[发明专利]用于制造矿物熔体的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及制造矿物熔体的方法，该方法通过在颗粒状无机材料的存在下燃烧可燃性材料从而形成熔体。本发明尤其用于回收利用废矿物材料。然后，可以使熔体纤维化以形成矿物纤维或用于其他工业过程中。

背景技术

传统上，生产矿渣、石头或岩石的纤维所用的熔体的常规制备方式是借助于竖式炉，其中，通过可燃性材料在炉内的燃烧而将颗粒状无机材料的自支承料堆(self-supporting stack)加热。该料堆逐渐熔化并从顶部补料，熔体沿料堆向下流动并从炉底流出。用于此用途的标准炉为冲天炉。

所述料堆必需是自支承性的，并且燃烧气体可透过该料堆，该燃烧气体通常由料堆中的碳质材料燃烧而产生。因此，必要的是，料堆中的每种成分均是相对粗糙的(使得料堆具有可透性)并具有高的物理强度，而且其在充分燃烧或熔化之前不能坍塌。实际上，这意味着，碳质材料为焦炭，并且颗粒材料为粗粉碎的岩石、石头或矿渣。

如果使用诸如废的矿物棉等矿物材料的微细颗粒，则必然产生将其形成团块的费用和不便之处。团块通常使用含硫材料作为粘结剂(如含有石膏的波特兰水泥)，因此这意味着排放的废物往往具有高的硫含量，必须要进行处理。

冲天炉或其他料堆炉(stack furnace)系统还具有这样的缺点：炉中的条件总是倾向于充分还原，使得一部分铁被还原成精炼铁。这必然需要将精炼铁与熔体分离，从而降低了棉的产量，导致废铁的产生，并且在容纳铁和矿渣的炉段内还往往存在发生腐蚀的风险。

另一缺点是，该方法不具有高的热效率。

尽管存在这些缺点，但在世界范围内已经广泛地采用利用冲天炉或其他料堆炉的方法来制造岩石、石头或矿渣的纤维。

我们在先的专利申请公开WO 03/002469公开了一种用于制造矿物熔体的可供替换的并且完全不同的系统，该系统避免或减少了冲天炉系统的缺点。该系统包括使粉煤或其他燃料悬浮在预热的燃烧空气中，并在循环燃烧室(即，其中悬浮的颗粒材料和其中的空气在为或接近于旋风循环系统的系统中循环的燃烧室)内存在悬浮的颗粒状矿物材料的情况下燃烧悬浮的燃料。这通常称为旋风炉。

通过燃烧室的顶部或靠近顶部处引入悬浮在预热空气中的煤、以及颗粒状矿物材料。在燃烧室内，颗粒状的煤发生燃烧，并且颗粒状材料转化成熔体。熔体和还没有熔化的颗粒状材料被循环气体抛到该室的壁上并在该室中向下流动。在位于该室底部的沉降箱中收集熔体。

为了增加WO 03/002469中旋风炉的能量效率，使用在1400℃至1700℃的温度范围内离开循环室的废气来预热颗粒状材料。WO03/002469教导了将废气淬冷到1000℃至1500℃，然后与矿物材料混合以将其预热到700℃至1050℃的温度。

专利文献EP-A-1889876和WO 2008/019780也公开了旋风系统。

旋风炉与冲天炉或其他料堆炉相比具有显著的优点。就燃料而言，旋风炉避免了将微细颗粒形成团块的需要，并且可以使用包括(例如)塑料在内的范围广泛的燃料。使用熔化旋风炉消除了将矿石还原成铁的风险并且释放的是环境可接受的废气。熔体生产能力的灵活性比用冲天炉好得多，这意味着产量可以从(例如)总能力的40％容易且快速地转换成总能力的100％，从而大幅度减少了响应需求改变所花费的时间。此外，在旋风炉中的熔化比在冲天炉的情况下快得多，并且处于数分钟的量级，而不是数小时的量级。

因此，使用熔化旋风炉系统在经济上和环境上是有利的，并且专利文献WO 03/002469中公开的系统效果良好。然而，其在生产过程中仍有提高的空间。

在专利文献WO 03/002469中，矿物材料优选包含未规定比例的废的粘合矿物棉。能够再利用废料通常是有益的。然而，发明人已经发现，当在专利文献WO 03/002469的系统中使用粘合矿物棉时，矿物材料倾向于失去其自由流动的颗粒特性并且变粘。当使用大量废矿物棉(例如占矿物材料总量的5％或更多)时尤其是如此。

矿物材料失去自由流动特性会阻碍矿物材料和气体在热交换系统中的有效流动，甚至可以导致系统阻塞。这也会降低循环燃烧室中的燃烧效率，因为熔化大的矿物材料结块比熔化更微细的颗粒需要更多的能量。

本发明的目的是提供一种制造矿物棉的方法，该方法能够用于回收利用废矿物材料，同时保持矿物材料的流动特性并实现高水平的能量效率。