CN115716703A - 连续玄武岩纤维生产池窑及生产连续玄武岩纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续玄武岩纤维生产池窑及生产连续玄武岩纤维的方法，连续玄武岩纤维生产池窑包括窑体，所述窑体内部分为熔化均化部和通路；在所述熔融均化部的入口设有投料口，在所述通路设有出料口，在所述出料口下方设有拉丝漏板，在所述熔化均化部设置有加热装置；其特征在于：在所述熔化均化区和通路的侧壁设置燃烧器；所述熔化均化部的长宽比为5‑10：1，通路与熔化均化区的宽度比为1‑8：1。本发明池窑是一种狭长池窑，采用侧烧火焰加热，有利于玄武岩熔体横向纵向都均匀受热，不易产生热点集中；采用浅长作业池，延长玄武岩熔体在窑内的停留时间，使得熔体在池窑内流动过程具有自均化能力，大大提高池窑化生产的玄武岩熔体均质性。
Description
技术领域
本发明涉及用于生产连续玄武岩纤维的池窑，属于连续玄武岩纤维生产装备技术领域。
背景技术
连续玄武岩纤维是以天然(不是人工合成)的玄武岩、玄武安山岩、安山岩、辉绿岩等火山岩作为原料，经1500℃以上的高温熔融、均化、均化后，通过精细拉丝成型的连续纤维。连续玄武岩纤维的矿石原料中铁离子含量高(7-14wt％)，导致玄武岩玻璃熔体颜色深，黑度系数高，玄武岩玻璃透热性差；再者，玄武岩在熔制过程中易析晶、析晶温度高等特点，因此对熔制工艺稳定性和熔体的均质性要求高。玄武岩石是岩浆喷发到表冷却的产物，岩浆在地球内部的高温高压下已经完成了化学反应(主要是硅酸盐反应)，玄武岩矿石原料的熔化过程主要是物理过程，几乎没有化学反应。因此，玄武岩并不是难熔原料，而是比较易熔的原料，玄武岩熔制工艺的壁垒是控制玄武岩玻璃熔体的均质性和析晶性能。
目前，生产连续玄武岩纤维的窑炉有坩埚炉和池窑两种方式，以坩埚炉为主，池窑数量较少。坩埚炉一般是一个窑炉带一块漏板，存在热效率低、能耗偏高、产品质量波动偏大、生产效率低、综合成本高等问题。坩埚窑的年生产能力为100-300吨，一般寿命6个月-12个月。池窑一般是一个窑炉带多块漏板，采用顶烧纯氧火焰加热和底插或侧插电极共同加热的火电结合窑炉，由于顶烧产生的火焰辐照面积小，液面加热不均匀；底插电极排布较密集，增加了电控难度，同时用大量水冷保护电极措施，带走大量的热，增加了能耗；现行的玄武岩纤维池窑在结构上借鉴了玻璃纤维池窑的经验，设置了流液洞，而在熔化玄武岩时，流液洞导致玄武岩熔体温度降低过多，到料道部位熔体温度还需提高，增加能耗；虽然现行的玄武岩纤维池窑考虑了玄武岩熔体透热性差的特点，并且设置了比玻璃纤维液面浅的液深，但还需通过鼓泡装置等措施提高熔体的均质性，然而，传统的鼓泡装置几乎不起作用，增加投资成本，增大炉底漏料风险。现行的气电结合玄武岩纤维池窑，受电极性质及使用方式的影响，寿命也短，一般在1年左右。连续玄武岩纤维的规模化生产是发展的必然趋势，长寿命池窑生产技术能够实现年产千吨级甚至万吨级产量，寿命达到3年以上，实现连续玄武岩纤维的低成本、稳定化、绿色化生产。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种年产量千吨级以上的长寿命、节能减排的用于生产连续玄武岩纤维的池窑及生产连续玄武岩纤维的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
本发明首先提供一种连续玄武岩纤维生产池窑，包括窑体，所述窑体内部分为熔化均化部和通路；在所述熔融均化部的入口设有投料口，在所述通路设有出料口，在所述出料口下方设有拉丝漏板，在所述熔化均化部设置有加热装置；其特征在于：在所述熔化均化区和通路的顶部和/或侧壁设置燃烧器；所述熔化均化部的长宽比为5-10：1，通路与熔化均化区的宽度比为1-8：1。
所述熔化均化区和通路底部设有多级斜坡。多级斜使得熔化不充分的熔体在底层，被台阶挡住，因而无法流入到料道内。
所述熔化均化区和通路之间上部设有挡砖。
所述测温装置为热电偶。
所述燃烧器在窑体的顶部和/或侧壁根据窑体内空间的尺寸，使火焰对玄武岩熔体全面覆盖，枪的间距在160mm～320mm之间，由炉体具体尺寸决定，覆盖密集交叉分布。
通路为一字型、丁字形或H形。
燃烧器采用纯氧燃烧小枪。
本发明还提供一种连续玄武岩纤维的生产方法，池窑的熔化均化区熔体液面深度为100-500mm；通路的熔体液面深度比熔化均化区浅20-200mm。通路部分内的熔体要进入漏板进行拉丝了，此时的溶液要干净、均匀，此处的液面浅，是由于底砖抬高的原因造成的，底砖高的设计，是让在熔化部产生的密度大的杂质沉入底层而不至于流入到通路，更不会流入到漏板处。
本发明的优点是：
1)池窑的熔化均化部的长宽比为5-10：1的狭长形，用横火焰燃烧，从窑内横向方向讲，池窑内整体燃烧热量与玄武岩熔体生产流正交，各个角落都受到加热，不存在受热死角，不易形成热点集中，保证了窑内的玄武岩熔体能够均匀受热，从而保证了玄武岩熔体的均质性。狭长形的池窑，使得玄武岩熔体在窑炉停留的时间足够长，熔化、均化行程长，有利于玄武岩熔体的熔化、澄清和成分自发均化，从而提高连续玄武岩纤维的稳定性。
2)玄武岩熔体的液面浅，从窑内纵向方向将火焰产生的热量从玄武岩熔体上部到底部的温差小，保证了玄武岩熔体的自均化。这种炉型从横向和纵向都保证了窑内玄武岩熔体的温度均匀。
3)池窑采用纯氧燃烧技术，火焰强度大，热辐射能力强，提高了窑炉的熔化率；由于废气量少，废气及其带走的热量减少，热效率提高，大大提高了玄武岩熔体的均质性和质量；而且，纯氧燃烧技术大幅度降低燃料消耗，减少了废气排放对空气的污染，实现节能减排，绿色生产。
4)采用燃烧器加热池窑，能够延长池窑的寿命，避免了电极寿命短而使得池窑寿命短。再者，因选玄武岩熔体的透热性差，窑炉底部和窑墙的温度相对低，窑炉底部和四周的窑墙玄武岩熔体几乎不流动，形成了保护层，防止玄武岩熔体侵蚀耐火材料，从而提高了池窑的寿命。
5)熔化部的玄武岩熔体向前流动的速度为0.05-0.2mm/s。流速过低影响自均化效果，流速过高，会增加对耐火材料的侵蚀，反而造成不利影响。
6)熔体成分均匀性高，经过出料口再由拉丝漏板拉丝而成的纤维，由不同拉丝漏板制备得到的玄武岩纤维，其化学组分中高质量含量的成分如SiO2含量波动(CV)＜0.4％，低质量含量的成分如Na2O、K2O含量波动(CV)＜2.5％，可见其均匀性很高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的俯视图。
图3是燃烧器的布置位置示意图。
图4是丁字型通路示意图。
图5是H型通路示意图。
附图标记：1为窑体；2为投料口；3为熔化均化区；4为通路；5为燃烧器；6为挡砖；7为热电偶；8为多级斜坡；9为出料口；10为拉丝漏板；11为玄武岩熔体；12为火焰。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细说明：
本实施例提供一种用于生产连续玄武岩纤维的池窑，结构如图1-图3所示，包括熔化均化区3和通路4，熔化均化区3与通路4通过向上的斜面相连通。熔化均化区3远离通路4的一侧设有进料口2，通路上设有出料口，出料口下面设置拉丝漏板。
熔化均化区3和通路4的两侧胸墙设有多对水平燃烧器5，燃烧器5的火焰呈水平方向扁平状，通过热辐射的方式对玄武岩熔体进行加热，加热详见图3。燃烧器在两侧的位置不重叠，成交叉布置，可以满足调节窑温分布的要求。熔化均化区3为狭长形通道，狭长形通道可以是等宽的，也可以是不等宽的，最宽处与长度之间的长宽比为5-10：1。通路与熔化均化区的宽度比为1-8：1。侧烧燃烧器通过输入高温热气流，热气流辐射将高温玄武岩熔体形成不同温度区域，不同温度区域之间形成局部横向对流流动，同时这些局部的横向对流流动与玄武岩熔体流动主要的纵向方向流动相互干扰，形成紊乱混合，促进玄武岩熔体发生自均匀效用，结合长宽比大的熔化均化区，很好的实现了均化效果，由不同拉丝漏板制备得到的玄武岩纤维，其化学组分中高质量含量的成分如SiO2含量波动(CV)＜0.4％，低质量含量的成分如Na2O、K2O含量波动(CV)＜2.5％。
在一个实施例中，通路4可以采用丁字型或H字形，参见图4和图5。
本实施例提供一种连续玄武岩纤维的生产方法，生产设备为上一实施例的池窑，具体生产方法是：
将原料粉末从投料口投入池窑，原料粉末经纯氧枪喷出的高温烟气进过辐射传热至粉体内部，将玄武岩粉料熔化成玄武岩熔体，熔熔的高温玄武岩熔体在狭长的池窑内流动，经过均化、澄清得到优质的玄武岩熔体，在高温区熔化、均化主要靠池窑侧部的纯氧燃烧器输入的高温气流使玄武岩熔体体对流。经过池窑熔化、均化后的合格玄武岩熔体经通路流至拉丝漏板进行拉丝。
在熔化部的玄武岩熔体深度为300mm，通路的玄武岩熔体深度为200mm，在池窑的顶部和底部设置热电偶，用来检测玄武岩熔体的实际温度和控制火焰空间。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对本技术领域的技术人员来讲，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.连续玄武岩纤维生产池窑，包括窑体（1），所述窑体内部分为熔化均化部（3）和通路（4）；在所述熔化均化部（3）的入口设有投料口（2），在所述通路（4）设有出料口（9），在所述出料口（9）下方设有拉丝漏板（10），在所述熔化均化部（3）设置有加热装置；其特征在于：在所述熔化均化区（3）和通路（4）的侧壁设置有水平燃烧器（5）；所述熔化均化部（3）的长宽比为5-10：1，通路（4）与熔化均化区（3）的宽度比为1-8：1；所述燃烧器（5）在窑体的侧壁的间距在160mm~320mm之间，所述燃烧器（5）为燃气流量在0.15~0.6m³/h的小型枪；通过流量及间距设置使火焰对玄武岩熔体全面覆盖。
2.根据权利要求1所述的连续玄武岩纤维生产池窑，其特征在于：当燃烧器（5）间距较小时，燃气流量较大；当燃烧器（5）间距较大时，燃气流量较小。
3.根据权利要求2所述的连续玄武岩纤维生产池窑，其特征在于：所述燃烧器（5）交叉布置。
4.根据权利要求1所述的连续玄武岩纤维生产池窑，其特征在于：所述熔化均化区（3）和通路（4）底部设有多级斜坡（8）。
5.根据权利要求1所述的连续玄武岩纤维生产池窑，其特征在于：所述熔化均化区（3）和通路（4）之间上部设有挡砖（6）。
6.根据权利要求1所述的连续玄武岩纤维生产池窑，其特征在于：所述测温装置为热电偶（7）。
7.一种基于权利要求1-6任一所述连续玄武岩纤维生产池窑生产连续玄武岩纤维的方法，其特征在于，包括：
将原料粉从投料口投入池窑；
在熔化均化部（3）采用纯氧枪喷出的高温火焰对投入池窑的原料粉末进过辐射传热至粉体内部，将玄武岩粉料熔化成玄武岩熔体，熔熔的高温玄武岩熔体在狭长的熔化均化部（3）内流动；
在通路（4）采用纯氧枪对流入的高温玄武岩熔体进行持续燃烧辐射；
采用拉丝漏板对流入的高温玄武岩熔体进行拉丝。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：熔化熔化部的玄武岩熔体向前流动的速度为0.05-0.2mm/s。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：在熔化均化部（3）和通路（4）使用燃烧温度可达到1600℃的纯氧火焰枪进行侧烧，同时将火焰枪交叉布置，保证拉丝时熔体温度＞1200℃，确保漏板处拉丝工艺稳定。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：在熔化均化区，控制高温玄武岩熔体的液面深度为100-500mm；在通路（4），控制熔体的液面深度比熔化均化区浅20-200mm。
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