一种非天然玄武岩纤维及其生产工艺的制作方法

1.本发明涉及玄武岩纤维材料技术领域，具体地说，涉及一种非天然玄武岩纤维及其生产工艺。


背景技术：

2.传统的玄武岩纤维通常采用天然玄武岩矿石经过高温熔制拉制而成，天然玄武岩矿石变异系数≥15％，窑炉中其玄纤熔融体组分波动大，一致性差，直接导致产品性能的离散系数也大，制备得到的纤维产品不能满足工业产品设计的需要。
3.传统的天然玄武岩纤维组分通常由：sio2、al2o3、cao、mgo、k2o、 na2o、p2o5、fe2o3、feo、tio2、mno2组成。其中，由于天然玄武岩地域性的差别，不同地区的天然玄武岩组成差异极大。由此可见，若要稳定的、一致性好的玄武岩纤维产品，其选用稳定的矿物原料组分是必不可少的。


技术实现要素：

4.《本发明解决的技术问题》
5.传统的天然玄武岩纤维组分变异系数高，从而使得制备得到的纤维产品质量不稳定。
6.《本发明采用的技术方案》
7.针对上述的技术问题，本发明的目的在于一种非天然玄武岩纤维及其生产工艺。本发明提供的非天然玄武岩纤维，加入geo2的矿物能够将fe
2+
转化为fe
3+
，从而降低熔体的着色强度，节能15％，提高熔化率5％)，提高强度到3000～3500mpa，加入iro2使得纤维的模量提高了95～115gpa，同时具有绝缘性好、耐高温、耐腐蚀、耐碱性优良的特性。本技术的非天然玄武岩纤维，由于成分更加稳定、一致性好，多品种、系列化、独特性能优的产品，明显优于天然玄武岩纤维。
8.熔化率是指一座窑炉的熔化能力，单位为t/m2·
d；强度是指玄武岩纤维制品的抗拉强度和弹性模量，国标gb/t3811-2019；模量是指拉伸弹性模量，国标gb/t3811-2019。
9.具体内容如下：
10.第一，本发明提供了一种非天然玄武岩纤维，各组分按重量份数计，包括sio
2 40～68份、al2o
3 10～20份、cao 4.0～16.0份、mgo1.0～11.0份、 k2o 0～7.0份、na2o 0～5.0份、p2o
5 0～5.0份、fe2o
3 5.0～14.0份、feo 1.0～5.0 份、tio
2 1.0～5.0份、geo
2 0～3.0份、iro
2 0～5.0份、mno
2 0～3.0份。
11.第二，本发明提供了一种非天然玄武岩纤维的生产技术，包括如下步骤：
12.s1将非天然玄武岩的各组分原料分别制成微粉，将微粉共混得到混合料；
13.s2混合料投入池窑炉中加热熔融得到溶体，加热熔融的温度为 1280～1450℃，池窑炉中配置有鼓泡装置，池窑炉采用全氧燃烧技术加热；
14.s3将溶体由池窑炉的底部引出，经漏板流出，再经喷吹成型冷却得到成品。
15.《本发明的有益效果》
16.(1)本发明提供的非天然玄武岩纤维原料，性能稳定，变异系数≤7％，经过优化组合配制与均质化的原料化学性能达到
±
6％；
17.(2)利用本发明提供的非天然玄武岩纤维原料，能够生产多品种、系列化、具有各种独特性能的玄武岩纤维产品；同时解决了因单一的纯天然玄武岩矿石变异系数大带来的各种弊端，稳定了相应的拉丝性能，从而使拉丝操作稳定，达到纤维产品质量稳定的目的；同时提高了纤维的各种力学性能和理化性能；
18.(3)本发明提供的非天然玄武岩纤维原料，克服了天然玄武岩矿石成份不稳定的缺点，达到玄武岩熔融体质量稳定，拉丝操作工艺稳定的优势。
附图说明
19.图1为实施例2中气力输送装置的结构示意图；
20.1-皮带传送机，2-进料提升机，3-给料震动机，4-缓冲仓，5-皮带小车， 6-卸料震动机，7-均化仓，8-出料传送带，9-提升机，10-储存罐，11-震动机，12-皮带送料机。
21.图2为实施例2中池窑炉的结构示意图；
22.a-垂直烟道，b-水平烟道，c-窑炉主体，d-主通道，e-作业通路1，f
‑ꢀ
作业通路2，g-一次通路。
具体实施方式
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
24.第一，本发明提供了一种非天然玄武岩纤维，各组分按重量份数计，包括sio
2 40～68份、al2o
3 10～20份、cao 4.0～16.0份、mgo1.0～11.0份、 k2o 0～7.0份、na2o 0～5.0份、p2o
5 0～5.0份、fe2o
3 5.0～14.0份、feo 1.0～5.0 份、tio
2 1.0～5.0份、geo
2 0～3.0份、iro
2 0～5.0份、mno
2 0～3.0份。
25.进一步地，各组分按重量份数计，sio
2 50～65份、al2o
3 10～15份、cao4.0～10.0份、mgo1.0～8.0份、k2o 0～7.0份、na2o 0～5.0份、p2o
5 0～5.0份、 fe2o
3 5.0～10.0份、feo 1.0～5.0份、tio
2 1.0～5.0份、geo
2 0～3.0份、iro
2 0～5.0 份、mno
2 0～3.0份。
26.本发明中，还包括zro2、cr2o3、as2o3、cuo、zno或ceo中的至少一种。其中，上述各组分的添加量为zro
2 0～2.0份、cr2o30～2.5份、as2o
3 0～1.50％、cuo 0～1.0份、zno 0～2.0份或ceo 0～3.0份。上述组分的总添加量为0～3.0份。ceo作用在于脱色。
27.第二，本发明提供了一种非天然玄武岩纤维的生产技术，包括如下步骤：
28.s1将非天然玄武岩的各组分原料分别制成微粉，将微粉共混得到混合料；微粉的规格为60～140目。
29.s2混合料投入池窑炉中加热熔融得到溶体，加热熔融的温度为 1280～1450℃，池窑炉中配置有鼓泡装置，池窑炉采用全氧燃烧技术加热；
30.s3将溶体由池窑炉的底部引出，经漏板流出，再经喷吹成型冷却得到成品。
31.本技术中，非天然玄武岩均质化原料的熔化过程如下：
32.在900～1000℃时，原料变成由硅酸盐和sio2组成的烧结物；继续加热，烧结原料熔化，具体为：首先，低熔点矿物先熔化，同时硅氧(硅氧是指矿石原料中的硅晶体中间隙氧含量)和硅酸盐相互熔化，烧结矿物体变成熔体，但此时熔体中有大量气泡和条纹(条纹是指玄武岩玻璃熔融体还存有杂质)，熔体的化学成分不均匀，在1280～1450℃下继续加热并使熔融体均匀化，另外在池窑炉关键部位-澄清池增加鼓泡装置，由气体带动熔体搅拌混合，增强熔体的气泡排出功能，加速熔体的澄清和均质化。
33.本发明中，非天然玄武岩的原料中，控制氧化铁的质量占比为7～9％，氧化铁包括fe2o3和feo。
34.本发明中，s3中，漏板采用2400孔漏板。
35.本发明中，s1中微粉经均质化处理，均质化处理采用气力混合装置。
36.本发明中，池窑炉包括熔化池、澄清池和纤维成形池，适合于熔制非天然玄武岩原料。本技术的池窑炉采用全氧燃烧加热，全氧燃烧技术代替了传统的空气辅助天然气燃烧技术，全氧燃烧技术有利于控制氧化还原气氛，稳定熔融体的粘度和远离析晶区，使熔体的粘度适合于拉丝工艺要求，从而提高了玄武岩熔融体的稳定性和拉丝操作稳定性；池窑炉底部配有电极辅助加热系统(钼电极)，通过调整电助熔比例用以控制池窑熔融体温度稳定，池窑炉可用2400孔拉丝漏板，天然玄武岩纤维坩埚炉或组合炉只能用800孔拉丝漏板，从而使得本技术替代天然玄武岩纤维的生产技术，成为可能。
37.《实施例》
38.实施例1
39.非天然玄武岩纤维原料的组分见表1。
40.表1非天然玄武岩纤维原料组分(按重量100％计)
[0041][0042]
公差是指标准的波动范围。
[0043]
实施例2
[0044]
一种非天然玄武岩纤维的生产技术，包括如下步骤：
[0045]
s1将实施例1中的非天然玄武岩的各组分原料分别制成微粉，微粉经均质化处理，均质化处理采用气力混合装置；将微粉共混得到混合料；微粉的规格为60～140目；非天然玄武岩的原料中，控制氧化铁的质量占比为 7～9％，氧化铁包括fe2o3和feo。气力混合装置的结构如图1所示。
[0046]
s2混合料投入池窑炉中加热熔融得到溶体，加热熔融的温度为 1280～1450℃，池窑炉中配置有鼓泡装置，池窑炉采用全氧燃烧技术加热；池窑炉的结构如图2所示。
[0047]
s3将溶体由池窑炉的底部引出，经2400孔漏板流出，再经喷吹成型冷却得到成品。
[0048]
池窑炉包括熔化池、澄清池和纤维成形池，适合于熔制非天然玄武岩原料。池窑炉采用全氧燃烧加热；池窑炉底部配有电极辅助加热系统(钼电极)。
[0049]
本实施例的池窑炉2400孔漏板拉丝产量≥1600kg/天(指一块拉丝漏板的产量)，而常规的坩埚炉或组合炉800孔漏板拉丝产量400kg/天/块，实施例的技术将产量提高了4倍；同时，本实施例采用的全氧燃烧过程节能 35％以上，无氮氧化物(no)废气排放，是一种绿色环保制造技术，熔化速度和产量增加25％，熔体气泡减少85％。
[0050]
《对比例》
[0051]
对比例1
[0052]
现有的天然玄武岩纤维原料组分见表2。
[0053]
表2 5种天然玄武岩纤维原料组分(kg/％)
[0054][0055][0056]
《对表1和表2的说明》
[0057]
对于本技术而言，表1中任何地点的矿石均能配制成每一个化学成份的波动公差达到
±
6％范围内。
[0058]
表2是俄罗斯天然玄武岩纤维(ru(11)02118300，us2002/0069678ai) 中的5个地点的天然玄武岩矿的化学成份波动范围，如mno2最大偏差98％， fe2o
3+
feo最大偏差30％，俄罗斯技术采用天然玄武岩矿石为原料，也就是不能对天然矿石原料中的波动进行控制，天然玄武岩矿石化学成分变异系数是不可控的，因而无法进行相同的指标对比。俄罗斯技术从八十年代至今采用天然玄武岩纤维，其产品波动范围≥15％，不能满足工业设计规范，本发明的非天然玄武岩纤维技术，将其原料中的化学成分进行调配，表1 中的化学成分波动范围达到≦6％。
[0059]
综上所述，本发明为了生产质量稳定的玄武岩纤维产品，以天然玄武岩矿石为主与其它矿石配制得到非天然玄武岩纤维新原料，克服了天然玄武岩矿石成份不稳定缺点，达到了玄武岩熔融体质量稳定，拉丝操作工艺稳定的优势；采用非天然玄武岩原料替代单一的天然玄武岩原料，实现了新的玄武岩原料多品种、系列化、专业化；采用池窑拉丝工艺
替代坩埚炉或组合炉，达到玄武岩纤维规模化生产，成本合理化的市场化目标，具体如下：
[0060]
(1)本发明采用天然玄武岩矿石与其它多种矿石按优化组合配制成化学成份稳定的多品种非天然玄武岩原料，突破天然玄武岩品种单一，变异系数大的缺点；
[0061]
(2)本发明的非天然玄武岩纤维原料化学成份稳定，原料经过均质化制作，使非天然玄武岩熔融体温度稳定、熔融体粘度范围稳定；克服了天然玄武岩矿石成份不稳，熔融体温度和粘度范围波动大的缺点；
[0062]
(3)本发明采用池窑拉丝技术，全氧燃烧技术，顶烧加热工艺(高性能全氧燃烧喷枪)，非天然玄武岩熔融体均质化技术，熔融体质量稳定技术，实现非天然玄武岩纤维规模化生产与合理成本目标，克服了天然玄武岩坩埚炉或组合炉熔融体波动大、能耗大、质量差、产量低、成本高的缺点。
[0063]
(4)本发明的非天然玄武岩原料多品种、系列化，生产多品种、系列化、专业化，产品质量稳定的玄武岩纤维，本产品能满足结构工程材料设计规范，非天然玄武岩纤维技术可实现3万吨/年生产目标，成本比天然玄武岩纤维降低45％，结束天然玄武岩纤维产品单一的缺点。
[0064]
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。