本发明专利技术涉及一种一种连续玄武岩纤维生产中矿石熔化和熔融体调制方法及设备。该方法采用在熔化炉内部局部加热的熔化工艺过程，在低熔融体水平高度的条件下完成熔化过程。本发明专利技术从工艺和设备结构上实现了玄武岩矿石的加料和熔化过程相结合，达到有效的矿石熔化、熔融的质量均匀化和气泡脱除，同时由于提高了矿石的熔化温度，保证高质量地熔化玄武岩矿石和熔化含有高温杂质和填加料的玄武岩矿石，从而拓宽了生产玄武岩纤维的矿石原料种类，达到增加纤维品种数量，提高纤维品质的生产效果。
Method and apparatus for smelting ore and molten body in continuous basalt fiber production
The invention relates to a method and a device for modulating ore melting and molten bodies in continuous basalt fiber production. The method uses the process of partial melting in the melting furnace to complete the melting process under the condition of low melt height. The invention realizes the feeding and melting process of basalt ore from the combination of technology and equipment structure, to achieve effective ore melting, melting quality homogenization and bubble removal, also because of the increase of the melting temperature of ore, high quality and high temperature melting molten basalt ore containing impurities and additives to basalt ore to broaden the types of raw ore basalt fiber production, to increase the number of fiber varieties, improving fiber quality production effect.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及玄武岩矿石熔化及熔融体调制的方法及其设备，更具体涉及用于连续玄武岩纤维生产过程中矿石熔化熔融体生产的方法及设备。
技术介绍
玄武岩、安山玄武岩、碧玄岩、辉绿岩、辉长岩、粗粒玄武岩、闪岩、安山岩的玢岩等都是火山岩浆类岩石，都具有非常高的化学稳定性和热稳定性。由玄武岩矿石制造的纤维，即玄武岩纤维具有高强度、高化学稳定性、高热稳定性及较好的电绝缘性等优异性能，因此玄武岩纤维具有广泛的应用前景，可应用于不同的工业领域。在中国有大量的玄武岩矿藏，因此玄武岩纤维生产的矿石原料资源极其丰富，但由于生产技术复杂等因素的限制，玄武纤维的广泛应用受到一定的制约，所以迫切需要开发和完善玄武岩纤维生产的工艺技术和设备。矿石熔化工艺和熔融体质量均匀化工艺属于玄武岩纤维生产的关键工艺，上述工艺水平直接决定了熔融体的质量进而影响到玄武岩纤维的品质。现有技术中，所采用的矿石熔化工艺尚不能达到熔透石英、云母、玢岩等高温杂质，也难以保证优异的熔融体质量要求以及熔融体质量均匀化程度要求和纤维成形对熔融体无定形程度的要求。此外，为了达到较高的熔化温度，必需使整个熔化炉火焰空间保持较高的温度，能耗较大。大多数报道的玄武岩纤维的生产方法及设备中，矿石熔化及熔融体质量均匀化调制为两个单独进行的工艺过程，分别在熔化炉的的不同工艺区段中进行(中国专利ZL97199852.3，中国专利申请98114321.0)，而且熔化炉中各工艺区段距离较远，因此生产工艺和设备结构复杂，经济性不够好。
技术实现思路
本专利技术的目的在于完善玄武岩矿石熔化及熔融体调制工艺和矿石熔化用烧嘴的结构，降低生产玄武岩熔融体的能耗，简化熔化炉结构并延长其使用寿命，提高玄武岩纤维产品的质量和特性，增加玄武岩纤维产品的生产品种。本专利技术方法的特点是将玄武岩矿石的熔化工艺过程限定在局部加热区内，即采用在熔化炉内部局部最高温区进行熔化，并通过在向燃气—空气混合物中添加氧气的方法提高了矿石的熔化温度，使其熔化温度可提高到2000℃；在低熔融体水平高度的条件下完成熔化过程；通过调节燃气与空气的比例，使矿石熔化炉的火焰空间保持氧化气氛。针对上述工艺特点，本专利技术对现有的玄武岩矿石熔化及熔融体调制设备进行了改进，将现有熔化炉的炉顶盖加料漏斗与烧嘴结合成为特殊的烧嘴-加料器；对单独使用的顶盖烧嘴结构进行改进，在顶盖烧嘴内设置了旋流器和稳定器的结构；为了降低熔融体的水平高度，在矿石熔化炉中设置了熔化工作平台；同时采用燃气空气混合物调节器，用于调节燃气与空气的比例。在本专利技术工艺条件下，由于采用局部加热的熔化工艺，矿石的熔化温度可提高到2000℃，因此原料矿石的选择范围比较宽泛，可采用玄武岩、安山玄武岩、碧玄岩、辉绿岩、辉长岩、粗粒玄武岩、闪岩、安山岩玢岩等火山岩矿石(本专利技术中玄武岩的定义应拓展到上述矿石类型)，还可以采用含有高温杂质和填加料的玄武岩矿石，例如含有石英、云母、玢岩及其它难熔矿物质杂质的玄武岩矿石以及含有氧化硅、矾士、氧化钛、氧化铬等高温填加料的混合矿石料。玄武岩矿石原料应选择化学组成适宜于成纤的矿石，用于本专利技术方法的矿石原料的化学组成(以重量计)如表1所示表1 玄武岩矿石的化学组成 本专利技术对加料、矿石熔化、熔融体调制过程的工艺控制要求如下1、加料将小碎块状的玄武岩矿石(筛分3-25mm或更小)以分批次加料或连续加料的方式通过安装在矿石熔化炉顶盖的特殊结构的烧嘴—加料器直接加到矿石熔化炉的熔化区段中，即直接将矿石料通过熔化炉顶盖加到烧嘴火焰温度最高的熔化区段内，矿料加入量与纤维成形加工应保持平衡关系，这样在熔化炉中熔融体的水平高度可稳定在设定的水平值，本专利技术中，在安置熔化工作平台结构的熔化炉中，熔化区段中熔融体的水平高度应保持在30-70mm，熔化炉池中熔融体的水平高度应保持在60-180mm。在不安置熔化工作平台结构的熔化炉中，熔融体水平高度保持在30～70mm。2、矿石熔化、熔融体的调制过程玄武岩矿石的熔化过程是一个由结晶态转化为非晶态的过程，在玄武岩熔融体中应尽可能减少未熔化的结晶体，而且熔融体应保持要求的非晶态程度。本专利技术中，熔融体非晶态程度应达到90±5％。矿石的熔化限定在局部加热区内进行，即限定在熔化炉中温度最高的熔化区段中进行，在安置熔化工作平台结构的熔化炉中，矿石的熔化过程是在直对烧嘴—加料器设置的熔化工作平台上进行，在该工作平台上烧嘴火焰构成了局部最高温区。在不安置熔化工作平台结构的熔化炉中，由烧嘴-加料器火焰空间构成熔化高温区。矿石的熔化温度应控制在1400-2000℃。一般矿石的熔化温度为1400-1600℃，为了保证高质量地熔化玄武岩矿石，以及熔化含有高温杂质和填加料的玄武岩矿石(例如安山玄武岩、石英、玄武玢岩等)，必须保持更高的熔化温度。通过向燃气—空气混合物中添加氧气的方式可将矿石的熔化温度提高到1600℃以上，当空气中氧气的添加量达到50％(V/V)时，熔化温度可提高到2000℃，由于在玄武岩矿石组份中含有大量的铁的氧化物FeO和Fe2O3，而在还原氧氛中铁的氧化物被还原成铁，它将落在拉丝漏板上将大大影响纤维的成形加工。因此在熔化玄武岩矿石过程中，矿石熔化炉的火焰空间应保持氧化气氛，这通过调节供烧嘴燃烧用的燃气-空气混合物中的燃气与空气的比例来控制，当燃气采用天然气时，燃气与空气的比例应为1∶10(V/V)，当燃气采用石油液化气时，燃气与空气的比例应为1∶23-1∶27(V/V)。而在熔化炉火焰空间中为了保证其氧化气氛，燃烧用空气的过剩值应是3-15％。玄武岩矿石的熔化过程是一个热化学反应过程，因此会有气体逸出，由于玄武岩熔融体非常粘稠，因此，其中有些气泡无法穿过熔融体表面，只好存留在熔融体内。当一些未熔透的颗粒、结晶的碎片、气泡落到拉丝漏板孔眼时，对纤维的拉伸造成很大的困难。玄武岩矿石加入到熔化炉池后，矿石颗粒开始下沉到熔融体中(矿石密度较大)，由于熔融体是对热辐射是不透明的，熔融体内部温度低于其表面温度，所以玄武岩矿石的熔化过程是在低于熔融体表面温度条件下进行的，因此，在熔融体深部熔化玄武岩矿石非常困难。鉴于上述情况，本专利技术采用局部加热，提高熔化温度以及降低熔融体水平，促进气泡逸出的矿石熔化及熔融体调制工艺设计。本专利技术中，在不安置熔化工作平台结构的熔化炉中，熔融体水平高度保持在30～70mm。在安置熔化工作平台结构的熔化炉中，熔化炉池中熔融体水甲高度应保持在60～180mm，熔化工作平台上的熔融体水平高度保持在30-70mm，熔化工作平台的位置保持在熔融体水平面之下10-70mm。当熔融体玄武岩矿石颗粒通过烧嘴—加料器散落在矿石熔化工作平台上，不是直接落到熔融体底部，而是在高温区的表面部分。在低深度熔融体条件下，最高温度区的熔化工作台上，会发生最有效的玄武岩熔化过程——由结晶态过渡到熔融的非结晶态、熔透不均一的杂质和熔融体气泡脱除。玄武岩矿石在熔化过程中，熔融体从矿石熔化工作平台流动到熔化炉池，进一步进行熔融体的质量均匀化过程，产生气泡较容易从过热的和低粘度的熔融表面排出。在玄武岩熔融体从熔化工作台流动到炉池的过程中会发生更有效的熔融体再混合，质量均匀化和熔融体脱气泡过程。在炉池中进行熔融体成纤过程的调制过程。为了优化熔融体的均本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种连续玄武岩纤维生产中矿石熔化和熔融体调制方法，其特征在于采用在熔化炉内部局部加热的熔化工艺过程，并通过在向燃气－空气混合物中添加氧气的方法提高了矿石的熔化温度；在低熔融体水平高度的条件下完成熔化过程；通过调节燃气与空气的比例，使矿石熔化炉的火焰空间保持氧化气氛。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：奥斯纳斯奥尔加，
申请(专利权)人：玄武岩纤维复合材料科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：HK[中国|香港]
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