[发明专利]制造矿物纤维的方法和装置

说明书

发明背景 

本发明涉及矿物熔体的制造，通过燃烧存在有无机颗粒材料的可燃材料，从而形成熔体。然后使该熔体纤维化以形成矿物纤维。

当纤维是玻璃纤维时，通常是通过在电炉或其他池窑炉中预形成的熔池中加入无机颗粒材料来形成熔体。就玻璃纤维的化学特性、物理特性以及制造经济性而言上述方法是合适的，该玻璃纤维就氧化物重量而言的典型化学分析为：10％以上Na₂O+K₂O，3％以下FeO形式的铁，20％以下的CaO+MgO，50％以上的SiO₂和5％以下的Al₂O₃，常常还含有一些硼。然而，对于制造岩石纤维、石头纤维或矿渣纤维来说，就熔融温度、其他物理特性和经济性而言，这种系统既不实用也不经济，这些纤维就氧化物重量而言的化学分析为：10％以下的Na₂O+K₂O，20％以上的CaO+MgO，3％以上FeO形式的铁，50％以下的SiO₂以及通常10％以上的Al₂O₃，并且通常最多有微量硼。

制造用于矿渣纤维、石头纤维或岩石纤维的熔体的常规方法是使用竖炉，其中，通过炉内可燃材料的燃烧，无机颗粒材料的自支持材料堆被加热。该材料堆逐渐熔融，并从顶部进行补充，熔体沿材料堆向下流动，并从炉底排出。用于此目的的常见炉是冲天炉。

材料堆必须是自支持的，并且通常由于材料堆中含碳材料燃烧所产生的燃烧气体能透过该材料堆。因此，材料堆中的所有物质必须相对较粗(以便使材料堆有渗透性)，并具有高的物理强度，并且在燃烧或熔融很好地进展之前不会塌陷。实践中这是指，含碳材料是焦炭，颗粒材料是粗大的粉碎岩石、粉碎石头或粉碎矿渣，或者是由微小颗粒材料形成的块。

因此，如果可用的材料仅能是细分的形式，那么将导致将其成块化的开支和不方便增加。成块化通常使用含硫材料作为粘合剂，例如 含有石膏的普通硅酸盐水泥(Portland cement)，这意味着流出物倾向于具有高的含硫量，这是必须进行处理的。如果没有经过二次燃烧，则气体通常含有H₂S和CO。

为此，以及其他原因，通常需要使来自冲天炉的排出气体经过二次燃烧阶段，以使排放到大气中的气体是环保的，同时也期望能够避免使用二次燃烧器的需要。

冲天炉或其他料堆炉系统还具有这样的缺陷，即：炉内的条件总是倾向于充分地还原，使得一些铁被还原成金属铁。因此，必须从熔体中分离出金属铁，减少了矿棉产量，导致废铁的形成，而且在含有铁和矿渣的区域中还往往存在发生腐蚀的危险。

另一个缺陷是该方法的热效率不高。

尽管有这些缺陷，使用冲天炉或其他料堆炉的方法一直在全世界广泛采用，来制造例如具有上述给出的化学分析的岩石纤维、石头纤维或矿渣纤维。

在申请人的早期专利申请WO03/002469中公开了一种替代的和完全不同的用于生产矿物熔体的系统，其避免或减少了冲天炉系统的缺陷。该系统包括在预热的燃烧空气中悬浮粉末状的煤或其他燃料，在循环燃烧室即燃烧室中燃烧存在有悬浮颗粒矿物材料的悬浮燃料，在所述燃烧室中使悬浮的颗粒材料和空气在称为或类似于旋风循环系统的系统中循环。这通常被称为旋风炉。

该方法形成矿物熔体和热的排气。悬浮的燃料经添加颗粒材料的喷管引入到预热的燃烧空气中。为了确保使环境排放问题最小，特别是使与排气中氮氧化物(下文中称为NOx)相关的问题最小，可以对这些气体进行处理。优选地，在颗粒材料进入熔融旋风炉之前使该气体在旋风预热器中与颗粒材料在NOx的还原条件下接触，从而对该气体进行处理。

与冲天炉或其他料堆炉相比，旋风炉具有明显的优点。对于燃料而言，旋风炉避免了将颗粒制块的需要，并且可以使用各种燃料，包括例如塑料。使用熔炼旋风炉消除了将矿石还原成铁的风险，并且可 排出合乎环境要求的排气。熔融能力的灵活性比冲天炉好得多，这意味着生产能够容易和快速地例如从总能力的40％切换到100％，从而大大减少了响应需求变化所需的时间。此外，旋风炉中的熔融比冲天炉更快，其数量级为分钟，而不是小时。

因此，使用熔炼旋风炉系统在经济上和环境方面是理想的，在WO03/002469中公开的系统可以很好地工作。然而，还存在对该方法改进的余地。

US4,365,984也涉及使用熔炼旋风炉生产矿棉，并且包括将含有无机不可燃成分和有机可燃成分的颗粒废料供给到燃烧空气中。这种颗粒流的速度据说为30至60m/s。颗粒流一旦进入燃烧区就发生燃烧。