專利名稱:為形成纖維的熔化物料方法及裝置的改進(jìn)的制作方法
本發(fā)明涉及可拉伸成絲物料的熔化,以便工業(yè)生產(chǎn)巖石纖維,這樣的物料有玄武巖玻璃、高爐爐渣及類似物料。
已知的方法是將處于熔化狀態(tài)待形成纖維的物料,在三個(gè)或四個(gè)離心輪的周緣上傳遞,這幾個(gè)離心輪安排得相互很近,物料澆注到第一個(gè)輪上,它將物料加速并送往下一個(gè)輪上。每個(gè)輪都將熔化物的一部分轉(zhuǎn)化為纖維,而將多余的送往下一個(gè)輪上。
用來(lái)將高熔點(diǎn)物料制成巖石纖維的這類技術(shù)一般稱之為自由離心。這類技術(shù)已經(jīng)形成大量改進(jìn)的研究課題,其目的特別針對(duì)提高纖維的產(chǎn)額。業(yè)已證明對(duì)輪子直徑和輪子的轉(zhuǎn)速兩項(xiàng)加以優(yōu)化,可以降低未轉(zhuǎn)化成纖維的產(chǎn)品的百分比。同樣,輪子表面的質(zhì)量也影響對(duì)纖維的拉伸,這取決于它是否有助于熔化物的粘附。其他改進(jìn)是涉及環(huán)繞離心輪的氣體循環(huán)問(wèn)題。
此外,法國(guó)專利文件FR 84/16547提出控制將熔化物從熔化爐傳遞到第一個(gè)離心輪的條件。為此,在熔化的途徑中引入一定的儲(chǔ)備物,以保證此種物料在溫度和組分上均勻。此外,建立這種儲(chǔ)備物保證了從熔化爐產(chǎn)生的熔化物均勻流動(dòng)。
事實(shí)上,物料通常在鑄造中使用的“沖天”爐中熔化。沖天爐上部依次交替裝有燃料層(通常是焦炭)和準(zhǔn)備制成纖維的物料層。燃燒區(qū)位于沖天爐較低部位,在風(fēng)口附近,從風(fēng)口吹入助燃?xì)怏w,通常是空氣,如果需要,則吹入富氧空氣。燃燒產(chǎn)生的高溫使待制纖維的物料熔化,然后由稍低于風(fēng)口高度的排放孔中排出。最后,從包在礦渣中的結(jié)核產(chǎn)生的或從加料剩余物中的氧化鐵還原產(chǎn)生的熔化鐵渣,聚集在沖天爐底部。盡管更重一些的熔化鐵會(huì)自然地從待制纖維的熔化體中分離出來(lái),排放口的位置還是必須盡可能高一些,以避免少量熔化鐵并流排出,這會(huì)造成離心輪的很快磨損。
鑒于其熔化產(chǎn)物的流量很高,且熔化的能耗費(fèi)用較低,因而這類熔化爐具有顯著優(yōu)點(diǎn)。但這類沖天爐產(chǎn)生的熔化物流非常不均勻,正如法國(guó)專利申請(qǐng)F(tuán)R 84/16547中所強(qiáng)調(diào)的那樣。
流動(dòng)的不均勻性是由許多原因造成的。在穩(wěn)定狀態(tài)下,助燃?xì)饧八尤剂鲜聦?shí)上大體是常量;但總是不時(shí)地發(fā)生裝料特別是焦炭的塌陷,這將造成在熔化的物流中夾帶有未燃燒的焦炭粉粒。這些焦炭粉粒對(duì)工廠特別有害,因?yàn)樗鼈冊(cè)黾恿宋慈刍a(chǎn)物的量,尤其是與焦炭夾帶同時(shí)生產(chǎn)的纖維必須除去,因?yàn)橛猩煽扇夹援a(chǎn)物的危險(xiǎn)。
此外,正如前面指出的,為了減少熔化鐵的夾帶,待制備纖維的物料排放孔需要設(shè)置在相對(duì)較高的位置上,換言之,需設(shè)置在燃燒區(qū)及助燃?xì)怏w送風(fēng)口附近。這樣,待制備纖維的物料排放孔就位于強(qiáng)湍流發(fā)生區(qū),因而使大量氣體甚至固體物質(zhì)均向離心輪的方向排出。
本發(fā)明的目的是提出一種改進(jìn)的加料方法,用在沖天型熔化爐上,使它能夠產(chǎn)生更加正常穩(wěn)定的物流,這類物料像玄武巖玻璃、高爐爐渣或其它產(chǎn)品,均能進(jìn)行拉伸,可用來(lái)生產(chǎn)通常所說(shuō)的巖石纖維。
根據(jù)本發(fā)明及權(quán)利要求
1所述的特征,向沖天爐送入助燃?xì)怏w是以非均勻的方式進(jìn)行的,以便在相應(yīng)于排放孔所在高度的沖天爐截面內(nèi)形成氣體循環(huán)速度梯度,同時(shí)在排放口附近有最低的循環(huán)速度。
意想不到的是,建立了這種類型的氣體循環(huán)速度梯度,使得送入沖天爐的空氣量增加了,而這對(duì)產(chǎn)熱是有利的。由于在排放孔附近氣體以低速運(yùn)動(dòng),因而與熔化物一起逸出的可能性大大降低了。
這種氣體循環(huán)速度梯度最好是這樣的在流出口測(cè)得的相對(duì)于大氣壓的總壓力,應(yīng)保持在低于頭一風(fēng)口,亦即與流出口最接近的那個(gè)風(fēng)口處壓力的60%。
在獲得吹入空氣量的這種增加時(shí),最好不增加在風(fēng)口處沖天爐截面的標(biāo)定流量。這可以用具有固定截面積的圓柱形箱體構(gòu)成的沖天爐來(lái)實(shí)現(xiàn)。盡管相對(duì)于風(fēng)口處沖天爐截面有高的正常流速,在理論上可促進(jìn)焦炭燃燒,但事實(shí)上,根據(jù)本發(fā)明有一點(diǎn)是可以很明顯看出的,那就是使熔化物料的排出也變得很強(qiáng)烈,因面補(bǔ)償了這一優(yōu)點(diǎn)。況且,在沖天爐空氣吹風(fēng)口區(qū)域有一大的截面,建立氣體循環(huán)速度梯度就更加容易。
為了建立氣體循環(huán)速度梯度,例如可以應(yīng)用裝有一系列空氣吹風(fēng)口的沖天爐,這些風(fēng)口均勻分布在整個(gè)圓周上,并且根據(jù)它們距排放孔的遠(yuǎn)近不同,向這些風(fēng)口供以不同流速的空氣,例如,位于排放孔兩側(cè)的風(fēng)口實(shí)際上是零流速。
根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn),用對(duì)排放孔周圍加以保護(hù)的辦法使熔化體流動(dòng)更加均勻。顯然,排放孔構(gòu)成液體水平面的上限,或更確切地說(shuō)構(gòu)成氣體自由循環(huán)水平面的下限。為了減少溶于液體中氣體的比例,以及避免未氧化的焦炭顆粒或仍處于固態(tài)的生料的夾帶流向排放孔,按照本發(fā)明,建議在沖天爐底部填充焦炭,直到排放孔的高度。由于位于燃燒區(qū)下面,處在缺氧區(qū),這些焦炭裝料對(duì)產(chǎn)熱不會(huì)做出直接貢獻(xiàn)。相反,它的作用象一個(gè)過(guò)濾器。在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)未建立之前,它還起著支撐生料和/或焦炭的起始裝料的作用。
這種起始焦炭裝料最好由大塊焦炭組成,將其放入沖天爐底部,在這之前爐底已被整體襯料保護(hù)起來(lái)。
這種用焦炭塊構(gòu)成的過(guò)濾器的存在,再結(jié)合建立起的氣體循環(huán)速度梯度(該氣體循環(huán)速度梯度保證在排放孔附近區(qū)域是低循環(huán)速度),就能提供組分一致,流動(dòng)非常均勻的熔化物流,因而導(dǎo)致形成纖維操作產(chǎn)額的提高。
由于石料熔化是相當(dāng)慢的,必須注意在熔化區(qū)助燃?xì)怏w和燃燒氣體能夠極容易地循環(huán),首先,能向高煙囪方向逸走。因此,加料不得過(guò)緊,因?yàn)椴蝗痪蜁?huì)在熔化區(qū)產(chǎn)生過(guò)壓,而這種過(guò)壓會(huì)導(dǎo)致排放區(qū)湍動(dòng)的增加。為此,生料最好擠壓成型后再加料,例如擠壓成圓柱形,方塊形或呈團(tuán)塊狀。這種類型的加料予處理方法是眾所周知的,例如美國(guó)專利2020403給出的方法。它提供了附加的優(yōu)點(diǎn),能夠回收未熔化的物料和纖維廢品,并能調(diào)整生料的組分。
本發(fā)明的其他一些優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn),可從下面敘述的對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施,以及參考所附的單頁(yè)圖明顯地看出,該圖給出根據(jù)本發(fā)明的沖天爐操作圖解。
對(duì)玄武巖玻璃、金屬-魯其高爐爐渣或其它一些高熔點(diǎn)產(chǎn)品而言,熔化爐應(yīng)在低的能耗和無(wú)需經(jīng)常中斷生產(chǎn)的條件下快速加熱爐料。熔化方法一向面應(yīng)該考慮有低的原料購(gòu)價(jià)-事實(shí)上其中包括例如便于回收煉鋼的廢品,另一方面,應(yīng)該考慮應(yīng)用自由離心方法生產(chǎn)纖維所能獲得的纖維平均產(chǎn)額。為了能以工業(yè)規(guī)模推廣應(yīng)用,一個(gè)提高了熔化能力的方法,還必須是簡(jiǎn)單的和容易實(shí)現(xiàn)的。
將石料或渣料升溫至其熔化溫度所需的熱量由焦炭燃燒來(lái)提供,生料及焦炭的加料是交替著一層層加入的,或者如果需要的話,用生料與燃料的混合物進(jìn)行同時(shí)加料。眾所周知,焦炭的燃燒通常是在沖天爐較低部位進(jìn)行的,更確切講,是在風(fēng)口與其上500至800毫米的一段中進(jìn)行的。這種燃燒是按照反應(yīng)式C+O2=CO2,來(lái)消耗風(fēng)口送入空氣中的氧的,釋出的熱氣體將其熱量傳遞給位于其上面的物料,使其熔化。
直到約900℃,加料中的一部分碳與二氧化碳發(fā)生吸熱反應(yīng)而消耗掉,生成了一氧化碳。
在這個(gè)階段開(kāi)始時(shí)若打算增加爐體物料通過(guò)量,必須增加通入的空氣量,以增加焦炭轉(zhuǎn)化為二氧化碳的速率,并加熱,隨之使通過(guò)的物料由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)?,F(xiàn)在,我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn),對(duì)于一個(gè)給定的沖天爐,這種增長(zhǎng)是有限的,我們認(rèn)為這是由于在爐體低部位的湍動(dòng)效應(yīng)造成的在某種過(guò)度湍動(dòng)條件下,焦炭的燃燒快于爐料的熔化,其結(jié)果是燃燒區(qū)內(nèi)的焦炭量仍然太低。在低部位不再被消耗的氧剩余下來(lái),可供與處在較上區(qū)域或較上一層的焦炭反應(yīng),而這就引起燃燒區(qū)不可逆轉(zhuǎn)地向上移動(dòng),并且由于從底部柱狀物料的堵塞,而中止了熔化爐的操作。
為避免這種狀況,做了增加裝料中焦炭含量的基本嘗試,但主要結(jié)果是這些多余的焦炭轉(zhuǎn)化成一氧化碳,而最大流速并沒(méi)有明顯增加。
較好的解決辦法是將風(fēng)口空氣加熱至400到600℃。這樣爐體的流速限制擴(kuò)大了,因?yàn)樵谙嗤M分下,為產(chǎn)生熔化所需的焦炭量,以及其所需空氣量都更少了。
從另一方面看,由于可拉伸物料的排放孔必須位于足夠高的位置,以有利于夾雜在熔化物料中的熔化鐵能很好地實(shí)現(xiàn)相分離,它的位置非??拷紵爸?xì)怏w吹入?yún)^(qū)。氣體流速的增加就相應(yīng)地增加了排放孔處的湍動(dòng),于是流動(dòng)就不均勻,進(jìn)而,未熔化物質(zhì)以及熔化鐵就易于被夾帶流向離心輪上,從而引起它們快速的磨損。
為補(bǔ)救這一點(diǎn),如所附單頁(yè)圖的圖解所示,本發(fā)明建議以非均勻的方式向沖天爐加入空氣,其目的是在吹入風(fēng)口的水平面,產(chǎn)生一個(gè)氣體循環(huán)速度梯度,且其最低循環(huán)速度剛好在排放孔附近。以這種方式,沖天爐可以在較高的平均氣體循環(huán)速度下和較高的流速下運(yùn)行,而不會(huì)增加排放孔附近的湍動(dòng)。這樣,在運(yùn)行中沖天爐就只有一個(gè)對(duì)稱平面,即通過(guò)排放孔的縱向平面如圖1。
沖天爐不同區(qū)的配置情況在這個(gè)圖中示意性給出了。
沖天爐支撐著煙囪1,該煙囪安裝有氣體凈化裝置(未在圖中給出),沖天爐裝有加料裝置2,用環(huán)帶3來(lái)加料。沖天爐外壁4做成有夾套,用于水冷系統(tǒng)。它的底5最好是可拆卸式的,采用防漏措施,用螺栓緊固在壁上,此外,用整體襯料6將爐底仔細(xì)地保護(hù)起來(lái)。通過(guò)風(fēng)口7供應(yīng)助燃?xì)怏w。這些風(fēng)口的數(shù)量最好是十二個(gè),成對(duì)安裝,均勻分布每隔60°安裝一對(duì)。排放孔8位于兩個(gè)風(fēng)口之間,略低于它們。從中流出的熔化物流,最好按法國(guó)專利申請(qǐng)F(tuán)R 84/16547講解的用坩鍋接受。然后物料借導(dǎo)向槽流向第一個(gè)離心輪(稱做分配輪),以生產(chǎn)纖維。
熔化產(chǎn)物聚集上升至排放孔8的位置。必須避免在這個(gè)位置以下溶解氣體的過(guò)量,因?yàn)樗鼈儠?huì)加大流動(dòng)的不規(guī)則性。在使用的原料其組分含有相當(dāng)多的氧化鐵時(shí)(通常就是這樣,特別是玄武巖石時(shí)),排放孔8無(wú)論如何都不能位于沖天爐的底部。事實(shí)上,熔化鐵除了損傷纖維外,還導(dǎo)致離心輪的快速磨損;因此需要在沖天爐底部借重力將其分離,并需定期將其除去,方法是通過(guò)爐底5和整體襯料6,沿流槽通過(guò)18將其排放。這樣,就能使兩種液體,熔化鐵和熔化石料的液面很好地保持分開(kāi)了。
還要強(qiáng)調(diào)指出,與傳統(tǒng)的熔化爐不同,按照本發(fā)明的沖天爐最好實(shí)質(zhì)上是均勻的圓柱形橫截面,從而能以非常高的流速供以助燃?xì)怏w,同時(shí)其相對(duì)于橫截面的循環(huán)速度與底部直徑縮小的沖天爐相比是較低的。這種具有低氣體循環(huán)速度的沖天爐,可允許非常高的熔化物流速。
固體加料則以例如交替的燃料層(9,10,11)和待熔物料層(12,13,14)的形式進(jìn)行。
相當(dāng)大直徑的團(tuán)塊狀的及粒度大于150毫米的焦炭特別適于做燃料。取決于所需產(chǎn)品的類型或地區(qū)的可資利用性,待熔化的物料為高爐爐渣,玄武巖石或別的材料。按照美國(guó)專利2020403講解的,一部分待熔化物料最好以壓坯形式進(jìn)行加料,這類壓坯例如是圓柱形的或平行六面體的,是用擠壓濕物料生產(chǎn)的。纖維生產(chǎn)的廢物,象未轉(zhuǎn)化為纖維的物料、水洗過(guò)濾器濾出的物料及鍋爐垢都可用粘土聚成團(tuán)料并再循環(huán)使用。實(shí)踐中大約15%的待熔化加料是再循環(huán)產(chǎn)物。這種熔料的預(yù)處理,使得有可能調(diào)整物料的組分,特別是添加粘土或鋁礬土可使其富含礬土,這就能夠改進(jìn)纖維的質(zhì)量。此外,在使用壓坯時(shí),也使待熔化物料的貯存與加料變得更容易了。
然而,采用壓坯的主要優(yōu)點(diǎn)在熔化時(shí)才顯現(xiàn)出來(lái)。事實(shí)上,當(dāng)把壓坯投入沖天爐時(shí),它們自身的分布是雜亂的,具有低填充系數(shù),例如大約有80%的可利用空間。實(shí)際上這使得氣體能在壓坯間自由循環(huán),并防止形成局部的過(guò)壓。為此,焦炭最好為60/100型的,這也可保證有低的填充系數(shù),但圖中示意性表示的情況正好相反,圖中是為了清楚地區(qū)分焦炭與待熔物料的裝料情況。
9至14的裝料在整個(gè)爐子運(yùn)行期間都在更新著,運(yùn)行期約為2至3個(gè)月。為啟動(dòng)爐子,爐料被初始填加的焦炭支撐著,這些焦炭至少占沖天爐整個(gè)下半部分。在特別情況下,虛線15表示初始焦炭加料達(dá)到的高度。
在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下,這些初始加料只保留在熔化拋物線16外邊的死區(qū),在死區(qū)中是不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的。按照本發(fā)明,正如圖所示,拋物線16的回轉(zhuǎn)軸與爐子對(duì)稱軸不重合,而是偏移和剛好遠(yuǎn)離排放孔8。得到這個(gè)結(jié)果要靠調(diào)整風(fēng)口7的空氣供應(yīng),使得在排放孔8處測(cè)得的總壓相對(duì)于大氣壓力而言永遠(yuǎn)低于3000帕,最好低于2900帕,同時(shí)吹入空氣量可達(dá)到6200標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí),這時(shí)風(fēng)口7附近的總壓力為4900帕。這樣就建立了具有湍動(dòng)區(qū)17的非常高的氣體循環(huán)速度梯度,而此湍動(dòng)區(qū)又遠(yuǎn)離排放孔。這就直接使流過(guò)排放孔的熔化物流在流速上的不規(guī)則性大大降低。這樣,對(duì)于熔化石料的流速為8噸/小時(shí)而言,在對(duì)稱方式供應(yīng)空氣情況下測(cè)得的流速標(biāo)準(zhǔn)偏差為10%。而另一方面,當(dāng)風(fēng)口供氣按本發(fā)明進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí),標(biāo)準(zhǔn)偏差下降到僅為6%。這可以用非常簡(jiǎn)單的方法來(lái)產(chǎn)生,只要不再給靠近排放孔的四個(gè)風(fēng)口供氣,同時(shí)保持相同的吹入空氣的流速就行了。當(dāng)然,最好十二個(gè)風(fēng)口都保持供氣,但每個(gè)風(fēng)口的吹入氣體的流速都按該風(fēng)口相對(duì)排氣孔的位置的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行調(diào)節(jié)。為此,每個(gè)風(fēng)口都有自己?jiǎn)为?dú)的泵供氣。以這種方式,就有可能在嚴(yán)格控制的條件下保持拋物線16的位置,并在運(yùn)行中加以調(diào)整。類似地,有可能使排出量達(dá)到高于10噸/小時(shí),而同時(shí)使流速的不規(guī)則性仍是可以接受的,如低于10%。
只有當(dāng)燃料氣體能很好地除去,因而加料是如上面指出的那樣,以壓坯型式裝入的,這種類型的排出才可以想象。
此外,采用初始焦炭加料做為一種起過(guò)濾作用的加料,在這時(shí)就特別有利。
根據(jù)本發(fā)明,由于熔化拋物線16是偏心的,排放孔8位于非常大的死區(qū)內(nèi),在這個(gè)區(qū)內(nèi)初始加料的焦炭是永遠(yuǎn)不被氧化的。在這個(gè)初始加料的下部就可以由非常大塊的焦炭19來(lái)構(gòu)成,它們是次等的燃料,在這種情況下并不重要,但它們的安放必須十分小心,以提供一個(gè)較高的且具有良好分布的空隙率。這些塊狀物19形成了多層的阻擋物,它迫使熔化體變得均勻,并靠重力將其中的熔化鐵分離出來(lái),而遠(yuǎn)至排氣孔夾帶走的僅是那些阻擋不住的太小的焦炭顆粒,但它們隨即在位于下游的坩堝中很容易地被燒掉。若如前面所述,沖天爐裝有可拆卸爐底,在這種推薦的方式下,正確放置塊狀物19要容易得多。這種放置可以用手工完成。在風(fēng)口7入口高度以上,初始加料應(yīng)由焦炭構(gòu)成,它與9,10及11層中的焦炭是相同的,盡管在20和21區(qū)域內(nèi)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),它們是在熔化拋物線16的外邊。
這樣,根據(jù)本發(fā)明的方法明顯地提高了熔化的噸產(chǎn)量,而沒(méi)有相應(yīng)增加處理燃料和物料加料的投資,或增加熔化爐的投資,并且做到這一點(diǎn)使用的手段也很簡(jiǎn)單,即使所有的加料也就是燃料、助燃物料及原料的加料都有更適當(dāng)?shù)姆植肌4送?,如果希望的話,這個(gè)方法還能在已經(jīng)建成的工廠中實(shí)現(xiàn),因此這是一個(gè)特別令人感興趣的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.用于向沖天爐型熔化爐加料的改進(jìn)方法,該熔化爐用于熔化高熔點(diǎn)的物料,如高爐爐渣或玄武巖玻璃,以生產(chǎn)稱做巖石纖維的纖維,其特征在于助燃?xì)怏w的供給是以非均勻的方式進(jìn)行的,以便在與排放孔(8)的高度相應(yīng)的沖天爐截面內(nèi)形成氣體循環(huán)速度梯度,且最低循環(huán)速度剛好在排放孔(8)的附近。
2.按照權(quán)利要求
1的方法,其特征在于在流出口處的總壓力相對(duì)于大氣壓小于第一風(fēng)口處壓力的60%。
3.按照權(quán)利要求
2的方法,其特征在于氣體循環(huán)速度梯度是這樣的在排放孔(8)處測(cè)得的總壓力相對(duì)于大氣壓力低于3000帕,并且最好低于2900帕。
4.按照前述權(quán)利要求
之一的方法,其特征在于待熔物料12、13,14是以平行六面體或園柱體形狀的壓坯來(lái)加料的。
5.按照前述權(quán)利要求
之一的方法,其特征在于焦炭9,10,11的加料是由60/100型的焦炭組成的。
6.按照前述權(quán)利要求
之一的方法,其特征在于在著手正常加料之前,先放置初始焦炭加料(15),其特征還在于在這種加料的較低部分是由大塊焦炭19構(gòu)成的。
7.實(shí)現(xiàn)按照前述權(quán)利要求
之一的方法所需的裝置,其特征在于它包括一個(gè)帶有水冷夾層壁的園柱形熔化爐,并裝有可拆卸的底(5),該底由整體襯料7加以保護(hù),在其上部具有加料裝置(2),該爐包括有一個(gè)排放孔(8)及十二個(gè)成對(duì)安裝的送入空氣的風(fēng)口,每隔60°安裝一對(duì),并且每對(duì)都裝有一個(gè)流量計(jì)量泵。
專利摘要
本發(fā)明涉及一個(gè)改進(jìn)的加料方法,可用于熔化高爐爐料或玄武巖玻璃的熔化爐,以生產(chǎn)巖石纖維。按照本發(fā)明,助燃?xì)獾墓┙o是以非均勻方式進(jìn)行的,以便在相當(dāng)于沖天爐排放孔(8)高度的截面內(nèi)形成一氣體循環(huán)速度梯度,且最低循環(huán)速度正在該排放孔附近。
文檔編號(hào)F27B1/16GK87103445SQ87103445
公開(kāi)日1987年11月25日 申請(qǐng)日期1987年5月11日
發(fā)明者米歇爾·貝斯納, 費(fèi)納·吉約 申請(qǐng)人:伊索福圣戈班公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan