强能效炉的制作方法

1.本发明涉及一种用于熔融适合于获得隔热或隔音矿棉型玻璃纤维、称为增强型的玻璃纤维纱线、和/或平板玻璃的原材料混合物的装置。


背景技术：

2.在本文中，“原材料”包括硅砂，但也包括所有添加剂(碳酸钠、石灰石、白云石、氧化铝
……
)、可来自所述纤维的生产或工地(建造或拆卸)的废料(包括矿物纤维)、所有可能的液体或固体燃料(复合或非复合材料塑料、有机材料、煤)、以及所有类型的水垢。还包括含有可燃(有机)元素的可回收材料，例如，带有粘合剂的上浆矿物纤维(用于隔热或隔音类型或用于增强塑料材料类型的此类上浆矿物纤维)；用聚乙烯醇缩丁醛类型的聚合物片层压的玻璃制品，如挡风玻璃、玻璃瓶(生活水垢)；或与玻璃和塑料材料相关的所有类型的“复合”材料，如某些瓶子。“玻璃-金属复合材料或金属化合物”也是可回收的，如具有包含金属的涂层的功能化玻璃制品，其直到现在还难以回收，这是因为这可能导致熔融室逐渐富集金属，从而在玻璃浴中产生金属硅。然而，根据本发明的由熔融所施加的搅拌允许避免这种沉淀，并因此可以回收诸如涂有搪瓷层、金属层和/或不同连接元件的玻璃制品。在说明书中，术语“液体玻璃”和“玻璃浴”指这些可熔融材料的熔融产品。
3.本发明更特别地涉及所谓的“浸没式燃烧器”装置(炉)。这种燃烧器被供应气体和空气，且通常被设置成与熔融室的底部的高度平齐，使得火焰在液化过程期间在原材料块的本身内部发展。这些燃烧器可以为使得其供气管道与其所穿过的墙壁平齐。根据某些实施例，可以选择只注入来自燃烧的气体，该燃烧因此严格地说是在熔融室之外实现的。
4.在该背景下，已知实施这样一种浸没式燃烧器炉，其底部和侧壁由耐火材料构成。
5.在整个说明书中并且根据iso/r836或afnor nf b 40-001标准，“耐火”材料被定义为除金属和合金以外的材料和产品(不排除含有金属成分的材料)，其耐热性相当于至少1500℃。该定义意味着根据耐热性测试标准，耐火材料应该耐受至少1500℃而不会在其自身重量下软化或坍塌。
6.耐火壁和底部的优点是其具有非常好的隔热性且因此具有合理的能耗。然而，其缺点是易碎且基本不可调节。例如，由于约20至40厘米的耐火材料厚度，难以在底部(燃烧器、锅炉)上包括和固定各种元件。
7.还注意到，配备这种耐火材料壁的浸没式燃烧器炉不适合用于岩棉的生产。熔融岩石(玄武岩或高炉渣)实际上需要将原材料加热到1500℃左右的温度，这比用来熔融普通玻璃高得多，并且传统的耐火材料对此难以承受。此外，由于燃烧器设置在熔融岩石浴的表面下方，并且与熔融玻璃相比，熔融岩石的流动性更大，因此对熔融岩石浴增加了很强烈的搅拌。这些不同因素有助于增强炉的壁处的腐蚀机制。
8.当然，有一些高性能的耐火材料，其具有暂时承受这种物理限制的能力。然而，与实施这种耐火材料相关的非常高的成本禁止将其用于通过浸没式燃烧器炉生产岩棉。
9.由于所有这些原因，配备耐火材料壁的浸没式燃烧器炉不适于熔融岩棉。
10.根据备选方法，已知实施浸没式燃烧器炉，其中侧壁和底部由金属板制成，这些金属板由适于冷却液体循环的管网透过(英文称之为“water jacket”，水套)。这种金属板的优点是容易拆卸和更换，并且在与热的且液体的玻璃接触时具有长寿命。
11.然而，这种水套壁有多个缺点。主要是，其吸收大量的能量并因此导致炉的大量能耗，这在节能工业背景下，其本身就证实这些水套壁的使用当今被严格限制在岩棉生产领域，在该领域，传统耐火材料壁的性能不足。
12.此外，还应该明确，这些水套类型的壁有一些额外缺点，这些缺点是对于生产玻璃棉的假设实施所特有的。这种生产所需的熔融原材料浴具有颜色非常浅的特殊性，因此其昵称为“浅色玻璃”浴。
13.这种浅色玻璃浴首先与熔融岩石浴的不同之处在于其允许更大强度的辐射传递。与熔融岩石浴相比，浅色玻璃浴因此通过辐射向炉的壁传送更大量的热量。这进一步增加了水套类型的壁的能耗，从而强化已经被确定为禁止对浅色玻璃的熔融使用水套壁的缺点。
14.浅色玻璃浴与熔融岩石浴的不同之处还在于其更不容易出现反玻璃化。然而，在熔融岩石浴的情况下，在水套类型的壁和玻璃浴之间的界面处的反玻璃化层正好允许更好地保护这些壁，特别是防止岩石浴所引起的腐蚀。由于这种反玻璃化层在浅色玻璃浴的情况下更难形成，因此水套壁更多地暴露于玻璃的腐蚀且因此寿命降低。
15.至少由于这些原因，迄今为止，使用这种水套类型的金属板被认为特别不适合于生产玻璃棉。


技术实现要素：

16.本发明旨在为前述缺点提供技术解决方案。更具体地，在至少一个实施例中，所提出的技术涉及一种用于熔融原材料混合物的装置，其适于获得玻璃棉、玻璃纤维纱线和/或平板玻璃，其包括配备至少一个浸没类型的燃烧器的熔融室，其特征在于，优选地为圆柱形的该熔融室由根据iso/r836或afnor nf b 40-001标准的耐火材料制成的侧壁和裸露的金属底部限定，所述燃烧器固定至该金属底部并且该金属底部由适合优选地为水的冷却液体的流通的管道网络透过。
17.在本说明书中，金属底部被称为“裸露”的，这是由于其没有被夹在其和熔融玻璃之间的耐火材料所保护。
18.面对现有技术中发现的缺点，发明人首先启动了广泛的研究项目以针对不同的炉构造分析熔融玻璃在炉内部的对流运动；熔融玻璃与构成炉的壁、顶部和底部的每个元件之间发生的热交换；这些元件中的每个元件的结果磨损；以及炉对于每个设想构造所获得的能效。这些分析已在试验炉上进行的经验试验的基础上并通过计算机模拟进行。
19.这些分析尤其表明，在燃烧器的火焰附近，由于强烈的对流运动和熔融玻璃的特别高的温度，耐火材料制成的底部的磨损明显快于水套类型的金属底部。出于底部以及因此炉的耐久性原因，因此优先选择水套类型金属底部。
20.作为对比，炉的壁比底部更少受熔融玻璃的攻击，因此定位于该位置处的耐火壁随时间适中磨损。不过，这些侧壁代表了炉与玻璃浴的总交换面积的重要部分，在以下描述中也称为“玻璃接触表面”。与水套类型的金属壁相比，在该位置处实施耐火材料因此允许
限制热损失，并且对于可接受的寿命而言提高炉的能效。
21.在这些结论的基础上，根据本发明的炉构成了一种混合解决方案，其具有与本技术领域中已知的每个技术解决方案相关的优点，而没有其中固有的缺点。为此，根据本发明的炉巧妙地彼此组合了这些解决方案中每个方案的最有效元件，以获得同时具有良好能效和耐用性的炉。
22.注意到，这种混合绝不是显而易见的，这是由于其是在成功的研究计划的基础上选择和组合存在于先前对立的技术解决方案中的要件的结果，该研究计划旨在识别和理解作用于炉的内部并影响其能效和耐久性的物理机制。
23.最后，在没有任何外部激励的情况下，为了实现本发明，开发新的炉解决方案的技术复杂性和成本构成需要克服的额外技术偏见。
24.根据特定实施例，所述金属底部以可拆卸的方式固定到所述侧壁。
25.在整个说明书中，术语“可拆卸的”定性了一种可逆固定，其不会对固定在其间的部件造成损坏。相反地，将两个部件彼此焊接被认为是不可逆固定。
26.在维修炉时，因此可以仅更换有缺陷的部件，而另一个部件可以重新使用。通常，该首先有缺陷的部件是金属底部，这是由于其承受被液体玻璃引起的最严重的腐蚀。因此，根据本发明的炉具有显著增加的使用寿命。一方面底部且另一方面侧壁的生产也变得更加容易，因为这两个部件通过适合每个部件的技术特性的不同工艺单独且潜在地生产。换句话说，根据本发明的炉具有更好的操作效率。
27.根据特定实施例，所述底部包括适于形成熔融室的下表面的至少一个中心部分以及适于平面抵靠在所述侧壁的下方的连接凸缘。
28.中心部分因此适于与玻璃浴的下部部分接触，而在该中心部分的周边形成的连接凸缘适于作为与侧壁的下部部分的抵接表面，无论其是通过直接接触还是优选地通过底部的周向部分接触。
29.根据特定实施例，所述连接凸缘与所述中心部分形成肩部。
30.肩部是指在底部的中心部分的基部处形成的部段突变部。
31.根据特定实施例，所述底部包括周向部，其具有与所述中心部分的周边的形状互补性，并且一方面适于作为所述侧壁的基部且另一方面适于与所述连接凸缘平面抵靠。
32.这种周向部分作为搁置在其上的侧壁的底座(或基座)并且优选地与炉的外部金属结构形成一体。注意到，该周向部分(5c)是底部的一部分，其本身是水套类型的。
33.这种周向部分的优点在于，其有利于实施与侧壁的密封连接，其与侧壁在相对大的表面内共享平面抵靠连接，无论是可逆的还是不可逆的。因此，燃烧气体泄漏的风险在该位置处减少。
34.该周向部分还由于其形状互补性而允许有利于实现与底部的中心部分的密封连接。这种连接特别是通过与连接凸缘的共享平面抵靠连接而得到加强，该连接凸缘相对于玻璃浴缩进设置，且因此更少暴露于玻璃浴所发射的热量。
35.根据特定实施例，所述周向部分适于以可拆卸的方式固定到所述连接凸缘，优选地通过螺钉-螺母类型的固定装置。
36.当对炉进行维修时，可以仅更换有缺陷部件，而其他部件可以重新使用。因此，这种可拆卸固定的实施允许提高金属底部的操作效率并且更一般地，提高炉的操作效率。
37.根据特定实施例，所述装置包括设置在所述周向部分和所述连接凸缘之间的接口处的至少一个燃烧气体密封联接件。
38.这种密封联接件允许限制气体从熔融室朝炉的外部泄漏的风险。其设置在周向部分和底部的连接凸缘之间特别有利，这是因为该联接件因此相对于熔融室及其产生的热量被缩进设置。因此，可以选择热强度较低的材料作为该密封联接件的组成部分，以获得更好的密封性能。
39.根据优选的实施例，所述密封联接件由适于抵抗高温(几百度)的硅胶类型组成。
40.根据特定实施例，所述裸露的金属底部适于被至少一个浸没类型燃烧器和/或锅炉穿过，该燃烧器和/或锅炉以可拆卸的方式固定到底部。
41.选择水套类型的底部允许限制待固定至底部的元件(燃烧器、氧化剂喷射器块)的尺寸、重量和成本。实际上，水套底部比耐火材料底部的厚度小2到4倍。优选地通过螺钉固定在底部下方的元件应该穿过底部以与其上部部分平齐，因此体积较小，这是由于其要穿过的厚度更小。因此，考虑到所用材料的减少以及设计的简化，其更轻且制造成本也更低。
42.根据特定实施例，由耐火材料制成的所述侧壁在其周边至少部分地覆盖有金属套，该金属套由适合优选地为水的冷却液体的流通的管道网络透过。
43.在炉的外部增加这种水套类型的金属套允许为耐火材料制成的侧壁提供额外冷却和/或回收穿过其发射的热量。在某些特定实施例中，其还允许冷却密封联接件的接触区域。
44.根据特定实施例，所述至少一个浸没类型的燃烧器包括配备燃烧气体分配网络以及多个喷射器的喷射器块。
45.本发明还涉及使用这种装置来熔融可玻璃化原材料的混合物。
46.由于炉中存在包括氧气的助燃剂，实现了燃料在炉中的燃烧。使用超过99%的纯氧当然是大幅减少nox的良好解决方案，这是由于这种助燃剂几乎不含氮。然而，这种高质量的氧气特别昂贵。
47.根据特定实施例，使用的气体助燃剂包括90至96摩尔%的氧气和氮气。因此，使用工业氧气，其更为便宜但仍然含有少量氮，称为“vpsa”氧气(对于“vacuum pressure swing adsorption”，真空变压吸附)。当与允许降低燃烧温度的手段组合时，使用这种混合物是有利的。实际上，由于其在炉中的低浓度，与助燃剂一起引入的少量氮在相对低温下产生很少或不产生nox。
附图说明
48.本发明的其他特征和优点将通过阅读以下对特定实施例的描述以及附图而显现，这些描述仅仅作为说明性给出而非限制性的，对于这些附图：[图1] 图1是根据本发明的特定实施例的用于熔融原材料混合物的装置的示意性横截面分解图，[图2] 图2是诸如图1中所示的装置的下部部分的分解放大视图。
[0049]
[图3] 图3是当底部3设置在炉的底部时诸如图1中所示的装置的下部部分的放大图。
具体实施方式
[0050]
图中所示的各种元件不一定按实际比例示出，重点在于代表本发明的一般功能。在不同附图中，除非另有说明，否则相同的附图标记代表类似或相同的元件。
[0051]
应进一步理解，本发明绝不受所描述和/或示出的特定实施例的限制，且其他实施例可以完美实施。
[0052]
图1至3表示用于熔融原材料混合物的装置1(炉)的全部或部分并旨在说明其一般功能。这种装置1适用于获得玻璃棉和/或玻璃纤维纱线。其包括沿竖直轴线方向定向的圆柱形熔融室2，并由侧壁4和由耐火材料制成的顶部以及由浸没式燃烧器3穿过的水套类型的裸露金属底部5界定。
[0053]
为了清晰和简单起见，图1至图3所示的炉1只包括单个燃烧器3，而没有锅炉。不言而喻，本发明的范围决不受炉中实施的燃烧器/锅炉数量的限制。
[0054]
炉1在底部部分处包括原材料供应口8，其定位于熔融的原料浴(在本说明书中也被称为玻璃浴)的理论水平下方。原材料一般通过进料器(未显示)供应至熔融室2内部。
[0055]
一旦处于玻璃浴中，则原材料通过浸没类型的燃烧器3进行熔融，该燃烧器也设置在玻璃浴的水平下方。在图1和图2中，该燃烧器3以喷射器块的形式呈现，其配备燃烧气体分配网络以及多个喷射器。然而，本发明并不限于实施这种类型的燃烧器，根据备选的实施例，其可以是例如环形和/或单喷射器类型的。
[0056]
来自原材料的燃烧的气体通过设置在燃烧室2的上部部分的排气烟囱9进行回收。熔融混合物通过溢流口10从炉1排出，用于随后的玻璃棉纤维化或玻璃纤维纱线的纺丝的步骤。位于熔融室2的基部或者备选地位于底部中的紧急出口11允许在需要时对炉进行吹扫。
[0057]
图2和图3是装置的下部部分的放大图，且特别是存在于底部5的不同构件与耐火材料制成的侧壁4之间的连接件的放大图。
[0058]
根据图2和图3所示的特定实施例，底部5尤其包括中心部分5a，其适于形成熔融室2的下表面，或者换句话说，形成玻璃浴的槽的底部。该中心部分5a特别由燃烧器3穿过，该燃烧器通过螺钉固定在该中心部分5a的下部部分上。底部3的金属周向部分5c作为侧壁4的底座，侧壁平面抵靠地放置于上方，同时与炉1的外部金属结构(未显示)形成一体。该周向部分5c还具有与底部5的中心部分5a的周边的形状互补性，使得在该中心部分5a插入槽2的基部时封闭由侧壁4形成的中心开口，因此形成至少对于熔融玻璃的通过而言密封的槽底部，如图3所示。连接凸缘5b在中心部分5a的基部处形成肩部并平面抵靠周向部分5c的下部部分，从而加强了槽的底部的气密性，特别是通过设置在这两个元件之间的界面处的密封联接件(未显示)。根据图1至图3所示的特定实施例，连接凸缘5b通过多个螺钉可拆卸地固定至周向部分5c。
[0059]
根据图中未示出的备选实施例，底部3不包括周向部分3c。因而，底部3通过连接凸缘5b与侧壁的基部，或与作为侧壁的基座的中间板的平面对平面接触，而直接固定到侧壁4的下部部分。这种固定备选地可以是可逆类型的，或者是不可逆的。
[0060]
根据图中未示出的备选实施例，底部3包括周向部分3c，但是该周向部分以可拆卸的方式固定到侧壁4，例如通过作为这些侧壁4的基座的板。
[0061]
为了评估分别构成底部3和侧壁4的材料对改善炉1的能量性能所起的作用，通过
热模型对具有1m2加热器的炉针对1200℃下1米的钠钙玻璃浴进行了模拟测试。玻璃接触壁的面积为5m2。
[0062]
对于第一样本，炉的所有壁，包括底部，都是水套类型的裸露金属。因此，与玻璃接触的壁处的能量损失估计为500千瓦。
[0063]
对于第二样本，炉的所有壁，包括底部，都是由耐火材料制成的。因此，与玻璃接触的壁处的能量损失估计为50千瓦。
[0064]
因此，观察到在水套壁的情况下，与由耐火材料制成的壁相比，与玻璃接触的壁处的热损失高十倍。
[0065]
对于第三样本，其代表根据本发明的炉，侧壁由耐火材料制成，而底部是水套类型的裸露金属。因此，在与玻璃接触的壁处的能量损失估计为140千瓦。
[0066]
与第一样本相比，根据所要求保护的发明，实施第三样本对于可接受的寿命因此允许限制热损失并显著提高炉的能效，水套式底部比耐火材料制成的底部更能抵抗玻璃的腐蚀。