CN214735335U - 一种用于玄武岩电熔窑炉的挡砖结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于玄武岩电熔窑炉的挡砖结构，该玄武岩电熔窑炉包括熔化池、料道、工作料道和工作室，所述熔化池的上方设有加料部，所述挡砖结构设置于熔化池和料道之间；所述挡砖结构的顶部固定于熔化池的顶部内壁，所述挡砖结构的底部与熔化池的底部具有用于导通溶体的预设高度；所述挡砖结构的中心容纳有冷却水箱。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结构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。

Description

一种用于玄武岩电熔窑炉的挡砖结构

技术领域

本实用新型涉及玄武岩纤维的生产设备技术领域，尤其是一种用于玄武岩电熔窑炉的挡砖结构的挡砖结构。

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。

目前用于玄武岩电熔窑炉的挡砖结构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：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。

实用新型内容

在下文中给出了关于本实用新型实施例的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，以下概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。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，提供一种用于玄武岩电熔窑炉的挡砖结构，该玄武岩电熔窑炉包括熔化池、料道、工作料道和工作室，所述熔化池的上方设有加料部，所述挡砖结构设置于熔化池和料道之间；所述挡砖结构的顶部固定于熔化池的顶部内壁，所述挡砖结构的底部与熔化池的底部具有用于导通溶体的预设高度；所述挡砖结构的中心容纳有冷却水箱。

其中，挡砖结构的冷却水箱是用于避免挡砖结构的外壁长期浸润在熔化池内的腐蚀，所述冷却水箱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。

进一步的，所述挡砖结构为横截面一致的长方形结构。同时，为进一步避免挡砖结构的外壁长期浸润在熔化池内的腐蚀，冷却水箱在横截面上位于挡砖结构的横截面的几何中心，冷却水箱的高度是挡砖结构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。

优选的，所述挡砖结构的外壁采用炉衬材料(即炉体的内壁材料)实现，所述炉衬材料是铬刚玉砖、莫来石砖、轻质莫来石砖、粘土砖中的一种或者多种组合。

优选的，所述挡砖结构的外壁的厚度范围为50-100mm。上述挡砖结构通过设置冷却水箱和限定外壁的厚度，可减少炉衬材料的侵蚀，延长工作寿命。

进一步的，所述挡砖结构的高度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，挡砖结构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是挡砖结构横截面的宽度，单位为毫米(mm)，ρ为熔体密度，单位为kg/mm³。根据实际实验可知，当流液洞的熔体的流量Q设计为(0.5T/D*M²)×S～(1.5T/D*M²)×S区间时，其可达到最佳生产效果，其中，S为熔化池的面积；T为吨，D为天，M为米。

本申请本申请采用上述结构，挡砖结构用于分隔熔化池与料道，挡砖结构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。挡砖结构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，因此所述挡砖结构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结构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。

综上，本申请通过上述挡砖结构，对现有技术中的流液洞进行改进，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，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，提高了生产连续玄武岩纤维的生产效率。

附图说明

本实用新型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实用新型的优选实施例和解释本实用新型的原理和优点。在附图中：

图1为本实用新型实施例的电熔窑炉的俯视图；

图2为本实用新型实施例的电熔窑炉的剖面图；

图3为本实用新型实施例的电熔窑炉的挡砖结构的示意图；

图4为本实用新型的实施例的冷却水箱的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图来说明本实用新型的实施例。在本实用新型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实用新型无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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实用新型中的具体含义。

参见图1和图2，本实用新型实施例提供一种用于玄武岩电熔窑炉的挡砖结构，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之间设置挡砖结构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，挡砖结构300具有用于容置冷却水箱的中心部301以及包裹中心部301的外壁302，挡砖结构300的顶部固定于熔化池101的顶部内壁，挡砖结构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。挡砖结构300用于分割熔化池101与料道102，挡砖结构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。挡砖结构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，因此所述挡砖结构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结构300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。

挡砖结构的高度H(或者说挡砖结构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，挡砖结构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是挡砖结构横截面的宽度，单位为毫米(mm)，ρ为熔体密度，单位为kg/mm³。上述计算是根据公式：Q＝V×W×h×ρ(质量流量Q＝流速V×预设高度h×横截面宽度W×熔体密度ρ)。此时，所述挡砖结构的高度H为熔化池的深度减去预设高度h，挡砖结构的高度H、预设高度h、横截面的长度L的单位均为毫米。上述计算中，所述挡砖结构为横截面一致的柱状结构，可以是规则或者不规则的棱柱或者圆柱状结构，因此挡砖结构横截面的宽度即为挡砖结构底部的宽度。

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，挡砖结构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。

此外，为避免挡砖结构的外壁长期浸润在熔化池内的腐蚀，挡砖结构内设置冷却水箱，可减少炉衬材料的侵蚀，延长工作寿命。冷却水箱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，例如该冷却水箱可简单的采用冷却水箱实现，也可采用其他冷却水箱来实现。作为一个具体的实施例，参见图4，冷却水箱包括循环水泵310和管道320，管道320具有注入口321和流出口322，循环水泵310的入口311与管道的注入口321连接，循环水泵310的出口312与管道320的流出口322连接，管道320包括进水管323和出水管324，进水管323和出水管324均竖直设置，管道320的注入口321设于挡砖结构的下部，管道的流出口322(可通过软管)连接出水管324，出水管324向上延伸出挡砖结构的上部，进水管323(可通过软管)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。

为进一步避免挡砖结构的外壁长期浸润在熔化池内的腐蚀，冷却水箱在横截面上位于挡砖结构的横截面的几何中心，冷却水箱的高度是挡砖结构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。

挡砖结构300的外壁302采用炉衬材料(即炉体的内壁材料)实现。挡砖结构的外壁的厚度范围为50-100mm。上述挡砖结构通过设置冷却水箱和限定外壁的厚度，可减少炉衬材料的侵蚀，延长工作寿命。

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。

本申请通过上述结构，对现有技术中的流液洞进行改进，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，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，挡砖结构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→挡砖结构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。

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实用新型的具体实施例的描述对本实用新型进行了披露，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实用新型的各种修改、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实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于玄武岩电熔窑炉的挡砖结构，该玄武岩电熔窑炉包括熔化池、料道、工作料道和工作室，所述熔化池的上方设有加料部，其特征在于：所述挡砖结构设置于熔化池和料道之间；所述挡砖结构的顶部固定于熔化池的顶部内壁，所述挡砖结构的底部与熔化池的底部具有用于导通溶体的预设高度；所述挡砖结构的中心容纳有冷却水箱。

2.根据权利要求1所述的用于玄武岩电熔窑炉的挡砖结构，其特征在于：冷却水箱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。

3.根据权利要求1或2所述的用于玄武岩电熔窑炉的挡砖结构，其特征在于：所述挡砖结构为横截面一致的长方形结构；所述冷却水箱在横截面上位于挡砖结构的横截面的几何中心，所述冷却水箱的高度是挡砖结构浸润在熔化池液体内的高度的50％-90％。

4.根据权利要求1所述的用于玄武岩电熔窑炉的挡砖结构，其特征在于：所述挡砖结构具有用于容置冷却水箱的中心部以及包裹中心部的外壁；所述外壁采用炉衬材料实现。

5.根据权利要求4所述的用于玄武岩电熔窑炉的挡砖结构，其特征在于：所述炉衬材料是铬刚玉砖、莫来石砖、轻质莫来石砖和粘土砖中的一种或者多种组合。

6.根据权利要求4所述的用于玄武岩电熔窑炉的挡砖结构，其特征在于：所述挡砖结构的外壁的厚度范围为50-100mm。

7.根据权利要求1所述的用于玄武岩电熔窑炉的挡砖结构，其特征在于：所述挡砖结构的高度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。

8.根据权利要求7所述的用于玄武岩电熔窑炉的挡砖结构，其特征在于：所述挡砖结构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小时内流过流液洞的流量，单位为kg/h，V为熔体流过流液洞的平均流速，单位为mm/h，W是挡砖结构横截面的宽度，单位为mm，ρ为熔体密度，单位为kg/mm³。

9.根据权利要求8所述的用于玄武岩电熔窑炉的挡砖结构，其特征在于：所述横截面的宽度W范围为150-600mm。

10.根据权利要求7所述的用于玄武岩电熔窑炉的挡砖结构，其特征在于：所述流液洞的熔体的流量Q设计为(0.5T/D*M²)×S～(1.5T/D*M²)×S，S为熔化池的面积；T为吨，D为天，M为米。

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