使用浸沒燃燒器熔化固體原料配合料的方法和裝置的制造方法
【專利說明】使用浸沒燃燒器膝化固體原料配合料的方法和裝置
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種浸沒燃燒烙爐，尤其是用于烙化玻璃質(zhì)或可玻璃化的材料，并且 設(shè)及使用浸沒燃燒烙爐的方法。
[0002] 通常，玻璃質(zhì)材料由原料例如娃酸鹽、玄武巖、石灰石、純堿和其它次要量成分的 混合物制成，將運(yùn)些原料加入到烙爐，并在約1250到1500°C的溫度下烙化成粘性液態(tài);然后 對(duì)烙體提供成型處理。根據(jù)烙體的預(yù)期用途，例如用于制造平板玻璃、中空玻璃、用于加強(qiáng) 目的的連續(xù)纖維或用于絕緣目的的纖維，在成型加工的上游可能需要合適的進(jìn)一步烙化精 煉步驟。根據(jù)預(yù)期用途和成型工藝選擇烙體的化學(xué)組成及其物理性質(zhì)。
[0003] 常規(guī)的玻璃烙爐包括來自上述的玻璃烙體表面上方的能量供給，例如來自在玻璃 烙體表面和烙爐頂部之間的空間中產(chǎn)生火焰的燃燒器，由此通過火焰本身和頂部材料的福 射將熱量傳遞到玻璃烙體。將待烙化的原料配合料放置在烙爐中玻璃烙體的上部，且熱從 烙體傳遞到配合料，使其并入烙體。
[0004] 在一些玻璃烙爐中，能量由設(shè)置在烙體表面下方的電加熱電極提供;運(yùn)種電極可 W提供唯一的熱源或與燃燒器一起使用。
[0005] 玻璃烙爐的進(jìn)一步類型具有設(shè)置在烙體表面下方的一個(gè)或多個(gè)燃燒器噴嘴，使得 燃燒器火焰和/或燃燒產(chǎn)物穿過烙體。運(yùn)種設(shè)置稱為浸沒燃燒。
[0006] 傳統(tǒng)地，用于生產(chǎn)巖棉(stone wool)絕熱體的玻璃烙害是沖天爐。
[0007] 目前，本發(fā)明尋求提供一種用于燒結(jié)和/或烙化配合料的改善的高效方法。運(yùn)種方 法表顯示出降低的能耗，W及改善的烙體特性，包括在溫度分布和組成方面的均勻性，導(dǎo)致 改善的成品質(zhì)量。它還允許烙化各種各樣的材料，特別是可玻璃化材料，并在控制工藝參數(shù) 方面顯示出高的靈活性。
[000引根據(jù)另一方面，本發(fā)明還尋求提供一種用于烙化材料，尤其是玻璃質(zhì)或可玻璃化 材料的改善的浸沒燃燒烙爐，其在熱傳遞和原料烙化顯示出進(jìn)一步提高的效率。
[0009] 更具體地，本發(fā)明尋求改善烙體中新原料的吸收和向新原料(尤其是當(dāng)從烙體頂 部加入時(shí))熱傳遞的效率，從而改善烙體的組成和溫度分布方面的整體均勻性。同時(shí)，極大 地避免或至少減少了原料通過烙爐的任何旁路，因而導(dǎo)致了可玻璃化材料的有效烙化，并 因此就給定輸出流量導(dǎo)致較小烙爐。
[0010] 根據(jù)其一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一個(gè)如權(quán)利要求1限定的浸沒燃燒烙爐。其他獨(dú)立 權(quán)利要求中限定了本發(fā)明的其它方面。從屬權(quán)利要求限定了優(yōu)選和/或替代性實(shí)施方案。
[0011] 在W下也設(shè)及浸沒燃燒烙化和/或烙爐的專利申請(qǐng)中描述的一個(gè)或多個(gè)方面，可 W用于本專利申請(qǐng)的發(fā)明方面，并且通過引用將每一 W下專利申請(qǐng)并入本文：
[0012]
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特定的方面，本發(fā)明提供一種烙化材料尤其是可玻璃化材料的 方法，包括步驟:向烙爐中引入固體配合料，通過浸沒燃燒烙化烙爐中的固體配合料并使得 烙體呈流型，該流型是當(dāng)通過計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力學(xué)分析（Computational Fluid Dynamics analysis)模擬時(shí)在烙體中顯示出基本環(huán)形的烙體流型，該流型包括在烙體表面處主要集 中向內(nèi)會(huì)聚的流動(dòng)矢量，環(huán)形旋轉(zhuǎn)的中屯、軸是基本豎直的。優(yōu)選地，烙爐中的烙體包括單個(gè) 運(yùn)樣環(huán)形流型。
[0014] 在靠近所述環(huán)形流型旋轉(zhuǎn)的豎直軸處，流動(dòng)矢量改變方向，顯示向下的分量，因而 反映了烙體在所述軸處附近顯著的向下運(yùn)動(dòng)。在烙爐底部，流動(dòng)矢量改變方向，顯示向外然 后向上方向的分量。
[001引優(yōu)選地，考慮到多相流場(chǎng)，從固體配合料相到液態(tài)烙體相，到與燃料燃燒和由燃燒 器的氧化相關(guān)的各種氣態(tài)物質(zhì)相W及在配合料到烙體轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的那些，流體動(dòng)力學(xué) 模型代碼為ANSYS R14.5。
[0016] 可取出烙體用于進(jìn)一步的下游加工，包括平板玻璃或容器玻璃的形成，連續(xù)纖維 或礦棉纖維的形成。在礦棉纖維的生產(chǎn)的情形中，優(yōu)選直接將輸出物進(jìn)行纖維化而無精煉 步驟。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，通過設(shè)置在烙爐底部的功能性浸沒燃燒器，在 基本上環(huán)狀的燃燒器區(qū)域，賦予燃燒氣體基本上豎直向上的速度分量來獲得環(huán)形烙體流 型。有利的是，W約250-1250mm，有利的約500-900mm，優(yōu)選約600-800,甚至更優(yōu)選650- 750mm的相鄰燃燒器之間的距離設(shè)置燃燒器。
[0018] 向上或鄰近浸沒燃燒器運(yùn)動(dòng)的烙體的速度矢量可W從豎直稍微傾斜，例如傾斜角 度為，含2°，含3°或和/或。0%優(yōu)選。5%更優(yōu)選。0%尤其是朝向烙爐的中 屯、。運(yùn)樣的設(shè)置可W改進(jìn)流動(dòng)和引導(dǎo)烙體流動(dòng)遠(yuǎn)離排出口并朝向烙爐中屯、，從而有利于上 述環(huán)形流動(dòng)?；鹧鎯?yōu)選不碰撞烙爐壁。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，在基本圓形的燃燒器線上設(shè)置燃燒器。作為替 代，也可W使用其它的燃燒器設(shè)置W獲得期望的環(huán)形流型。烙爐可包含多個(gè)燃燒器，且本文 中所用的術(shù)語"燃燒器"理解為是指功能性或操作性的燃燒器，即那些根據(jù)本發(fā)明操作的燃 燒器。
[0020] 模擬的流型反映了在烙體表面處集中向內(nèi)會(huì)聚的流動(dòng)，然后是在環(huán)形旋轉(zhuǎn)的中屯、 軸附近向下的流動(dòng)。所述旋轉(zhuǎn)的中屯、軸有利地對(duì)應(yīng)于烙爐的對(duì)稱豎直軸。豎直軸是指對(duì)稱 的中屯、軸，如果烙爐顯示出不具有任何單個(gè)限定對(duì)稱軸的橫向橫截面，則為烙爐橫截面內(nèi) 切的圓的對(duì)稱軸。向下的流動(dòng)之后是在烙爐底部的向外方向的流動(dòng)和鄰近燃燒器處基本環(huán) 狀的向上流動(dòng)，反映了烙體朝向燃燒區(qū)的再循環(huán)，并在上升運(yùn)動(dòng)中回到烙體表面，因而限定 了基本上環(huán)形的流型。
[0021] 在烙體表面處的向內(nèi)會(huì)聚的流動(dòng)矢量有利地顯示為至多約2m/s的速度。在旋轉(zhuǎn)的 豎直中屯、軸附近的向下方向的速度矢量具有顯著長(zhǎng)度或強(qiáng)度，反映了向下流動(dòng)的材料的相 對(duì)高速度。向下的速度矢量反映了至多約2m/s的材料速度。在烙爐中，在烙爐的至少一個(gè)部 分和特別是在烙體表面處(特別是在烙體表面處向內(nèi)會(huì)聚的流動(dòng)矢量)和/或在旋轉(zhuǎn)的豎直 中屯、軸之處或附近的原料和/或烙體，可達(dá)到> 0.1米/秒，含0.2米/秒，含0.3米/秒或> 0.5 米/秒和/或^ 2.5米/秒，^ 2米/秒，^ 1.8米/秒或^ 1.5米/秒的速度。
[0022] 運(yùn)樣的環(huán)形流型的產(chǎn)生可W確保高度有效的混合，并使烙體在溫度分布和組成方 面均勻化。此外，本發(fā)明的流型有利于原料吸入烙體，因而改善向新原料的熱傳遞并減少在 為進(jìn)一步成型而取出之前在烙爐中的所需停留時(shí)間，同時(shí)避免或至少降低原料在烙體循環(huán) 中走捷徑(sho;rt cutting)的風(fēng)險(xiǎn)。
[0023] 根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供一種用于烙化材料尤其是可玻璃化的原料配合料的烙 爐組件，該烙爐組件包括配備有至少五個(gè)浸沒燃燒器的烙化室，每一個(gè)具有從其出口突出 的燃燒器中屯、軸；原料給料器和在烙化室底部附近的烙體出口，浸沒燃燒器設(shè)置在基本環(huán) 狀的燃燒區(qū)域內(nèi)，在所述烙化室底部，在相鄰燃燒器之間具有一定的距離且受控，使得通過 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析進(jìn)行的模擬顯示出在烙體中產(chǎn)生基本環(huán)形的烙體流型，環(huán)形旋轉(zhuǎn)的中 屯、軸是基本豎直的，包括在烙體表面處的主要集中向內(nèi)會(huì)聚的流動(dòng)矢量，且相關(guān)燃燒器的 燃燒器中屯、軸設(shè)置成與豎直呈小于30°的角。
[0024] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，每個(gè)燃燒器中屯、軸相對(duì)于垂直于通過烙爐中屯、豎直軸和燃燒 器的豎直平面傾斜一個(gè)縱滿（swirl)角?？v滿角可W是含1°、含2°、含3°、含