[发明专利]制造矿物熔体的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及矿物熔体的制造，通过在存在有无机颗粒材料的情况 下燃烧可燃材料，从而形成熔体。然后使该熔体纤维化以形成矿物纤 维或用于其它工业处理。

背景技术

传统地，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，如果可用的材料只能是细分的形式，那么必然将导致将其 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)，这意味着排出 物倾向于具有高的含硫量，这是必须进行处理的。

冲天炉或其它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，这就导致 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 且在容纳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，使用冲天炉或其它料堆炉的方法一直在全世界 广泛采用，来制造岩石纤维、石头纤维或矿渣纤维。

在申请人的早期专利申请公开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它燃 料，以及在循环燃烧室中在存在有悬浮颗粒矿物材料的情况下燃烧悬 浮燃料，循环燃烧室是这样一种燃烧室，其中，悬浮的颗粒材料和空 气在旋风循环系统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。

在预热空气中悬浮的煤和颗粒矿物材料通过燃烧室顶部或在燃烧 室顶部附近被引入。在燃烧室中，颗粒煤发生燃烧，颗粒材料被转变 成熔体。熔体和还未熔融的颗粒材料被循环气体甩到燃烧室的壁上并 沿燃烧室向下流动。

在WO03/002469中，燃烧室优选地向下通到一个大的沉降槽，该 沉降槽具有相当大的容积。可以布置一气体燃烧器或其它装置，用于 向沉降槽提供额外的能量，以便提高废气的温度。该燃烧器朝向沉降 槽的顶部定位。没有熔体的废气通过燃烧室顶部的管道从沉降槽或燃 烧室向上排出。

在WO03/002469中为了提高旋风炉的能量效率，使用以温度范围 在1400～1700℃离开循环室的废气来预热颗粒材料，从而利用而不是 浪费该热能。这一步骤可以在还原氮氧化物(NOx)的条件下进行，从 而减小了废气的环境影响。然后废气经过另一个热交换器，废气通过 该热交换器与燃烧空气间接换热。

与冲天炉或其它料堆炉相比，旋风炉具有明显的优点。对于燃料 而言，旋风炉避免了将细颗粒制块的需要，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 释放出合乎环境要求的废气。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花的时间。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。

特别地，尽管采取了若干步骤来回收在制造熔体时使用的大量能 量，但是不可避免的是由于沉降槽的大容积和所用的大量燃烧空气而 导致大量能量损失。期望的是进一步提高系统的能量效率。

WO03/002469提出了在图2中示出的第二实施例，其中，沉降槽 被处于燃烧室基部的相对小的收集区代替。由于使能量发生损失的装 置容积减小，这种系统增大了能量效率。然而，发明人发现在该系统 中熔体品质降低。