。
17.根据权利要求16所述的方法，其中分离步骤与热处理或热处理步骤或冷却步骤一起在同一工厂部分中实施，特别是在立式炉或冷却器中的上升气流中。
18.用于实施根据前述权利要求任意一项所述的方法的装置，包括用于产生近红外辐射场的近红外卤素辐射器的平面结构和用于运输基本颗粒床层的层或涓流穿过辐射场的输送设备。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述NIR辐射场包括具有单独控制的几个加热区，特别是用于设置不同的功率密度。
20.根据权利要求18所述的装置，其中所述输送设备包括振动台、带式输送机、鼓式输送机，其中在鼓式输送机的情况下，对近红外卤素辐射器的平面结构进行弯曲以便与鼓式输送机的周边表面相匹配。
21.根据权利要求18至20任意一项所述的装置，还包括具有感应或红外加热系统的多区炉，其布置在NIR辐射场的下游，特别地在块材的运输方向上，和/或特别是垂直定向。
22.根据权利要求18至21任意一项所述的装置，还包括用于快速冷却经过热处理的块材的冷却设备，特别是所述块材包括块材撞击的主动冷却的冷却表面。
23.根据权利要求18至22任意一项所述的装置，还包括分离设备，用于基于发泡或吹制颗粒的不同重量，特别在旋风分离器中或用于产生上升气流的风扇中，将发泡或吹制颗粒从非发泡或未吹制的基本颗粒中分离出来。
24.根据权利要求23所述的装置，其中将所述立式多区炉和用于产生上升气流的风扇在结构上进行组合，使得将分离步骤与多区炉中的热处理步骤或冷却步骤一起实施。
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