CN88102498A - 熔炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种产生熔融物以生产矿棉的熔炉，它包括预热和熔融原材料(6)的炉身(2)；位于炉身底部的水冷栅格(5)，用以支持陶瓷填料体床(4)和原材料(6)；位于炉身(2)下面的燃烧室(3)，它包括用以收集从炉身(2)滴流下来的熔融物(14)的底部(11)和熔融物排出口(12)；和至少一个位于燃烧室(3)中的主燃烧器(9)；在栅格(5)上方还可安装辅助燃烧器(10)。燃烧室的底表面积最好比炉身的截面积大20—400％。

Description

本发明涉及一种产生熔融物以生产矿棉（mineral    wool）的熔炉

在生产矿棉过程中，以氧化硅和金属氧化物或金属碳酸盐的矿物和（或）矿渣作为原材料。原材料在炉中熔融，熔融物进入成纤单元（fiberizing    unit），并转化成纤维。在成纤期间加入粘结剂，这样热处理时可使纤维凝固在一起，制成形状不改变的产品。为生产优质产品，其关键因素为：熔融要均匀，并且熔融物的粘度以及从熔炉流入成纤单元的流速要恒定。

最常用的熔炉是水冷冲天炉，炉中装入矿物原材料和焦炭的混合物。冲天炉中设置有燃气入口，燃气通常要预热到500℃左右。玄武岩或辉绿岩类型的石质原材料在约1200℃下熔融，熔融物在炉中过热，以使之在约1450℃从炉中流出。由于矿物原材料中混有焦炭，所以冲天炉中的熔融是在还原气氛下进行的。排出的废气一般含8-10%燃烧不完全的一氧化碳（CO）和少量硫化氢（H₂S）和二氧化硫（SO₂）。

冲天炉的主要缺点是，在大多数情况下必须按装气体净化器以保护环境。净化器将分离掉粉尘并补燃废燃气，同时也预热燃气。这种气体净化及补燃装置通常比用于熔融的冲天炉还要复杂及昂贵，冲天炉的另一缺点是由于装有焦炭，所以炉中呈还原气氛，这样原材料中所含的氧化铁将被还原成金属铁，因此在熔炉上必须装置出铁口，每四小时出铁一次，造成停产约15分钟。

此外，为节能已研制了使用天燃气作附加燃料的冲天炉。采用这种炉，最大能有25-30%的焦炭由天燃气所代替。但是燃烧不完全的问题仍然存在，也要求进行补燃、废气净化和出铁处理，这又造成了停产。

另一种熔融装置为池窑式电炉，它由通有150-200伏交流电压和10000-20000安培电流的三根石墨电极供能。通常电炉产生的废气很少，不需净化处理。除对环境方面的好处外，电炉优于冲天炉的另一优点是，可更自由地选用原材料（粉碎状），以及产生更均匀的熔融物和温度。但是，电炉的缺点是，其设备价格要比带废气净化装置的冲天炉高4倍左右，并且要使用精细和昂贵的能源形式。

此外，也有使用类似于玻璃工业中所用的燃气或油加热的熔融池窑，使用这种熔融池窑时，可能要通过钼电极补加5-10%的能量。燃气加热熔融池窑的设备价格比池窑式电炉稍贵，并且在同样生产能力下其熔浴表面积也要大一倍左右。其优点是燃气和油是一种易于获得的燃料，但是燃气或油加热的熔融池窑的缺点是，其衬里的寿命仅为3-4年，并且大修价格大约为建新窑的30-40%。

所有上述的熔炉均有其优点和缺点，都不甚理想，但是从环境角度看（主要是硫），目前倾向使用电或燃气加热的熔炉。

如上所述，后述的几种熔炉的缺点是，其价格比带废气净化装置的冲天炉明显贵，同时，对周末或例如以1或2个班方式运行的非连续性生产也不太适应。冲天炉的炉底只有几百公斤的熔融物，而池窑式炉却有几十吨的熔融物，这样冲天炉可以停下来并能很快将熔融物排空，而不会明显地中断生产时间，所以冲天炉可采用1或2个班的运行方式，并能在很短的时间内再起动，再起动时间通常为1小时左右。而池窑式炉的起动时间要长达1-3天，很明显，这对非连续 性生产是不适应的。

英国专利说明书1326884中公开了一种冲天炉式的燃气加热熔铁炉，熔融是在炉身区段进行，炉底有一水冷栅格，它支持要熔融的铁的原材料和陶瓷石墨混合填料体，它们慢慢熔融并与熔渣相混合，同时完成铁熔融物的渗碳处理。从炉中排出的熔融铁的温度约为1350℃，并须将其温度再升高以达合适于浇铸的温度，这种升温通常是在感应炉中完成的。

本发明的目的是提供一种产生熔融物以生产矿棉的熔炉，它克服了现有技术的矿物熔炉的缺点。因此本发明所涉及的熔炉对环境无害，并产生温度等于最终加工温度的均匀流体，设备价格低，同时又适合于非连续性操作。

本发明是一种熔炉，它包括炉身用以预热及熔融待熔融的原材料;位于炉身底部的水冷栅格，用以支持陶瓷填料体床及原材料;位于炉身下面的燃烧室，它包括收集从炉身滴流下来的熔融物的底部和熔融物的出口;至少一个位于燃烧室中的主燃烧器。其特征在于，此熔炉是用来熔融原材料以生产矿棉，并且其燃烧室的底表面积要比炉身的截面积大。

本发明所涉及的具体熔炉包括：基本垂直的炉身，以接受、预热和熔融矿物原材料;位于炉身底部的水冷栅格，以支持原材料和陶瓷填料体;位于炉身下面的燃烧室，它包括为收集和使从炉身滴流出的熔融物过热的底部，熔融物出口;和至少一个位于燃烧室中的主燃烧器。主燃烧器可使用气体燃料、液体燃料或煤粉。

上述类型的熔炉已由英国专利1326884所公开，但是这种现有技术的熔炉只是专门用来熔铁的。

因此，本发明是涉及与上述类型基本相同的熔炉，但已按本发明作了修改，使其可用于产生熔融物以生产矿棉。

陶瓷填料体构成多孔床，使来自下面燃烧室的热废气可穿过床层，并支持要熔融的原材料，和扩大沿着它们向下流动的矿物熔融物的表面，以使熔融物与使之先期过热的气体之间的接触面增加。填料体由耐火材料构成，它必须尽可能好地抵抗矿物熔融物的侵蚀，例如合适的抗熔融材料为碳化硅和各种含有掺和氧化铝的氧化铬的材料。填料体经热废气加热并同时被向下流过它们的熔融物冷却。同时它们也维持了床层的孔隙。填料体最好是直径为100-200毫米左右的球体。

熔融物出口是位于燃烧室底部上方合适的高度处，以形成熔融浴。

根据本发明的特征，燃烧室底表面积，即熔浴（melt    bath）的表面积是较大的，最好比炉身的截面积大20-400%，这样可在温度为1600℃左右的废气向上流经炉身之前，能利用来自火焰的热量将熔融物的温度进一步升高到约1450℃。因此，在这种熔炉中通常可产生能直接送入成纤单元的熔融物。大的燃烧室底面积的另一优点是可防止熔融物沿燃烧室壁流下，以引起壁材料的烧蚀。燃烧室底部可以是正方形、六边形、椭园形或园形，其它形状也可选用。燃烧室壁可以是垂直的或斜的。

按照最佳的实施例，本熔炉除主燃烧器外，还有辅助燃烧器，它位于水冷栅格上方呈环形配置。所用燃料为气体燃料，如天然气或液化气。辅助燃烧器最好使用冷的富氧空气来操作。辅助燃烧器的任务是要特别确保均匀熔融，以避免在炉身部位形成沟道（tunnels）辅助燃烧器对于周末或类似间歇操作时的停产前，用来排空炉身也是 很关键的部件。

辅助燃烧器所提供的能量最好是所需总能量的15-30%，辅助燃烧器的数目最好为10-30个。

炉身和燃烧室要完全衬以合适的耐火衬里材料。

各种石料、矿渣或它们的混合物均可作为原材料，此外还可加入大理石和石灰石。

原材料碎块的大小以40-80毫米为宜，这种大小的原材料床可作为炉身中的粉尘过滤器，因此从这种类型的熔炉排出的粉尘量，在大部分情况下都很少，以致不需任何粉尘过滤器。

利用热废气在原材料堆中的对流热传导，可使原材料加热到熔融温度1200℃左右。熔融也可在中性或中等氧化性气氛中进行，因此没有燃烧不完全的废气从炉中排出。由于原材料中所含的氧化铁没有被还原，所以熔炉不需设置出铁口，而用焦碳加热的冲天炉和用石墨电极的电熔炉都需设置出铁口。

燃烧室装有一个或最好是一组常用的主燃烧器，最好使用气体燃料（如天然气或液化气）或液体燃料（如油），但也可使用煤粉。为达较高的燃烧温度，可使用经预热过的燃气，燃气中也可混合氧气。燃烧器最好直接指向熔融浴的表面。

熔炉中也可安装各种装置，以通过电极（如钼电极）上的电能来使熔融物达到过热。

炉底熔融物的过热也可在燃烧室中直接用等离子体能量来达到。等离子体能量从炉拱顶中的水冷电极通过熔融物而传到炉底电极上。

由电极或等离子体技术所提供的附加电能最大相当于所需总能量的20%。

为改进熔炉的能量回收，在温度达700-800℃左右的废气的出口管上，可装上换热器以预热燃烧气。

本发明的熔炉在结构上的明显优点是，可将在成纤维过程中未纤维化的凝固的废熔融物直接返回到熔融物区。这些废熔融物大部分是高质量的材料，将其返回到过程中是有利的。当使用冲天炉时，如没有压坯过程，这是不可能做到的。这种熔炉的另一优点是允许将粉状物料直接送到熔融浴的表面。

下面将参考附图对本发明作详细描述。

图1为本发明熔炉的一个优选实施例的垂直剖面图。

图2为图1中沿A-A线的水平截面放大图。

图3为本发明熔炉的另一优选实施例的垂直剖面图。

图4为图3中沿B-B线的熔炉燃烧室的垂直剖面图。

图5为图3熔炉的俯视图。

图1和2所示的熔炉包括加料（即碎块大小为40-80毫米的要熔融的石质物料6）用的垂直的起预热和熔融作用的炉身2和位于炉身2下面的燃烧室3。石质物料6装载于位于炉身2顶部的水冷进料筒1中。在炉身2的底部，装有水冷栅格5，以支持由直径为100-200毫米的陶瓷球形填料体4构成的多孔床和石质物料6。主燃烧器9以环形排布安装在燃烧室3中，它使用燃气、油或煤粉作燃料。在炉身2中的石质物料6，由来自主燃烧器9的热废气的传热，将其预热并加热至熔融温度。从炉身2滴流下来的熔融物14进一步收集于燃烧室底部11，并经热废气的传热及通过钼电极8供给的电能使其过热到加工温度，然后经由位于燃烧室3底部上方一定高度处的出口12流出。这样在底部11就形成了熔融浴7。来自钼电极8 的大电流流过熔融物使其呈流动态，结果得到了均匀的熔融物。

主燃烧器9直接指向熔融浴7的表面，这样当温度为1600℃左右的废气向上流经炉身之前，来自燃料火焰的热量就传给了熔融物。热废气从炉身2经导管13排出，导管13上可安装热废气的换热器15，以预热主燃烧器中使用的燃气。

使用燃气的辅助燃烧器10，以环形排布位于水冷栅格5的上方。辅助燃烧器10是用来促进石质物料6熔融。但其主要任务是防止在熔融石质材料中形成沟道和停车时吹净陶瓷填料体床4。

燃烧室底部11砌有陶瓷衬里，由于它受热熔融物的作用，所以衬里要经常更换，为此，底部11要设计成可拆卸式，以便快速更换成有新衬里的底部。

本发明的熔炉也可安装其它装置，如螺旋进料器16可将成纤过程中的残渣再返回到燃烧室。

对于熔融能力为5吨/时的熔炉，其燃烧室3的合适底面积为4-10平方米，炉身2的合适截面积约为3平方米。

图3至5中的熔炉具有正方形截面的垂直炉身2′。炉身2′的底部有水冷栅格5′，它支持由直径为100-200毫米的陶瓷球形填料体4′构成的多孔床层。石质物料6′（其碎块大小最好是60-80毫米）装填在炉身2′的顶部（未示出）。石质物料6′由来自燃烧器17-22的热废气的热传导，而预热并加热至熔融温度。使用燃气、油或煤粉作燃料的燃烧器17-22是安装在燃烧室3′中，并直接对着熔融浴7′的表面，这样当温度为1600℃左右的废气向上流经炉身2′之前，来自燃料火焰的热量就传给熔融物。熔融物出口12′位于燃烧室3′底部上方的一定高度处，以形成底部11′内的熔融浴7′。底部11′的衬里要经受热熔融物的作用，所以要经常更换，为此，底部11′要设计成可拆卸式，以便快速更换成有新衬里的底部。

对于熔融能力为5吨/时的的熔炉，其燃烧室3′的合适底面积为4-10平方米，炉身2′的合适截面积约为3平方米。

上面仅描述了本发明的一些优选实施例，当然本发明的熔炉可在权利要求的保护范围内加以修改。

Claims (9)

1、一种熔炉，它包括炉身(2，2′)，用以预热及熔融待熔融的原材料(6，6′)；位于炉身底部的水冷栅格(5，5′)，用以支持陶瓷填料体床(4，4′)及原材料(6，6′)；位于炉身(2，2′)下面的燃烧室(3，3′)，它包括收集从炉身(2，2′)滴流下来的熔融物(14)的底部(11，11′)和熔融物出口(12，12′)；至少一个位于燃烧室(3，3′)中的主燃烧器(9，17-22)，其特征在于，此熔炉是用来熔融原材料(6，6′)以生产矿棉，并且其燃烧室(3，3′)的底表面积要比炉身的截面积大。

2、按照权利要求1的熔炉，其特征在于包括位于栅格（5）上方的辅助燃烧器（10）。

3、按照权利要求1或2的熔炉，其特征在于由栅格（5，5′）所支持的陶瓷填料体（4，4′），它由掺合氧化铝的氧化铬组成，其直径为100-200毫米。

4、按照前述任一权利要求的熔炉，其特征在于燃烧室（3，3′）的底表面积，即熔融浴（7，7′）的表面积比炉身（2，2′）的截面积大20-400%。

5、按照前述任一权利要求的熔炉，其特征在于熔融物出口（12，12′）是位于燃烧室底部上方合适的高度处，以形成熔融浴（7，7′）。

6、按照前述任一权利要求的熔炉，其特征在于包括装置（8），它可通过电极或等离子体技术来提供附加电能，以使燃烧室（3）中的熔融物进一步过热，并达到加工温度。

7、按照前述任一权利要求的熔炉，其特征在于在热废气排出管（13）上装有换热器（15），用以预热燃气。

8、按照前述任一权利要求的熔炉，其特征在于安装陶瓷衬里的燃烧室底部（11，11′）制成可拆卸式的。

9、按照前述任一权利要求的熔炉，其特征在于安装有可将成纤过程中的残渣再直接返回燃烧室的装置（16）。

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