Способ переработки минеральных волокон

 

Сущность изобретения: способ переработки минеральных волокон, покрытых органическими соединениями, включает подачу волокон в резервуар, содержащий ванну расплавленного стекла, нагрев волокон до разрушения покрытия и плавления волокон. Ванну расплавленного стекла перемешивают мешалкой со скоростью, достаточной для перемещения волокон, покрытых органическими соединениями, вместе с поверхностным течением ванны расплавленного стекла при одновременном нагреве волокон и разрушении покрытия до остаточного углерода, с последующим окислением большей части остаточного углерода и диспергированием волокон и неокисленного остаточного углерода в ванне расплавленного стекла. Очищенное стекло, пригодное для формирования стеклянных волокон, подвергается дальнейшей обработке на обычном оборудовании для формирования стеклянных волокон. Способ может также включать операцию предварительной обработки отходов стекловолокон путем их измельчения или превращения в порошок для облегчения подачи отходов в стекловаренную печь с высокой степенью перемешивания. 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение касается способа переработки минеральных волокон или отходов стекловолокон. В частности изобретение касается способа переработки волокон с помощью операции плавления стекловолокна путем разрушения органических связующих веществ в плавильной установке.

Известен способ переработки покрытых минеральных волокон (патент США N 4422862 кл. C 03 B 3/00, 1983), при котором покрытые минеральные волокна подают в ванну расплавленного стекла и нагревают для разрушения покрытия на минеральных волокнах, после чего минеральные волокна плавят так, что расплавленные волокна образуют часть ванны расплавленного стекла.

Однако известный способ допускает наличие существенного количества остаточного углерода после разрушения покрытия минеральных волокон. Остаточный углерод даже в небольших количествах является помехой плавлению и образованию стекловолокон. Кроме того углерод может делать стекло черным, что неприемлемо для коммерческого использования. Известный способ также трудно обеспечивает смешивание волокон с расплавленным стеклом.

Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков за счет создания способа, в котором достигалось бы качественное перемешивание, окисление остаточного углерода, а также диспергирование волокон и неокисленного остаточного углерода в расправленном стекле.

Эта задача решается тем, что в способе переработки минеральных волокон, покрытых органическими соединениями, включающем подачу волокон в резервуар, содержащий ванну расплавленного стекла, нагрев волокон до разрушения покрытия и плавления волокон, согласно изобретению ванну расплавленного стекла перемешивают мешалкой со скоростью, достаточной для перемещения волокон, покрытых органическими соединениями, вместе с поверхностным течением ванны расплавленного стекла при одновременном нагреве волокон и разрушением покрытия до остаточного углерода, с последующим окислением большей части остаточного углерода и диспергированием волокон и неокисленного остаточного углерода в ванне расплавленного стекла.

При этом желательно осуществлять подачу в резервуар окислителя для окисления остаточного углерода.

Целесообразно осуществлять подачу окислителя путем подачи через горелку избыточного воздуха.

Желательно количество подаваемого окислителя рассчитывать путем измерения количества горючих компонентов покрытия на единицу волокон и количества волокон, находящихся в резервуаре, с последующим изменением количества подаваемого окислителя в зависимости от расчетного количества.

Было бы желательно осуществлять замер содержания окислителя в отработанных газах, выходящих из резервуара, и изменять скорость подачи окислителя в резервуар для поддержания окисления остаточного углерода на заданном уровне.

Целесообразно такие волокна, покрытые органическими соединениями, предварительно нагревать за счет теплопередачи от ванны расплавленного стекла.

При этом дополнительный нагрев волокон, покрытых органическими соединениями, следует осуществлять с помощью горелки, нагревающей атмосферу в верхней части резервуара.

Далее желательно в процессе перемешивания создавать направленную внутрь ванны расплавленного стекла зону потока и зону апвелинга на поверхности ванны расплавленного стекла, а подачу волокон, покрытых органическими соединениями, осуществлять в струе, направленной на кромку зоны потока.

Целесообразно покрытие органическими соединениями волокна подавать в резервуар с контролируемой скоростью.

Желательно в резервуаре создавать окисленную атмосферу путем подачи воздуха и путем использования горелки для нагрева зоны над ванной расплавленного стекла за счет сгорания топлива, причем соотношение воздуха к топливу, подаваемому в горелку, должно быть больше, чем стехиометрическое количество, необходимое для сгорания топлива, а также путем окисления углерода, поступающего с волокнами, покрытыми органическими соединениями.

При этом в способе перерабатывают минеральные волокна с покрытием органическими соединениями, являющимися отходами производства стекловолокон.

Желательно использовать в качестве мешалки крыльчатку.

Целесообразно нагрев волокон, покрытых органическими соединениями, и диспергирование волокон осуществлять в одном резервуаре.

Целесообразно такие волокна, покрытые органическими соединениями, перед подачей в резервуар механически измельчать.

На фиг. 1 дан перспективный вид плавильной установки с хорошим перемешиванием и бункера подачи минеральных волокон, пригодных для воплощения изобретения; на фиг. 2 схематичный вид в плане бункера, шнекового транспортера и плавильной установки; на фиг. 3 вид в поперечном сечении, выполненном по линии 3-3 (фиг.2), показывающий минеральные волокна, подаваемые в плавильную установку с газовой горелкой, нагревающей зону выше расплава, и крыльчаткой, перемешивающей расплавленное стекло, в соответствии с изобретением; на фиг. 4 блок-схема, показывающая этапы способа изобретения.

На фиг.1 показана плавильная система 1 с хорошим перемешиванием, которая пригодна для воплощения изобретения. Смеситель-плавильная система 1 включает бункер 2 для сырья, например, минеральных волокон или отходов стекловолокна, имеющих органическое покрытие, из которого оно подается в систему. Отходы стекловолокна подаются в огнеупорную плавильную установку 3 с помощью шнекового транспортера 14.

В огнеупорной плавильной установке 3 расплавленное стекло 4 нагревается главным образом за счет нагрева джоулевым теплом с помощью большого числа электродов 5, проходящих через основание плавильной установки 3. В описанной установке используется четыре электрода. Электроды 5 в показанном варианте включены в однофазную цепь, при этом соседние электроды имеют противоположную полярность. Предполагается, что наиболее предпочтительным решением является использование многофазной цепи.

Привод 6 приводит в действие крыльчатку 7 или мешалку, вращающуюся с высокой скоростью. Привод 6 соединен с крыльчаткой 7 с помощью вала 8, снабженного предпочтительно водяным охлаждением.

Огнеупорная плавильная установка 3 содержит носик 9, через который расплавленное стекло может выливаться для дальнейшей обработки. В носике 9 имеется отверстие 10, через которое продукты сгорания и реакции окисления могут направляться для последующей обработки в скруббере или т.п.

Бункер 2 предпочтительно имеет несколько валов 11, снабженных большим числом пальцев 12, вращающихся с валом 11 для продвижения минеральных волокон или стеклянных волокон через бункер 2.

Шнековый транспортер 13 включает шнек 14, вращающийся с помощью приводного двигателя (не показан) в трубчатом корпусе 15, в результате чего минеральные волокна из бункера 2 могут транспортироваться с контролируемой скоростью в огнеупорную плавильную установку 3.

Вся смесительно-плавильная система 1 предпочтительно размещается на платформе 16 вместе с бункером 2, шнековым транспортером 13, огнеупорной плавильной установкой 3 и приводом 6 для воплощения способа изобретения.

На фиг. 2 показана подача покрытых минеральных волокон из бункера 2 по шнековому транспортеру 13 в огнеупорную плавильную установку 3. Показана также работа газовой с избытком воздуха горелки. Горелка 17 установлена на той же стене огнеупорной плавильной установки 3, что и шнековый транспортер 13. Струя газов от сгорания поступает в плавильную установку 3 рядом со шнековым транспортером 13. Отходы волокон 18 осаждаются на поверхность расплавленного стекла 4, в результате поверхностные течения на расплаве стекла затягивают их внутрь через направленную внутрь зону потока.

На фиг.3 огнеупорная плавильная установка 3 показана с вырывом для иллюстрации осаждения минеральных волокон 18 на поверхность расплавленного стекла 4 с помощью шнекового транспортера 13. Поток волокон в направленной внутрь зоне потока обозначен стрелками F. Крыльчатка 7 вращается, как обозначено стрелками P; для получения смешиваемого расплавленного потока, обозначенного стрелками M. В центре плавильной установки установлена термопара 19 для контроля за состоянием расплавленного стекла. Термопара 19 предпочтительно вставляется в отверстие 20, которое может быть использовано для слива плавильной установки при удалении термопары 19.

Стрелка B обозначает главный поток продуктов сгорания из горелки 17. Сливаемое стекло движется по траектории, обозначенной стрелкой ∈ через носик 9, тогда как отработанные газы, обозначенные стрелками Е, направляются через носик 9 к выпускному отверстию 10. Отработанные газы могут затем обрабатываться в циклонных сепараторах или скрубберах для удаления любых загрязнений. Отработанные газы состоят из продуктов сгорания, избыточного кислорода, двуокиси углерода и других летучих.

На фиг. 4 представлена блок-схема для объяснения ступеней способа изобретения. Первая операция, обозначенная цифрой 21 (фиг.4), заключается в измельчении скоплений волокон в покрытых отходах минеральных волокон. Покрытые отходы минеральных волокон обычно уплотнены или уложены в кипы для облегчения транспортировки. Предполагается, что некоторые потоки отходов материалов могут быть не в кипах или уплотнены, если они поступают непосредственно с операцией обрезки, на которой образуются отходы стеклянных волокон, а если так, то операция измельчения может быть устранена.

Вторая операция подачи, обозначенная цифрой 22, включает подачу волокон на расплавленное стекло 4 с контролируемой поверхностной скоростью.

Следующий этап заключается в транспортировании волокон поверхностным течением, обозначенным цифрой 23, через часть расплавленного стекла, где под действием тепла происходит разрушение покрытия и окисление углерода.

Главной целью изобретения является устранение углерода из органических покрытий до того, как минеральные волокна будут смешаны с расплавленным стеклом. Устранение значительной части углерода, как здесь используется, означает удаление, по крайней мере, 95% углерода. Говоря иначе, желательным является неокисленный остаток порядка менее, чем 0,3-0,4% и более предпочтительно 0,1% Количество углерода, превышающее 0,1% может потребовать дополнительных операций очистки с целью удаления углерода из расплавленного стекла. Такие дополнительные операции очищения могут включать нагревание расплавленного стекла для окисления углерода за счет реакций натриевого или кремниевого стекла или могут включать дополнительную аэрацию или окисление расплава окислителями. Кроме того, добавление сырья может вызвать окисление остаточного углерода. Примеры такого сырья могут включать карбонат натрия, гидрат пироборат натрия, углекислый натрий и т.п.

Как показано на фиг. 4, цифрой 24 обозначена следующая операция, во время которой волокна после окисления углерода диспергируются крыльчаткой или смешивающими средствами в расплавленном стекле. Волокна плавятся и быстро диспергируются в расплавленном стекле, благодаря их небольшому диаметру и скорости, с которой смешивающие средства диспергируют волокна в расплавленном стекле. Плавление стекловолокон обозначено цифрой 25. После того как волокна были включены в расплавленное стекло и расплавились, образовавшееся дополнительное расплавленное стекло удаляется, как обозначено цифрой 26, и проходит дополнительную обработку.

В настоящее время предполагается, что расплавленное стекло будет обрабатываться путем охлаждения водой для получения стеклянного боя, как обозначено цифрой 27. Расплавленное стекло, удаленное из плавильной установки, может быть также использовано для питания существующих плавильного и обработанного оборудований, как обозначено цифрой 28. Могут обеспечиваться дополнительные компоненты шихты и время для отделения газообразных окклюзий с целью гарантирования получения коммерчески приемлемых минеральных волокон. Или же, расплавленное стекло может направляться прямо в нагреватель операции получения стеклянных волокон, как обозначено цифрой 29.

Для специалиста в данной области будет понятно, что хотя приведенное выше описание является наилучшим вариантом воплощения изобретения, оно только иллюстрирует изобретение, но не несет ограничительных функций. Область изобретения определяется его формулой.

Формула изобретения

1. Способ переработки минеральных волокон, покрытых органическими соединениями, включающий подачу волокон в резервуар, содержащий ванну расплавленного стекла, нагрев волокон до разрушения покрытия и плавление волокон, отличающийся тем, что ванну расплавленного стекла перемешивают мешалкой со скоростью, достаточной для перемещения волокон, покрытых органическими соединениями, вместе с поверхностным течением ванны расплавленного стекла при одновременном нагреве волокон и разрушении покрытия до остаточного углерода с последующим окислением большей части остаточного углерода и диспергированием волокон и неокисленного остаточного углерода в ванне расплавленного стекла.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют подачу в резервуар окислителя для окисления остаточного углерода.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что подачу окислителя осуществляют путем подачи через горелку избыточного воздуха.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что количество подаваемого окислителя рассчитывают путем измерения количества горючих компонентов покрытия на единицу волокон и количества волокон, покрытых органическими соединениями, находящихся в резервуаре, с последующим изменением количества подаваемого окислителя в зависимости от рассчетного количества.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что осуществляют замер содержания окислителя в отработанных газах, выходящих из резервуара, и изменяют скорость подачи окислителя в резервуар для поддержания окисления остаточного углерода на заданном уровне.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что волокна, покрытые органическими соединениями, предварительно нагревают за счет теплопередачи от ванны расплавленного стекла.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительный нагрев волокон, покрытых органическими соединениями, осуществляют с помощью горелки, нагревающей атмосферу в верхней части резервуара.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе перемешивания создают направленную внутрь ванны расплавленного стекла зону потока и зону аквелинга на поверхности ванны расплавленного стекла, а подачу волокон, покрытых органическими соединениями, осуществляют в струе, направленной на кромку зоны потока.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что покрытые органическими соединениями волокна подают в резервуар с контролируемой скоростью.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что в резервуаре создают окислительную атмосферу путем подачи воздуха и путем использования горелки для нагрева зоны над ванной расплавленного стекла за счет сгорания топлива, причем отношение воздуха к топливу, подаваемому в горелку, больше, чем стехиометрическое количество, необходимое для сгорания топлива, а также путем окисления углерода, поступающего с волокнами, покрытыми органическими соединениями.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что минеральные волокна, покрытые органическими соединениями, являются отходами производства стекловолокон.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что мешалка является крыльчаткой.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев волокон, покрытых органическими соединениями, и диспергирование волокон осуществляют в одном резервуаре.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что волокна, покрытые органическими соединениями, перед подачей в резервуар механически измельчают.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4