CN103145329A

CN103145329A - 矿棉及其制备方法

Info

Publication number: CN103145329A
Application number: CN2013101053571A
Authority: CN
Inventors: 代戈
Original assignee: China Shenhua Coal to Liquid Chemical Co Ltd; Shenhua Group Corp Ltd; Ordos Coal to Liquid Branch of China Shenhua Coal to Liquid Chemical Co Ltd
Current assignee: China Shenhua Coal to Liquid Chemical Co Ltd; Shenhua Group Corp Ltd; Ordos Coal to Liquid Branch of China Shenhua Coal to Liquid Chemical Co Ltd
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2013-06-12

Abstract

本发明提供了一种矿棉及其制备方法。该制备方法包括：步骤S1，配备灰熔点大于1300℃的原料煤，原料煤以重量计包括：碳78.0～84%，氢3.5～5.8%，氮0.5～1.2%，硫0.3～0.8%，氧10.0～13.0%；步骤S2，使原料煤进行煤制气气化反应得熔融炉渣；以及步骤S3，将熔融炉渣进行加工形成矿棉。通过调节原料煤中主要元素的含量，使其既能满足煤气化反应的要求又能得到适用于生产矿棉的熔融炉渣，因此不需要对所得到的炉渣进行调质均化，节约了调质均化所消耗的大量能耗；而且，由气化反应所得到的熔融状态的炉渣可以直接用作制备矿棉的原料，不需要进行加热至高温使其熔融，进一步节约了能耗。

Description

矿棉及其制备方法

技术领域

本发明涉及矿棉的生产领域，具体而言，涉及一种矿棉及其制备方法。

背景技术

矿棉是一种轻质保温节能材料，具有极佳的绝热、隔音性能，同时也有优良的化学稳定性、耐热性和阻燃性，因此常被制成板状、管状、粒状制品而大量用于石油、化工、钢铁、电厂、建筑等领域作保温材料。生产矿棉的主要原料一是采用自然界的玄武岩、辉绿岩；二是工业废物如高炉渣、旋风炉渣及其他冶金渣。

常规生产工艺是将原料加辅料混合后在高温熔炉中熔化为液态熔体，然后将液态熔体经高速离心方法或高压空气喷吹形成很细的矿棉，该工艺需要消耗大量焦炭或电能，生产成本较高。另一种较为常用的生产工艺是利用高炉熔渣直接生产矿棉，该工艺必须在高炉与离心机之间增加一个带有加热设施的均化炉，利用均化炉对高炉熔渣进行补热、调质、均化，其中调质是向高炉熔渣中添加一些固体物质使高炉熔渣的组成符合矿棉的成分要求，调质后需要通过补热和均化使添加的固体物质与高炉熔渣混匀，该热固混匀的过程不仅增加了能耗而且需要较高的设备投资，因此制约利用高炉熔渣直接生产矿棉的方法的推广和应用，而且该方法生产的矿棉纤维较粗不为用户所欢迎。在电厂中应用较多的是利用旋风炉熔渣生产矿棉的方法，由于旋风炉熔渣液是连续排放，必须经过导入设备导入离心机，一旦导入设备出现毛病，必将导致旋风炉停运，从而导致整个电厂停产；另外，旋风炉熔渣温度高达1600～1800°C，为了降低灰渣的熔点及渣口温度，必须在燃料煤中掺入10～25%的石灰石或白云石细粉，磨细石灰石或白云石需要消耗能量，掺烧石灰石又降低旋风炉热效率。

发明内容

本发明旨在提供一种矿棉及其制备方法，以解决现有技术中生产矿棉所需的能耗高的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种矿棉的制备方法，上述制备方法包括：步骤S1，配备灰熔点大于1300℃的原料煤，原料煤以重量计包括：碳78.0～84%，氢3.5～5.8%，氮0.5～1.2%，硫0.3～0.8%，氧10.0～13.0%；步骤S2，使原料煤进行煤制气气化反应得熔融炉渣；以及步骤S3，将熔融炉渣进行加工形成矿棉。

进一步地，上述步骤S1包括：步骤S11，测定褐煤、长焰煤、不粘煤和弱粘煤中任一种煤的元素含量；步骤S12，采用褐煤、长焰煤、不粘煤和弱粘煤中的至少两种配备原料煤。

进一步地，在上述步骤S2中，煤制气气化反应的气化剂为水蒸汽、反应温度为1400～1700℃、反应压力为2.0～4.0MPa。

进一步地，上述步骤S2还包括将原料煤进行粉碎处理形成粒度小于0.15mm的煤粉，然后将煤粉进行煤制气气化反应得熔融炉渣的步骤。

进一步地，上述步骤S2中的煤制气气化反应在气化炉中进行，且气化炉采用间歇排渣的方式排出熔融炉渣；步骤S3还包括：步骤S31，将由气化炉排出的熔融炉渣通过钢包直接输送至离心机；步骤S32，采用离心机将熔融炉渣甩丝形成矿棉。

进一步地，上述间歇排渣的排渣周期为50～70min，每次排渣3～7min，排出的熔融炉渣的质量为5～6t，温度为1500～1600℃。

进一步地，上述钢包具有保温夹层，且钢包的耐热温度为1550～1650℃。

根据本发明的另一方面，提供了一种矿棉，矿棉通过上述的制备方法制备而成，矿棉的纤维平均直径<4μm。

应用本发明的技术方案，通过调节原料煤中主要元素的含量，使其既能满足煤气化反应的要求又能得到适用于生产矿棉的熔融炉渣，因此不需要对所得到的炉渣进行调质均化，节约了调质均化所消耗的大量能耗；而且，由气化反应所得到的熔融状态的炉渣可以直接用作制备矿棉的原料，不需要进行加热至高温使其熔融，进一步节约了能耗。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

在本发明一种典型的实施方式中，提供了一种矿棉的制备方法，该制备方法包括：步骤S1，配备灰熔点大于1300℃的原料煤，该原料煤以重量计包括：碳78.0～84%，氢3.5～5.8%，氮0.5～1.2%，硫0.3～0.8%，氧10.0～13.0%；步骤S2，使原料煤进行煤制气气化反应得熔融炉渣；以及步骤S3，将熔融炉渣进行加工形成矿棉。

本发明采用上述的制备方法通过调节原料煤中主要元素的含量，使其既能满足煤气化反应的要求又能得到适用于生产矿棉的熔融炉渣，因此不需要对所得到的炉渣进行调质均化，节约了调质均化所消耗的大量能耗；而且，由气化反应所得到的熔融状态的炉渣可以直接用作制备矿棉的原料，采用目前常用高温喷吹法制备形成纤维质量良好的矿棉，不需要进行加热至高温使其熔融，进一步节约了能耗。

在制备熔融炉渣的过程中采用单一的煤种一般较难满足上述的主要元素含量的需求，因此优选采用多种煤种进行组合以配煤的形式形成原料煤，优选，上述步骤S1包括：步骤S11，测定褐煤、长焰煤、不粘煤和弱粘煤中任一种煤的元素含量；步骤S12，采用褐煤、长焰煤、不粘煤和弱粘煤中至少两种配备原料煤。上述几种煤种均为普遍能够得到的低变质煤种，因为产地的不同其中的主要元素含量也会有所不同，在配制原料煤之前测定各个煤种的主要元素的含量，然后再进行配合。如果上述几种低变质煤不能满足原料煤的碳含量要求时，也可以适当添加其他的煤种如气煤、肥煤、焦煤、瘦煤等烟煤。。

上述原料煤进行气化反应时，参考目前的煤气化反应条件即可，为了得到理想的熔融炉渣，优选原料煤以水蒸汽为气化剂进行气化反应，气化反应的反应温度为1500～1600℃、反应压力为2.8～3.8MPa。

在上述条件下得到的熔融炉渣酸度系数为2.0～2.5、粘度为1.5～2.0Pa.S且熔融炉渣包含以重量百分比计的下列组分：二氧化硅37～42%、氧化钙24～27%、三氧化二铝22～25%、氧化镁<2%、三氧化二铁4～8%。而且，采用上述气化条件得到的熔融炉渣的杂质较少、各组分的配比较为合理，因此以其制备的矿棉纤维较细、渣球含量较低、具有优良的绝热隔音性能。

为了进一步加快气化反应的进行，优选上述步骤S2还包括将原料煤进行粉碎处理形成粒度小于0.15mm的煤粉，然后将煤粉进行煤制气气化反应得熔融炉渣的步骤。

在本发明的另一种优选的实施例中，上述步骤S2中的煤制气气化反应在气化炉中进行，且气化炉采用间歇排渣的方式排出熔融炉渣；步骤S3还包括：步骤S31，将由气化炉排出的熔融炉渣采用钢包直接输送至离心机；步骤S32，采用离心机将熔融炉渣甩丝形成矿棉。

采用间歇排渣的方式将熔融炉渣首先经密闭渣沟排到钢包中，然后经钢包出口处的固定流槽引流至离心机的布料辊上，离心机在设定的转速下将熔融炉渣甩丝成棉。在气化炉与离心机之间设置的钢包用于承接气化炉中排出的熔融炉渣，当气化炉或离心机出现故障时，不需要将其余可正常工作的设备停机，造成的影响较小。

在实际生产中，优选上述间歇排渣的排渣周期为50～70min，每次排渣3～7min，排出的熔融炉渣的质量为5～6t，温度为1500～1600℃。每隔50～70min排渣一次，每次的排渣量大约为5～6t，然后通过钢包输送到离心机上，使离心机的不间断工作，提高了矿棉的生产效率；并且熔融炉渣的温度在1500～1600℃之间，不需要进行添加石灰石等降温即可直接进行甩丝。

为了避免熔融炉渣在钢包内的热量损失，优选钢包具有保温夹层，且钢包的耐热温度为1550～1650℃。

在本发明又一种典型的实施方式中，还提供了一种矿棉，矿棉通过上述的制备方法制备而成，该矿棉的纤维平均直径<4μm。通过上述方法制备得到的矿棉，渣球含量较常规矿棉的渣球含量小，因此所制备的矿棉的纤维的长度和柔软性优于常规矿棉。

以下将结合实施例和对比例，进一步说明本发明的有益效果。

实施例1

褐煤和长焰煤配备成原料煤，采用GB476-91的方法以及差减法测定其中主要元素重量百分含量为碳78.0%、氢5.8%、氮1.2%、硫0.4%、氧13.0%，将原料煤磨细到粒度＜0.15mm得到煤粉，然后将煤粉、氧气、水蒸气送入温度1550℃，压力3.5MPa气化炉中气化，得到熔融炉渣，气化炉每隔60min排熔渣1次，每次5.5t，用时5min，将熔融炉渣经密闭渣沟直接排放到钢包里，然后将钢包里的熔渣经过出口固定流槽引至高速离心机的布料辊上，在按常规的方式经过离心机在5000r/min的转速下甩丝成棉，得实施例1的矿棉。

实施例2

褐煤和不粘煤配备成原料煤，采用GB476-91的方法以及差减法测定其中主要元素重量百分含量为碳80.1%、氢5.6%、氮1.1%、硫0.4%、氧12.8%，将原料煤磨细到粒度＜0.15mm得到煤粉，然后将煤粉和氧气、水蒸气送入温度1700℃，压力2.0MPa气化炉中气化，得到熔融炉渣，气化炉每隔70min排熔渣1次，每次6t，用时7min，将熔融炉渣经密闭渣沟直接排放到钢包里，然后将钢包里的熔渣经过出口固定流槽引至高速离心机的布料辊上，在按常规的方式经过离心机在5000r/min的转速下甩丝成棉，得实施例2的矿棉。

实施例3

弱粘煤和长焰煤配备成原料煤，采用GB476-91的方法以及差减法测定其中主要元素重量百分含量为碳80.6、氢5.3%、氮1.0%、硫0.4%、氧12.7%，将原料煤磨细到粒度＜0.15mm得到煤粉，然后将煤粉和氧气、水蒸气送入温度1400℃，压力3.0MPa气化炉中气化，得到熔融炉渣，气化炉每隔50min排熔渣1次，每次5t，用时3min，将熔融炉渣经密闭渣沟直接排放到钢包里，然后将钢包里的熔渣经过出口固定流槽引至高速离心机的布料辊上，在按常规的方式经过离心机在5000r/min的转速下甩丝成棉，得实施例3的矿棉。

实施例4

不粘煤、长焰煤、肥煤配备成原料煤，采用GB476-91的方法以及差减法测定其中主要元素重量百分含量为碳84.0%、氢3.5%、氮0.9%、硫0.4%、氧10.5%，将原料煤磨细到粒度＜0.15mm得到煤粉，然后将煤粉和氧气、水蒸气送入温度1580℃，压力4.0MPa气化炉中气化，得到熔融炉渣，气化炉每隔50min排熔渣1次，每次5t，用时3min，将熔融炉渣经密闭渣沟直接排放到钢包里，然后将钢包里的熔渣经过出口固定流槽引至高速离心机的布料辊上，在按常规的方式经过离心机在5000r/min的转速下甩丝成棉，得实施例4的矿棉。

显微镜检测实施例1至4的矿棉的纤维直径，发现实施例1至4的矿棉的纤维平均直径均小于4μm，远小于目前的小于9μm的要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种矿棉的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

步骤S1，配备灰熔点大于1300℃的原料煤，所述原料煤以重量计包括：碳78.0～84%，氢3.5～5.8%，氮0.5～1.2%，硫0.3～0.8%，氧10.0～13.0%；

步骤S2，使所述原料煤进行煤制气气化反应得熔融炉渣；以及

步骤S3，将所述熔融炉渣进行加工形成所述矿棉。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

步骤S11，测定褐煤、长焰煤、不粘煤和弱粘煤中任一种煤的元素含量；

步骤S12，采用所述褐煤、长焰煤、不粘煤和弱粘煤中的至少两种配备所述原料煤。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述煤制气气化反应的气化剂为水蒸汽、反应温度为1400～1700℃、反应压力为2.0～4.0MPa。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2还包括将所述原料煤进行粉碎处理形成粒度小于0.15mm的煤粉，然后将所述煤粉进行煤制气气化反应得所述熔融炉渣的步骤。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的煤制气气化反应在气化炉中进行，且所述气化炉采用间歇排渣的方式排出所述熔融炉渣；所述步骤S3还包括：

步骤S31，将由所述气化炉排出的所述熔融炉渣通过钢包直接输送至离心机；

步骤S32，采用所述离心机将所述熔融炉渣甩丝形成所述矿棉。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述间歇排渣的排渣周期为50～70min，每次排渣3～7min，排出的熔融炉渣的质量为5～6t，温度为1500～1600℃。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述钢包具有保温夹层，且所述钢包的耐热温度为1550～1650℃。

8.一种矿棉，其特征在于，所述矿棉通过权利要求1至7中任一项所述的制备方法制备而成，所述矿棉的纤维平均直径<4μm。