EA045803B1 - METHOD FOR MANUFACTURING ARTIFICIAL GLASSY FIBERS - Google Patents
METHOD FOR MANUFACTURING ARTIFICIAL GLASSY FIBERS Download PDFInfo
- Publication number
- EA045803B1 EA045803B1 EA202292222 EA045803B1 EA 045803 B1 EA045803 B1 EA 045803B1 EA 202292222 EA202292222 EA 202292222 EA 045803 B1 EA045803 B1 EA 045803B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- mmvf
- aluminum
- melt
- mineral
- furnace
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 41
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims description 31
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 54
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 53
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 53
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 33
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 27
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 23
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 14
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 claims description 10
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 6
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 claims description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 5
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 52
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 45
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 13
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 9
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 9
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 7
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000002585 base Substances 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N Na2O Inorganic materials [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 3
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 2
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 2
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006063 cullet Substances 0.000 description 2
- UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N disodium;3,7-dioxido-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3,5,7-tetraborabicyclo[3.3.1]nonane Chemical compound [Na+].[Na+].O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010459 dolomite Substances 0.000 description 2
- 229910000514 dolomite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000010434 nepheline Substances 0.000 description 2
- 229910052664 nepheline Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010450 olivine Substances 0.000 description 2
- 229910052609 olivine Inorganic materials 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229940072033 potash Drugs 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Substances [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 235000015320 potassium carbonate Nutrition 0.000 description 2
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 2
- -1 ruinite Chemical compound 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 description 2
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 2
- 239000010435 syenite Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000007380 fibre production Methods 0.000 description 1
- 230000009970 fire resistant effect Effects 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- 239000000546 pharmaceutical excipient Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 238000005201 scrubbing Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Description
Область техникиField of technology
Изобретение относится к способу изготовления искусственных стекловидных волокон (man-made vitreous fibres, MMVF) с использованием печи на газообразном топливе для плавления минеральной шихты.The invention relates to a method for producing man-made vitreous fibers (MMVF) using a gaseous fuel furnace for melting a mineral charge.
Уровень техникиState of the art
Изобретение относится к способам изготовления MMVF и консолидированных продуктов из MMVF, таких как изоляционные продукты. В общем исходный минеральный материал (минеральную шихту) с заданным общим химическим составом плавят в печи, минеральный расплав выводят и направляют в устройство волокнообразования, такое как устройство наружного или внутреннего центрифугирования, волокна собирают, если нужно, подвергают дополнительной обработке, и формируют из них фетр, обычно, с использованием связующего.The invention relates to methods for making MMVF and consolidated products from MMVF, such as insulation products. In general, the starting mineral material (mineral charge) with a given general chemical composition is melted in a furnace, the mineral melt is removed and sent to a fiberization device, such as an external or internal centrifugation device, the fibers are collected, if necessary, subjected to additional processing, and they are formed into felt. , usually using a binder.
В соответствии с уровнем техники обычно используют либо электрическую, либо угольную печь.In accordance with the prior art, either an electric or a coal oven is usually used.
Некоторые электрические печи могут быть дополнены возможностью подачи газообразного топлива и газа горения.Some electric furnaces can be equipped with gaseous fuel and combustion gas capabilities.
Из экологических соображений было бы желательно перейти с угольных печей на печи на газообразном топливе. Например, в качестве источника газообразного топлива может быть использован биогаз, который может быть углеродно-нейтральным. Кроме этого, газообразное топливо может быть дешевле угля из-за углеродного налога и уменьшенных затрат на промывку отходящих газов и другие системы снижения загрязнения для печей на газообразном топливе по сравнению с угольными печами.For environmental reasons, it would be desirable to switch from coal stoves to gaseous fuel stoves. For example, biogas can be used as a source of gaseous fuel, which can be carbon neutral. In addition, gaseous fuels can be cheaper than coal due to the carbon tax and reduced costs of off-gas scrubbing and other pollution reduction systems for gaseous fuel furnaces compared to coal furnaces.
Когда для подготовки минерального расплава для производства волокон используют угольную печь, получаемые консолидированные продукты из MMVF характеризуются усадкой, величина которой лежит в приемлемом диапазоне, в условиях высокой температуры или при пожаре, обычно менее 40% поверхностной усадки. Усадку следует исключать или, по меньшей мере, насколько возможно сокращать, так как при усадке консолидированных продуктов из MMVF под действием высокой температуры могут образовываться термические мостики и зазоры в изоляции.When a coal furnace is used to prepare the mineral melt for fiber production, the resulting consolidated MMVF products exhibit shrinkage within an acceptable range under high temperature or fire conditions, typically less than 40% surface shrinkage. Shrinkage should be eliminated or at least reduced as much as possible, since when consolidated MMVF products shrink under high temperatures, thermal bridges and gaps in the insulation can form.
Авторами изобретения обнаружено, что степень усадки консолидированных продуктов из MMVF при использовании MMVF, полученных в печи на газообразном топливе, превышала предел приемлемого диапазона.The inventors discovered that the shrinkage rate of consolidated MMVF products using MMVF produced in a gaseous fuel furnace exceeded the acceptable range.
Существенно важно найти решение этой проблемы, одновременно используя экологические преимущества газа по сравнению с углем в качестве топлива и сохраняя качество и безопасность продукта.It is essential to find a solution to this problem while simultaneously leveraging the environmental benefits of gas over coal as a fuel and maintaining the quality and safety of the product.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Указанная проблема усадки консолидированных продуктов из MMVF, получаемых с использованием печей на газообразном топливе, решена авторами изобретения посредством способа по п. 1 формулы изобретения.The specified problem of shrinkage of consolidated products from MMVF obtained using gaseous fuel furnaces was solved by the authors of the invention by means of the method according to claim 1 of the formula of the invention.
Металлический алюминий может иметь форму алюминиевого гранулята. Алюминиевый гранулят содержит, главным образом, металлический алюминий с наружным слоем из оксида алюминия из-за воздействия кислорода. Алюминиевый гранулят может содержать от 45 вес.% металлического алюминия до 100 вес.% металлического алюминия, например до 99,5 вес.% или до 99 вес.% металлического алюминия.Aluminum metal may be in the form of aluminum granules. Aluminum granulate contains mainly aluminum metal with an outer layer of aluminum oxide due to exposure to oxygen. The aluminum granulate may contain from 45 wt.% aluminum metal to 100 wt.% aluminum metal, for example up to 99.5 wt.% or up to 99 wt.% aluminum metal.
В данном способе является предпочтительным напрямую вводить алюминиевый гранулят либо непосредственно в ванну расплава в печи, либо прямо над ванной расплава. В противном случае, металлический алюминий алюминиевого гранулята слишком окислялся бы до плавления и вступления в контакт с Fe2O3, тем самым, сводя на нет преимущества с точки зрения теплового баланса и окислительновосстановительного процесса, достигаемые благодаря введению металлического Al в минеральную шихту.In this method, it is preferable to directly introduce the aluminum granules either directly into the molten bath in the furnace or directly above the molten bath. Otherwise, the aluminum metal of the aluminum granulate would become excessively oxidized before melting and coming into contact with Fe2O 3 , thereby negating the heat balance and redox benefits achieved by incorporating Al metal into the mineral charge.
Непосредственное введение алюминиевого гранулята либо в ванну расплава в печи, либо прямо над ванной расплава является особенно предпочтительным в циклонной печи, где другой минеральный компонент плавится в циклоне, в отличие от других типов печи, где весь твердый материал шихты может быть расплавлен в ванне расплава.Direct introduction of the aluminum granulate either into the melt bath in the furnace or directly above the melt bath is particularly preferred in a cyclone furnace where the other mineral component is melted in the cyclone, as opposed to other types of furnace where all of the solid charge material may be melted in the melt bath.
Другой пригодной формой металлического алюминия является один или несколько блоков. Блоки могут иметь надлежащую форму, например стержней, брусков, болванок или другую форму. Блоки могут содержать от 45 до 100 вес.% металлического алюминия. Стержень металлического алюминия или блок иной формы может быть введен непосредственно в минеральный расплав в печи. Этот способ позволяет исключить чрезмерное или преждевременное окисление металлического алюминия до смешивания с ванной минерального расплава, тем самым, повышая эффективность процесса. Алюминиевые блоки, используемые в соответствии с изобретением, могут содержать, главным образом, металлический алюминий с наружным слоем из оксида алюминия, образовавшимся из-за воздействия кислорода. Без связи с какой-либо теорией полагают, что алюминиевые блоки, введенные непосредственно в расплав или в печь на небольшом расстоянии над поверхностью ванны расплава, плавятся, образуя капли, которые взаимодействуют с минеральным расплавом, создавая восстановительную среду по мере окисления металлического алюминия. Тем не менее, точка, в которой блоки Al вводят в печь, не имеет ограничений, например, блоки Al могут быть введены через верх печи.Another suitable form of aluminum metal is one or more blocks. The blocks may be of appropriate shape, such as rods, bars, blanks, or other shapes. The blocks may contain from 45 to 100 wt.% aluminum metal. A rod of aluminum metal or another shaped block may be introduced directly into the mineral melt in a furnace. This method eliminates excessive or premature oxidation of aluminum metal before mixing with the mineral melt bath, thereby increasing the efficiency of the process. The aluminum blocks used in accordance with the invention may comprise primarily aluminum metal with an outer layer of aluminum oxide formed due to exposure to oxygen. Without wishing to be bound by any theory, it is believed that aluminum blocks introduced directly into the melt or into a furnace a short distance above the surface of the melt pool melt to form droplets that interact with the mineral melt, creating a reducing environment as the aluminum metal oxidizes. However, the point at which the Al blocks are introduced into the furnace is not limited, for example, the Al blocks can be introduced through the top of the furnace.
Предпочтительно, металлический Al составляет от 0,1 до 0,5 вес.% всей минеральной шихты, на- 1 045803 пример от 0,2 до 0,4 вес.% или около 0,2 вес.% всей минеральной шихты, при этом содержание выражено как содержание металлического алюминия.Preferably, Al metal constitutes from 0.1 to 0.5 wt.% of the total mineral charge, for example from 0.2 to 0.4 wt.%, or about 0.2 wt.% of the total mineral charge, wherein content is expressed as aluminum metal content.
Другим преимуществом введения металлического Al непосредственно в расплав или прямо над поверхностью ванны минерального расплава в печи является то, что окисление Al более экзотермично, чем горение угля, поэтому в соответствии с изобретением наблюдается дополнительный тепловой эффект благодаря добавлению металлического Al.Another advantage of introducing metallic Al directly into the melt or directly above the surface of the mineral melt bath in a furnace is that the oxidation of Al is more exothermic than the combustion of coal, so according to the invention there is an additional thermal effect due to the addition of metallic Al.
Когда используют циклонную печь, гранулят Al вводят, предпочтительно, непосредственно в ванну расплава или прямо над ванной расплава. Предпочтительно, для этого применяют горелку или фурму. Предпочтительно, используют кислородотопливную горелку с центральным каналом для транспорта гранулята Al.When a cyclone furnace is used, the Al granulate is preferably introduced directly into the melt bath or directly above the melt bath. Preferably, a burner or lance is used for this purpose. Preferably, an oxy-fuel burner with a central channel for transporting the Al granulate is used.
Гранулят Al может быть введен над поверхностью ванны расплава, в точке на расстоянии до 50 от поверхности ванны расплава, предпочтительно до 30 см.The Al granulate can be introduced above the surface of the melt bath, at a point up to 50 cm from the surface of the melt bath, preferably up to 30 cm.
Гранулят может быть введен отдельно, как компонент исходного материала, который включает только гранулят Al. В качестве альтернативы, он может быть предварительно смешан с наполнителем, и смесь гранулята Al и наполнителя введена в печь как смешанный компонент исходного материала. Надлежащие наполнители включают различные исходные материалы, которые могут представлять собой используемые дополнительные исходные материалы. Например, гранулят Al может быть до введения в циклонную печь смешан с мелкодисперсной фракцией фильтра (т.е. мелкодисперсными частицами исходного материала, извлекаемыми из выпускного фильтра циклонной печи). Надлежащее процентное содержание гранулята Al в смеси с наполнителем составляет от 1 до 90%, например от 10 до 70%, например от 15 до 50%. Благодаря использованию смеси гранулята Al с другими исходными материалами может быть улучшено регулирование дозирования металлического алюминия в данном процессе.The granulate can be introduced separately as a component of the starting material, which includes only the Al granulate. Alternatively, it can be pre-mixed with filler and the mixture of Al granulate and filler is introduced into the furnace as a mixed feed component. Suitable excipients include various starting materials, which may be additional starting materials used. For example, the Al granulate may be mixed with filter fines (ie feed fines recovered from the cyclone furnace outlet filter) prior to introduction into the cyclone furnace. A suitable percentage of Al granulate mixed with filler is from 1 to 90%, for example from 10 to 70%, for example from 15 to 50%. By using a mixture of Al granulate with other starting materials, the dosage control of aluminum metal in a given process can be improved.
Гранулят Al хорошо смешивается с расплавом, так как величины плотности расплава и металлического алюминия близки.Al granulate mixes well with the melt, since the density values of the melt and metallic aluminum are close.
Размер частиц (средний диаметр частицы, при этом за диаметр частицы принимается наибольшее измерение частицы вне зависимости от того, является ли частица сферической) гранулята Al может не превышать 15 мм, например составлять менее 10 мм, например менее 5 мм. В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения размер частиц (средний диаметр частицы, при этом за диаметр частицы принимается наибольшее измерение частицы несмотря на то, является ли частица сферической) гранулята Al может не превышать 3 мм, например составлять менее 2 мм, например менее 1 мм.The particle size (average particle diameter, with the particle diameter being the largest dimension of the particle regardless of whether the particle is spherical) of the Al granulate may not exceed 15 mm, for example less than 10 mm, for example less than 5 mm. In one preferred embodiment of the invention, the particle size (average particle diameter, with the particle diameter being the largest dimension of the particle regardless of whether the particle is spherical) of the Al granulate may not exceed 3 mm, for example less than 2 mm, for example less than 1 mm .
Время пребывания минерального материала в форме частиц и минерального расплава в циклонной печи меньше, чем в плавильных печах других типов, таким образом, в данном способе важно, что кинетика реакции очень быстрая.The residence time of the mineral material in the form of particles and the mineral melt in the cyclone furnace is less than in other types of smelting furnaces, so in this method it is important that the reaction kinetics is very fast.
Если используют печь-ванну, возможно использование более крупных блоков металлического алюминия, чем в циклонной печи.If a bath furnace is used, it is possible to use larger blocks of aluminum metal than in a cyclone furnace.
Вся минеральная шихта, минеральный расплав и MMVF должны характеризоваться содержанием оксида железа по меньшей мере 3 вес.%.All mineral charge, mineral melt and MMVF must have an iron oxide content of at least 3 wt%.
В соответствии с изобретением исходный минеральный материал может содержать от 0,1 до 0,5 вес.% металлического алюминия.In accordance with the invention, the starting mineral material may contain from 0.1 to 0.5 wt.% aluminum metal.
В предпочтительных вариантах осуществления изобретения MMVF характеризуются следующим содержанием компонентов в пересчете на оксиды, выраженным в весовых процентах:In preferred embodiments of the invention, MMVF are characterized by the following content of components in terms of oxides, expressed in weight percent:
SiO2: по меньшей мере 30, 32, 35 или 37; не более 51, 48, 45 или 43;SiO 2 : at least 30, 32, 35 or 37; no more than 51, 48, 45 or 43;
СаО: по меньшей мере 8 или 10; не более 30, 25 или 20;CaO: at least 8 or 10; no more than 30, 25 or 20;
MgO: по меньшей мере 2 или 5; не более 25, 20 или 15;MgO: at least 2 or 5; no more than 25, 20 or 15;
FeO (включая Fe2O3): по меньшей мере 4 или 5; не более 15, 12 или 10;FeO (including Fe 2 O 3 ): at least 4 or 5; no more than 15, 12 or 10;
FeO+MgO: по меньшей мере 10, 12 или 15; не более 30, 25 или 20;FeO+MgO: at least 10, 12 or 15; no more than 30, 25 or 20;
Na2O+K2O: ноль или по меньшей мере 1; не более 10;Na 2 O+K 2 O: zero or at least 1; no more than 10;
CaO+Na2O+K2O: по меньшей мере 10 или 15; не более 30 или 25;CaO+Na 2 O+K 2 O: at least 10 or 15; no more than 30 or 25;
TiO2: ноль или по меньшей мере 1; не более 6, 4 или 2;TiO 2 : zero or at least 1; no more than 6, 4 or 2;
TiO2+FeO: по меньшей мере 4 или 6; не более 18 или 12;TiO 2 +FeO: at least 4 or 6; no more than 18 or 12;
В2О3: ноль или по меньшей мере 1; не более 5 или 3;B 2 O 3 : zero or at least 1; no more than 5 or 3;
Р2О5: ноль или по меньшей мере 1; не более 8 или 5;P 2 O 5 : zero or at least 1; no more than 8 or 5;
другие: ноль или по меньшей мере 1; не более 8 или 5.others: zero or at least 1; no more than 8 or 5.
Волокна, предпочтительно, характеризуются температурой плавления более 800°C, более предпочтительно, более 1000°C.The fibers preferably have a melting point greater than 800°C, more preferably greater than 1000°C.
MMVF, изготовленные способом настоящего изобретения, предпочтительно имеют следующий состав в весовых процентах:MMVFs produced by the process of the present invention preferably have the following composition in weight percentage:
SiO2 от 35 до 50;SiO2 from 35 to 50;
Al2O3 от 12 до 30;Al 2 O 3 from 12 to 30;
TiO2 до 2;TiO2 up to 2;
Fe2O3 от 3 до 12;Fe 2 O 3 from 3 to 12;
СаО от 5 до 30;CaO from 5 to 30;
- 2 045803- 2 045803
MgO до 15;MgO up to 15;
Na2O от 0 до 15;Na2O from 0 to 15;
K2O от 0 до 15;K2O from 0 to 15;
Р2О5 до 3;Р2О5 up to 3;
MnO до 3;MnO up to 3;
В2О3 до 3.B 2 O 3 to 3.
Другой предпочтительный состав MMVF в весовых процентах следующий:Another preferred composition of MMVF in weight percent is as follows:
SiO2 39-55%, предпочтительно 39-52%;SiO 2 39-55%, preferably 39-52%;
Al2O3 16-27%, предпочтительно 16-26%;Al 2 O 3 16-27%, preferably 16-26%;
СаО 6-20%, предпочтительно 8-18%;CaO 6-20%, preferably 8-18%;
MgO 1-5%, предпочтительно 1-4,9%;MgO 1-5%, preferably 1-4.9%;
Na2O 0-15%, предпочтительно 2-12%;Na2O 0-15%, preferably 2-12%;
K2O 0-15%, предпочтительно 2-12%;K2O 0-15%, preferably 2-12%;
R2O (Na2O+K2O) 10-14,7%, предпочтительно 10-13,5%;R2O (Na 2 O+K 2 O) 10-14.7%, preferably 10-13.5%;
Р2О5 0-3%, предпочтительно 0-2%;P 2 O 5 0-3%, preferably 0-2%;
Fe2O3 (всего железа) 3-15%, предпочтительно 3,2-8%;Fe 2 O 3 (total iron) 3-15%, preferably 3.2-8%;
В2О3 0-2%, предпочтительно 0-1%;B 2 O 3 0-2%, preferably 0-1%;
TiO2 0-2% , предпочтительно 0,4-1%;TiO 2 0-2%, preferably 0.4-1%;
другие 0-2,0%.others 0-2.0%.
Этот состав может быть надлежащим образом использован в устройстве внутреннего центрифугирования в качестве волокнообразующего устройства.This composition can be suitably used in an internal centrifugation apparatus as a fiberizing apparatus.
Предпочтительный диапазон содержания SiO2 составляет 39-44%, в частности 40-43%. Предпочтительный диапазон содержания СаО составляет 9,5-20%, в частности 10-18%.The preferred range of SiO 2 content is 39-44%, in particular 40-43%. The preferred CaO content range is 9.5-20%, in particular 10-18%.
Содержание Al2O3 лежит, предпочтительно, в диапазоне от 16 до 27%, предпочтительно больше 17% и/или, предпочтительно, меньше 25%, и сумма SiO2 и Al2O3, предпочтительно составляет от 57 до 75%, предпочтительно больше 60% и/или, предпочтительно, меньше 72%. Количество оксидов щелочных металлов (натрия и калия) (R2O) в данной композиции волокон, предпочтительно, довольно большое, но ограничено диапазоном 10-14,7%, предпочтительно от 10 до 13,5%, при этом количество оксида магния равно по меньшей мере 1%.The Al 2 O 3 content is preferably in the range from 16 to 27%, preferably more than 17% and/or preferably less than 25%, and the sum of SiO 2 and Al 2 O 3 is preferably from 57 to 75%, preferably greater than 60% and/or preferably less than 72%. The amount of alkali metal (sodium and potassium) oxides (R 2 O) in a given fiber composition is preferably quite large, but limited to the range of 10-14.7%, preferably from 10 to 13.5%, with the amount of magnesium oxide being equal to at least 1%.
Предпочтительно, Al2O3 присутствует в количестве 17-25%, в частности 20-25%, в частности 2124,5%, в частности около 22-23 или 24 вес.% Преимущественно, содержание оксида магния составляет по меньшей мере 1,5%, в частности 2%, предпочтительно 2-5%, особенно предпочтительно >2,5% или 3%.Preferably, Al 2 O 3 is present in an amount of 17-25%, in particular 20-25%, in particular 2124.5%, in particular about 22-23 or 24 wt.% Advantageously, the magnesium oxide content is at least 1. 5%, in particular 2%, preferably 2-5%, especially preferably >2.5% or 3%.
В том случае, когда Al2O3 присутствует в количестве по меньшей мере 22 вес.%, количество оксида магния составляет, предпочтительно, по меньшей мере 1%, преимущественно около 1-4%, предпочтительно 1-2%, в частности 1,2-1,6%. Содержание Al2O3, предпочтительно, ограничено 25%, чтобы температура ликвидуса оставалась достаточно низкой. Когда Al2O3 присутствует в меньшем количестве, например около 17-22%, количество оксида магния составляет, предпочтительно, по меньшей мере 2%, в частности около 2-5%.In the case where Al2O3 is present in an amount of at least 22% by weight, the amount of magnesium oxide is preferably at least 1%, preferably about 1-4%, preferably 1-2%, in particular 1.2-1 .6%. The Al2O3 content is preferably limited to 25% to keep the liquidus temperature low enough. When Al2O3 is present in a smaller amount, for example about 17-22%, the amount of magnesium oxide is preferably at least 2%, in particular about 2-5%.
Общее количество оксидов Fe и Mg важно с точки зрения регулирования усадки изолирующих MMVF. Кроме этого, отношение Fe(II):Fe(III) влияет на параметры изолирующих MMVF при пожаре, когда окисление Fe(II) до Fe(III) является благоприятным процессом.The total amount of Fe and Mg oxides is important in terms of controlling the shrinkage of insulating MMVFs. In addition, the Fe(II):Fe(III) ratio affects the parameters of insulating MMVFs during a fire, when the oxidation of Fe(II) to Fe(III) is a favorable process.
Преимущественно, волокна характеризуются отношением Fe(II):Fe(III) более 2, например более 3. Доля Fe(3+) относительно всего Fe в расплаве до стадии волокнообразования и в MMVF, вообще, меньше 5%, предпочтительно меньше 3%. Это благоприятно для предотвращения усадки.Advantageously, the fibers are characterized by a Fe(II):Fe(III) ratio greater than 2, for example greater than 3. The proportion of Fe(3+) relative to total Fe in the melt prior to the fiberization stage and in the MMVF is generally less than 5%, preferably less than 3%. This is beneficial for preventing shrinkage.
Количество Fe(2+) и Fe(3+) может быть определено методом Мессбауэра (Mossbauer), описанным в The ferric/ferrous ratio in basalt melts at different oxygen pressures, Helgason et al., Hyperfme Interact., 45 (1989) pp 287-294.The amount of Fe(2+) and Fe(3+) can be determined by the Mossbauer method, described in The ferric/ferrous ratio in basalt melts at different oxygen pressures, Helgason et al., Hyperfme Interact., 45 (1989) pp. 287-294.
Общее количество железа в расплаве или композиции волокон относительно всех оксидов в расплаве или волокнах рассчитывается как Fe2O3. Это является стандартным способом выражения количества железа, присутствующего в подобных MMVF, шихте или расплаве. Реальное весовое процентное содержание FeO и Fe2O3 будет изменяться в зависимости от соотношения оксидов железа и/или состояние окисления-восстановления расплава. НапримерThe total amount of iron in the melt or fiber composition relative to all oxides in the melt or fibers is calculated as Fe 2 O 3 . This is a standard way of expressing the amount of iron present in such MMVF, charge or melt. The actual weight percentage of FeO and Fe 2 O 3 will vary depending on the ratio of iron oxides and/or the oxidation-reduction state of the melt. For example
- 3 045803- 3 045803
Таблица 1Table 1
Таким образом, специалистам понятно, что реальное весовое процентное содержание присутствующих оксидов железа будет зависеть от отношения Fe(2+) и Fe(3+).Thus, those skilled in the art will appreciate that the actual weight percentage of iron oxides present will depend on the ratio of Fe(2+) to Fe(3+).
Для формирования MMVF из минерального расплава, полученного данным способом, может быть применен любой способ, такой как внутреннее центрифугирование или наружное центрифугирование. Надлежащие способы прядения волокон и соответствующие устройства известны специалистам в данной области.To form MMVF from the mineral melt obtained by this method, any method such as internal centrifugation or external centrifugation can be used. Proper fiber spinning methods and related apparatuses are known to those skilled in the art.
Способ настоящего изобретения может дополнительно включать консолидацию MMVF с образованием консолидированного продукта, содержащего MMVF. Консолидированные продукты могут быть использованы во множестве вариантов применения, включая огнестойкие изолирующие продукты. В таких вариантах применения уменьшение усадки особенно благоприятно, так как позволяет сократить риск образования термических мостиков и зазоров в изоляции.The method of the present invention may further include consolidating MMVF to form a consolidated product containing MMVF. Consolidated products can be used in a variety of applications, including fire resistant insulating products. In these applications, reduced shrinkage is particularly beneficial as it reduces the risk of thermal bridges and gaps in the insulation.
Общее количество оксида железа в волокнах может соответствовать смеси FeO и Fe2O3, однако, как это приято, выражается как Fe2O3.The total amount of iron oxide in the fibers can correspond to a mixture of FeO and Fe 2 O 3 , however, as is customary, it is expressed as Fe 2 O 3 .
Способ настоящего изобретения может быть успешно использован во всех типах печей на газообразном топливе для плавления исходного минерального материала. Предпочтительными типами печей на газообразном топливе являются печь-ванна и циклонная печь. Нагревание в результате горения газообразного топлива может быть дополнено нагреванием при помощи электродов, например джоулевой теплотой с использованием погруженных молибденовых электродов.The method of the present invention can be successfully used in all types of gaseous fuel furnaces for melting raw mineral material. The preferred types of gaseous fuel furnaces are the bath furnace and the cyclone furnace. Heating resulting from the combustion of gaseous fuel can be supplemented by heating using electrodes, for example Joule heat using immersed molybdenum electrodes.
Когда используют гранулят Al, его вводят, предпочтительно, либо непосредственно в ванну расплава, либо прямо над ванной расплава, чтобы исключить преждевременное окисление металлического Al, содержащегося в гранулах. Алюминиевый гранулят может быть введен в печь при помощи горелки или фурмы. Предпочтительно, используют кислородотопливную горелку с центральным каналом для транспорта гранулята Al.When Al granules are used, they are preferably introduced either directly into the melt bath or directly above the melt bath to prevent premature oxidation of the Al metal contained in the granules. Aluminum granulate can be introduced into the furnace using a burner or lance. Preferably, an oxy-fuel burner with a central channel for transporting the Al granulate is used.
Алюминий в блоках, предпочтительно, вводят в ванну расплава отдельно от другого минерального компонента. В циклонной печи другой минеральный компонент, обычно, имеет форму частиц и плавится в циклоне, тогда как алюминиевые блоки плавятся, главным образом, в ванне расплава.The block aluminum is preferably introduced into the molten bath separately from the other mineral component. In a cyclone furnace, the other mineral component is usually in particle form and is melted in the cyclone, while the aluminum blocks are melted primarily in the molten bath.
Размер частиц (средний диаметр частицы, при этом, за диаметр частицы принимается наибольшее измерение частицы несмотря на то, является ли частица сферической) гранулята Al может не превышать 15 мм, например, составлять менее 10 мм, например, менее 5 мм. В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения размер частиц (средний диаметр частицы, при этом, за диаметр частицы принимается наибольшее измерение частицы несмотря на то, является ли частица сферической) гранулята Al может не превышать 3 мм, например составлять менее 2 мм, например менее 1 мм.The particle size (average particle diameter, with the particle diameter being the largest dimension of the particle regardless of whether the particle is spherical) of the Al granulate may not exceed 15 mm, for example less than 10 mm, for example less than 5 mm. In one preferred embodiment of the invention, the particle size (average particle diameter, with the particle diameter being the largest dimension of the particle regardless of whether the particle is spherical) of the Al granulate may not exceed 3 mm, for example less than 2 mm, for example less than 1 mm.
Алюминиевый гранулят обычно содержит от 50 до 95 вес.% металлического Al, например около 90 вес.% металлического Al. Блоки могут содержать до 100 вес.% металлического Al, например до 99 вес.% металлического Al благодаря меньшему отношению площади поверхности к объему в блоках, нежели в гранулах, и, следовательно, меньшему поверхностному окислению Al.The aluminum granulate typically contains from 50 to 95 wt.% Al metal, for example about 90 wt.% Al metal. The blocks can contain up to 100 wt.% Al metal, for example up to 99 wt.% Al metal due to the lower surface area to volume ratio in the blocks than in the granules, and therefore less surface oxidation of the Al.
Твердый гранулят Al, введенный непосредственно в ванну расплава, хорошо смешивается с минеральным расплавом, так как величины плотности минерального расплава и металлического алюминия близки.Solid Al granulate introduced directly into the melt bath mixes well with the mineral melt, since the densities of the mineral melt and metallic aluminum are close.
Газообразное топливо может представлять собой природный газ, метан, пропан, биогаз (метан, полученный из биологических источников) или любое другое надлежащее углеродсодержащее газообразное топливо. Предпочтительно, газообразное топливо представляет собой природный газ или биогаз, наиболее предпочтительно, биогаз.The gaseous fuel may be natural gas, methane, propane, biogas (methane derived from biological sources), or any other suitable carbon-containing gaseous fuel. Preferably, the gaseous fuel is natural gas or biogas, most preferably biogas.
В соответствии с данным способом, газ горения содержит кислород, участвующий в горении топлива. Газ горения может представлять собой воздух естественного состава, чистый кислород или обогащенный кислородом воздух.In accordance with this method, the combustion gas contains oxygen, which participates in the combustion of fuel. The combustion gas may be natural air, pure oxygen, or oxygen-enriched air.
Исходные материалы, используемые в качестве других минеральных компонентов минеральной шихты, могут быть выбраны, как известно, из широкого спектра источников. Они включают базальт, диабаз, нефелин сиенит, стеклобой, боксит, кварцевый песок, известняк, разорит, тетраборат натрия, доломит, соду, оливиновый песок, поташ. Также могут быть использованы отходы.The starting materials used as other mineral components of the mineral mixture can be selected, as is known, from a wide range of sources. They include basalt, diabase, nepheline syenite, cullet, bauxite, quartz sand, limestone, ruinite, sodium tetraborate, dolomite, soda, olivine sand, potash. Waste materials can also be used.
Волокна MMV могут быть изготовлены из минерального расплава обычным образом. Как правило,MMV fibers can be produced from a mineral melt in a conventional manner. Usually,
- 4 045803 применяют способ волокнообразования путем центрифугирования.- 4 045803 uses a method of fiberization by centrifugation.
Например, волокна могут быть изготовлены с использованием технологии вращающегося стакана, из которого расплав выбрасывается наружу через перфорацию. Расплав преобразуют в волокна с использованием технологии вращающегося стакана (также иногда описываемой как технология внутреннего центрифугирования). В конце подводящего канала до подачи во вращающийся стакан расплав, предпочтительно имеет температуру в диапазоне от 1260 до 1300°C. Предпочтительно, при переходе из подводящего канала во внутреннюю часть вращающегося стакана расплав охлаждается таким образом, что температура расплава, проходящего через перфорацию вращающегося стакана, лежит в диапазоне от 1150 до 1220°C.For example, the fibers can be produced using a rotating cup technology from which the melt is ejected through perforations. The melt is converted into fibers using spinning beaker technology (also sometimes described as internal centrifugation technology). At the end of the supply channel, before being fed into the rotating bowl, the melt preferably has a temperature in the range from 1260 to 1300°C. Preferably, upon transition from the supply channel to the interior of the rotating nozzle, the melt is cooled such that the temperature of the melt passing through the perforations of the rotating nozzle is in the range of 1150 to 1220°C.
Вязкость расплава во вращающемся стакане лежит в диапазоне от 50 до 400 Па-с, предпочтительно от 100 до 320 Па-с, более предпочтительно от 150 до 270 Па-с. Если вязкость слишком мала, волокна заданной толщины не образуются. Если вязкость слишком велика, расплав не проходит через отверстия во вращающемся стакане с надлежащей скоростью вытягивания, что может приводить к блокированию отверстий вращающегося стакана.The viscosity of the melt in the rotating bowl is in the range from 50 to 400 Pa-s, preferably from 100 to 320 Pa-s, more preferably from 150 to 270 Pa-s. If the viscosity is too low, fibers of the specified thickness will not be formed. If the viscosity is too high, the melt does not flow through the holes in the turntable at the proper draw rate, which can cause the holes in the turntable to become blocked.
Предпочтительно, расплав преобразуют в волокна способом вращающегося стакана при температуре от 1160 до 1210°C. Вязкость расплава, предпочтительно, лежит в диапазоне 100-320 Па-с при температуре прядения.Preferably, the melt is converted into fibers by the rotating bowl method at a temperature of 1160 to 1210°C. The melt viscosity is preferably in the range of 100-320 Pa-s at spinning temperature.
В одном из альтернативных способов волокнообразования расплав может отбрасываться вращающимся диском, волокнообразование может быть активировано дутьевым газом, пропускаемым струями через расплав.In one alternative fiberization process, the melt may be thrown away by a rotating disk, and the fiberization may be activated by blowing gas streamed through the melt.
В одном из предпочтительных способов волокнообразование осуществляют путем наливания расплава на первый ротор каскадной прядильной машины. Предпочтительно, в этом случае расплав наливают на первый из набора, состоящего из двух, трех или четырех роторов, каждый из которых вращается вокруг, по существу, горизонтальной оси, при этом расплав отбрасывается первым ротором, главным образом, на второй (ниже расположенный) ротор, хотя некоторое количество может сбрасываться в первого ротора в форме волокон, со второго ротора расплав сбрасывается в форме волокон, хотя некоторое количество может отбрасываться на третий (ниже расположенный) ротор и т.д.In one preferred method, fiberization is accomplished by pouring a melt onto the first rotor of a cascade spinning machine. Preferably, in this case, the melt is poured onto the first of a set of two, three or four rotors, each of which rotates about a substantially horizontal axis, the melt being thrown by the first rotor primarily onto the second (below) rotor , although some may be discharged into the first rotor in the form of fibres, the melt from the second rotor is discharged in the form of fibres, although some may be discharged into the third (lower) rotor, etc.
MMVF могут быть собраны и консолидированы с образованием консолидированного продукта, содержащего MMVF. Обычно, такой продукт может содержать дополнительные компоненты, такие как связующее, при этом, MMVF является основным компонентом. Волокна, получаемые в процессе прядения, предпочтительно собирают на ленточный конвейер. Связующее может быть нанесено на MMVF либо в процессе волокнообразования, либо после волокнообразования. Связующее может быть нанесено на MMVF путем распыления. Может быть использовано связующего традиционных для волокон каменной ваты типов. Затем связующее отверждают, получая готовый продукт. MMVF со связующим, как правило, отверждают в вулканизационной печи, обычно, потоком горячего воздуха. Поток горячего воздуха может быть направлен на MMVF со связующим снизу или сверху или с переменных направлений в разных зонах в направлении длины вулканизационной печи. После отверждения затвердевшая композиция связующего скрепляет волокна, образуя среди волокон структурно когерентную матрицу.MMVF can be collected and consolidated to form a consolidated product containing MMVF. Typically, such a product may contain additional components, such as a binder, with MMVF being the main component. The fibers produced by the spinning process are preferably collected on a conveyor belt. The binder can be applied to the MMVF either during the fiberization process or after fiberization. The binder can be applied to the MMVF by spraying. Binders traditional for stone wool fiber types can be used. The binder is then cured to form the finished product. MMVF with binder is typically cured in a curing oven, usually with a blast of hot air. The hot air flow can be directed at the binder-laden MMVF from below or above, or from alternating directions in different zones along the length of the curing oven. Once cured, the hardened binder composition holds the fibers together to form a structurally coherent matrix among the fibers.
MMVF после сбора могут быть консолидированы, например, путем перекрестной укладки и/или продольного сжатия и/или вертикального сжатия, как известно в данной области. Обычно, консолидацию проводят до отверждения связующего.MMVF, after collection, can be consolidated, for example, by cross-stacking and/or longitudinal compression and/or vertical compression, as is known in the art. Typically, consolidation is carried out before the binder has cured.
MMVF, изготовленные способом настоящего изобретения, и MMVF настоящего изобретения характеризуются превосходной стойкостью при 1000°C. MMVF могут быть преобразованы в продукт, предназначенный для использования в любом из традиционных вариантов применения MMVF, например, для звуко- или теплоизоляции и противопожарной защиты. К таким продуктам относятся изоляционные продукты, такие как фетр, гранулят, плиты, рулоны, участки трубы и другие продукты, такие как потолочные плитки, стеновые плитки, фасадные элементы, акустические элементы и волокно в массе. Продукт может быть использован в среде с высокой температурой, например по меньшей мере от 400 до 1000°C.MMVF manufactured by the method of the present invention and MMVF of the present invention are characterized by excellent resistance at 1000°C. MMVF can be converted into a product intended for use in any of the traditional MMVF applications, such as sound or thermal insulation and fire protection. These products include insulation products such as felt, granulate, slabs, rolls, pipe sections and other products such as ceiling tiles, wall tiles, facade elements, acoustic elements and fiber in bulk. The product can be used in a high temperature environment, for example at least 400 to 1000°C.
Продукт может иметь любую плотность, соответствующую варианту применения и известную в данной области. Например, плотность может лежать в диапазоне от 20 до 1200 кг/м3, предпочтительно от 20 до 300 кг/м3, более предпочтительно, от 20 до 150 кг/м3. Преимущества с точки зрения усадки наблюдаются для всех типов продуктов, однако, обнаружено, что особенно существенное сокращение усадки происходит, когда плотность продукта относительно низкая, например не более от 50 кг/м3.The product may have any density appropriate to the application and known in the art. For example, the density may range from 20 to 1200 kg/m 3 , preferably from 20 to 300 kg/m 3 , more preferably from 20 to 150 kg/m 3 . Benefits in terms of shrinkage are observed for all types of products, however, it is found that particularly significant reductions in shrinkage occur when the density of the product is relatively low, for example no more than 50 kg/m 3 .
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
Фигура представляет собой схему циклонной печи, используемой в одном из вариантов осуществления изобретения.The figure is a diagram of a cyclone furnace used in one embodiment of the invention.
Подробное описание изобретенияDetailed Description of the Invention
На фигуре показана циклонная печь 1, которая включает верхнюю цилиндрическую часть, нижнюю часть в форме усеченного конуса и цилиндрическую базовую часть. Предварительно нагретый минеральный материал (содержащий или не содержащий металлический алюминий) вводят в циклонную печьThe figure shows a cyclone furnace 1 that includes an upper cylindrical portion, a lower frustoconical portion, and a cylindrical base portion. Preheated mineral material (with or without aluminum metal) is introduced into the cyclone furnace
- 5 045803 по каналу 3 смешанного минерального материала. Топливо подают по каналу 2. Минеральный материал вводят одновременно с воздухом горения, подаваемым по каналу 4, и вторичным воздухом, который подают по линии подачи 5 сжатого воздуха и вводят в циклонную печь через фурму (не показана), чтобы обеспечить тщательное перемешивание топлива с воздухом горения и поддерживать циркуляционное течение газов горения и суспендированного материала в циклонной печи 1. Небольшое количество газа горения и топлива отводят из основной линии подачи, ведущей в верхнюю часть циклонной печи, и направляют в нижнюю часть циклонной печи по линиям, обозначенный на фигуре как 6 и 7, соответственно. Вторичное топливо, такое как природный газ, вводят по линии 8 в базовую часть циклонной печи.- 5 045803 on channel 3 mixed mineral material. Fuel is supplied through channel 2. Mineral material is introduced simultaneously with combustion air supplied through channel 4 and secondary air, which is supplied through compressed air supply line 5 and introduced into the cyclone furnace through a lance (not shown) to ensure thorough mixing of the fuel with air combustion gases and maintain the circulation flow of combustion gases and suspended material in the cyclone furnace 1. A small amount of combustion gas and fuel is withdrawn from the main supply line leading to the upper part of the cyclone furnace, and is directed to the lower part of the cyclone furnace along the lines indicated in the figure as 6 and 7, respectively. Secondary fuel, such as natural gas, is introduced through line 8 into the base portion of the cyclone furnace.
Топливо сгорает в газе горения, предпочтительно, представляющем собой чистый кислород или обогащенный кислородом воздух, в циклонной печи, тем самым, расплавляя минеральную шихту.The fuel is burned in a combustion gas, preferably pure oxygen or oxygen-enriched air, in a cyclone furnace, thereby melting the mineral charge.
Металлический алюминий вводят, предпочтительно, непосредственно в циклонную печь 1. Металлический алюминий может быть обеспечен в форме алюминиевого гранулята и введен в точке 8 через кислородотопливную горелку с центральной фурмой для металлического алюминия. Другую минеральную шихту подают из бункера 19 и подогревают, как описано выше. В качестве альтернативы, металлический алюминий может быть обеспечен в виде блока, имеющего форму стержня, бруска или болванки. Алюминиевый блок, предпочтительно, вводят в циклонную печь отдельно от исходного материала в форме частиц, он может быть введен непосредственно в ванну расплава. Алюминиевые блоки меньшего размера могут быть введены в печь через выходные отверстия горелок. Более крупные алюминиевые блоки могут быть поданы в печь через впуск в верхней части печи. Кусковой алюминий может быть введен путем дутья или иным способом непосредственно в ванну расплава у основания печи; это может быть предпочтительным с точки зрения сведения к минимуму окисления алюминия циркулирующими в печи газами, и, тем самым, достижения максимального эффекта от взаимодействия металлического алюминия с другими минеральными компонентами.The aluminum metal is preferably introduced directly into the cyclone furnace 1. The aluminum metal may be provided in the form of aluminum granulate and introduced at point 8 through an oxy-fuel burner with a central aluminum metal lance. Another mineral charge is fed from hopper 19 and heated as described above. Alternatively, the aluminum metal may be provided in the form of a block in the form of a rod, bar or billet. The aluminum block is preferably introduced into the cyclone furnace separately from the starting material in particulate form, and may be introduced directly into the melt bath. Smaller aluminum blocks can be introduced into the furnace through the burner outlets. Larger aluminum blocks can be fed into the furnace through an inlet at the top of the furnace. Lump aluminum may be introduced by blowing or other means directly into the molten bath at the base of the furnace; this may be preferable from the point of view of minimizing the oxidation of aluminum by gases circulating in the furnace, and thereby achieving maximum effect from the interaction of aluminum metal with other mineral components.
Минеральная шихта плавится в циклонной печи 1, образующийся минеральный расплав собирается в базовой части циклонной печи 1 и выходит из печи через выпуск 9. Отходящие газы, образующиеся при горении топлива, подают по дымоходу 10 вверху циркуляционной камеры сгорания в первый канал 11, где их используют для нагревания минеральных материалов. Затем отходящие газы поступают в первый циклон 12 предварительного нагрева, где их отделяют от минеральной шихты. Из первого циклона 12 предварительного нагрева отходящие газы по каналу 14 поступают во второй циклон 13 предварительного нагрева. После второго циклона 13 предварительного нагрева отходящие газы по каналу 15 проходят через циклонный пылеуловитель 16 в камеру 17, где осуществляют косвенный теплообмен с газом горения с целью подогревания газа горения. Затем отходящие газы подвергают обработке, делающей их безопасными для выброса в атмосферу, например в фильтре 18 и, если нужно, на установке обессеривания. Мелкодисперсная фракция с фильтра 18 может быть рециркулирована в печь 1.The mineral charge is melted in the cyclone furnace 1, the resulting mineral melt is collected in the base part of the cyclone furnace 1 and leaves the furnace through outlet 9. The exhaust gases generated during fuel combustion are fed through the chimney 10 at the top of the circulation combustion chamber into the first channel 11, where they are used for heating mineral materials. The exhaust gases then enter the first preheating cyclone 12, where they are separated from the mineral charge. From the first preheating cyclone 12, the exhaust gases flow through channel 14 into the second preheating cyclone 13. After the second preheating cyclone 13, the exhaust gases pass through channel 15 through the cyclone dust collector 16 into the chamber 17, where indirect heat exchange is carried out with the combustion gas to preheat the combustion gas. The off-gases are then subjected to a treatment that makes them safe for release into the atmosphere, for example in a filter 18 and, if necessary, in a desulfurization unit. The fine fraction from filter 18 can be recycled to furnace 1.
Некоторое количество минеральной шихты может уноситься отходящими газами из второго циклона 13 предварительного нагрева по каналу 15. Его отделяют от отходящих газов в циклонном пылеуловителе 16 и рециркулируют по каналу 22, соединяя с подогретыми минеральными материалами.A certain amount of the mineral charge may be carried away by the exhaust gases from the second preheating cyclone 13 through channel 15. It is separated from the exhaust gases in the cyclone dust collector 16 and recirculated through channel 22, connecting with the heated mineral materials.
Отходящие газы выходят из циркуляционной камеры сгорания по дымоходу 10. Они поступают в первый канал 11, где их быстро охлаждают закалочным воздухом от температуры в диапазоне от 1500 до 1900°C, обычно около 1650°C, до температуры в диапазоне от 900 до 1200°C, обычно около 1100°C. Наличие горячих отходящих газов с температурой более 800°C является выгодным, в частности, когда нужно удалять аммиак из алюминиевого шлака до его плавления.The exhaust gases exit the circulation combustion chamber through the chimney 10. They enter the first channel 11, where they are rapidly cooled by quenching air from a temperature in the range of 1500 to 1900°C, usually about 1650°C, to a temperature in the range of 900 to 1200° C, usually around 1100°C. The presence of hot flue gases with temperatures above 800°C is advantageous, in particular when it is necessary to remove ammonia from aluminum slag before it melts.
Исходные материалы, используемые в качестве других минеральных компонентов минеральной шихты, могут быть выбраны, как известно, из широкого спектра источников. Они включают базальт, диабаз, нефелин сиенит, стеклобой, боксит, кварцевый песок, известняк, разорит, тетраборат натрия, доломит, соду, оливиновый песок, поташ. Также могут быть использованы отходы.The starting materials used as other mineral components of the mineral mixture can be selected, as is known, from a wide range of sources. They include basalt, diabase, nepheline syenite, cullet, bauxite, quartz sand, limestone, ruinite, sodium tetraborate, dolomite, soda, olivine sand, potash. Waste materials can also be used.
Волокна MMV могут быть изготовлены из минерального расплава обычным образом. Как правило, применяют способ волокнообразования путем центрифугирования.MMV fibers can be produced from a mineral melt in a conventional manner. As a rule, the method of fiberization by centrifugation is used.
Например, волокна могут быть изготовлены с использованием технологии вращающегося стакана, из которого расплав выбрасывается наружу через перфорацию. Расплав преобразуют в волокна с использованием технологии вращающегося стакана (также иногда описываемой как технология внутреннего центрифугирования). В конце подводящего канала до подачи во вращающийся стакан расплав, предпочтительно, имеет температуру в диапазоне от 1260 до 1300°C. Предпочтительно, при переходе из подводящего канала во внутреннюю часть вращающегося стакана расплав охлаждается таким образом, что температура расплава, проходящего через перфорацию вращающегося стакана, лежит в диапазоне от 1150 до 1220°C.For example, the fibers can be produced using a rotating cup technology from which the melt is ejected through perforations. The melt is converted into fibers using spinning beaker technology (also sometimes described as internal centrifugation technology). At the end of the supply channel, before being fed into the rotating bowl, the melt preferably has a temperature in the range from 1260 to 1300°C. Preferably, upon transition from the supply channel to the interior of the rotating nozzle, the melt is cooled such that the temperature of the melt passing through the perforations of the rotating nozzle is in the range of 1150 to 1220°C.
Вязкость расплава во вращающемся стакане лежит в диапазоне от 50 до 400 Па-с, предпочтительно от 100 до 320 Па-с, более предпочтительно от 150 до 270 Па-с. Если вязкость слишком мала, волокна заданной толщины не образуются. Если вязкость слишком велика, расплав не проходит через отверстия во вращающемся стакане с надлежащей скоростью вытягивания, что может приводить к блокированию отверстий вращающегося стакана.The viscosity of the melt in the rotating bowl is in the range from 50 to 400 Pa-s, preferably from 100 to 320 Pa-s, more preferably from 150 to 270 Pa-s. If the viscosity is too low, fibers of the specified thickness will not be formed. If the viscosity is too high, the melt does not flow through the holes in the turntable at the proper draw rate, which can cause the holes in the turntable to become blocked.
- 6 045803- 6 045803
Предпочтительно, расплав преобразуют в волокна способом вращающегося стакана при температуре от 1160 до 1210°C. Вязкость расплава, предпочтительно, лежит в диапазоне 100-320 Па-с при температуре прядения.Preferably, the melt is converted into fibers by the rotating bowl method at a temperature of 1160 to 1210°C. The melt viscosity is preferably in the range of 100-320 Pa-s at spinning temperature.
В одном из альтернативных способов волокнообразования расплав может отбрасываться вращающимся диском, волокнообразование может быть активировано дутьевым газом, пропускаемым струями через расплав.In one alternative fiberization process, the melt may be thrown away by a rotating disk, and the fiberization may be activated by blowing gas streamed through the melt.
В одном из предпочтительных способов, волокнообразование осуществляют путем наливания расплава на первый ротор каскадной прядильной машины. Предпочтительно, в этом случае расплав наливают на первый из набора, состоящего из двух, трех или четырех роторов, каждый из которых вращается вокруг, по существу, горизонтальной оси, при этом расплав отбрасывается первым ротором, главным образом, на второй (ниже расположенный) ротор, хотя некоторое количество может сбрасываться в первого ротора в форме волокон, со второго ротора расплав сбрасывается в форме волокон, хотя некоторое количество может отбрасываться на третий (ниже расположенный) ротор, и т.д.In one preferred method, fiberization is accomplished by pouring a melt onto the first rotor of a cascade spinning machine. Preferably, in this case, the melt is poured onto the first of a set of two, three or four rotors, each of which rotates about a substantially horizontal axis, the melt being thrown by the first rotor primarily onto the second (below) rotor , although some may be discharged into the first rotor in the form of fibres, the melt from the second rotor is discharged in the form of fibres, although some may be discharged into the third (lower) rotor, etc.
MMVF могут быть собраны и консолидированы с образованием консолидированного продукта, содержащего MMVF. Обычно, такой продукт может содержать дополнительные компоненты, такие как связующее, при этом, MMVF является основным компонентом. Волокна, получаемые в процессе прядения, предпочтительно собирают на ленточный конвейер. Связующее может быть нанесено на MMVF либо в процессе волокнообразования, либо после волокнообразования. Связующее может быть нанесено на MMVF путем распыления. Может быть использовано связующего традиционных для волокон каменной ваты типов. Затем связующее отверждают, получая готовый продукт. MMVF со связующим, как правило, отверждают в вулканизационной печи, обычно, потоком горячего воздуха. Поток горячего воздуха может быть направлен на MMVF со связующим снизу или сверху или с переменных направлений в разных зонах в направлении длины вулканизационной печи. После отверждения затвердевшая композиция связующего скрепляет волокна, образуя среди волокон структурно когерентную матрицу.MMVF can be collected and consolidated to form a consolidated product containing MMVF. Typically, such a product may contain additional components, such as a binder, with MMVF being the main component. The fibers produced by the spinning process are preferably collected on a conveyor belt. The binder can be applied to the MMVF either during the fiberization process or after fiberization. The binder can be applied to the MMVF by spraying. Binders traditional for stone wool fiber types can be used. The binder is then cured to form the finished product. MMVF with binder is typically cured in a curing oven, usually with a blast of hot air. The hot air flow can be directed at the binder-laden MMVF from below or above, or from alternating directions in different zones along the length of the curing oven. Once cured, the hardened binder composition holds the fibers together to form a structurally coherent matrix among the fibers.
MMVF после сбора могут быть консолидированы, например, путем перекрестной укладки и/или продольного сжатия и/или вертикального сжатия, как известно в данной области. Обычно, консолидацию проводят до отверждения связующего.MMVF, after collection, can be consolidated, for example, by cross-stacking and/or longitudinal compression and/or vertical compression, as is known in the art. Typically, consolidation is carried out before the binder has cured.
MMVF, изготовленные способом настоящего изобретения, и MMVF настоящего изобретения характеризуются превосходной стойкостью при 1000°C. MMVF могут быть преобразованы в продукт, предназначенный для использования в любом из традиционных вариантов применения MMVF, например, для звуко- или теплоизоляции и противопожарной защиты. К таким продуктам относятся изоляционные продукты, такие как фетр, гранулят, плиты, рулоны, участки трубы и другие продукты, такие как потолочные плитки, стеновые плитки, фасадные элементы, акустические элементы и волокно в массе. Продукт может быть использован в среде с высокой температурой, например по меньшей мере от 400 до 1000°C.MMVF manufactured by the method of the present invention and MMVF of the present invention are characterized by excellent resistance at 1000°C. MMVF can be converted into a product intended for use in any of the traditional MMVF applications, such as sound or thermal insulation and fire protection. These products include insulation products such as felt, granulate, slabs, rolls, pipe sections and other products such as ceiling tiles, wall tiles, facade elements, acoustic elements and fiber in bulk. The product can be used in a high temperature environment, for example at least 400 to 1000°C.
Продукт может иметь любую плотность, соответствующую варианту применения и известную в данной области. Например, плотность может лежать в диапазоне от 20 до 1200 кг/м3, предпочтительно от 20 до 300 кг/м3, более предпочтительно от 20 до 150 кг/м3. Преимущества с точки зрения усадки наблюдаются для всех типов продуктов, однако, обнаружено, что особенно существенное сокращение усадки происходит, когда плотность продукта относительно низкая, например не более от 50 кг/м3.The product may have any density appropriate to the application and known in the art. For example, the density may range from 20 to 1200 kg/m 3 , preferably from 20 to 300 kg/m 3 , more preferably from 20 to 150 kg/m 3 . Benefits in terms of shrinkage are observed for all types of products, however, it is found that particularly significant reductions in shrinkage occur when the density of the product is relatively low, for example no more than 50 kg/m 3 .
Любой из предпочтительных признаков, раскрытых в настоящем изобретении, считается раскрытым в сочетании с любым другим предпочтительным признаком.Any of the preferred features disclosed in the present invention are considered to be disclosed in combination with any other preferred feature.
Пример.Example.
Контрольные образцы консолидированных продуктов из MMVF приготовили из минерального расплава (контрольной шихты) следующего состава.Control samples of consolidated products from MMVF were prepared from a mineral melt (control mixture) of the following composition.
Таблица 2table 2
Изготовили контрольные отвержденные продукты с плотностью 30 кг/м3. Минеральный расплав готовили в циклонной печи, соответствующей показанной на фигуре.Control cured products with a density of 30 kg/m 3 were produced. The mineral melt was prepared in a cyclone furnace corresponding to that shown in the figure.
Соответствующие изобретению образцы консолидированных продуктов из MMVF приготовили с использованием MMVF, выпряденных из минеральной шихты, состав которой представлен в табл. 2, с добавлением 0,4 вес.% гранулята Al (эквивалентного 0,2 вес.% Al). Добавленный гранулят Al был введен помимо всех компонентов, перечисленных в табл. 2. Плотность примерных продуктов также составляла 30 кг/м3.Samples of consolidated MMVF products corresponding to the invention were prepared using MMVF spun from a mineral charge, the composition of which is presented in table. 2, with the addition of 0.4 wt.% Al granulate (equivalent to 0.2 wt.% Al). The added Al granulate was introduced in addition to all the components listed in the table. 2. The density of the example products was also 30 kg/m 3 .
Поверхностную усадку контрольных продуктов и примерных продуктов измеряли способом внутреннего испытания, состоящим из 5 стадий:Surface shrinkage of control products and exemplary products was measured by an internal test method consisting of 5 stages:
1) нарезка, измерение и взвешивание образцов испытываемой единицы продукции;1) cutting, measuring and weighing samples of the tested unit of product;
2) выбор репрезентативных образцов испытываемой единицы продукции;2) selection of representative samples of the tested unit of production;
3) удаление связующего при 590°C;3) removal of the binder at 590°C;
4) спекание образцов при 1000°C +/-20°C в течение 30 мин; и4) sintering samples at 1000°C +/-20°C for 30 minutes; And
5) измерение площади спеченных образцов.5) measurement of the area of sintered samples.
--
Claims (12)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP20154747.8 | 2020-01-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA045803B1 true EA045803B1 (en) | 2023-12-27 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2719704C (en) | Process and apparatus for making a mineral melt | |
| CA2312838C (en) | Briquettes for mineral fibre production and their use | |
| KR0184163B1 (en) | High strength rock wool and process for producing the same | |
| EA026878B1 (en) | Method of manufacture of man made vitreous fibres | |
| US6698245B1 (en) | Production of vitreous fibres using high halogen mineral waste as an ingredient | |
| EP4097057B1 (en) | Method for making man-made vitreous fibres | |
| EA045803B1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING ARTIFICIAL GLASSY FIBERS | |
| US20240018028A1 (en) | Method of preparing a melt for the production of man-made mineral fibres | |
| US20230062262A1 (en) | Method for making man-made vitreous fibres | |
| EP4097056B1 (en) | Method of making mineral fibres | |
| EA045831B1 (en) | METHOD FOR PRODUCING MINERAL FIBERS | |
| ES2254540T3 (en) | PROCEDURE FOR MANUFACTURING INSULATING MATERIALS OF MINERAL FIBERS. | |
| JPH0524871B2 (en) | ||
| AU2021386501A1 (en) | Method for treating glass waste | |
| WO2023079108A1 (en) | Method of preparing a melt for the production of man-made mineral fibres | |
| WANG | CANMET |