[发明专利]用于形成人造玻璃质纤维的工艺和装置

说明书

技术领域

本发明涉及由矿物熔体制造人造玻璃质纤维(MMVF)。特别地而非排他性地，本发明涉及颗粒状矿物材料在旋风炉中燃烧形成适合的矿物熔体。

背景技术

形成用于制造MMVF的矿物熔体的已知方法为借助于竖炉，其中通过可燃物质在炉中的燃烧对无机颗粒状材料的自支撑堆叠进行加热。堆叠逐渐熔融，并且从顶部再加料，熔体顺堆叠向下排放，并从炉底部排出。用于该用途的炉通常指的是化铁炉。

在制造矿物熔体时化铁炉具有一些缺点。除了难以实现所期望的效率水平之外，还存在由以下原因导致的另一个缺点：需要材料的堆叠足以渗透燃烧气体。这对能够用于化铁炉的颗粒状材料造成了限制，特别是阻碍了精细的颗粒状材料的使用，因为精细的颗粒状材料对燃烧气体不具备充足的渗透性以使燃烧气体经过炉筒而点燃可燃物质。因此，如果待熔融的颗粒状材料为精细分散的形式，那么首先必须将其形成坯块。这额外地增加了工艺的复杂性和成本，还降低了最终熔体的质量，因为通常需要将粘结剂用于形成这种坯块。

为了克服其中的一些缺点，已经提出了旋风炉。在这类炉中，将待熔融的颗粒状材料与燃料(如粉末状的煤)一起夹带在燃烧气体中引入。随着材料组合在循环燃烧室中的循环，燃料被点燃。这使得颗粒状材料开始熔融从而形成矿物熔体，然后矿物熔体与剩余的颗粒状材料一起被投向室的侧壁，并向下流至出口处。之后，在将熔体取出用于形成MMVF的工艺之前，出口的输出物被直接加工或者被收集到单独的沉降槽中，在其中可进一步进行精炼工艺。

关于旋风炉的原理的例子可以在美国专利No.3,077,094中找到。该文献描述了用于熔融玻璃配料的熔炉。颗粒状材料以气态悬浮液的形式被输送至建于腔室上部的熔融区域。将气态混合物沿切线引入腔室内，从而使其以螺旋路径通过腔室。由此形成了熔融的玻璃，其被抛向腔室壁。然后熔融的玻璃沿着壁向下流动，直到其通过中心流动出口离开腔室。

在US 3,077,094所描述的一个实施方案中，熔融的玻璃随着其流过腔室底部而发生聚结。通过使用受限的流动出口来实现这一效果。之后当熔融的玻璃经过该区域时，可使用电极加热器对其进行进一步的精细化，电极加热器能够升高玻璃的温度，从而降低粘度并有助于仍存在于熔体中的气体逸出。

美国专利No.4,632,687中描述了另一个熔融工艺的例子。该文献也涉及玻璃配料的熔融。在该工艺中，将玻璃材料与含有燃料的灰分一起引入循环燃烧室内。该文献描述了，液化阶段发生在燃烧室中，而明显的精炼阶段发生在单独的沉降槽中。液化阶段的燃料燃烧所产生的废气通过排气口而从燃烧室中除去，而熔体通过单独的出口落入沉降槽中，其在沉降槽中利用浸没燃烧技术被进一步精炼。浸没燃烧阶段用于调整熔体的氧化状态，从而提高玻璃的透射率，即，降低玻璃的色度。

以上熔炉都没有直接明确地涉及MMVF的制造。相比之下，欧洲专利申请No.EP 1944272直接涉及用于制造矿物熔体的旋风炉，其特别适合MMVF的制造。具体而言，该文献中描述的装置和方法被设计为以有效的方式制造矿物熔体，该矿物熔体具有用于制造MMVF的适当性质。

EP 1944272的一个特别之处在于，不同于上述的熔炉，该文献的方法不需要沉降槽，取而代之的是在燃烧室中已包括了对矿物熔体的收集。这减小了装置的尺寸，也增加了装置的整体效率，因为能够利用燃烧室的热量来维持熔体池的温度。

然而，在EP 1944272的布置中，由于难以控制熔体的状态，熔体的大量生产受到限制。特别是，在这种燃烧室内控制熔体的均匀性受到挑战。随着熔体池的容积增加，控制熔体均匀性的难度也提高。例如，熔体池中产生温度差，改变了熔体的性质(如粘度)。为了确保在接下来的纤维化工艺中制造的纤维的质量，控制这种变化尤为重要。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供一种制造人造玻璃质纤维(MMVF)的方法，包括：

提供循环燃烧室；

将颗粒状燃料、颗粒状矿物材料和燃烧气体注入所述燃烧室的上部区域内并燃烧所述燃料，由此将所述颗粒状矿物材料熔融从而形成矿物熔体；

在所述燃烧室的底部区域收集所述矿物熔体；

通过浸没加热在所述燃烧室的底部区域加热收集的矿物熔体；

将收集的矿物熔体通过出口从所述燃烧室中取出，所述出口包括虹吸管；以及

由取出的矿物熔体形成MMVF。

根据本发明的第二个方面，提供一种旋风炉，包括：

循环燃烧室；