CN112266164A - 一种制备矿棉纤维的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种制备矿棉纤维的装置及方法，盛料坩埚设置于加热炉的炉膛内，出料管道连接于盛料坩埚的下部，出料管道的下端从加热炉的底部穿出，盛料坩埚的底部设有与出料管道连通的熔融原料出口，塞棒设置于加热炉的炉膛内，塞棒的下端位于熔融原料出口的正上方，塞棒的下端能够堵住所述熔融原料出口，升降装置设置于加热炉的上部，塞棒的上端与升降装置连接，塞棒的上端与升降装置的连接部设有压力传感器；成纤装置和矿棉纤维收集装置设置于出料管道的下方。本发明能够防止高温熔融原料暴露在空气中，因此能够保证高温熔体的流动性以及纤维质量。
Description
技术领域
本发明属于矿棉纤维的制备技术领域，具体涉及一种制备矿棉纤维的装置及方法。
背景技术
矿渣棉是一种由工业废渣、粉煤灰等熔融物制得的棉花状人造无机纤维，其具有重量轻，导热系数小，耐热性强，防火不燃，吸声隔音等优良性能。将特殊粘结剂掺入矿渣棉中可制成柔性或半硬性的各种制品，如矿渣棉管壳、矿渣棉板、矿渣棉毡等，这些制品被广泛应用于建筑、石油、化工、电力、冶金、交通运输和农业等行业。近年来，国内外学者和企业开始研究高炉熔渣直接纤维化生产的新技术，可以充分回收利用液态高炉渣的潜热，实现高炉渣的高效资源化利用，从而大幅度降低矿渣棉的生产成本，符合国家节能减排的政策。
目前，现有的一些制备矿棉纤维的实验设备一般是将原料熔化后从炉口倒出或通过溜槽导流至喷吹设备。李智慧等在《调质高炉熔渣喷吹法制备矿渣纤维的研究》中所提到的一种自主设计搭建的纤维制备试验平台，高炉熔渣从电弧炉中倒出，通过导流槽流口流出，滴落至喷嘴处，与喷嘴相垂直成90度角，经过高速高压气体喷吹、拉丝成纤后收集得到矿棉纤维。郝以党等在《熔融铜渣中的金属提取及尾渣制矿棉探索试验》中也提到的纤维制备装置，使用感应炉将冷料加热至一定温度熔化，通过溜槽导流熔融原料至空气压缩设备处，在高压空气的喷吹下形成棉丝。以上的设备都存在一个突出的问题，高温熔融原料暴露在空气中极易造成操作人员烧伤，并且高温熔体快速冷却后黏度增大，不易流动，严重影响纤维质量。因此，现在亟需一种出料方便安全，成纤质量好的制备矿棉的装置。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明目的是提供一种制备矿棉纤维的装置及方法，本发明能够防止高温熔融原料暴露在空气中，保证高温熔体的流动性以及纤维质量，同时出料过程方便安全。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种制备矿棉纤维的装置，包括加热炉、盛料坩埚、出料管道、升降装置、塞棒、成纤装置和矿棉纤维收集装置，盛料坩埚设置于加热炉的炉膛内，出料管道连接于盛料坩埚的下部，出料管道的下端从加热炉的底部穿出，盛料坩埚的底部设有与出料管道连通的熔融原料出口，塞棒设置于加热炉的炉膛内，塞棒的下端位于熔融原料出口的正上方，塞棒的下端能够堵住所述熔融原料出口，升降装置设置于加热炉的上部，塞棒的上端与升降装置连接，塞棒的上端与升降装置的连接部设有压力传感器；成纤装置和矿棉纤维收集装置设置于出料管道的下方，成纤装置用于使从出料管道出口流出的熔融原料变成矿棉纤维，矿棉纤维收集装置用于收集矿棉纤维。
优选的，成纤装置包括空气压缩机和高压喷嘴，高压喷嘴安装在空气压缩机的压缩空气出口，高压喷嘴位于出料管道出口的一侧。
优选的，高压喷嘴的出口设置在出料管道出口下部50-150mm的位置。
优选的，所述的矿棉纤维收集装置与高压喷嘴、出料管道出口连接的一端是封闭的，矿棉纤维收集装置另一端设置为可拆卸的滤网。
优选的，所述熔融原料出口的直径为12-16mm。
优选的，出料管道的出口端设置为竖直管的或者为具有55°-85°倾角的斜管，出料管道出口段封闭于矿棉纤维收集装置内。
优选的，压力传感器和升降装置均连接于控制计算机。
优选的，所述加热炉采用高温电阻炉，高温电阻炉在炉膛的底部开设有供出料管道穿出的贯穿孔。
优选的，压力传感器上连接有固定连接杆，塞棒的上端与固定连接杆可拆卸连接。
本发明还提供了一种制备矿棉纤维的方法，采用本发明上述的制备矿棉纤维的装置进行，包括如下过程：
矿棉原料的熔化：升降装置控制塞棒下移，塞棒的下端将盛料坩埚底部的熔融原料出口封堵，压力传感器测量塞棒的作用力，当压力传感器测量的压力值达到预设值后，将配制的矿棉原料加入盛料坩埚中，加热炉热至目标温度，并在目标温度下保温，使矿棉原料在盛料坩埚中的原料转变为熔融状态；
形成矿棉纤维并收集：保温结束后，升降装置控制塞棒上升，使盛料坩埚中的熔融原料经熔融原料出口并从出料管道流出、落下，成纤装置将从出料管道流出、落下的熔融原料喷吹下形成矿棉纤维，矿棉纤维收集装置对形成的矿棉纤维进行收集。
优选的，矿棉原料的熔化过程中，在目标温度下保温15-30分钟。
本发明有如下的有益效果：
本发明制备矿棉纤维的装置在加热炉的上部设置有升降装置，升降装置上设有压力传感器，通过压力传感器检测塞棒的压力情况，及时调整升降装置上下运动，保证塞棒下端与盛料坩埚的熔融原料出口处紧密闭合，防止熔融矿棉原料在不喷吹的情况下流出；出料管道直接布置于盛料坩埚的下部，出料时只需通过控制升降装置带动塞棒上升，即可实现熔融原料的流出、下落，整个过程中，高温熔体一直位于加热炉、出料管道和封闭的矿棉纤维收集装置内，不仅使高温熔体不会快速冷却而难以流动和形成纤维，而且保障了操作人员的安全。因此，本发明制备矿棉纤维的装置能够保证高温熔体的流动性，进而保证了纤维质量。
进一步的，矿棉纤维收集装置的滤网为可拆卸设计，取出矿棉纤维和清理滤网比较方便。
进一步的，压力传感器上连接有固定连接杆，塞棒的上端与固定连接杆可拆卸连接，高温电阻炉内的塞棒损坏时，只需将其从固定连接杆上拆下并更换即可，方便快捷。
本发明制备矿棉纤维的方法，其过程中，熔融原料在转移流动过程中，不会直接暴露与较冷的空气中，因此不会产生较大的温降，流动性较好，进而使得形成的矿棉纤维的质量较好。
附图说明
本发明的细节方面从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1示出了本发明所述的制备矿棉纤维的装置；
图中：1、高温电阻炉；2、控制计算机；3、成纤装置；4、矿棉纤维收集装置；5、控制柜；101、压力传感器；102、升降装置；103、固定连接杆；104、塞棒；105、盛料坩埚；106、加热元件；107、热电偶；108、出料管道；301、空气压缩机；302、高压喷嘴。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
如图1所示，本发明的制备矿棉纤维的装置包括：高温电阻炉1、控制计算机2、成纤装置3、矿棉纤维收集装置4、压力传感器101、升降装置102、固定连接杆103、塞棒104、盛料坩埚105、及出料管道108，高温电阻炉1用于熔化矿棉原料，高温电阻炉1包括炉体、电热元件106，热电偶107以及控制柜5，此外，高温电阻炉1设有用于调整炉内气氛的通气口；控制计算机2用于实时监测压力传感器101测得的压力数据并通过操控升降装置102调整压力大小，所述的控制计算机与压力传感器101和升降装置102相连接，压力数据实时传输至控制计算机，并通过自动调整升降装置的上下运动以保持所测压力处于一定范围内；成纤装置3，用于对出料管道108出口流出的熔融原料喷吹形成纤维，成纤装置3包括：空气压缩机301和高压喷嘴302，布置在高温电阻炉下部并偏于中心轴线一侧，空气压缩机301与高压喷嘴302相连接，空气压缩机301用于提供喷吹纤维时的气源，高压喷嘴302的出口端位于出料管道108出口的正下方，用于向高温熔体喷吹高压空气；矿棉纤维收集装置4，用于收集喷吹形成的矿棉纤维，矿棉纤维收集装置与成纤装置3、出料管道108出口段连接的一端是封闭的，另一端设置为可拆卸的滤网，布置在与成纤装置3同一水平上，并偏于高温电阻炉中心轴线一侧。所述的压力传感器101和升降装置102布置于高温电阻炉炉体上部，所述的固定连接杆103设于压力传感101下部，固定连接杆的另一端与塞棒104通过螺纹相连，所述的盛料坩埚105位于高温电阻炉中部恒温区域内，所述的电热元件106竖直布置在炉体中心轴线周围，所述的热电偶107布置在盛料坩埚的一侧，与渣线保持水平，所述的出料管道108位于盛料坩埚105下方。
加热元件的最高使用温度为1500-1600℃，设置数量为6-8个；盛料坩埚底部设有用于流出熔融原料的出料口(即熔融原料出口)，熔融原料出口直径为10-15mm；塞棒的材质为高纯石墨或铝碳质或镁碳质，塞棒下降时可与盛料坩埚底部的出料通道紧密闭合；出料管道中心设有用于导流熔融原料的出料通道，出料通道与盛料坩埚的熔融原料出口接通，出料通道直径为10-15mm，出料管道的出口端设置为竖直的或者为具有55-85度倾角的斜管，出料管道出口段封闭于矿棉收集装置内；高压喷嘴出口设置在出料管道出口下部50-150mm的位置，高压喷嘴出口处的气体压力为0.2-0.6Mpa。
制备步骤为：矿棉原料的熔化：在保证塞棒与盛料坩埚底部出料通道紧密闭合的条件下，将配制的矿棉原料加入至盛料坩埚中，打开高温电阻炉使其以一定升温速率加热至目标温度，并在目标温度下保温15-30分钟；喷出形成矿棉纤维：当高温电阻炉炉内温度达到目标温度开始保温时打开空气压缩机，控制高压喷嘴出口的气体压力处于0.3-0.5Mpa之间，待保温结束后通过控制计算机操控升降装置的上升，使熔融原料从出料通道中流出、落下，并在高压气体的喷吹下形成纤维；矿棉纤维的收集：喷吹结束后，关闭空气压缩机，打开矿棉收集装置的滤网，将收集装置底部的矿棉纤维取出。
实施例1：
配制矿棉原料：使用分析纯试剂配制矿棉基本原料，其中矿棉基本原料中，按重量百分比计，CaO含量为35.47％，SiO2含量为44.62％，Al2O3含量为12.03％，MgO含量为7.88％，酸度系数为1.31；
喷吹形成纤维：通过控制计算机操控升降装置下降，使塞棒与盛料坩埚底部出料口紧密闭合；将配制完成的矿棉原料放入盛料坩埚内，高温电阻炉以15℃/min的升温速率加热至1500℃后立即打开空气压缩机，当高压喷嘴出口压力达到0.35Mpa并且高温电阻炉内温度在1500℃情况下保持20min后，控制升降装置上升，塞棒与盛料坩埚的出料口打开，熔融矿棉原料通过出口和出料管道中心的出料通道流出、落下，在高压气体的喷吹作用下形成纤维；
纤维收集：关闭空气压缩机，打开矿棉纤维收集装置一侧的滤网，将收集装置底部散落的矿棉纤维聚集后取出。
实施例2：
配制矿棉原料：使用分析纯试剂配制矿棉基本原料，其中矿棉基本原料中，按重量百分比计，CaO含量为30.50％，SiO2含量为49.51％，Al2O3含量为12.03％，MgO含量为7.96％，酸度系数为1.60；
喷吹形成纤维：使用控制计算机来操控升降装置下降，使塞棒与盛料坩埚底部出料口紧密闭合；将配制完成的矿棉原料放入盛料坩埚内，高温电阻炉以15℃/min的升温速率加热至1500℃后立即打开空气压缩机，当高压喷嘴出口压力达到0.4Mpa并且高温电阻炉内温度在1500℃情况下保持30min后，控制升降装置上升，塞棒与盛料坩埚的出料口打开，熔融矿棉原料通过出口和出料管道中心的出料通道流出、落下，在高压气体的喷吹作用下形成纤维；
纤维收集：关闭空气压缩机，打开矿棉纤维收集装置一侧的滤网，将收集装置底部散落的矿棉纤维聚集后取出。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种制备矿棉纤维的装置，其特征在于，包括加热炉、盛料坩埚(105)、出料管道(108)、升降装置(102)、塞棒(104)、成纤装置(3)和矿棉纤维收集装置(4)，盛料坩埚(105)设置于加热炉的炉膛内，出料管道(108)连接于盛料坩埚(105)的下部，出料管道(108)的下端从加热炉的底部穿出，盛料坩埚(105)的底部设有与出料管道(108)连通的熔融原料出口，塞棒(104)设置于加热炉的炉膛内，塞棒(104)的下端位于熔融原料出口的正上方，塞棒(104)的下端能够堵住所述熔融原料出口，升降装置(102)设置于加热炉的上部，塞棒(104)的上端与升降装置(102)连接，塞棒(104)的上端与升降装置(102)的连接部设有压力传感器(101)；成纤装置(3)和矿棉纤维收集装置(4)设置于出料管道(108)的下方，成纤装置用于使从出料管道(108)出口流出的熔融原料变成矿棉纤维，矿棉纤维收集装置(4)用于收集矿棉纤维。
2.根据权利要求1所述的一种制备矿棉纤维的装置，其特征在于，成纤装置(3)包括空气压缩机(301)和高压喷嘴(302)，高压喷嘴(302)安装在空气压缩机(301)的压缩空气出口，高压喷嘴(302)位于出料管道(108)出口的一侧。
3.根据权利要求2所述的一种制备矿棉纤维的装置，其特征在于，高压喷嘴(302)的出口设置在出料管道(108)出口下部50-150mm的位置。
4.根据权利要求1所述的一种制备矿棉纤维的装置，其特征在于，所述的矿棉纤维收集装置(4)与高压喷嘴(302)、出料管道(108)出口连接的一端是封闭的，矿棉纤维收集装置(4)另一端设置为可拆卸的滤网。
5.根据权利要求1所述的一种制备矿棉纤维的装置，其特征在于，所述熔融原料出口的直径为12-16mm。
6.根据权利要求1所述的一种制备矿棉纤维的装置，其特征在于，出料管道(108)的出口端设置为竖直管的或者为具有55°-85°倾角的斜管，出料管道(108)出口段封闭于矿棉纤维收集装置(4)内。
7.根据权利要求1所述的一种制备矿棉纤维的装置，其特征在于，压力传感器(101)和升降装置(102)均连接于控制计算机(2)。
8.根据权利要求1所述的一种制备矿棉纤维的装置，其特征在于，所述加热炉采用高温电阻炉(1)，高温电阻炉(1)在炉膛的底部开设有供出料管道(108)穿出的贯穿孔。
9.根据权利要求1所述的一种制备矿棉纤维的装置，其特征在于，压力传感器(101)上连接有固定连接杆(103)，塞棒(104)的上端与固定连接杆(103)可拆卸连接。
10.一种制备矿棉纤维的方法，其特征在于，采用权利要求1-9任意一项所述的制备矿棉纤维的装置进行，包括如下过程：
矿棉原料的熔化：升降装置(102)控制塞棒(104)下移，塞棒(104)的下端将盛料坩埚(105)底部的熔融原料出口封堵，压力传感器(101)测量塞棒(104)的作用力，当压力传感器(101)测量的压力值达到预设值后，将配制的矿棉原料加入盛料坩埚(105)中，加热炉热至目标温度，并在目标温度下保温，使矿棉原料在盛料坩埚(105)中的原料转变为熔融状态；
形成矿棉纤维并收集：保温结束后，升降装置(2)控制塞棒(104)上升，使盛料坩埚(105)中的熔融原料经熔融原料出口并从出料管道(108)流出、落下，成纤装置(3)将从出料管道(108)流出、落下的熔融原料喷吹下形成矿棉纤维，矿棉纤维收集装置(4)对形成的矿棉纤维进行收集。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4337074A (en) * | 1980-04-25 | 1982-06-29 | Bayer Aktiengesellschaft | Process for production of mineral wool fibers |
| US4364762A (en) * | 1981-10-05 | 1982-12-21 | Owens-Corning Fiberglas Corporation | Mineral fiber forming |
| CN103398586A (zh) * | 2013-07-26 | 2013-11-20 | 朱兴发 | 电磁感应矿渣熔炉底流式防漩涡中心塞棒水口升降机构 |
| CN203705423U (zh) * | 2014-02-08 | 2014-07-09 | 北京大学 | 一种实验室用矿物棉生产模拟测试装置 |
| CN104909540A (zh) * | 2015-05-15 | 2015-09-16 | 西安建筑科技大学 | 一种液态高炉渣生产矿渣棉的熔制方法 |
-
2020
- 2020-09-29 CN CN202011057709.7A patent/CN112266164A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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