一种用于生产玄武岩连续纤维的加热装置及加热方法.pdf

本发明公开了一种用于生产玄武岩连续纤维的加热装置，包括燃料管以及套装于所述燃料管内部的助燃气管，所述燃料管的顶部与所述助燃气管外壁面密封连接，所述燃料管的外部还套装有用于冷却保护所述燃料管与所述助燃气管的冷却水管，所述冷却水管的顶部与所述燃料管外壁面密封连接，所述冷却水管顶部设置有进水口与出水口。本发明还公开了使用上述加热装置的加热方法。该装置能够有效地使燃料及助燃气在玄武岩熔液内燃烧，产生的热量直接传递给玄武岩熔液，同时燃烧产物变为气泡搅动玄武岩熔液，从而提高了玄武岩石料的熔化速率，使得玄武岩熔液温度及成分更均匀，更有利于实现玄武岩连续纤维的大规模工业化生产。

权利要求书
1.  一种用于生产玄武岩连续纤维的加热装置，包括燃料管以及套装于所述燃料管内部的助燃气管，所述燃料管的顶部与所述助燃气管外壁面密封连接，其特征在于，还包括套装于所述燃料管外部的用于冷却保护所述燃料管与所述助燃气管的冷却水管，所述冷却水管的顶部与底部与所述燃料管外壁面密封连接，所述冷却水管与所述燃料管之间的空腔形成冷却水通道，所述冷却水管顶部设置有进水口与出水口。

2.  根据权利要求1所述的用于生产玄武岩连续纤维的加热装置，其特征在于，还包括套装于所述冷却水管外部的支座管，所述支座管固定设置于墙体上且沿墙体厚度方向穿透所述墙体，所述支座管与所述冷却水管是分体的。

3.  根据权利要求2所述的用于生产玄武岩连续纤维的加热装置，其特征在于，所述支座管的下开口处设置有中心开孔的环形封板，所述冷却水管的下部与所述封板滑动配合，所述冷却水管沿所述封板滑动部位的管径一致，所述冷却水管沿所述封板滑动部位的上部与所述支座管滑动配合，所述冷却水管沿所述封板滑动部位的外壁面、所述支座管的内壁面以及所述封板形成环形气室，所述封板的中心开孔处设置有用于密封所述气室的密封圈，所述冷却水管沿所述支座管滑动的部位上设置有用于密封所述气室的密封圈，所述支座管上设置有与所述气室连通的进气口与排气口，所述冷却水管沿所述封板滑动部位与所述冷却水管沿所述支座管滑动部位的连接处形成气体施力面；所述助燃气管内部设置有用于助燃气推动所述冷却水管滑动的气体施力面。

4.  根据权利要求3所述的用于生产玄武岩连续纤维的加热装置，其特征在于,所述燃料管的出口、所述助燃气管的出口以及所述冷却水管的底端连接有喷头，所述喷头上还设置有多个与所述助燃气管连通的助燃气管喷孔，所述喷头上设置有多个与所述燃料管连通的燃料管喷孔，所述喷头内部设置有与所述冷却水管连通用于冷却所述喷头的冷却水通道。

5.  一种用于生产玄武岩连续纤维的加热方法，其特征在于，使用权利要求1至4任一项所述的用于生产玄武岩连续纤维的加热装置，并包括以下步骤：
(1).将数个加热装置斜插在窑炉侧墙上，插入口高于熔液液面，通过管道向冷却水管供应冷却水，冷却水由冷却水管上的进水口流入，然后从出水口流出；
(2).将加热装置的前端浸入熔液指定位置；
(3).通过加热装置内的助燃气管将助燃气输送至熔液中，且助燃气的压力大于指定位置处熔液的静压力；
(4).通过加热装置内的燃料管将燃料输送至熔液中，且燃料的压力大于指定位置处熔液的静压力，实际助燃气流量不小于燃料充分燃烧所需理论助燃气流量；
(5).输送至熔液中的助燃气及燃料在加热装置出口处充分混合，被高温熔液引燃，充分燃烧，产生的热量直接传递给熔液，燃烧产物变为气泡在熔液中逐渐上升，搅动熔液；
(6).加热过程结束，停止向燃料管供应燃料，改换供应惰性气体；
(7).停止向助燃气管供应助燃气，改换供应惰性气体。

6.  根据权利要求5所述的用于生产玄武岩连续纤维的加热方法，其特征在于，所述助燃气为富氧空气，氧气体积分数为21％～90％,气压为0.2MPa-0.6MPa。

7.  根据权利要求5所述的用于生产玄武岩连续纤维的加热方法，其特征在于，所述燃料为天然气或液化石油气，气压为0.2MPa-0.6MPa。

8.  根据权利要求5所述的用于生产玄武岩连续纤维的加热方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气，气压为0.2MPa-0.6MPa。

9.  根据权利要求5所述的用于生产玄武岩连续纤维的加热装置，其特征在于，所述燃料及所述助燃气的喷出方向与熔液液面平行或向上偏向熔液液面。

说明书一种用于生产玄武岩连续纤维的加热装置及加热方法
技术领域
本发明涉及玄武岩连续纤维生产技术领域，尤其是涉及一种用于生产玄武岩连续纤维的加热装置，还涉及一种用于生产玄武岩连续纤维的加热方法。
背景技术
玄武岩连续纤维是一种综合性能优异的纤维之一，具有强度高、耐酸碱、高低温性能良好、防火性能优越等特点，可广泛应用于军工及民用各个领域。
现今，玄武岩连续纤维的生产流程大致是：天然的玄武岩石料作为生产玄武岩连续纤维的原料由加料机投入窑炉中，被窑炉内的高温环境熔化成玄武岩熔液，熔液进一步澄清、均化后，通过料道输送至数个作业单元，每个作业单元底部安装有一块铂铑合金多孔漏板，玄武岩熔液靠自身重力由漏板上的漏孔中流出，由拉丝机拉成玄武岩连续纤维。
由于玄武岩熔液内含有大量的铁氧化物，黑度系数高，导热性差，固态的玄武岩石料落入熔液中后，需要较长时间才会熔化，导致玄武岩石料的熔化速率较低。对于凭借辐射热熔化玄武岩石料的窑炉，由于辐射热需要从熔液表面向下缓慢传递，熔化速率会更低。为了提高玄武岩原料的熔化速率，有企业尝试采用电熔方式对熔液进行整体加热，但由于原料中铁氧化物含量较高，一方面容易侵蚀加热电极，另一方面，电熔加热方式能加快比重较大的铁氧化物向熔液下层沉降，加速对铂铑合金漏板的侵蚀。
因此，如何提高玄武岩石料的熔化速率，使得玄武岩熔液温度及成分更均匀，更有利于实现玄武岩连续纤维的大规模工业化生产是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于生产玄武岩连续纤维的加热装置，该加热装置能够提高玄武岩石料的熔化速率，使得玄武岩熔液温度及成分更均匀，更有利于实 现玄武岩连续纤维的大规模工业化生产，本发明的另一个目的是提供一种用于生产玄武岩连续纤维的加热方法。
为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种用于生产玄武岩连续纤维的加热装置，包括燃料管以及套装于所述燃料管内部的助燃气管，所述燃料管的顶部与所述助燃气管外壁面密封连接，还包括套装于所述燃料管外部的用于冷却保护所述燃料管与所述助燃气管的冷却水管，所述冷却水管的顶部与底部与所述燃料管外壁面密封连接，所述冷却水管与所述燃料管之间的空腔形成冷却水通道，所述冷却水管顶部设置有进水口与出水口。
优选的，还包括套装于所述燃料管外部的支座管，所述支座管固定设置于墙体上且沿墙体厚度方向穿透所述墙体，所述支座管与所述燃料管是分体的。
优选的，所述支座管的下开口处设置有中心开孔的环形封板，所述冷却水管的下部与所述封板滑动配合，所述冷却水管沿所述封板滑动部位的管径一致，所述冷却水管沿所述封板滑动部位的上部与所述支座管滑动配合，所述冷却水管沿所述封板滑动部位的外壁面、所述支座管的内壁面以及所述封板形成环形气室，所述封板的中心开孔处设置有用于密封所述气室的密封圈，所述冷却水管沿所述支座管滑动的部位上设置有用于密封所述气室的密封圈，所述支座管上设置有与所述气室连通的进气口与排气口，所述冷却水管沿所述封板滑动部位与所述冷却水管沿所述支座管滑动部位的连接处形成气体施力面；所述助燃气管内部设置有用于助燃气推动所述冷却水管滑动的气体施力面。
优选的，所述燃料管的出口、所述助燃气管的出口以及所述冷却水管的底端连接有喷头，所述喷头上还设置有多个与所述助燃气管连通的助燃气管喷孔，所述喷头上设置有多个与所述燃料管连通的燃料管喷孔，所述喷头内部设置有与所述冷却水管连通用于冷却所述喷头的冷却水通道。
与现有技术相比，本发明提供了一种用于生产玄武岩连续纤维的加热装置，包括燃料管以及套装于所述燃料管内部的助燃气管，所述燃料管的顶部与所述助燃气管外壁面密封连接，所述燃料管的外部还套装有用于冷却保护所述燃料管与所述助燃气管的冷却 水管，所述冷却水管的顶部与所述燃料管外壁面密封连接，所述冷却水管顶部设置有进水口与出水口。本发明通过设置冷却水管冷却保护燃料管与助燃气管，使得加热装置可以浸入1300℃～1500℃的玄武岩熔液中，不会在较短时间内烧损，能够有效地将燃料及助燃气送至玄武岩熔液内部的指定位置，使得燃料及助燃气能够在玄武岩熔液内燃烧，产生的热量直接传递给玄武岩熔液，同时燃烧产物变为气泡在玄武岩熔液中逐渐上升，搅动玄武岩熔液，从而提高了玄武岩石料的熔化速率，使得玄武岩熔液温度及成分更均匀，更有利于实现玄武岩连续纤维的大规模工业化生产。
为达到上述第二个目的，本发明提供一种用于生产玄武岩连续纤维的加热方法，使用上述任一项所述的用于生产玄武岩连续纤维的加热装置，并包括以下步骤：
(1).将数个加热装置斜插在窑炉侧墙上，插入口高于熔液液面，通过管道向冷却水管供应冷却水，冷却水由冷却管水上的进水口流入，然后从出水口流出；
(2).将加热装置的前端浸入熔液指定位置；
(3).通过加热装置内的助燃气管将助燃气输送至熔液中，且助燃气的压力大于指定位置处熔液的静压力；
(4).通过加热装置内的燃料管将燃料输送至熔液中，且燃料的压力大于指定位置处熔液的静压力，实际助燃气流量不小于燃料充分燃烧所需理论助燃气流量；
(5).输送至熔液中的助燃气及燃料在加热装置出口处充分混合，被高温熔液引燃，充分燃烧，产生的热量直接传递给熔液，燃烧产物变为气泡在熔液中逐渐上升，搅动熔液；
(6).加热过程结束，停止向燃料管供应燃料，改换供应惰性气体；
(7).停止向助燃气管供应助燃气，改换供应惰性气体。
优选的，所述助燃气为富氧空气，氧气体积分数为21％～90％,气压为0.2MPa-0.6MPa。
优选的，所述燃料为天然气或液化石油气，气压为0.2MPa-0.6MPa。
优选的，所述惰性气体为氮气，气压为0.2MPa-0.6MPa。
优选的，所述燃料及所述助燃气的喷出方向与熔液液面平行或向上偏向熔液液面。
本发明提供的加热方法是基于上述加热装置的，因此，上述加热方法具有上述加热装置所有的技术效果，此处不再赘述。
附图说明
图1为本发明实施例提供的用于生产玄武岩连续纤维的加热装置的轴向剖视结构示意图；
图2为图1中喷头的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的用于生产玄武岩连续纤维的加热方法的工作原理示意图。
图中：1支座管，2燃料管，3助燃气管，4冷却水管，41进水口，42出水口，5封板，6气室，61进气口，62排气口，7密封圈，8气体施力面，9喷头，91助燃气管喷孔，92燃料管喷孔，10墙体，11玄武岩熔液。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1，图1为本发明实施例提供的用于生产玄武岩连续纤维的加热装置的轴向剖视结构示意图；图2为图1中喷头的结构示意图。
一种用于生产玄武岩连续纤维的加热装置，包括燃料管2以及套装于燃料管2内部的助燃气管3，燃料管2的顶部与助燃气管3外壁面密封连接，还包括套装于燃料管2外部的用于冷却保护燃料管2与助燃气管3的冷却水管4，冷却水管4的顶部与底部与燃料管2外壁面密封连接，冷却水管4与燃料管2之间的空腔形成冷却水通道，冷却水管4顶部设置有进水口41与出水口42。进水口41通过管道与冷却水源连通，冷却水由进水口41进入冷却水管4，吸收燃料管2的热量提高自身的温度，升温后的冷却水由出 水口42流出，经冷却水塔降温后返回冷却水源，如此循环往复。
本发明通过设置冷却水管4冷却保护燃料管2与助燃气管3，使得加热装置可以浸入1300℃～1500℃的玄武岩熔液中，不会在较短时间内烧损，能够有效地将燃料及助燃气送至玄武岩熔液内部的指定位置，使得燃料及助燃气能够在玄武岩熔液内燃烧，产生的热量直接传递给玄武岩熔液，同时燃烧产物变为气泡在玄武岩熔液中逐渐上升，搅动玄武岩熔液，从而提高了玄武岩石料的熔化速率，使得玄武岩熔液温度及成分更均匀，更有利于实现玄武岩连续纤维的大规模工业化生产。
在本发明的一个实施例中，加热装置还包括套装于冷却水管4外部的支座管1，支座管1固定设置于墙体10上且沿墙体10厚度方向穿透墙体10，支座管1与冷却水管4是分体的。本发明通过设置支座管1并将支座管1与冷却水管4设置成分体的，在外力作用下冷却水管4带动燃料管2与助燃气管3沿支座管1内表面滑动以浸入或脱离玄武岩熔液11，加热装置的前端在加热时可以伸出浸入玄武岩熔液11，在不加热时可以缩回从玄武岩熔液11中抽出，从而减少了加热装置与高温玄武岩熔液11直接接触的时间，提高了加热装置的使用寿命，有利于实现玄武岩连续纤维的大规模工业化生产。
促使冷却水管4沿支座管1内表面滑动的外力有很多种，可以手动操作、气压驱动、液压驱动等。在本发明的一个实施例中，支座管1的下开口处设置有中心开孔的环形封板5，冷却水管4的下部与封板5滑动配合，冷却水管4沿封板5滑动部位的管径一致，冷却水管4沿封板5滑动部位的上部与支座管1滑动配合，冷却水管4沿封板5滑动部位的外壁面、支座管1的内壁面以及封板5形成环形气室6，封板5的中心开孔处设置有用于密封气室6的密封圈7，冷却水管4沿支座管1滑动的部位上设置有用于密封气室6的密封圈7，支座管1上设置有与气室6连通的进气口61与排气口62，冷却水管4沿封板5滑动部位与冷却水管4沿支座管1滑动部位的连接处形成气体施力面8；助燃气管3内部设置有用于助燃气推动冷却水管4滑动的气体施力面8。利用助燃气管3内部的气体施力面8、冷却水管4外壁面上的气体施力面8、环形气室6、密封圈7形成一个类似于气缸的装置，两个气体施力面8充当活塞面，当具有一定压力的助燃气通入助 燃气管3，气体压力作用于助燃气管3内的气体施力面8，促使冷却水管4沿支座管1内表面向熔液滑动，从而带动燃料管2与助燃气管3逐渐浸入玄武岩熔液11内部；当停止加热后，停止向助燃气管3供气，通过支座管1上的进气口61向气室6提供具有一定压力的气体，气体压力作用于冷却水管4外壁面上的气体施力面8，促使冷却水管4沿支座管1内表面滑动脱离玄武岩熔液11。
在本发明的一个实施例中，燃料管2的出口、助燃气管3的出口以及冷却水管4的底端连接有喷头9，喷头9上设置有多个与助燃气管3连通的助燃气管喷孔91，喷头9上还设置有多个与燃料管2连通的燃料管喷孔92，喷头9内部设置有与冷却水管4连通用于冷却喷头9的冷却水通道。通过设置助燃气管喷孔91与燃料管喷孔92，使得助燃气由助燃气管喷孔91喷入玄武岩熔液11内，使得燃料由燃料管喷孔92喷入玄武岩熔液11内，可以使燃料和助燃气混合得更好，燃烧更充分，向玄武岩熔液11提供更多的热量，同时可以获得更高的喷出速度及初动能，对玄武岩熔液11的搅拌作用更强，从而提高了传热及传质速率，提高了玄武岩石料的熔化速率，使得玄武岩熔液温度及成分更均匀。由于喷头9长时间与高温玄武岩熔液11直接接触，为了防止喷头9被高温烧损，在喷头9内部设置有与冷却水管4连通的冷却水通道，引冷却水管4内的冷却水对喷头9进行冷却降温，从而提高了喷头9的使用寿命。
参考图3，图3为本发明实施例提供的用于生产玄武岩连续纤维的加热方法的工作原理示意图。
本发明还提供了一种用于生产玄武岩连续纤维的加热方法，使用上述任一项所述的用于生产玄武岩连续纤维的加热装置，并包括以下步骤：
(1).将数个加热装置斜插在窑炉侧墙上，插入口高于玄武岩熔液11液面，通过管道向冷却水管4供应冷却水，冷却水由冷却水管4上的进水口41流入，然后从出水口42流出。不论加热过程或者停止加热后，冷却水管4内一直有冷却水循环流动。
(2).将加热装置的前端浸入玄武岩熔液11指定位置。加热装置浸入玄武岩熔液11的位置不是随意的，为了充分发挥加热装置的作用，快速加热且较好地搅拌整个窑炉内 的玄武岩熔液11，上述指定位置需要通过理论计算及现场实验确定。
(3).通过加热装置内的助燃气管3将助燃气输送至玄武岩熔液11中，且助燃气的压力大于指定位置处玄武岩熔液11的静压力。首先输送助燃气，以避免燃料在没有助燃气的情况下，与玄武岩熔液11中的氧化物发生还原反应，抢夺氧化物中的氧原子，产生金属单质，导致玄武岩熔液11成分改变。由于玄武岩熔液11本身具有静压力，上述指定位置与玄武岩熔液11上液面之间的距离越大，指定位置处的静压力越大，由此，为喷入玄武岩熔液11，助燃气必须具有大于该指定位置处静压力的气压。优选的，助燃气为富氧空气，氧气体积分数为21％～90％,气压为0.2MPa-0.6MPa。
(4).通过加热装置内的燃料管2将燃料输送至玄武岩熔液11中，且燃料的压力大于指定位置处玄武岩熔液11的静压力，实际助燃气流量不小于燃料充分燃烧所需理论助燃气流量。优选的，燃料为天然气或液化石油气，气压为0.2MPa-0.6MPa。
为减少高速气流穿透玄武岩熔液11对窑炉炉底造成冲刷损坏，应控制燃料及助燃气的喷出方向，优选的，燃料及助燃气的喷出方向与玄武岩熔液11液面平行或向上偏向玄武岩熔液11液面。
(5).输送至玄武岩熔液11中的助燃气及燃料在加热装置出口处充分混合，被高温玄武岩熔液11引燃，充分燃烧，产生的热量直接传递给玄武岩熔液11，燃烧产物变为气泡在玄武岩熔液11中逐渐上升，搅动玄武岩熔液11；
(6).加热过程结束，停止向燃料管2供应燃料，此时，为避免玄武岩熔液11在加热装置出口处冷凝将出口堵死，改换供应惰性气体，使加热装置出口始终有气体喷出。优选的，惰性气体为氮气，气压为0.2MPa-0.6MPa。
(7).停止向助燃气管3供应助燃气，改换供应惰性气体。
对于可以沿支座管1滑动的加热装置，将加热装置沿支座管1向上提起脱离玄武岩熔液11即可，无需向燃料管2及助燃气管3供应惰性气体。
下面通过工作流程对本发明作进一步的详细说明：
实施例：
加热装置斜插在窑炉的侧墙上，与水平面角度为30°～45°。当准备加热玄武岩熔液11时，向助燃气管3内通入氧气体积分数为50％～70％、气压为0.5MPa～0.6MPa的富氧空气，然后向燃料管2通入气压为0.3MPa～0.4MPa的天然气，富氧空气所具有的压力作用于助燃气管3内的气体施力面8，促使冷却水管4沿支座管1内表面向玄武岩熔液11滑动，从而带动燃料管2与助燃气管3逐渐浸入玄武岩熔液11内部，同时打开支座管1上的排气口62使得气室6内的气体随压缩过程逐渐排出，不对冷却水管4滑动产生阻力；当停止加热后，首先停止向燃料管2供应燃料，然后停止向助燃气管3供应助燃气，通过支座管1上的进气口61向气室6提供具有一定压力的气体，气体压力作用于冷却水管4外壁面上的气体施力面8，促使冷却水管4沿支座管1内表面滑动，从而带动燃料管2与助燃气管3逐渐脱离玄武岩熔液11。助燃气由助燃气管喷孔91喷入玄武岩熔液11内，燃料由燃料管喷孔92喷入玄武岩熔液11内，可以使燃料和助燃气混合得更好，燃烧更充分，同时获得更高的喷出速度及初动能，对玄武岩熔液的搅拌作用更强。在整个过程中，冷却水管4内一直有冷却水循环流动，对燃料管2、助燃气管3以及喷头9进行冷却降温，提高三者的使用寿命。
以上对本发明所提供的一种用于生产玄武岩连续纤维的加热装置及加热方法进行了详细介绍。本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。