RU2365542C2

RU2365542C2 - Method for manufacturing of insulation materials from mineral fibers and fill for melting apparatus for production of mineral melt

Info

Publication number: RU2365542C2
Application number: RU2007121519/03A
Authority: RU
Inventors: Волкер ХРИСТМАНН (DE); Волкер ХРИСТМАНН; КАПАРРОС Мигель ГОНЗАЛЕЗ (DE); КАПАРРОС Мигель ГОНЗАЛЕЗ; Гвидо НИКЕЛЬ (DE); Гвидо НИКЕЛЬ
Original assignee: Дойче Роквол Минералвол Гмбх Унд Ко. Охг
Priority date: 2004-11-11
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2009-08-27
Also published as: RU2007121519A

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention is related to method for production of insulation materials from mineral fibers. Melting apparatus is loaded with melted initial material for making of silicate melt and fuel, besides, fuel contains primary energy carrier and substitute. Melt produced from initial material is supplied to device for grinding, where melt is preferably separated into microfibers. These fibers are supplied to conveyor device in the form of nonwoven material. Substitute added in fuel is represented by spent anodes used in electrolysis in amount of 15% - 70% from total amount of fuel.

EFFECT: achievement of higher efficiency due to expansion of application of raw materials sources, production of high quality melt without inclusion of admixtures.

16 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к способу изготовления изоляционных материалов из минеральных волокон, в частности из стекловаты или минеральной ваты, при осуществлении которого плавильный агрегат, в частности вагранка, загружается расплавляемым исходным материалом для изготовления силикатного расплава и топливом, при этом топливо содержит первичный энергоноситель, в частности литейный кокс и заместитель, и полученный из исходного материала расплав подается в устройство для измельчения, в котором расплав измельчается преимущественно в микроволокна, и данные волокна накладываются на транспортирующее устройство в виде нетканого ваточного холста. Далее изобретение относится к засыпке для плавильного агрегата, в частности вагранки для получения минерального расплава, который подается в устройство для изготовления минеральных волокон, в частности минеральной ваты или волокон стекловаты, при этом минеральные волокна для изготовления ваточного холста из минеральных волокон накладываются на сборный транспортер, на котором размещается расплавляемый исходный материал и топливо, которое состоит из первичного энергоносителя, в частности литейного кокса и заместителя.The invention relates to a method for manufacturing insulating materials from mineral fibers, in particular from glass wool or mineral wool, in which the melting unit, in particular a cupola, is loaded with molten starting material for the manufacture of silicate melt and fuel, while the fuel contains a primary energy source, in particular foundry coke and a substituent, and the melt obtained from the starting material is fed to a grinding device, in which the melt is crushed mainly in micro fibers, and these fibers are superimposed on the conveying device in the form of a non-woven fleece canvas. The invention further relates to filling for a smelting unit, in particular a cupola for producing a mineral melt, which is fed to a device for producing mineral fibers, in particular mineral wool or glass wool fibers, wherein the mineral fibers for making a cotton canvas from mineral fibers are superimposed on a collecting conveyor, on which the molten starting material and fuel are placed, which consists of the primary energy carrier, in particular foundry coke and a substituent.

Изоляционные материалы из минеральных волокон изготовляют из силикатных расплавов. Для этой цели силикатный исходный материал, например стекло, природные или искусственные камни, подаются в плавильный агрегат, например вагранку или шахтную печь. Полученный из этого исходного материала силикатный расплав подается после этого в измельчающий агрегат, в котором силикатный расплав разделяется на микроскопические минеральные волокна. Направляемые после этого в сборную камеру минеральные волокна смачиваются, как правило, связующим или пропитывающим веществом и накладываются на расположенное под сборной камерой транспортирующее устройство, при этом, как правило, речь идет о ленточном транспортере. Смоченные связующим или пропитывающим веществом минеральные волокна образуют на транспортирующем средстве нетканый ваточный холст из минеральных волокон, который обрабатывается известным способом в подключенных термических и/или механических устройствах с целью изготовления изоляционных материалов в виде полотен, плит, формованных изделий или тому подобных изделий. Вследствие этого изоляционные материалы из минеральных волокон состоят из стекловидно отвердевших волокон, которые с помощью незначительного количества связующего вещества соединяются между собой в отдельных точках.Mineral fiber insulation materials are made from silicate melts. For this purpose, silicate source material, such as glass, natural or artificial stones, is fed to a smelting unit, such as a cupola or shaft furnace. The silicate melt obtained from this starting material is then fed to a grinding unit, in which the silicate melt is separated into microscopic mineral fibers. The mineral fibers that are sent afterwards to the collection chamber are moistened, as a rule, with a binder or impregnating substance and are superimposed on the conveying device located under the collection chamber, and, as a rule, this is a conveyor belt. The mineral fibers moistened with a binder or impregnating substance form a non-woven fleece web of mineral fibers on the carrier, which is processed in a known manner in connected thermal and / or mechanical devices to produce insulation materials in the form of sheets, plates, molded products or the like. As a result, mineral fiber insulating materials are composed of glassy hardened fibers that are bonded to each other using small amounts of binder.

Изоляционные материалы из минеральных волокон подразделяют на материалы из стекловаты и из минеральной ваты. Изоляционные материалы из минеральных волокон, изготовленные из стекловаты, получают из силикатных расплавов с относительно высокими долями преобразователей сетчатой структуры, в частности щелочей и бора. Сырьевые материалы расплавляют в подовых печах, работающих на жидком топливе или на газовом топливе. Измельчение на волокна производится, например, с помощью так называемого TEL-способа, при осуществлении которого расплав под воздействием центробежных сил пропускается через отверстия в стенках вращающегося тела. С помощью этого способа получают относительно длинные и гладкие волокна.Mineral fiber insulation materials are divided into glass wool and mineral wool materials. Mineral fiber insulating materials made of glass wool are obtained from silicate melts with relatively high proportions of network converters, in particular alkali and boron. Raw materials are melted in hearth furnaces operating on liquid fuel or gas fuel. Grinding into fibers is carried out, for example, using the so-called TEL method, in which the melt is passed through centrifugal forces through holes in the walls of a rotating body. Using this method, relatively long and smooth fibers are obtained.

Изоляционные материалы из минеральной ваты первоначально выплавляли из горных пород, например, диабаза, базальта, известняка и доломита. С течением времени все в большей мере данные природные горные породы начали заменять искусственными камнями или загружать их на переплавку вместе с искусственными камнями. Для изготовления данных искусственных камней используют, в частности, отходы производства, при этом отходы могут состоять также и из затвердевших расплавов, которые образуются при регулярном опоражнивании плавильного агрегата. Наряду с данными отходами перерабатывают также и забракованные производственные плавки. Отходы на первом этапе измельчают, затем смешивают с портландцементом в качестве связующего и щебнем из горной породы и затем прессуют для получения искусственных камней, или так называемых формованных камней.Mineral wool insulation materials were originally smelted from rocks, such as diabase, basalt, limestone and dolomite. Over time, increasingly, these natural rocks began to be replaced with artificial stones or loaded for re-melting with artificial stones. For the manufacture of these artificial stones, in particular, production waste is used, and the waste can also consist of hardened melts, which are formed during regular emptying of the melting unit. Along with these wastes, rejected industrial swimming trunks are also processed. The waste at the first stage is crushed, then mixed with Portland cement as a binder and crushed stone from the rock and then pressed to produce artificial stones, or so-called molded stones.

Большие куски горной породы и/или соответственно отформованные камни загружают вместе с крупнокусковым коксом в качестве первичного энергоносителя в плавильный агрегат, как правило, в вагранку. Далее загружают добавки со спектром гранулометрического состава примерно 80-200 мм. За счет воздействия снизу на столб, состоящий из сырьевого материала-кокса, то есть по принципу противотока с помощью необходимого для горения воздуха, кокс сгорает сверху над подом печи. В области поступления воздуха температура печи достигает такого высокого показателя, при котором плавится порода и добавки. При этом доля уже стекловидно затвердевших отходов повышает скорость плавления. По направлению вверх температура в печи понижается, так как тепловая энергия отбирается камнями и первичным энергоносителем. Одновременно происходит понижение содержания кислорода в печи.Large lumps of rock and / or correspondingly molded stones are loaded together with lumpy coke as a primary energy source into the melting unit, as a rule, in a cupola. Next, additives with a particle size spectrum of about 80-200 mm are loaded. Due to the bottom effect on the pillar, consisting of coke raw material, that is, according to the principle of counterflow using the air necessary for combustion, coke burns from above above the bottom of the furnace. In the area of air intake, the temperature of the furnace reaches such a high rate at which rock and additives melt. At the same time, the proportion of already glassy solidified waste increases the melting rate. In the upward direction, the temperature in the furnace decreases, since thermal energy is taken away by stones and primary energy carrier. At the same time, the oxygen content in the furnace decreases.

С помощью дополнительного нагрева отходящего воздуха вредные соединения углерода преобразуются в менее вредные или безвредные соединения. Энергоресурс отходящего воздуха впоследствии с помощью теплообменников подается в воздух для горения.By further heating the exhaust air, harmful carbon compounds are converted to less harmful or harmless compounds. The energy resource of the exhaust air is subsequently supplied to the combustion air using heat exchangers.

Загруженные в плавильный агрегат расплавленные компоненты исходных материалов опускаются в нижнюю часть плавильного агрегата. При этом происходит ликвация, в которой на поду собирается восстановленное из горной породы железо, а необходимый для изготовления волокон расплав с меньшим удельным весом выпускается через расположенное сверху пода выпускное отверстие. Выпущенный здесь расплав подается в устройство для изготовления нитей. Из поданного в устройство для изготовления волокон расплава в волокна преобразуется только лишь 50% объема, более грубые неволокнистые компоненты отделяют от волокнистых компонентов с помощью воздушной классификации.The molten components of the starting materials loaded into the melting unit are lowered into the lower part of the melting unit. In this case, segregation occurs, in which iron recovered from the rock is collected on the hearth, and the melt with a lower specific gravity required for the manufacture of fibers is released through the outlet located on the top of the hearth. The melt produced here is fed to a filament manufacturing apparatus. Only 50% of the volume is converted from the melt fed into the device for making fibers into fibers, coarser non-fibrous components are separated from the fibrous components by air classification.

Собранное в области пода железо необходимо регулярно выпускать. Во время выпуска железа производство волокон прерывается. Содержащийся в этот момент времени в плавильном агрегате расплав при новом пуске плавильного агрегата уже непригодный для непосредственного изготовления изоляционных материалов и поэтому повторно перерабатывается и используется для производства.The iron collected in the hearth area must be regularly released. During the release of iron, fiber production is interrupted. The melt contained at this point in time at the new start-up of the melting unit is no longer suitable for the direct manufacture of insulating materials and is therefore recycled and used for production.

При происходящем в большинстве случаев в вагранках процессе плавки существует сильная зависимость между вязкостью и температурой. Далее имеет место образование большого количества зародышей и таким образом склонность к кристаллизации. Эти характеристики при изготовлении минеральных волокон на так называемых каскадных прядильных машинах приводят к образованию относительно коротких и пневмосоединенных минеральных волокон. Отдельные минеральные волокна затвердевают в стекловидную форму. На основании их состава температуроустойчивость минеральных волокон из расплава горной породы более высокая по сравнению с изоляционными материалами из стекловолокна.With the smelting process that occurs in most cases in cupolas, there is a strong relationship between viscosity and temperature. Further, there is the formation of a large number of nuclei and thus a tendency to crystallization. These characteristics in the manufacture of mineral fibers on the so-called cascade spinning machines lead to the formation of relatively short and pneumoconnected mineral fibers. Individual mineral fibers solidify into a vitreous form. Based on their composition, the temperature resistance of the mineral fibers from the rock melt is higher compared to fiberglass insulation materials.

При изготовлении и оценке минеральных волокон имеет значение биологическая растворимость, то есть длительность пребывания минеральных волокон в человеческом организме. Биологическая растворимость изоляционных материалов из горной породы в значительной мере зависит от содержания Аl₂О₃. С увеличением содержания Аl₂О₃, с одной стороны, повышается температуроустойчивость волокон, а с другой стороны, неожиданным образом также и биологическая растворимость.In the manufacture and evaluation of mineral fibers, biological solubility is important, that is, the duration of stay of mineral fibers in the human body. The biological solubility of insulating materials from rocks is largely dependent on the content of Al ₂ About ₃ . With an increase in the Al ₂ O ₃ content, on the one hand, the temperature resistance of the fibers increases, and on the other hand, in an unexpected manner, also the biological solubility.

Типичный состав биологически растворимых минеральных волокон из минеральной ваты имеет долю SiO₂ в пределах 35-43 мас.%, долю Аl₂О₃ в пределах 17,5-23,5 мас.%, долю TiO₂ в пределах 0,1-3 мас.%, долю FeO в пределах 1,7-9,3 мас.%, долю СаО+MgO в пределах от 23,5 до 32 мас.%, и долю K₂O+Na₂O в пределах 1,3-7 мас.%.A typical composition of biologically soluble mineral fibers from mineral wool has a proportion of SiO ₂ in the range of 35-43 wt.%, A fraction of Al ₂ O ₃ in the range of 17.5-23.5 wt.%, A proportion of TiO ₂ in the range of 0.1-3 wt.%, the proportion of FeO in the range of 1.7-9.3 wt.%, the proportion of CaO + MgO in the range of 23.5 to 32 wt.%, and the proportion of K ₂ O + Na ₂ O in the range of 1.3- 7 wt.%.

Для экономичности используемых в качестве массового продукта изоляционных материалов из минеральной ваты имеет важное значение использование исходных материалов, которые содержат большую долю Аl₂О₃. Природная горная порода хотя и содержит большую долю алюмосиликатов, однако они все же присутствуют не в требуемой концентрации или только вместе с нежелательными минералами. Кальцинированные бокситы в противоположность этому относительно дорогостоящие. По этой причине в большом количестве используют отходы, которые до сих пор часто вывозили на свалку и которые из-за большого содержания растворимых веществ представляли несущественную опасность для окружающей среды. Одновременно эти отходы, которые образовывались, например, при изготовлении минеральной ваты в виде остатков расплава, отделенных, неволокнистых частиц, уловленной фильтром пыли, бракованных изделий или т.п. почти полностью снова перерабатывались в первичном цикле отходов. Эти отходы перед их переработкой подвергали подготовке в соответствии с требованиями машинного оборудования, в частности плавильных агрегатов. Так, например, отходы для использования измельчали и перемешивали различные гранулометрические составы между собой или с другими осколочными исходными материалами, добавляли в них вяжущее, например, цемент и прессовали в виде формованных изделий достаточно большого размера перед загрузкой этих формованных тел в виде крупного кускового исходного сырья в шахтную печь или вагранку. Так, например, из описания изобретения к заявке № ЕР 0765295 С1 известно, что соответствующие формованные изделия из мелкозернистого исходного сырья связывали также с помощью лигнина. В заявке WO 94/12007 описаны соответствующие формованные изделия, скрепленные с помощью содержащего молассы связующего вещества.For the cost-effectiveness of mineral wool insulation materials used as a mass product, the use of starting materials that contain a large proportion of Al ₂ O ₃ is important. Natural rock, although it contains a large proportion of aluminosilicates, however, they are still not present in the required concentration or only together with undesirable minerals. Calcined bauxite is, in contrast, relatively expensive. For this reason, waste is used in large quantities, which until now have often been disposed of in landfills and which, due to the high content of soluble substances, constituted an insignificant environmental hazard. At the same time, these wastes, which were formed, for example, in the manufacture of mineral wool in the form of melt residues, separated, non-fibrous particles, dust collected by the filter, defective products, etc. almost completely recycled in the primary waste cycle. Before processing these wastes, they were treated in accordance with the requirements of machinery, in particular melting units. For example, waste for use was crushed and mixed with different particle size distributions among themselves or with other fragmented starting materials, a binder, for example, cement, was added to them and pressed in the form of molded articles of a sufficiently large size before loading these molded bodies in the form of large lumpy raw materials into a shaft furnace or cupola. So, for example, from the description of the invention to application No. EP 0765295 C1 it is known that the corresponding molded products from fine-grained feedstock were also bonded using lignin. WO 94/12007 describes corresponding molded articles bonded with a molasses-containing binder.

Как уже упоминалось, в качестве первичного энергоносителя используется кокс. Необходимая для расплавления исходного сырья первичная энергия составляет 2 Мегаватт на тонну расплава. В зависимости от происхождения используемого для коксования угля содержание неорганических компонентов кокса (содержание золы) составляет в промежутке 6-10 мас.%.As already mentioned, coke is used as the primary energy source. The primary energy required to melt the feedstock is 2 megawatts per tonne of melt. Depending on the origin of coal used for coking, the content of inorganic components of coke (ash content) is in the range of 6-10 wt.%.

В качестве особо приемлемого первичного энергоносителя оказался литейный кокс. Литейный кокс обладает высокой теплотворной способностью примерно 30000 кДж/кг при незначительном содержании воды менее 5 мас.%. Кроме того, литейный кокс содержит незначительное количество золы менее 10 мас.%, отличается незначительным содержанием серы в количестве менее 1 мас.%, а также незначительным содержанием летучих компонентов в количестве менее 1 мас.% при одновременно высокой прочности по испытанию в барабане М80 более 75%. При этом необходимо принимать во внимание то обстоятельство, что не горючие компоненты кокса поглощаются в силикатном расплаве. По этой причине требуются такие виды горючего, в которых доля не горючих компонентов является незначительной и не оказывает отрицательного влияния на конечный продукт.Foundry coke turned out to be a particularly acceptable primary energy source. Foundry coke has a high calorific value of about 30,000 kJ / kg with a low water content of less than 5 wt.%. In addition, foundry coke contains a small amount of ash less than 10 wt.%, Has a low sulfur content in an amount of less than 1 wt.%, As well as an insignificant content of volatile components in an amount of less than 1 wt.% While at the same time high strength in the M80 drum test more 75% In this case, it is necessary to take into account the fact that the non-combustible components of coke are absorbed in the silicate melt. For this reason, such types of fuel are required in which the proportion of non-combustible components is small and does not adversely affect the final product.

Из описания изобретения к патенту США №4822388 известна замена кокса, по крайней мере, за счет печной футеровки печей для изготовления алюминия. При этом полная замена кокса описана как целесообразная, при этом, однако, по крайней мере, 60% первичного энергоносителя должно состоять из остатков футеровки печи.From the description of the invention to US patent No. 4822388 known replacement of coke, at least due to the furnace lining of furnaces for the manufacture of aluminum. In this case, a complete replacement of coke is described as expedient, however, at least 60% of the primary energy source should consist of the remains of the furnace lining.

Далее из ЕР 1241395 А2 известно использование при изготовлении изоляционных материалов из минеральных волокон первичного энергоносителя, состоящего из минимум 50 мас.% кокса и смеси из углеродного носителя и огнеупорных камней, при этом смесь получают из футеровки печи, в частности из катодной футеровки печей по производству алюминия. Этот известный способ оправдал себя на практике, так как при его осуществлении используются новые источники энергии для изготовления изоляционных материалов из минеральных волокон, которые значительно дешевле по сравнению с коксом.Further, from EP 1241395 A2, it is known to use a primary energy carrier in the manufacture of insulating materials from mineral fibers consisting of at least 50 wt.% Coke and a mixture of a carbon carrier and refractory stones, the mixture being obtained from the furnace lining, in particular from the cathode lining of production furnaces aluminum. This well-known method has proven itself in practice, since its implementation uses new sources of energy for the manufacture of insulating materials from mineral fibers, which are much cheaper than coke.

Исходя из данного уровня техники, в основу изобретения положена задача усовершенствовать способ согласно данному изобретению таким образом, чтобы осуществление способа согласно данному изобретению происходило экономичным образом за счет освоения дополнительных источников первичного сырья. Однако при этом одновременно должны приниматься во внимание обычные параметры способа для изготовления соответствующего расплава, так чтобы с помощью способа достигались хорошие результаты плавки без загрязнений расплава. Далее задачей изобретения является получение не требующей больших затрат загрузки, с помощью которой получают не требующий больших затрат расплав для переработки в минеральные волокна для изоляционных материалов, так что производство изоляционных материалов осуществляется с повышенной экономичностью при равномерном качестве продукта.Based on the prior art, the basis of the invention is to improve the method according to this invention in such a way that the implementation of the method according to this invention occurs in an economical way due to the development of additional sources of primary raw materials. However, at the same time, the usual parameters of the method for producing the corresponding melt must be taken into account, so that by the method good melting results are achieved without contamination of the melt. Further, the object of the invention is to obtain a low-cost loading, with the help of which a low-cost melt is obtained for processing into mineral fibers for insulating materials, so that the production of insulating materials is carried out with increased efficiency with uniform product quality.

Для решения поставленной задачи в родовом способе предусмотрено добавление в топливо в качестве заместителя израсходованных, использованных при электролизе расплава анодов в количестве, по крайней мере, 15% от общего количества топлива. Для решения поставленной задачи далее в загрузке для плавильного агрегата предусмотрено, чтобы заместитель состоял из израсходованных, применяемых при электролизе расплава анодов, доля которых в топливе составляет, по крайней мере, 15% от общего количества топлива.To solve the problem in the generic method, it is provided that at least 15% of the total amount of fuel consumed, used in the electrolysis of the molten melt, is added to the fuel as a substitute. To solve this problem, it is further provided in the load for the smelter that the substitute consist of spent anodes used in the electrolysis of the melt, the proportion of which in the fuel is at least 15% of the total amount of fuel.

Поэтому согласно изобретению предусмотрено, чтобы при осуществлении способа для изготовления изоляционных материалов из минеральных волокон, в частности из стекловаты и/или минеральной ваты, при осуществлении которого плавильный агрегат, в частности, вагранка загружается плавящимся исходным материалом для получения силикатного расплава и топливом, при этом топливо наряду с первичным энергоносителем, например литейным коксом, содержит заместитель, к которому примешивают израсходованные, применяемые при электролизе расплава аноды, в частности их остатки, доля которых составляет, по крайней мере, 15% от общего количества топлива. Согласно еще одному отличительному признаку изобретения предусмотрено, чтобы в топливо добавляли долю заместителя до 70% от общего количества топлива. Аноды представляют собой, в частности, остатки анодов из электролиза расплава. Аноды изготовляют по так называемому способу приготовления электролизера с обожженными анодами и состоят из углеродистых блоков, которые прессуют из высоковязкого кальцинированного нефтяного кокса, каменноугольного пека и остатков анодов и подвергают обжигу. При этом нефтяной кокс представляет собой продукт из области петрохимии, который образуется при рафинировании нефти. Каменноугольный пек представляет собой побочный продукт коксования каменного угля на коксохимических заводах черной металлургии. Следовательно, такие аноды изготовлены в основном из подвергающихся повторной переработке остатков других отраслей промышленности.Therefore, according to the invention, it is provided that, when implementing the method for the manufacture of insulating materials from mineral fibers, in particular from glass wool and / or mineral wool, in the implementation of which the melting unit, in particular the cupola, is loaded with melting source material to obtain a silicate melt and fuel, the fuel, along with the primary energy carrier, for example foundry coke, contains a substituent to which the anodes used up in the electrolysis of the melt are mixed in in particular, their residues, the share of which is at least 15% of the total amount of fuel. According to yet another distinguishing feature of the invention, it is provided that up to 70% of the total amount of fuel is added to the fuel. Anodes are, in particular, residues of anodes from melt electrolysis. Anodes are made by the so-called method of preparing an electrolytic cell with calcined anodes and consist of carbon blocks, which are pressed from highly viscous calcined petroleum coke, coal tar pitch and anode residues and fired. At the same time, petroleum coke is a product from the field of petrochemistry, which is formed during the refining of oil. Coal tar pitch is a by-product of coking coal in coke plants of ferrous metallurgy. Therefore, such anodes are made mainly from recyclable residues from other industries.

Аноды изготовляют в виде блоков и используют при электролизе расплава, например, для получения алюминия. При этом на катоде, например на катодной футеровке плавильной печи, образуется алюминий. На аноде плавильной печи образуется кислород. Таким образом, анод подвергается процессу израсходования, в течение которого он окисляется до СО₂. В конце процесса израсходования остается остаток израсходованного анода, который до сих пор повторно использовался исключительно только при изготовлении соответствующих анодов. Соответствующие аноды представляют собой очень твердый углеродистый продукт, который обладает теплотворной способностью примерно 33000 кДж/кг при содержании золы в количестве максимум 4 мас.%, углерода в количестве максимум 99 мас.%, содержании натрия в количестве максимум 0,8 мас.%, содержании серы в количестве максимум 1,5 мас.%, содержании алюминия в количестве максимум 1 мас.% и содержании фтора в количестве максимум 1,8 мас.%.Anodes are made in the form of blocks and used in the electrolysis of the melt, for example, to produce aluminum. In this case, aluminum is formed on the cathode, for example on the cathode lining of the melting furnace. Oxygen is formed at the anode of the melting furnace. Thus, the anode undergoes a consumption process during which it oxidizes to CO ₂ . At the end of the consumption process, the remainder of the consumed anode remains, which until now has been reused exclusively only in the manufacture of the corresponding anodes. The corresponding anodes are a very solid carbon product that has a calorific value of approximately 33,000 kJ / kg with an ash content of at most 4 wt.%, Carbon at a maximum of 99 wt.%, Sodium content at a maximum of 0.8 wt.%, sulfur content in an amount of a maximum of 1.5 wt.%, aluminum content in an amount of a maximum of 1 wt.% and a fluorine content in an amount of a maximum of 1.8 wt.%.

В связи с их химическим составом и особо высоким содержанием углерода было неожиданно установлено, что остатки анодов можно использовать в качестве первичных энергоносителей в сочетании с обычно используемыми компонентами топлива, а именно, например, литейным коксом для изготовления изоляционных материалов из минеральных волокон, в частности, из стекловаты и/или минеральной ваты в плавильном агрегате.Due to their chemical composition and particularly high carbon content, it was unexpectedly found that the remains of the anodes can be used as primary energy carriers in combination with commonly used fuel components, namely, for example, foundry coke for the manufacture of insulating materials from mineral fibers, in particular glass wool and / or mineral wool in the smelter.

Согласно еще одному отличительному признаку изобретения предусмотрено, что аноды и соответственно остатки анода перед добавлением в топливо подвергают чистке. Производят, в частности, механический способ чистки, при осуществлении которого удаляют приставшие остатки расплава на поверхности анодов или остатки анода, так что остаток анода, содержащий по возможности высокое количество углерода добавляется в топливо в качестве заместителя доли первичного энергоносителя.According to another feature of the invention, it is provided that the anodes and, accordingly, the remains of the anode are cleaned before being added to the fuel. In particular, a mechanical cleaning method is carried out, during which adhering melt residues on the surface of the anodes or anode residues are removed, so that the remainder of the anode containing the highest possible amount of carbon is added to the fuel as a substitute for the fraction of the primary energy carrier.

Для использования анодов в вагранке, которая согласно данному изобретению рассматривается как предпочтительный плавильный агрегат, аноды в зависимости от размеров вагранки должны иметь соответствующий класс частиц, чтобы достигнуть оптимального соотношения перемешивания и горения засыпки вагранки. При этом компоненты засыпки должны образовывать рыхлую засыпку, которая имеет достаточные открытые поры, так что возникающие при горении в нижней области вагранки газы диффундируют через засыпку при высокой температуре и могут нагревать засыпку. Поэтому в стандартных вагранках оказалось целесообразным подвергать измельчению аноды перед загрузкой плавильного агрегата до класса частиц среднего размера в пределах между 50 и 200 мм.To use the anodes in a cupola, which according to this invention is considered the preferred melting unit, the anodes, depending on the size of the cupola, must have an appropriate class of particles in order to achieve the optimum mixing and combustion ratio of the cupola filling. In this case, the components of the backfill must form a loose backfill, which has sufficient open pores, so that gases arising from combustion in the lower region of the cupola diffuse through the backfill at high temperature and can heat the backfill. Therefore, in standard cupolas it turned out to be appropriate to grind the anodes before loading the melting unit to a class of medium-sized particles in the range between 50 and 200 mm.

Согласно еще одному отличительному признаку изобретения предусмотрено, чтобы исходный материал и топливо, включая заместитель, образовывали засыпку для плавильного агрегата, которая содержит до 30% топлива, включая заместители, и остаток, расплавляемый исходный материал. В соответствии с этим расплавляемый исходный материал включает до 70% засыпки.According to another feature of the invention, it is provided that the starting material and fuel, including the substituent, form a backfill for the melting unit, which contains up to 30% of the fuel, including substituents, and the residue, the molten starting material. In accordance with this, the molten starting material includes up to 70% of the backfill.

Согласно еще одному отличительному признаку изобретения исходный материал включает до 50% природной породы, в частности диабаза и/или базальта, и остаток - искусственные формованные камни, при этом формованные камни состоят, в частности, на 70% из вторично используемых минеральных волокон из производственного процесса и остатка из обратно используемых изоляционных материалов из минеральных волокон.According to another characteristic feature of the invention, the starting material comprises up to 50% of natural rock, in particular diabase and / or basalt, and the remainder is artificial molded stones, the molded stones, in particular, composed of 70% of recycled mineral fibers from the production process and the remainder of the back-used mineral fiber insulating materials.

Вторично используемый минеральный материал из производственного процесса состоит, например, из отрезков или некачественных продуктов, которые отбраковывают из производственного процесса. Формованные камни прессуют из мелкозернистого материала и необходимых для формованных камней твердых материалов вместо с используемой в качестве опорной фракции горной породой с латентными гидравлическими веществами и получают, таким образом, крупные камни. В качестве латентных гидравлических веществ можно использовать, например, портландцемент или другое вяжущее, обладающее подобным эффектом, в то время как в качестве опорной фракции используют, например, мелкий щебень горной породы.Recycled mineral material from the manufacturing process consists, for example, of cuts or substandard products that are discarded from the manufacturing process. The molded stones are pressed from fine-grained material and solid materials necessary for the molded stones instead of rock with latent hydraulic substances used as a support fraction, and thus large stones are obtained. As latent hydraulic substances, for example, Portland cement or another binder having a similar effect can be used, while, for example, small crushed stone of rock is used as a support fraction.

В плавильном агрегате, в частности в вагранке, подготовленная таким образом засыпка располагается в виде столба, при этом засыпка содержит сырье, а именно способный расплавляться исходный материал и топливо в виде первичного энергоносителя и заместителя. В засыпку подают по принципу противотока необходимый для горения воздух, так что первичный энергоноситель вверху пода шахты плавильного агрегата сгорает. В области подачи необходимого для горения воздуха атмосфера в плавильном агрегате достигает температуры, которая достаточна для расплавления способного расплавляться исходного материала. Способный расплавляться исходный материал выпускается в виде расплава через отверстие и подается в устройство для измельчения на нити, которое содержит, как правило, несколько приводимых во вращательное движение дисков, на наружную боковую поверхность которых поступает расплав, и под действием вращательного движения он разделяется на отдельные минеральные волокна, которые впоследствии подвергаются воздействию вяжущего или пропиточного материала и укладываются на сборную ленту.In the melting unit, in particular in the cupola, the thus prepared backfill is arranged in the form of a column, and the backfill contains raw materials, namely, the starting material and fuel capable of melting in the form of a primary energy carrier and a substitute. The air necessary for combustion is supplied to the backfill according to the countercurrent principle, so that the primary energy carrier at the top of the hearth of the smelting unit burns down. In the area of supply of the air necessary for combustion, the atmosphere in the melting unit reaches a temperature that is sufficient to melt the melting source material. The melting source material is discharged in the form of a melt through an opening and fed to a thread grinding device, which typically contains several rotatable disks, on which the melt enters the outer side surface, and is divided into separate mineral fibers that are subsequently exposed to a binder or impregnating material and are laid on a collection tape.

При производстве алюминия окись алюминия с использованием флюсующей добавки, например криолита (Nа₃АlF₆), расплавляется в электролитической ванне и восстанавливается до металлического алюминия. Для этого используют электролизные ванны, которые состоят из стальной, футерованной огнеупорными кирпичами ванны, например шамотными кирпичами и/или кирпичами из окиси алюминия. На этом керамическом слое располагают слой электрических проводящих углеродных или графитовых кирпичей и/или масс, которые образуют катодную часть.In the production of aluminum, aluminum oxide using a fluxing agent, such as cryolite (Na ₃ AlF ₆ ), is melted in an electrolytic bath and reduced to metallic aluminum. For this, electrolysis baths are used, which consist of a steel bath lined with refractory bricks, for example fireclay bricks and / or alumina bricks. A layer of electrical conductive carbon or graphite bricks and / or masses that form the cathode portion is arranged on this ceramic layer.

Катодная футеровка электролизных ванн подвергается расходованию таким же образом, как описанные выше и используемые согласно данному изобретению аноды, в результате чего в среднем через каждые 5 лет необходимо производить проверку. При этом осмотре необходимо выводить из строя электролитическую ванну и обновлять катодную футеровку. Отработанная футеровка состоит из смеси, которая содержит наполовину графит и наполовину огнеупорный кирпич. Полное разделение при разборке произвести невозможно, однако при этом можно произвести технически целесообразную сортировку.The cathode lining of electrolysis baths is consumed in the same manner as the anodes described above and used according to the invention, as a result of which, on average, every 5 years it is necessary to check. With this inspection, it is necessary to disable the electrolytic bath and update the cathode lining. The spent lining consists of a mixture that contains half graphite and half refractory brick. Full separation during disassembly is not possible, but technically feasible sorting can be done.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, чтобы в топливо наряду с анодами в качестве других заместителей добавлялись содержащие большое количество углеродов отходы, в частности бывшая в использовании катодная футеровка плавильных агрегатов для производства алюминия. В частности, предусмотрено, чтобы количество различных заместителей в зависимости от количества или содержания углерода были идентичными для различных заместителей. В соответствии с этим в топливо добавляют, по меньшей мере, два заместителя в соответствующем количестве или в зависимости от содержания в них углерода в различных количествах. По этой причине при таком способе действия требуется сначала определить содержание углерода в заместителе и затем рассчитать количественное соотношение, так что добавляемые заместители имеют определенное содержание углерода. При этом производят смешивание большего количества заместителя с меньшим содержанием углерода с меньшим количеством заместителя с большим содержанием углерода. При этом целесообразным оказалось, что использованную катодную футеровку электролитической ванны в сочетании с анодами в качестве первичного энергоносителя можно с высокой степенью экономичности использовать при изготовлении минеральной ваты.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that, along with anodes, waste containing a large amount of carbon, in particular used cathode lining of melting units for aluminum production, is added to the fuel along with anodes. In particular, it is contemplated that the number of different substituents, depending on the amount or carbon content, be identical for the various substituents. Accordingly, at least two substituents are added to the fuel in an appropriate amount or depending on their carbon content in various amounts. For this reason, with this method of action, it is first necessary to determine the carbon content in the substituent and then calculate the quantitative ratio, so that the added substituents have a specific carbon content. In this case, a larger amount of a substituent with a lower carbon content is mixed with a lower amount of a substituent with a higher carbon content. At the same time, it turned out to be expedient that the used cathode lining of the electrolytic bath in combination with anodes as the primary energy carrier can be used with a high degree of economy in the manufacture of mineral wool.

Обычно богатая на содержание углерода фракция катодной футеровки, которая используется согласно данному изобретению, содержит 40-60 мас.% углерода, а также 4-12 мас.% SiO₂, 26-56 мас.% Аl₂О₃, 6-14 мас.% FeO/Fe₂O₃, 21-41 мас.% Na₂O и 1,8-3,6 мас.% SO₃.Typically, the carbon-rich fraction of the cathode lining that is used according to this invention contains 40-60 wt.% Carbon, as well as 4-12 wt.% SiO ₂ , 26-56 wt.% Al ₂ O ₃ , 6-14 wt. % FeO / Fe ₂ O ₃ , 21-41 wt.% Na ₂ O and 1.8-3.6 wt.% SO ₃ .

При использовании катодной футеровки в сочетании с анодами в качестве части первичного энергоносителя содержащиеся в футеровке цианистые соединения во время процесса плавления разрушаются и превращаются в менее вредные, по крайней мере, нетоксичные соединения азота. Следовательно, образующиеся при этом остатки можно значительно более простым образом и тем самым при более низких затратах устранить без нанесения вредного воздействия на окружающую среду, отправлять на свалку или хранилище.When using a cathode lining in combination with anodes as part of the primary energy carrier, the cyanide compounds contained in the lining are destroyed during the melting process and turn into less harmful, at least non-toxic nitrogen compounds. Consequently, the residues formed in this way can be eliminated in a much simpler way and thereby, at lower costs, be eliminated without harmful environmental impact, sent to a landfill or storage.

Другие отличительные признаки способа согласно данному изобретению и расплава согласно данному изобретению вытекают из зависимых пунктов формулы изобретения и следующего ниже описания соответствующего чертежа, на которой схематически показана засыпка в вагранке. Далее другие отличительные признаки вытекают из следующего ниже описания примера осуществления изобретения.Other distinctive features of the method according to this invention and the melt according to this invention arise from the dependent claims and the following description of the corresponding drawing, which schematically shows the filling in a cupola. Further, other distinguishing features follow from the following description of an example embodiment of the invention.

На чертеже схематически изображена вагранка 1, в которой размещена засыпка 2 для приготовления минерального расплава 3, который загружается в устройство для изготовления минеральных волокон (не показано), при этом минеральные волокна для получения нетканого ваточного холста из минеральных волокон укладываются на сборную ленту.The drawing schematically depicts a cupola 1, in which there is a filling 2 for the preparation of mineral melt 3, which is loaded into a device for the manufacture of mineral fibers (not shown), while the mineral fibers for receiving a non-woven fleece canvas from mineral fibers are laid on a collection tape.

Вагранка 1 состоит из цилиндрического корпуса с подом 5 и боковой стенки 6, которая в нижней области, а именно повернутой к поду 5 области, имеет выпускное отверстие 7, через которое расплав 3 выпускается из вагранки 1. Над выпускным отверстием 7 расположен кольцевой воздухопровод 8, который снабжен распределенными на равных расстояниях по периметру боковой стены 6 входными соплами, через которые первичный воздух нагнетается в вагранку 1.The cupola 1 consists of a cylindrical body with a hearth 5 and a side wall 6, which has an outlet 7 in the lower region, namely the region turned towards the hearth 5, through which the melt 3 is discharged from the cupola 1. An annular air duct 8 is located above the outlet 7, which is equipped with inlet nozzles distributed at equal distances along the perimeter of the side wall 6, through which primary air is pumped into the cupola 1.

Засыпка 2 состоит из топлива, которое содержит первичный энергоноситель в виде литейного кокса 10 и заместителя 11, состоящего из анода электролиза расплава.Backfill 2 consists of fuel, which contains the primary energy source in the form of foundry coke 10 and substitute 11, consisting of an anode of electrolysis of the melt.

Топливо содержит 70 мас.% литейного кокса и 10-30 мас.% заместителя 11. Наряду с топливом составной частью засыпки является расплавляемый исходный материал 12. Расплавляемый исходный материал 12 состоит на 40 мас.% их природной породы, а именно диабаза и базальта, и на 60 мас.% из искусственных формованных камней, которые, в свою очередь, на 60 мас.% состоят из повторно используемого материала, образованного из производственного процесса, и на 40 мас.% из бывшего в употреблении изоляционного материала из минеральных волокон. Кроме того, эти формованные камни содержат скрытые гидравлические материалы, а именно портландцемент и крошку горной породы в качестве несущей фракции, при этом эти составные части позволяют осуществлять и облегчают процесс прессования искусственных формованных камней.The fuel contains 70 wt.% Foundry coke and 10-30 wt.% Of the substitute 11. Along with the fuel, the constituent of the backfill is the molten starting material 12. The molten starting material 12 consists of 40 wt.% Of their natural rock, namely diabase and basalt, and 60% by weight of artificial molded stones, which in turn are 60% by weight of recycled material formed from the manufacturing process, and 40% by weight of used mineral fiber insulating material. In addition, these molded stones contain hidden hydraulic materials, namely Portland cement and rock crumb as a carrier fraction, while these components allow and facilitate the process of pressing artificial molded stones.

В вагранке 1 в нижней части над подом 5 имеется копильник 13 из коксовой постели 14, при этом коксовая постель 14 включает копильник 13 и область пода со слоем 15 из восстановленного железа. Копильник 13 - это область в вагранке, в которой минеральный расплав 3 находится вместе с горючим. Над копильником 13 в области кольцевого воздухопровода 8 расположена часть коксовой постели 14, в которой находится только исключительно топливо, которое в этом участке сгорает и устанавливает необходимую для плавления исходного материала 12 температуру плавления. Сверху коксовой постели расположена зона плавления 16, в которой плавится расплавляемый исходный материал 12, стекающий после этого в копильник и при достижении определенного, зависимого от выпускного отверстия 7 уровня, вытекает через выпускное отверстие 7.In the cupola 1 in the lower part above the hearth 5 there is a piggy bank 13 from a coke bed 14, while the coke bed 14 includes a piggy bank 13 and a hearth region with a layer 15 of reduced iron. Piggy bank 13 is the area in the cupola in which the mineral melt 3 is located together with the fuel. Above the piggy bank 13, in the region of the annular air duct 8, there is a part of the coke bed 14, in which there is only fuel, which burns in this section and sets the melting temperature necessary for melting the starting material 12. On top of the coke bed there is a melting zone 16, in which the melted source material 12 melts, then flows down into the piggy bank and, upon reaching a certain level dependent on the outlet 7, flows out through the outlet 7.

Засыпка 2 в соответствии со стрелкой 17 поступает в корпус 4 вагранки 1, при этом компоненты засыпки 2 загружаются попеременно, как правило, по предварительно установленной схеме. Однако можно также предусмотреть, чтобы компоненты засыпки 2, а именно исходный материал 12 и топливо, состоящее из литейного кокса 10 и заместителя 11, перед загрузкой в вагранку 1 перемешивались.The filling 2 in accordance with the arrow 17 enters the housing 4 of the cupola 1, while the components of the filling 2 are loaded alternately, as a rule, according to a pre-installed scheme. However, it can also be envisaged that the components of the backfill 2, namely the starting material 12 and the fuel consisting of foundry coke 10 and the substitute 11, are mixed before being loaded into the cupola 1.

Образующиеся при сгорании топлива дымовые газы отводятся в верхней части вагранки 1 по стрелке 18 и при необходимости используются для нагрева вагранки.The flue gases generated during fuel combustion are discharged in the upper part of the cupola 1 in the direction of arrow 18 and, if necessary, are used to heat the cupola.

Claims

1. A method of manufacturing insulating materials from mineral fibers, in particular from glass wool and / or mineral wool, in the implementation of which the melting unit, in particular a cupola, is filled with a melting source material for the preparation of silicate melt and fuel, while the fuel contains a primary energy source, in particular foundry coke and a substituent obtained from the starting material, the melt is fed into a fiber separation device, in which the melt is mainly separated into microscopic particles windows that are laid in the form of a cotton canvas on a conveying device, characterized in that the anodes used up in the electrolysis of the melt in the amount of 15 to 70% of the total amount of fuel, consisting of carbon blocks pressed from highly viscous, are added to the fuel as a substitute calcined petroleum coke, coal tar pitch and anode residues, the carbon blocks containing, wt.%: carbon up to 99%, ash up to 4%, sodium up to 0.8%, aluminum up to 1% and fluorine up to 1.8%.

2. The method according to claim 1, characterized in that the anodes are cleaned before addition.

3. The method according to claim 2, characterized in that the cleaning is carried out mechanically.

4. The method according to claim 1, characterized in that the anodes are crushed to an average particle size fraction between 50 and 200 mm before being loaded into the melting unit.

5. The method according to claim 1, characterized in that the starting material and fuel, including the substitute, form a backfill for the melting unit, which includes up to 30% of the fuel together with the substituent, and the rest consists of a melt source material.

6. The method according to claim 1, characterized in that the source material comprises up to 50% of the rock, in particular diabase and / or basalt, and the remainder is artificial molded stones, while the molded stones consist of up to 70% of recyclable fibrous material from production process, and the remainder is waste insulating materials from mineral fibers.

7. The method according to claim 6, characterized in that the molded stones are pressed in the form of large bodies of fine-grained material with an average particle size distribution of 0.2-3 mm, from at least one binder and from a rock provided as a carrier fraction, at the same time, hidden hydraulic materials are used as a binder.

8. The method according to claim 1, characterized in that, in addition to the anodes, fuel-rich waste, in particular spent cathode lining of melting units for aluminum production, is added to the fuel as additional substituents.

9. The method according to claim 8, characterized in that the proportions of various substituents, depending on the amount or content of carbon, are equal to individual fractions of various substituents.

10. Filling for the melting unit, in particular for cupola, for the preparation of mineral melt, which is fed to a separation device for producing mineral fibers, in particular mineral wool or glass wool fibers, while the mineral fibers for laying a cotton canvas from mineral fibers are laid on prefabricated tape, consisting of a melted source material and fuel, which consists of a primary energy carrier, in particular of foundry coke, and a substituent, characterized in that the substitute consists of the anodes used for electrolysis of the melt, the proportion of which in the fuel is from 15 to 70% of the total amount of fuel, consisting of carbon blocks pressed from highly viscous calcined petroleum coke, coal tar pitch and the remains of the anodes, and the carbon blocks contain, wt.%: carbon up to 99%, ash up to 4%, sodium up to 0.8%, aluminum up to 1% and fluorine up to 1.8%.

11. The filling according to claim 10, characterized in that the anodes have an average particle size distribution of 50-200 mm

12. The filling according to claim 10, characterized in that it contains up to 30% of the fuel, including the substituent and the remainder of the molten starting material.

13. The filling according to claim 10, characterized in that the source material contains up to 50% of the rock, in particular diabase and / or basalt, and the remainder is artificial stones, while the molded stones consist of up to 70% recyclable fibrous material from industrial process, and the remainder is waste insulating materials from mineral fibers.

14. The filling according to claim 13, characterized in that the molded stones are large bodies, which are pressed from fine-grained material, in particular from grains of average particle size distribution of 0.2-3 mm, from at least one binder and serving as reference fraction of the rock, while hidden hydraulic substances are used as a binder material.

15. The filling according to claim 10, characterized in that the fuel, along with the anodes, includes, as additional substituents, carbon-rich waste, in particular spent cathode lining of melting units, for the production of aluminum.

16. The filling according to claim 10, characterized in that the proportions of various substituents are the same depending on the amount or carbon content in individual parts of various substituents in the fuel.