一种生产连续玄武岩纤维的电熔窑炉

技术领域

本发明涉及玄武岩纤维的生产设备技术领域，尤其是一种生产连续玄武岩纤维的电熔窑炉。

背景技术

玄武岩纤维是以天然玄武岩拉制的连续纤维，是玄武岩石料在1450℃～1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。玄武岩纤维是一种新型无机环保绿色高性能纤维材料，它是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化铁和二氧化钛等氧化物组成。玄武岩连续纤维不仅强度高，而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能。此外，玄武岩纤维的生产工艺决定了产生的废弃物少，对环境污染小，且产品废弃后可直接在环境中降解，无任何危害，因此是一种名副其实的绿色、环保材料。我国已把玄武岩纤维列为重点发展的四大纤维(碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯、玄武岩纤维)之一，实现了工业化生产。玄武岩连续纤维已在纤维增强复合材料、摩擦材料、造船材料、隔热材料、汽车行业、高温过滤织物以及防护领域等多个方面得到了广泛的应用。

目前生产连续玄武岩纤维的电熔窑炉的结构可参考授权公告号为CN106396340B的中国发明专利，其公开了一种用于生产连续玄武石纤维的电熔窑炉，该窑炉包括窑炉盖、窑炉、加料装置、电力供给装置、电熔控制装置、电极组件和热电偶组件，窑炉盖和加料装置位于窑炉的上部，窑炉盖和加料装置的底部连接，电力供给装置与电熔控制装置连接，电熔控制装置与电极组件和热电偶组件相连，电极组件和热电偶组件固定连接在窑炉中。现有的电熔窑炉基本都是如此结构，其具有如下不足：1、一般采用双侧电极伸入炉壁对窑炉内的物料进行加热，该种方法由于需要对两侧电极进行分别控制，容易导致加热不均匀的问题；2、一般其物料从熔化池炉底输送至工作料道需要较长的距离的流液洞才能到达漏板的位置进行拉制连续纤维的工艺步骤，由于熔化池到工作料道(拉丝成型区)的流液洞距离长，不仅增大了电熔窑炉的制作成本、电能的损耗成本，而且还加长了生产连续纤维的制备时间，降低了生产效率。

发明内容

在下文中给出了关于本发明实施例的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，以下概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

根据本申请的一个方面，提供一种生产连续玄武岩纤维的电熔窑炉，包括炉体以及电熔控制装置，所述炉体内依次设置熔化池、料道、工作料道和工作室，熔化池的上方设有加料部，所述熔化池和料道之间设置挡砖，所述挡砖具有用于容置冷却装置的中心部以及包裹中心部的外围结构，所述挡砖的顶部固定于熔化池的顶部内壁，所述挡砖的底部与熔化池的底部具有用于导通溶体的预设高度。其中，挡砖用于分隔熔化池与料道，挡砖下部与熔化池的底部之间具有预设高度形成一定高度和宽度的流液洞，用于导通熔化好的熔体流入料道。挡砖下部形成的流液洞用于分隔熔制好的熔体与未熔好的熔体，并起到导通的作用。由于熔制好的熔体会沉浸在熔化池的底部，因此所述挡砖可隔离熔制好的熔体和未熔制好的熔体。流液洞是窑炉的重要结构，也是易损结构，其很大程度上决定了窑炉寿命，现有技术采用较长的流液洞结构，而本申请创新性的采用挡砖代替了原有的流液洞和上升道，不仅简化了结构，其流液洞的长度可缩小至原有长度的一半及以下，因而减少了建设费用和所需能耗，大大提高了生产效率。

其中，所述挡砖为横截面一致的长方形结构。

所述挡砖的高度H以及横截面的长度L和宽度W是根据流液洞的熔体的流量Q来设定的，进一步的，挡砖的底部与熔化池的底部形成的预设高度h＝Q/(V×W×ρ)，其中，Q代表熔体在1小时内(也可以是其他特定的时间段)流过流液洞的流量，单位为公斤/小时(kg/h)，V为熔体流过流液洞的平均流速，单位为毫米/小时(mm/h)，W是挡砖横截面的宽度，单位为毫米(mm)，ρ为熔体密度，单位为kg/mm

进一步的，所述挡砖和料道之间还设置第二挡砖，所述第二挡砖与挡砖并列设置，所述第二挡砖具有用于容置第二冷却装置的第二中心部以及包裹第二中心部的第二外围结构，所述第二挡砖的顶部固定于熔化池的顶部内壁，所述第二挡砖的底部与熔化池的底部具有用于导通溶体的第二预设高度，所述第二预设高度小于预设高度(该预设高度为上面所述的挡砖的底部与熔化池的底部形成的预设高度h)，所述挡砖和第二挡砖之间的间距小于挡砖横截面的长度L，优选小于挡砖横截面的宽度W，通过上述结构，可改变熔制好的熔体的流速，且某部分熔制好的熔体在穿过挡砖下的流液洞而碰到第二挡砖时会产生一定的回旋，进而略微降低流液洞的熔体的流速使得未熔制好的熔体可在熔化池内增加停留时间，进而可进一步保证完全熔制好的熔体毫无阻挡的进入流液洞，也可保证未熔制好的熔体具有充分的熔制时间。

此外，为避免挡砖的外围结构长期浸润在熔化池内的腐蚀，所述挡砖设置了冷却装置，所述冷却装置是以水或空气为冷却剂的列管式冷却器、板式冷却器或者风冷式冷却器，例如该冷却装置可简单的采用冷却水箱实现，也可采用其他冷却装置来实现。

其中，所述熔化池内设有与电熔控制装置电连接的电极组件和热电偶组件，电极组件和热电偶组件相互电连接，所述电极组件包括多个单侧电极，所述热电偶组件包括多个热电偶，电极组件和热电偶组件固定在炉体内。热电偶组件预埋在熔化池池壁中，其一般具有2个或者多个，可在不同高度分别设置，用于采集炉体内的不同位置处的温度信息。为改进现有技术中窑炉的双侧电极的温度控制不精确，导致窑炉升温及生产过程中电能损耗大，造成浪费、生产效率低下的缺点。本申请中，所述单侧电极为单侧设置的电极，通过电熔控制装置(例如可控硅温控装置)对其进行调节，使熔化池的温度稳定在所需范围，使原料能够充分熔化、熔化的原料能够顺利的流淌，能够满足生产的需要，并达到节约电耗的目的。

优选的，所述单侧电极包括一对相同的电极(形成回路的两根电极)，单侧电极的长度优选为400mm-1000mm，单侧电极的长度可根据实际情况来设置，过大容易弯曲且增加成本，过小则需要经常更换电极。单侧电极的两根电极间的距离优选为600mm-2000mm。

优选的，所述单侧电极深入熔化池内的一端距离炉壁的距离范围优选为0mm-500mm。

优选的，所述单侧电极为多层设置，例如可设置2-6层的单侧电极，相邻层的单侧电极间距为100mm-300mm。

其中，所述电熔控制装置包括相互电连接的温控单元和变压器，所述温控单元与热电偶组件相连，所述变压器与电极组件相连，通过温控单元对变压器的控制来调节电极的功率，使电极升温至预设温度将玄武岩熔融成高温液体。

本申请通过上述结构，对现有技术中的流液洞和电极结构进行改进，挡板结构的加入使得熔化池炉底到料道的流液洞距离缩短了4/5，单侧的电极使得加热更加均匀，两者的改进均降低了热量的损失，因此，不仅大大降低了电熔窑炉的建设成本，还减少了能耗的损失，提高了生产连续纤维的生产效率。

附图说明

本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。在附

图中：

图1为本发明实施例1的电熔窑炉的俯视图；

图2为本发明实施例1的电熔窑炉的剖面图；

图3为本发明实施例1的电熔窑炉的挡砖的示意图；

图4为采用现有技术的流液洞的电熔窑炉的示意图；

图5为本发明实施例2的电熔窑炉的俯视图；

图6为本发明实施例2的电熔窑炉的剖面图。

具体实施方式

下面将参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参见图1和图2，本发明实施例提供一种生产连续玄武岩纤维的电熔窑炉，包括炉体100以及电熔控制装置200，炉体100内依次设置熔化池101、料道102、工作料道103和工作室104，熔化池101的上方设有加料部，炉体100的顶部设有加料口105，加料部包括将物料投入加料口105的加料装置。熔化池101和料道102之间设置挡砖300。工作室104具有多个成型区，每个成型区均设有一块漏板107，成形区之间单独分开，工作室104至少设置2个成形区以上。

参见图3，挡砖300具有用于容置冷却装置的中心部301以及包裹中心部301的外围结构302，挡砖300的顶部固定于熔化池101的顶部内壁，挡砖300的底部与熔化池101的底部具有用于导通溶体的预设高度。挡砖300用于分割熔化池101与料道102，挡砖300下部与熔化池101的底部之间具有预设高度形成一定高度和宽度的流液洞，用于导通熔化好的熔体流入料道102。挡砖下部形成的流液洞用于分隔熔制好的熔体与未熔好的熔体，并起到导通的作用。由于熔制好的熔体会沉浸在熔化池的底部，因此所述挡砖可隔离熔制好的熔体和未熔制好的熔体。流液洞是窑炉的重要结构，也是易损结构，其很大程度上决定了窑炉寿命，现有技术采用较长的流液洞结构(参见图4，图中标号400为流液洞)，而本申请创新性的采用挡砖300(见图3)代替了原有的流液洞和上升道，不仅简化了结构，其流液洞的长度可缩小至原有长度的一半及以下，因而减少了建设费用和所需能耗，大大提高了生产效率。

挡砖的高度H(或者说挡砖的底部与熔化池的底部形成的预设高度h)以及横截面的长度L和宽度W是根据流液洞的熔体的流量Q(质量流量)来设定的，进一步的，挡砖的底部与熔化池的底部形成的预设高度h＝Q/(V×W×ρ)，其中，Q代表熔体在1小时内(也可以是其他特定的时间段)流过流液洞的流量，单位为公斤/小时(kg/h)，V为熔体流过流液洞的流速，单位为毫米/小时(mm/h)，W是挡砖横截面的宽度，单位为毫米(mm)，ρ为熔体密度，单位为kg/mm

一般的，上述计算中，将熔炉的熔化能力设计为1-3吨/每平方米每天。优选的，流液洞的熔体的流量Q优选设计为(0.5公斤/小时～1.5公斤/小时)*S，所述横截面的宽度W范围优选为150-600mm，结合熔炉的熔化能力，在该条件下，挡砖可实现最佳隔离效果，即可保证完全熔制好的熔体毫无阻挡的进入流液洞，也可保证未熔制好的熔体具有充分的熔制时间。

其中，挡砖300的冷却装置可用于避免挡砖300的外围结构302长期浸润在熔化池101内的腐蚀，挡砖内设置冷却装置，可减少炉衬材料的侵蚀，延长工作寿命。冷却装置是以水或空气为冷却剂的列管式冷却器、板式冷却器或者风冷式冷却器，例如该冷却装置可简单的采用冷却水箱实现，也可采用其他冷却装置来实现。

作为一个具体的实施例，冷却装置包括循环水泵和管道，管道具有注入口和流出口，循环水泵的入口与管道的注入口连接，循环水泵的出口与管道的流出口连接，管道包括进水管和出水管，进水管和出水管均竖直设置，管道的注入口设于挡砖结构的下部，管道的流出口连接出水管，出水管向上延伸出挡砖结构的上部，进水管连接至管道的注入口，将低温水由注入口注入，经由循环水泵后由流出口和出水管流出，从而起到为挡砖结构的外壁降温的效果。一般的，由注入口流入的低温水的水温小于室温，循环水泵可控制流入的水温恒定保持在35℃-50℃之间的某一个温度值。

为进一步避免挡砖的外围结构长期浸润在熔化池内的腐蚀，冷却装置在横截面上位于挡砖的横截面的几何中心，冷却装置的高度是挡砖浸润在熔化池液体内的高度(一般是浸润在熔化池液体内的最高高度)的50％-90％，实际高度可根据冷却温度和成本来从中选择。

挡砖300的外围结构302采用炉衬材料(即炉体的内壁材料)实现。挡砖的外围结构的厚度范围为50-100mm。上述挡砖通过设置冷却装置和限定外围结构的厚度，可减少炉衬材料的侵蚀，延长工作寿命。

参见图1和图2，熔化池101内设有与电熔控制装置电连接的电极组件和热电偶组件，电极组件和热电偶组件相互电连接，电极组件包括多个单侧电极，热电偶组件包括多个热电偶，电极组件和热电偶组件固定在炉体内。热电偶组件预埋在熔化池池壁中，其一般具有2个或者多个，可在不同高度分别设置，用于采集炉体内的不同位置处的温度信息。为改进现有技术中窑炉的双侧电极的温度控制不精确，导致窑炉升温及生产过程中电能损耗大，造成浪费、生产效率低下的缺点。本申请中，单侧电极为单侧设置的电极，通过电熔控制装置(例如可控硅温控装置)对其进行调节，使熔化池的温度稳定在所需范围，使原料能够充分熔化、熔化的原料能够顺利的流淌，能够满足生产的需要，并达到节约电耗的目的。单侧电极伸入熔化池内，通电后产生高温使内部的玄武岩物料熔化。一个单侧电极构成一个加热单元，一般的，加热单元的通电数量可根据设置的玄武岩物料熔化的流量(每天)来设定，例如设定玄武岩物料的储存量/玄武岩物料熔化的流量≧1，也即玄武岩物料至少需要在熔化池内熔化24小时。

其中，单侧电极包括一对相同的电极106(形成回路的两根电极)，单侧电极的长度优选为400mm-1000mm，单侧电极的长度可根据实际情况来设置，过大容易弯曲且增加成本，过小则需要经常更换电极。单侧电极的两根电极间的距离优选为600mm-2000mm。现有技术中均是采用双侧电极，双侧电极包括4根电极，不同极性的两根电极形成一个回路，形成回路的两根电极之间具有微小间距，使得其电力线为弧线，从而导致电流密度不稳定，进而导致加热的不均匀，本申请创新性的设置电极为单侧电极，单侧电极的相邻电极具有大间距，且是完全是平行的，因此具有完全水平的电力线，因而电流密度是恒定的，使得熔化池内形成的温场更加均匀。另外，电极的外部套设有冷却套(保护套)，例如冷却水保护套，现有技术中的双侧电极具有更多的电极，因此消耗更多的保护套，且冷却套消耗了熔化池内的温度，本申请通过采用单侧电极，减少了电极的使用量，减少了热损失，节约了电极本身的投入和冷却套的投入，减少了建设费，大大降低了成本。

此外，电极在长期使用过程中会被消耗从而变短，双侧电极由于其形成回路的两个电极相对设置，其长度深入熔化池中部位置，因而在电极缩短的情况下，只能靠经验来推动电极进入熔化池，使其保证加热的稳定性。而单侧电极可直接推至炉壁再往回缩短一定距离即可，非常易于操作。

作为一个优选的实施例，单侧电极深入熔化池内的一端距离炉壁的距离范围优选为0mm-300mm。

作为一个优选的实施例，单侧电极为多层设置，例如可设置2-6层的单侧电极，相邻层的单侧电极间距为100mm-300mm。

其中，电熔控制装置包括相互电连接的温控单元和变压器，温控单元热电偶组件相连，变压器与电极组件相连，通过温控单元对变压器的控制来调节电极的功率，使电极升温至预设温度将玄武岩熔融成高温液体。

其中，炉体100具有炉顶、炉壁和炉底，炉顶、炉壁和炉底均是耐热材料制成的多层墙体。一般的，耐热材料包括铬刚玉砖、莫来石砖、轻质莫来石砖、粘土砖等等，炉顶、炉壁和炉底可分别选取上述耐热材料的两种或者多种材料实现。本实施例中，炉壁包括内层的保温砖(轻质莫来石砖)和外层的粘土砖。炉底由内至外依次包括铬刚玉砖、莫来石砖、轻质莫来石砖和粘土砖。炉顶包括轻质莫来石砖和上层轻质砖(发泡砖)。炉体的炉衬砖采用铬刚玉砖材料。

实施例2

本实施例中，参见图5和图6，与实施例1不同的是，挡砖300(第一挡砖)和料道102之间还设置第二挡砖310，第二挡砖310与挡砖300并列设置，第二挡砖310与挡砖300的结构相同，同样具有用于容置第二冷却装置的第二中心部以及包裹第二中心部的第二外围结构，同样的，第二挡砖310的顶部固定于熔化池的顶部内壁，第二挡砖310的底部与熔化池的底部具有用于导通溶体的第二预设高度，第二预设高度小于预设高度(该预设高度为上面的挡砖的底部与熔化池的底部形成的预设高度h)，挡砖300和第二挡砖310之间的间距小于挡砖横截面的长度L，优选小于挡砖横截面的宽度W，通过上述结构，可改变熔制好的熔体的流速，且某部分熔制好的熔体在穿过挡砖下的流液洞而碰到第二挡砖310时会产生一定的回旋，进而略微降低流液洞的熔体的流速使得未熔制好的熔体可在熔化池内增加停留时间，进而可进一步保证完全熔制好的熔体毫无阻挡的进入流液洞，也可保证未熔制好的熔体具有充分的熔制时间。

本申请通过上述结构，对现有技术中的流液洞和电极结构进行改进，挡板结构的加入使得熔化池炉底到拉丝成型区的流液洞距离缩短了一半，单侧的电极使得加热更加均匀，两者的改进均降低了热量的损失，因此，不仅大大降低了电熔窑炉的建设成本，还减少了能耗的损失，提高了生产连续纤维的生产效率。

熔化池构成的熔化区的后端连接着输送料道，熔化区与输送料道之间具有流液洞，挡砖设置在熔化池和料道之间的输送料道上，通过其结构和尺寸的设计可尽量缩短料液输送长度，提高玄武岩熔融液的质量并减少输送热量损失，也更有利于对液面进行有效控制。熔化池101采用电极直接加热，下部排料，以加强传热，提高熔化率，同时，电极采用单侧电极布置，可准确控制玄武岩熔融液的温度，有利于拉丝作业。

实际使用时，加料装置通过加料口105向炉体100内加入玄武岩物料，玄武岩物料依次通过熔化池101→挡砖300→料道102→工作料道103→工作室104(漏板区)；电熔控制装置向电极组件通电，并根据热电偶组件反馈的炉内温度信息来控制变压器改变电极组件的功率，使窑炉内的温度保持在1400～1700℃，使玄武岩物料充分熔融成均匀的熔体。

在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以用相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

尽管上面已经通过对本发明的具体实施例的描述对本发明进行了披露，但是，应该理解，上述的所有实施例和示例均是示例性的，而非限制性的。本领域的技术人员可在所附权利要求的精神和范围内设计对本发明的各种修改、改进或者等同物。这些修改、改进或者等同物也应当被认为包括在本发明的保护范围内。