用于矿物材料的闭孔膨胀的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于由使用推进剂的砂粒状矿物材料（1）生产膨胀颗粒的方法；材料（1）进给到竖直立炉（2）内并沿着下落部分（4）下落穿过位于炉（2）的炉身（3）中的多个加热段（5），每个所述加热段（5）能利用至少一个可独立控制的加热元件（6）加热；材料（1）被加热至一临界温度，在该临界温度下，砂粒（15）的表面（7）塑化，并且砂粒（15）基于推进剂膨胀。依照本发明，如果沿着下落部分（4）检测到材料（1）在两个相继位置（9）之间的第一温降，就根据临界温度控制沿着剩余的下落部分（4）的加热元件（6）以便以受控的方式调节膨胀颗粒的封闭表面。
【专利说明】用于矿物材料的闭孔膨胀的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于由带有推进剂的砂粒状矿物材料(例如来自珍珠岩或黑曜岩砂)生产膨胀颗粒的方法，其中所述材料从上方进给到一竖直立炉内，优选经由一溜槽进给，所述材料沿着一下落部分穿过位于炉的炉身中的彼此在竖向上分开的多个加热段下落，其中可以利用至少一个可独立控制的加热元件对每个加热段进行加热，所述材料被加热至一临界温度，在该临界温度下，砂粒表面塑化，并且砂粒通过推进剂膨胀，膨胀材料在炉的底端被排出。
[0002]本发明还涉及一种用于生产膨胀颗粒的设备，其包括:竖直立炉加炉身，炉身的上端带有用于进给砂粒形材料的进料口，炉身的底端带有排出口 ；和位于炉身的进料口与排出口之间的下落部分，所述下落部分引入彼此在竖向上分开的几个加热段，其中，每个加热段均包括至少一个加热元件，所述加热元件能彼此单独控制，以便将材料加热至一临界温度，并包括用于直接或间接测量材料的温度的几个温度传感器和/或用于确定加热段的加热元件的功率的装置。
【背景技术】
[0003] 对于建筑业(例如预拌灰浆工业或绝缘技术)的各种应用而言，轻密度材料作为原材料有很大需求。轻密度材料主要分成油基材料和矿物材料。虽然油基材料存在易燃缺点，但是人们对其生产工艺开展了很好的研究，从而实现了低成本生产。聚苯乙烯就是油基绝缘材料的一个主要例子，其优选用在用于热绝缘的建筑业中。由于其价格低，人们接受了其易燃的严重缺点，但是如果发生火灾，部分后果是灾难性的。
[0004]与之相比，由矿物材料制成的绝缘材料是不易燃的，其主要涉及颗粒形式的含(结晶)水岩石(例如诸如珍珠岩、黑曜岩等的火山岩)。但是，人们对其生产工艺没有进行如同油基绝缘材料那样好的研究。在可获得的质量和可能的生产成本方面，矿物绝缘材料的生产工艺看起来仍然具有很大的发展潜力。
[0005]现有技术中很早就已经知道珍珠岩炉了，其中热燃烧空气通过竖直布置的管道从下向上吹。即将膨胀的(珍珠岩)砂经由一溜槽从上方向下供给，即在任意情况下供给到炉的布置在炉的底端上方的区域。砂在逆流的热排气中被加热直至临界温度，在所述临界温度，砂被塑化，结合在砂中的水被蒸发。蒸发过程同时伴随着砂的膨胀，其膨胀到其原来体积的20倍。
[0006]各个砂粒通过膨胀过程裂开，由此获得开孔、非常轻且和吸湿性强的颗粒。该颗粒随着排气流向上排出，并在一过滤器中分离。颗粒主要用于液化天然气(LNG)柜的热绝缘的绝缘技术中，但也可以用作预拌灰浆的添加剂，用于改善处理能力，以及用作绝缘筑底以用于构造公寓住房的地板。
[0007]以这种方式膨胀的珍珠岩的主要缺点在于其开孔，从而导致吸湿性强，尺寸稳定性有限。为了抑制其吸湿性，现有技术中已知的是随后浸溃硅酮，但这需要昂贵的附加处理步骤，该步骤带来了硅酮从大约200°C易燃的缺点。[0008]生产闭孔膨胀珍珠岩的先前的尝试不令人满意。一方面，没有对闭孔膨胀的确切原因进行过研究。另一方面，直到今天也不可能控制闭孔膨胀过程，并且不可能以有目的的方式影响所述过程。后者也意味着，膨胀颗粒的精确表面结构在生产过程中不能有意地设定。这阻碍了对例如粗糙度的设定，粗糙度在利用其它材料处理中扮演着重要角色。
[0009]此外，需要注意的是，在含水量过多的情况下，已经膨胀的颗粒会在其表面通过膨胀期间的冷却工序已再次凝固之前破裂。在这方面，现有技术中已知的是，可以通过原砂的热调节将含水量(即材料中结合的水分)减少至对膨胀来说最佳的值。
[0010]砂粒在实际膨胀工序之后的重新加热会使膨胀继续，但这会导致已经膨胀的颗粒在重新膨胀工序之后破裂或者呈现低强度值的可能性。
[0011]专利文献只解决了用于该用途的膨胀工序或设备的各方面。没有讨论膨胀颗粒的开孔构造的潜在机理或受控预防。所以，EP0225074B1披露了一种用于热处理可膨胀材料的方法，其包括:预加热和加热两个加热阶段；和随后通过将冷却剂吹到膨胀材料上而主动冷却。AT504051B1建议在两个加热阶段之间附加筛分。W02009/009817A1披露了一种进行膨胀的竖炉。即将被膨胀的材料从上方提供给炉，并在竖炉的底端被移除，这就是W02009/009817A1被认为是最接近的现有技术的原因。
[0012]发明目的
[0013]所以，本发明的目的是提供一种用于通过推进剂膨胀砂状矿物材料的方法，其中，可以以受控的方式设定膨胀颗粒的封闭表面，使得膨胀颗粒不呈现任何吸湿性或者几乎没有吸湿性。此外，可以提供对膨胀颗粒的表面结构的影响，从而以有目的的方式影响其粗糙度。本发明的目的还在于提供一种用于执行依照本发明的方法的设备。
【发明内容】
[0014]本发明的基础是从大量试验获得发现，实际的膨胀过程是一等焓过程，其基础是砂粒的软化结合水蒸气或另外的推进`剂的形成，这意味着在实际膨胀过程中，随着砂粒体积的增大，焓保持恒定，其中大体上每个砂粒都代表一热力学系统，但实际上显然是许多砂粒组合形成一个系统。
[0015]等焓膨胀过程与材料温度的急剧减少或降低有关系，其也可以归类为降温，并且其使颗粒再次变硬，冻结膨胀过程。等焓膨胀过程伴通过超过例如100°c的温降实现，即，材料的温度在膨胀过程期间显著减少，并且塑性降低。
[0016]该发现允许以与所使用的原始材料实质上无关的方式检测膨胀过程，即，可以确定炉中膨胀发生的时间和位置。另一方面，这允许成功防止仅刚刚膨胀的颗粒由于膨胀过程之后供热明显减少或以有目的的方式完全停止供热而开裂。这意味着温降代表材料温度的第一降低，其可以在沿着材料穿过炉的路径的两个相继位置检测到。
[0017]温降的检测可以通过直接测量炉中砂的温度、或者间接地通过迂回测量后续工序中冷却水温度、或者通过确定热流变化进行。
[0018]膨胀过程本身发生在竖直的井式立炉中，其中原始材料借助于一溜槽从上方供给。炉的内部，即炉身，形成材料的下落部分，其中，几个加热段沿着下落部分彼此在竖向上分开地布置，所述加热段包括可彼此独立地控制和调节的加热元件。材料被从而加热到一临界温度，在该临界温度，砂粒表面变得塑化。由于材料中结合有水，因而形成水蒸气，此时水蒸气的压力使砂粒以等焓方式膨胀。检测伴随的砂粒冷却。这明显也适用于另外的推进剂代替水存在于材料中的情况。炉身中膨胀过程的位置对所有砂粒来说通常不是一样的，因为砂粒实际上尺寸和重量都不同。因此膨胀过程出现在下落部分的一区域中。该区域位于两个点之间，其中在所述两个点之间确定材料温度的第一降低。
[0019]材料的温度不会从该位置或从确定温降的区域再次升高，但是所述温度沿着剩余的下落部分以有目的的方式减少。该减少的发生是因为加热段中沿着剩余的下落部分的加热元件的功率是随着剩余的下落部分下调。这可能与阶梯函数有关，其可以通过沿着加热段中沿着剩余的下落部分的加热元件的零功率实现，或通过几个阶梯中的加热功率的降低实现。材料的排出通过一水冷溜槽进行，其中水冷有助于材料的进一步冷却，从而进一步减少其塑性变形性。[0020]这就是为什么提供一种用于由带有推进剂的砂粒状矿物材料(例如由珍珠岩或黑曜岩砂)生产膨胀颗粒的方法的原因，其中所述材料从上方进给到一竖直立炉内，优选经由一溜槽进给，所述材料沿着一下落部分穿过位于炉的炉身中彼此在竖向上分开的多个加热段下落，其中可利用至少一个可独立控制的加热元件对各个加热段进行加热，所述材料被加热至一临界温度，在该临界温度下，砂粒表面塑化，并且砂粒通过推进剂而膨胀，所膨胀的材料在炉的底端被排出，在检测沿着下落部分的两个相继位置之间的材料的第一温降时，根据临界温度控制沿着剩余的下落部分的加热元件。
[0021]膨胀颗粒在其机械性能或强度以及完全没有吸湿性或有最小可能的吸湿性方面的最佳品质伴随着膨胀颗粒相应的坚固、没有裂纹的表面。这可以依照本发明的方法的优选实施例可现，这是因为控制沿着剩余的下落部分的加热元件，使沿着剩余的下落部分的材料温度不会升高到或超过临界温度，从而防止重新膨胀。
[0022]由于即将膨胀的砂粒实际上不是全部具有相同的尺寸或质量，实际上不是全部的砂粒同时到达临界温度。因此，膨胀过程不是在一点发生，而是在炉身的一区域中发生。在其中有足够多的砂粒膨胀使得能检测到温降的区域之后，根据本发明的方法的上述优选实施例下调加热元件的功率，由此防止重新膨胀。不是所有的砂粒都在该区域膨胀，因为在该区域的末端，砂粒由于特定尺寸和质量还没有达到临界温度。在依照本发明的上述优选实施例中，这些砂粒由于该区域之后的加热元件的所述控制的缘故而不能膨胀，因而以未膨胀的形式从炉身或炉排出。这意味着从炉排出的材料在这种情况下含有特定量的未膨胀砂粒。使未膨胀砂粒的量最小或者使膨胀颗粒的量最大，从而接收材料性能破坏，尤其是高吸湿性和低强度上的破坏，是经济有效的。在这种情况下，由于材料在检测到沿着剩余的下落部分温降之后被再次加热或进一步加热，尤其是加热到或超过膨胀过程所需的临界温度，膨胀砂粒的量可能增大。较重或较大的颗粒因而也能够达到临界温度并沿着剩余的下落部分膨胀，这样膨胀砂粒的总量将增大。这就是为什么依照本发明的方法的又一优选实施例中控制沿着剩余的下落部分的加热元件使得沿着剩余的下落部分的材料温度升高到或超过临界温度。沿着剩余的下落部分的温度的重新升高导致已膨胀颗粒的材料质量的破坏，这是因为会出现重新膨胀，在重新膨胀中强度降低、或者已膨胀颗粒的表面可能裂开。所述裂开对伴随的吸湿性具有特别消极的效应。
[0023]对于所使用的材料，不仅可以使用其中结合有水的砂矿作为推进剂，例如使用珍珠岩或黑曜岩砂。还可以涉及混有含水矿物粘合剂的矿尘，其中，在这种情况下，含水矿物粘合剂作为推进剂。在这种情况下，膨胀过程可如下发生:
[0024]由例如20 μ m的较小砂粒构成的矿尘利用粘合剂形成例如500 μ m的较大颗粒。矿尘的砂粒的表面在临界温度下变得塑化，并形成较大颗粒的封闭表面，或者熔合成这样的颗粒。因为单个较大颗粒的封闭表面通常整体上小于形成所述较大颗粒所包含的矿尘的各个砂粒的所有表面的总和，所以，这样能够获得表面能量，并且表面体积比减小。
[0025]从刻起，较大颗粒带有各自的封闭表面，其中颗粒具有由矿物砂尘和含水矿物粘合剂构成的基体。由于这些较大颗粒的表面仍然是塑性的，所以形成的水蒸气随后能够使较大颗粒膨胀，即，含水矿物粘结剂用作推进剂。
[0026]另外，矿尘也可以替代性地与一推进剂混合，其中推进剂与优选含有水的矿物粘合剂混合。例如，CaC03可用作推进剂。在这种情况下，可能出现膨胀过程，类似于如上所述的:矿尘具有较小的砂粒尺寸(例如直径为20 μ m)，其利用推进剂和矿物粘合剂形成较大颗粒(例如直径为500 μ m)。当达到临界温度时，矿尘砂粒的表面塑化，并形成较大颗粒的封闭表面，或者熔合成这样的颗粒。较大颗粒的封闭表面仍然是塑性的，并且此时能由推进剂膨胀。如果矿物粘合剂含有水，则它可以充当另外的推进剂。这就是为什么依照本发明的方法的一优选实施例中带有推进剂的矿物材料涉及其中结合充当推进剂的水的矿物材料，或者混合有充当推进剂的含水矿物粘合剂的矿尘，或者混合有与矿物粘合剂混合的推进剂的矿尘，其中矿物粘合剂优选含有水，并充当另外的推进剂。
[0027]为了能够执行该方法，除了具有带可控加热元件的几个加热段的井式炉之外，还需要智能开环和闭环控制单元。其评估来自例如温度传感器的数据，以便确定或检测材料的温降以及在炉身中的相应位置或区域。根据该检测，开环和闭环控制单元控制加热段的加热元件，尤其是控制沿着剩余的下落部分的加热段的加热元件。应当理解，在膨胀位置或膨胀区域之前，也控制沿着下落部分的加热段的加热元件，因此可以设定为各种温度分布图，直到膨胀。因此，依照本发明的一种用于生产膨胀颗粒的设备，其包括加有炉身的竖直立炉，竖直立炉包括:在炉身的上端处的用于进给砂粒形材料的进料口 ；在炉身的底端处的排出口 ；和位于炉身的进料口与`排出口之间的下落部分，所述下落部分通过在竖向上彼此分开的几个竖直加热段，其中，每个加热段均包括至少一个加热元件，所述加热元件彼此可单独控制，以便将材料加热至一临界温度，并包括用于直接或间接测量材料温度的几个温度传感器和/或用于确定加热段的加热元件的功率的装置，其特征在于，设置有一开环和闭环控制单元，所述开环和闭环控制单元连接于温度传感器和/或用于确定加热段的加热元件的功率的装置以及连接于加热段的加热元件，以便沿着下落部分检测材料在两个相继位置之间的第一温降，该第一温降优选至少100°c，以及加热元件能根据临界温度由开环和闭环控制单元控制，尤其是以便以有目的的方式防止或实现沿着剩余的下落部分的材料温度升高至临界温度或超过临界温度。在例如电加热元件的情况下，用于确定加热元件的功率或功率消耗的装置可以涉及电流/电压或功率测量仪器。
[0028]通过检测温降，可以以有目的的方式使用于膨胀的能量输入最小。同样，可以近乎与原始材料无关地确保闭孔坚实颗粒的产品质量。与现有技术相比，即使细小砂粒组分也可以以闭孔方式膨胀。由于细的膨胀颗粒的强度值比较大颗粒大，对制造业可以实现令人感兴趣的新的轻密度材料。
[0029]为检测温降，可以沿着下落部分在几个点测量材料温度。可以直接或间接测量温度。直接测量通过布置在炉内部的温度传感器提供。温度传感器可以接触材料，也可以不接触材料。就后者来说，只确定加热段的温度。重要的是，温度传感器沿着下落部分以分布方式布置在竖向间隔开的位置上，以便能够局限温降的局部发生。因此，在依照本发明的方法的一优选实施例中，在彼此竖向间隔开的几个位置，直接或间接测量炉身中材料的温度，以便检测沿着下落部分的两个相继位置之间的材料的温度的第一减少，所述第一减少优选为至少100°C。
[0030]特别是在这种情况下，对于在每个加热段中布置至少一个温度传感器的情况下确定沿着下落部分的温降的位置或局部区域是有利的，所述温度传感器测量在该处占优的温度。因此，在依照本发明的设备的一优选实施例中，每个加热段布置有至少一个温度传感器。这明显隐含了温度传感器彼此在竖向上间隔地设置。在直接温度测量的情况下，温度传感器可以布置在炉身中，或者沿着下落部分，甚至可以接触材料。
[0031]温降的检测也可以通过确定从一个加热段到另一个加热段的热流变化来进行。在这种情况下，从加热元件到材料的热流是平均的。这取决于加热元件与材料之间的温差。在材料加热期间，加热元件与材料之间的温差逐渐减少。相应地，热流减少，即，所检测的从一个加热段到下一个加热段的热流变化是先减少。材料与加热元件之间在紧接着膨胀过程和由此形成的温降之后的温差基本上大于在紧接着膨胀过程之前。相应地，热流也将增加，即，所检测的从一个加热段到下一个加热段的热流变化此时是增大。因此，检测到的该热流增大适合于确定温降以及在炉身中的区域。因此，在依照本发明的方法的一优选实施例中，确定从加热元件到材料的热流变化，其中，确定一个加热段与紧邻的加热段、优选随后的下一个加热段之间的变化，通过检测从一个加热段到紧邻的加热段、优选随后的下一个加热段的热流增大，对沿着下落部分的两个相继位置之间的材料温度的第一降低进行检测。确定热流变化或检测热流增大尤其是通过测量加热元件在所要达到的预定目标温度所消耗的功率进行。目标温度与材料温度之差在降温之后大于在紧接着膨胀过程之前，这就是出现温降的加热段和/或跟着温降区域的加热段中的加热元件比在前的加热段的加热元件消耗更多功率的原因。功率增大对应于热流增大。
[0032]以所述的方式可以生成闭孔颗粒，其不包括或者几乎不包括任何吸湿性，而且不易燃。颗粒可以制有不同的表面结构。颗粒的特定表面结构可以在简单的球形与类似于几个相互连接的肥皂泡或类似于黑莓形状的几个相互连接的组织的形状之间调节。
[0033]对颗粒的粗糙度有直接影响并因此对其与其他材料的处理能力有直接影响的表面结构尤其可以受膨胀过程之后的热处理影响。为此，在膨胀过程之后剩余的下落部分中，加热段的加热元件的加热功率逐渐减少或者突然设定为零。结果，仍然具有一定量塑性的膨胀颗粒被赋予了在炉身中彼此高范围或低范围连接的机会。利用珍珠岩的测试在立即终止任何进一步供热的情况下已经生成了由五个到七个相互连接的组织构成的优选表面结构。这就是为什么在依照本发明的方法的优选变形中将加热元件的功率沿着整个剩余的下落部分设定为零的原因。
[0034]由于处理温度较高,炉身中存在升力，炉身就像一个烟道,该升力尤其对较小的砂粒粒子有作用。因此，升力使较小因而较轻的砂粒粒子比较大且较重的砂粒粒子在炉身中停留更长的时间。这意味着在 炉身中较小、较轻的砂粒可能会过热，这会对例如这些膨胀砂粒的机械性能产生不良影响。为防止较小、较轻砂粒比较大、较重砂粒在炉身中停留延长的时间，炉身以微小的负压力操作。这确保工艺空气与材料一起从顶部到底部被抽吸通过炉身，可以相互调节较大、较重颗粒和较小、较轻颗粒的停留时间。这就是为什么在依照本发明的方法的一优选实施例中材料与第一工艺空气一起被抽吸通过炉身并优选通过对炉身施加负压力的原因。
[0035]从顶部到底部流过炉身的第一工艺空气被加热。这导致炉身中流速的增大，从而使炉身中所有砂粒的停留时间都减少。这是不希望的。为了补偿第一工艺空气引起的流速增大，炉身向下具有比顶部宽的构造。这样，炉身中的流速可以保持大致恒定。这就是为什么在依照本发明的方法的特定优选实施例中第一工艺空气以基本恒定的速度流过炉身的原因。
[0036]因此，依照本发明的设备的一优选实施例中，炉身的垂直于下落部分的横截面从进料口到排出口增大。炉身宽度可以阶梯地或连续地增大。就后者来说，锥形配置是有利的，因为这种炉身制造相对简单。这就是为什么在依照本发明的设备的特定优选实施例中平行于下落部分的炉身的横截面具有锥形形状的原因。
[0037]结合对炉身施加一负压力，可以确保第一工艺空气基本恒速地流过炉身。这就是为什么在依照本发明的设备的尤其优选实施例中设置用于在炉身中沿着下落部分在下落方向上产成负压力的装置的原因，所述下落方向平行于下落部分，并从进料口到排出口，以便基本恒速地抽取第一工艺空气通过炉身。这种装置例如可以是相应尺寸的真空泵。同时该装置也可以用于夹带流运输机的操作，其用于在膨胀颗粒从炉排出后移除这些膨胀颗粒。在下落方向产成负压力意味着负压力在下落方向上增大。
[0038]砂粒从炉身下落的速度首先根据落体速度定律增大。由于未膨胀砂粒的尺寸小、而密度较高，空气阻力引起的制动只起到次要的作用。因此未膨胀砂粒不但达到比第一工艺空气的流速高的速度，而且根据落体速度定律进一步加速。由于膨胀，砂粒体积突然增大，而密度减小。所以空气阻力也突然增大，膨胀砂粒被第一工艺空气强有力地制动。随后，砂粒以基本恒定的速度下落通过炉身，砂粒速度的恒定由第一工艺空气流速的恒定决定。该下落速度的绝对值取决于膨胀砂粒的直径或体积以及密度，其通常大于第一工艺空气的流速，即，膨胀颗粒的下落速`度是由落体速度定律与基本恒速地流过炉身的第一工艺空气的阻力之间的相互作用获得的，其中空气阻力起到主导作用。这就是为什么在依照本发明的方法的特定优选实施例中膨胀材料以基本恒定的速度从炉身下落的原因，其中膨胀砂粒的下落速度取决于其直径。因此，砂粒在炉身中的最长停留时间取决于砂粒的直径(和密度)，不会超过该最长停留时间。
[0039]为防止明显散热，炉身中的供热通过热辐射进行。根据现有技术，耐热钢在通过热辐射进行的加热中用作炉身材料，但是，钢代表了高储热量。结果，这种配置需要较长的启动和停工周期。为了避免此问题，炉身由耐热织物或高耐热玻璃制成，或者内衬有这样的材料。因此，依照本发明的设备的一优选实施例中，炉身具有内衬有耐热织物或玻璃部段的内表面。
[0040]从炉身的径向中心向外部观察，加热元件布置在炉身内表面的衬里的后面，热绝缘物布置在加热元件的后面。
[0041]不管上述用于使第一工艺空气的流速平均以及从而使炉身中材料的停留时间平均的手段如何，基本事实是，较小、较轻砂粒比较大、较重砂粒较快地达到膨胀温度。这些较小砂粒尤其存在过热的可能性。如果与炉身发生碰撞，这会引起结块而与所述炉身发生粘附。为了抑制这样的碰撞以及由于结块而引起的潜在粘附，耐热织物以不透空气的方式布置，这样，使得第二工艺空气可以在朝着炉身的径向中心的方向上从其中还安装有加热元件的热绝缘物与炉身之间的空间注入到炉身中。空气量由一相应的节流部件设定，优选通过一可控阀设定。在炉身布置有耐热玻璃的情况下，可以通过将玻璃细分成部段实现类似的效果，其中，玻璃部段之间有空隙，由此，第二工艺空气间隔可以从上面提到的中间空间注入到炉身中。这就是为什么在依照本发明的方法的一尤其优选实施例中一定量的第二工艺空气在朝着炉身的径向中心的方向上从炉身的内表面吹送，以便防止材料在炉身的内表面上结块而引起粘附的原因，其中第二工艺空气的量借助于至少一个节流部件被调节。
[0042]同样，依照本发明的设备的一优选实施例中，耐热织物是透气的，第二工艺空气可在朝着炉身的径向中心的方向上穿过透气的耐热织物被注入。因此，依照本发明的设备的一替换实施例中，玻璃部段之间布置有空隙，第二工艺空气在朝着炉身的径向中心的方向上通过空隙注入，以便防止材料在炉身的内表面上结块而引起粘附。此外，依照本发明的设备的一尤其优选实施例中，设置有至少一个节流部件，借助于该节流部件，可以调节注入的第二工艺空气的量。节流部件优选涉及一可控阀。
[0043]如已经提及的，结合水或任何其他推进剂的匹配量的调节是必须的，一方面是为了保证膨胀，另一方面是为了防止颗粒在膨胀期间破裂。原砂的含湿量以及干燥期间其重量的减少可以首先在实验室中确定。这用作生产过程中原砂调节的缺省值，即，原砂在导入炉身之前的温度下需要被干燥多久以便设定所希望的含水量是已知的实验室实验结果。这种预干燥或热预调节通常在管式炉中进行，但也可以在流化床炉中进行。这就是为什么在依照本发明的方法的尤其优选实施例中材料在进入炉身之前优选在流化床炉中被热预调节的原因。应当理解，这种热预调节在明显低于临界温度的温度下在炉身进行。
[0044]热后处理要求大体上所有的砂粒都已经处于膨胀状态。在这种情况下需要确保材料的膨胀在炉身的有限或较窄的竖向区域中尽可能大地进行。因此，砂粒必须同样大，这样，所有砂粒基本上同时根据相同的能量输入塑化和膨胀。这就是为什么在依照本发明的方法的一优选实施例中材料在进入炉身之前被筛分以确保炉身中砂粒的尺寸分布尽可能地均匀的原因。
[0045]正如上面已经提到的，膨胀过程之后材料的热处理对膨胀颗粒的表面情况尤其是对粗糙度有影响。因此重要的是，根据颗粒的进一步的用途(例如加工成面板的情况)对膨胀材料的表面提供粗糙构造。因此，各个颗粒可以借助于适合的粘合剂(例如水玻璃)彼此粘合，以便实现具有所需强度值的尺寸稳定面板的生产。这种面板尤其适合于具有高热绝缘性质的住宅房间的内部干修(dry finishing),从而例如在夏天使用空调系统时实现能量消耗的减少。
[0046]水玻璃作为粘合剂的使用还允许在传统聚苯乙烯面板上施加一层依照本发明生产的颗粒，该层用于防火。应当理解，这种耐火层或防火层也可以用于很多其它部件，例如钢梁。
[0047]膨胀材料的表面也受到膨胀颗粒在冷空气流中的固化或变光(glazing)的影响。为此，在膨胀之后，将冷却空气直接混合到工艺空气和膨胀材料的当前混合物中，使得在100°C之下进行冷却，优选在80°C之下进行冷却。这就是为什么在依照本发明的方法的一优选实施例中在从炉或炉身排出材料的过程中混合冷却空气以便将材料冷却到100°c之下、优选冷却到80°c之下的原因。因此，依照本发明的设备的一优选实施例中，在炉或炉身的底部区域中设置有用于在从炉或炉身排出材料的过程中混合冷却空气的装置。该装置优选涉及用于冷却空气的流出口和冷却空气阀，所述流出口直接布置在炉身的底端，冷却空气阀尤其以可控方式布置。
[0048]一水冷溜槽可以任选地或附加地用于排出材料，其中水冷有助于材料的进一步冷却，由此进一步减少其塑性变形性。因此，在依照本发明的设备的一尤其优选实施例中，设置一优选水冷的溜槽，以便从炉或炉身排出材料。
[0049]以这种方式冷却的颗粒在进一步的步骤中借助于气动夹带流运输机输送并进一步冷却，由此，还进一步影响了颗粒的表面情况或强度。这就是为什么依照本发明的方法的又一优选实施例中材料在排出之后借助于气动夹带流运输机输送至一储存容器的原因，其中，使用优选冷空气的一冷流体，材料通过所述冷空气被更进一步冷却，优选在储存容器中具有室温。后者允许简单处理所生成的颗粒，例如装入袋内。同样，在依照本发明的设备的一尤其优选实施例中，设置一气动夹带流运输机，用于将从炉或炉身排出的材料输送至一储存容器。 【专利附图】
【附图说明】
[0050]现在参照实施例更详细地解释本发明。视图显示了例子，并解释了本发明的构思，但是这绝非以最终的方式对本发明进行限制或最终代表了本发明，其中:
[0051]图1显示了依照现有技术用于膨胀珍珠岩的井式炉的示意性截面图；
[0052]图2显示了现有技术中已知的用于膨胀粒子的又一井式炉的示意性截面图；
[0053]图3显示了依照本发明用于闭孔膨胀的依照本发明的井式炉的示意性截面图，其中示意地概略了设置在炉中的材料；
[0054]图4显示了从上方观察的带有球形表面结构的闭孔膨胀颗粒的示意图；
[0055]图5显示了从上方观察的带有粗糙表面结构的闭孔膨胀颗粒的示意图；
[0056]图6显示了依照本发明的方法的整个流程图。
【具体实施方式】
[0057]图1显示了现有技术中已知的用于起泡或膨胀珍珠岩砂I的炉2的示意性截面图。炉2主要由竖直立式炉身3构成，其中热气33从下方注入。在如图1所示的实施例中，珍珠岩砂I从上方在炉身3的总高度的约三分之一之上引入。珍珠岩砂I的砂粒15 (图1中未显示)在热气33作用下膨胀，这导致其密度减小。这因此产生了膨胀砂粒15在炉身3中上升的效果。带有膨胀颗粒的热排气34在炉身3的上端排出。膨胀颗粒可以通过一过滤器(未显示)被分离。该方法的缺点是，砂粒15在膨胀过程中通常会裂开，因而吸湿性极闻。
[0058]图2显示了 W02009/009817A1中披露的炉2的示意性截面图。该炉2也包括竖直立式炉身3。在这种情况下，珍珠岩砂I被允许从上方下落穿过炉身3，即，珍珠岩砂I沿着下落部分4下落，所述下落部分贯穿炉身3。加热元件6沿着下落部分4布置，所述加热元件向珍珠岩砂I供热，由此引起膨胀。炉2或加热元件6借助于热绝缘物25与外部隔离。[0059]膨胀颗粒在炉2的底端从炉身3排出，下落到夹带流运输机17上。膨胀颗粒在基本上水平对准的管道中借助于冷空气18、35的强流被带走。虽然在某些情况下可以由图2所示的炉生成闭孔膨胀颗粒，但是，W02009/009817A1并没有提供任何有关膨胀过程的细节。
[0060]图3显示了依照本发明的炉2，其适合于执行依照本发明的用于闭孔膨胀其中结合有水或其他任何推进剂的砂粒形状矿物材料的方法。炉2包括竖直延伸的炉身3，炉身3的上端26布置有用于待膨胀的材料(例如珍珠岩砂I)的进料口 19。
[0061]在该过程中，珍珠岩砂I在供给到炉2之前可以进行有关结合水或推进剂的量的预调节，例如在流化床炉38 (参见图6)中进行该预调节。将珍珠岩砂I进给到炉2或炉身3中可经由一溜槽(未显示)进行，或者珍珠岩砂I的进给可经由阀37控制。
[0062]珍珠岩砂I从进料口 19沿着下落部分4在下落方向23上竖直地通过炉身3下落到炉2或炉身3的底端27的排出口 20。
[0063]炉身3的宽度(即炉身3垂直于下落方向23的横截面)从进料口 19到排出口 20增大。在所示的实施例中，该宽度连续地加宽，使得炉身3平行于下落方向23的横截面具有锥形形状。炉身3垂直于下落方向23的横截面可以具有矩形或正方形形状或者圆形或环形形状。
[0064]炉2在下落方向23上被细分成带有至少一个相应加热元件6的多个加热段5(在图3中用虚线指示)，以便加热下落通过炉身3的珍珠岩砂I。在所示的实施例中，加热元件6关于贯穿炉身3的径向中心14的平面对称地布置。加热元件6可以涉及电加热元件6以及气操作加热元件6 二者。与之相关，加热元件6布置成用于提供热辐射，即，向珍珠岩砂I的热传递主要借助于热辐射而非通过对流进行。
[0065]在朝炉2的径向中心14的方向上可以看到，一耐热织物24布置在加热元件6之后。因此炉身3包括衬有耐热织物24的内表面13，或者耐热织物24形成炉身3的内表面
13。与现有技术中通常使用的耐热钢相比，耐热织物24具有储热量或储热容更低的优点，这样，能够实现炉2的快速启动和停机时间。
[0066]耐热织物24还是透气的。因此，第二工艺空气11可以在朝着炉身3的径向中心14的方向上注入穿过织物24，以便抑制被加热的砂粒15由于结块而在炉身3的内表面13上粘附。第二工艺空气11被导入炉身3或其内表面13与炉2的外热绝缘物25之间的中间空间中，在所述中间空间中还布置有加热元件6。第二工艺空气11的量由阀12控制，阀12优选是可控的。
[0067]在织物24中还布置有温度传感器21。温度传感器21布置在在竖向上彼此间隔开的位置9上，使得每个加热段5上有至少一个温度传感器21。在所示的实施例中，珍珠岩砂I的温度由加热段5中占优的温度确定。
[0068] 加热元件6和温度传感器21连接于一开环和闭环控制单元40 (参见图6)，所述开环和闭环控制单元40根据温度数据确定炉身3中砂粒15出现膨胀的位置或区域22。在该位置或在该区域22中，存在明显的温度降低，即膨胀的珍珠岩砂I例如存在超过100°C的温降。该温降是珍珠岩砂I等焓膨胀过程的结果，其中膨胀过程通过砂粒15的表面7的软化产生，接着由于砂粒15中形成的水蒸气或水蒸气压力的原因而进行膨胀过程。珍珠岩砂I在紧接着膨胀之前的温度例如大约为780°C，在紧接着等焓膨胀过程之后的温度大约仅为590°C，即，在该例子中，出现了 190°C的温降。开环和闭环控制单元控制沿着下落方向23观察位于温降的位置或区域22之后的加热元件6，这样，(膨胀的)珍珠岩砂I的温度不再发生进一步升高或后续升高。在最简单的情况下，这些加热元件6的功率设定为零。
[0069]砂粒15在膨胀过程之后的热处理影响其表面结构。一方面，该表面应当通过冷却在高强度范围内变光(glazed)。另一方面，可以实现膨胀颗粒的不同程度的粗糙度，因为几个较小砂粒结合成较大砂粒。图4显示了排出的膨胀材料主要由带有球形表面7的各个砂粒15构成的情况。相比之下，图5显示了带有具有粗糙表面7的较大砂粒15的膨胀颗粒。
[0070]为了实现膨胀珍珠岩砂I的快速冷却，在从炉2排出期间，注入冷却空气16(参见图3)。为此在排出口 20区域中设置一用于冷却空气16的流出口 29。冷却空气16的量可以通过一优选可控的阀28调节。冷却空气将膨胀珍珠岩砂I冷却到低于100°C的温度，优选冷却到低于80°C的温度。
[0071]沿着下落方向23观察，一溜槽8布置在排出口 20之后，紧挨着冷却空气16的流出口 29。所述溜槽通过冷却水30冷却，冷却水30的量通过一优选可控的阀31控制。这样，膨胀的珍珠岩砂I进一步被冷却。
[0072]膨胀的珍珠岩砂I最后经由溜槽8到达夹带流运输机17，珍珠岩砂I被所述夹带流运输机17输送到一储存容器39 (图6)。夹带流运输机17利用冷空气18运行，冷空气18的量借助于一优选可控的阀32控制。冷空气18或带有膨胀的珍珠岩砂的冷空气35例如被一真空泵36吸入。
[0073]冷空气18或带有在夹带流运输机17中快速移动的膨胀的珍珠岩砂的冷空气35产生对炉身3的负压。该负压确保珍珠岩砂I与工艺空气10 —起从进料口 19穿过炉身3被吸入。这又导致珍珠岩砂I的膨胀砂粒15与第一工艺空气10 —起以尽可能恒定的速度并优选以相同的速度运动穿过炉身3。
`[0074]此外，可进一步改善位置或区域22的限定，通过在砂粒15进入炉2之前对该砂粒进行筛选(未显示)而确保砂粒15的尺寸(以及因而质量)尽可能地均匀，这样，所有砂粒15将在炉身中3进行相同持续时间的热处理的情况下尽可能地膨胀。
[0075]图6显示了依照本发明的方法的整个流程图，其中使用依照本发明的炉2进行膨胀。珍珠岩砂I首先在该过程中从材料源被供给到粗筛43，该粗筛43筛选出太大并且例如直径超过30mm的颗粒。这些过大的砂粒15供给到一颚式破碎机46,被该颚式破碎机46破碎的砂粒15再次到达粗筛43。
[0076]一旦珍珠岩砂I已经过粗筛43，其就到达一棒磨机，所述棒磨机生成均匀小直径的珍珠岩砂I的砂粒15，例如直径为0.5mm。该小直径由位于棒磨机45之后的精筛44检验。太大的颗粒再次供给到棒磨机45。
[0077]珍珠岩砂I到达精筛44之后的料仓47。装填高度控制单元48监测所述料仓47中的装填高度，并在装填高度不足的情况下启动向材料源进一步供给珍珠岩砂I。珍珠岩砂I从料仓47经由阀37供给到流化床炉38。在流化床炉38中进行珍珠岩砂I的热预调节，以便设定含水量或结合的推进剂量。
[0078]流化床炉38中的加热例如可以借助于在燃烧器51中与燃烧空气54 —起燃烧的天然气53实现。燃烧空气54借助于例如一真空泵36供给到燃烧器。供给到燃烧器51的天然气53的量由阀42控制，所述阀42由控制燃烧器51的温度的温度控制单元56触发。
[0079]来自流化床炉38的排气55经由一旋流器50排出，其中排气例如经由又一真空泵36再次供给到燃烧器51，或者可以通过阀57逸出。阀57由控制流化床炉38中的压力的压力控制单元49触发。珍珠岩砂I从流化床炉38到达又一料仓47，所述珍珠岩砂从所述又一料仓47经由阀37供给到炉2。
[0080]图6显示了也被供给珍珠岩砂I的又一炉2。它涉及在旋流器50中与排气55分离并输送至又一料仓47的珍珠岩砂I。
[0081]在图6中所示的实施例中，各个炉2都是电加热的，其中加热元件6 (参见图3)借助于电源52被提供功率。电源52连接于开环和闭环控制单元40。这样，不仅可以控制加热元件6的功率，而且还可以通过确定连续的加热元件6的功率消耗来确定温降的位置或区域22 (参见图3)。[0082]膨胀后的珍珠岩砂I在从炉2排出之后经由夹带流运输机17输送到一储存容器39，所述夹带流运输机17利用冷空气18运行，所述冷空气18部分由一真空泵36吸入。排气55可以借助于又一真空泵36从储存容器39排出。
[0083]在所示的实施例中，储存容器39布置在一装袋机41上方，借助于装袋机41可以将膨胀后的珍珠岩砂装袋或者用袋子(例如所谓的大袋或其他优选柔性的散装容器)包装。
[0084]附图标记列表
[0085]1 珍珠岩砂
[0086]2 炉
[0087]3 炉身
[0088]4 下落部分
[0089]5 加热段
[0090]6 加热元件
[0091]7 砂粒表面
[0092]8 溜槽
[0093]9 用于温度测量的位置
[0094]10第一工艺空气
[0095]11第二工艺空气
[0096]12用于第二工艺空气的阀
[0097]13炉身的内表面
[0098]14炉身的径向中心
[0099]15 砂粒
[0100]16冷却空气
[0101]17夹带流运输机
[0102]18用于夹带流运输机的冷却空气
[0103]19 进料口
[0104]20 排出口
[0105]21温度传感器
[0106]22温降的位置或区域[0107]23下落方向
[0108]24耐热织物
[0109]25热绝缘物
[0110]26炉或炉身的上端
[0111]26炉或炉身的底端
[0112]28用于冷却空气的阀
[0113]29用于冷却空气的流出口
[0114]30冷却水
[0115]31用于冷却水的阀
[0116]32用于夹带流运输机的冷却空气的阀
[0117]33热气
[0118]34带有膨胀后的珍珠岩砂的热排气
[0119]35带有膨胀后的珍珠岩砂的冷空气
[0120]36真空泵
[0121]37用于珍珠岩砂的阀
[0122]38流化床炉
[0123]39储存容器
[0124]40开环和闭环控制单元
[0125]41装袋区
[0126]42用于天然气的阀
[0127]43粗筛
[0128]44精筛
[0129]45棒磨机
[0130]46颚式破碎机
[0131]47料仓
[0132]48装填高度控制
[0133]49压力控制
[0134]50旋流器
[0135]51燃烧器
[0136]52电源
[0137]53天然气
[0138]54燃烧空气
[0139] 55排气
[0140]56温度控制
[0141]57用于排气的阀。
【权利要求】
1.一种用于由具有推进剂的砂粒状矿物材料(I)、例如珍珠岩砂(I)或黑曜岩砂生产膨胀颗粒的方法，其中所述材料(I)从上方进给到一竖直立炉(2)内，所述进给优选经由一溜槽进行，所述材料(I)沿着一下落部分(4)穿过位于竖直立炉(2)的炉身(3)中在竖向上彼此分开的多个加热段(5)下落，其中各个加热段(5)能利用至少一个可独立控制的加热元件(6)加热，所述材料(I)被加热至一临界温度，在该临界温度下，砂粒(15)的表面(7)塑化，并且砂粒(15)通过推进剂膨胀，膨胀后的材料(I)在竖直立炉(2)的底端(27)被排出，其特征在于，一旦沿着下落部分(4)检测到材料(I)在两个相继位置(9)之间的第一温降，根据所述临界温度控制沿着剩余的下落部分(4)的加热元件(6)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，控制沿着剩余的下落部分(4)的加热元件(6)，使得沿着剩余的下落部分(4)的材料温度不会升高到临界温度或不会超过临界温度。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，控制沿着剩余的下落部分(4)的加热元件(6)，使沿着剩余的下落部分(4)的材料温度升高到临界温度或超过临界温度。
4.如权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，将沿着整个剩余的下落部分(4)的加热元件(6)的功率设定为零。
5.如权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，具有推进剂的矿物材料(I)涉及其中结合有充当推进剂的水的矿物材料(I)、或者混合有充当推进剂的含水矿物粘合剂的矿尘、或者混合有与矿物粘合剂混合的推进剂的矿尘，其中矿物粘合剂优选含有水，并充当另外的推进剂。
6.如权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，在竖向上彼此间隔开的多个位置处，直接或间接测量炉身(3)中材料(I)的温度，以便检测材料沿着下落部分(4)在两个相继位置(9)之间的第一温降，所述第一温降优选为至少100°C。
7.如权利 要求1至6之一所述的方法，其特征在于，确定从加热元件(6)到材料(I)的热流变化，其中，确定一个加热段(5)与紧邻的加热段、优选确定一个加热段(5)与随后的下一个加热段(5)之间的变化，通过检测从一个加热段(5)到紧邻的加热段、优选通过检测从一个加热段(5 )到随后的下一个加热段(5 )的热流增加，对材料(I)沿着下落部分(4 )在两个相继位置(9)之间的第一温降进行检测。
8.如权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，优选通过对炉身(3)施加负压力，将材料(I)与第一工艺空气(10) —起抽吸通过炉身(3)。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，第一工艺空气(10)以基本恒定的速度流过炉身(3)。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，膨胀后的材料(I)以基本恒定的速度下落通过炉身(3)，其中膨胀后的砂粒的下落速度取决于其直径。
11.如权利要求1至10之一所述的方法，其特征在于，一定量的第二工艺空气(11)在朝着炉身(3)的径向中心(14)的方向上从炉身(3)的内表面(13)吹送，以便防止材料(I)由于结块而粘附到炉身(3)的内表面(13)上，第二工艺空气(11)的量借助于至少一个节流部件(12)进行调节。
12.如权利要求1至11之一所述的方法，其特征在于，材料(I)在进入炉身(3)之前优选在流化床炉(38)中进行热预调节。
13.如权利要求1至12之一所述的方法，其特征在于，材料(I)在进入炉身(3)之前进行筛选以便确保炉身(3)中砂粒(15)的尺寸分布尽可能地均匀。
14.如权利要求1至13之一所述的方法，其特征在于，在从竖直立炉(2)或炉身(3)排出材料(I)的过程中，混合冷却空气(16)，以便将材料(I)冷却到100°C以下、优选冷却到80°C以下。
15.如权利要求1至13之一所述的方法，其特征在于，材料(I)在排出之后借助于气动夹带流运输机(17)输送至一储存容器(39)，其中，使用优选为冷空气(18)的冷流体(18)，材料(I)通过所述冷流体被冷却，所述材料优选在储存容器(39)中具有室温。
16.一种用于生产膨胀颗粒的设备，所述设备包括加有炉身(3)的竖直立炉(2)，所述竖直立炉包括:在炉身(3)的上端(26)处用于进给砂粒形材料(I)的进料口(19);在炉身(3 )的底端(27 )处的排出口( 20 );和位于炉身(3 )的进料口( 19 )与排出口( 20 )之间的下落部分(4)，所述下落部分(4)通过在竖向上彼此分开的多个加热段(5)，其中每个加热段(5)均包括至少一个可彼此独立地控制的加热元件(6)，以便将材料(I)加热至一临界温度，并且所述竖直立炉包括用于直接或间接测量材料的温度的多个温度传感器(21)和/或用于确定加热段(5)的加热元件(6)的功率的装置，其特征在于，设置有一开环和闭环控制单元(40),所述开环和闭 环控制单元连接至温度传感器(21)和/或用于确定加热段(5)的加热元件(6)的功率的装置以及连接至加热段(5)的加热元件(6)，以便检测材料(I)沿着下落部分(4)在两个相继位置(9)之间的第一温降，所述第一温降优选至少为100°C，以及加热元件(6)根据临界温度能被开环和闭环控制单元(40)控制，尤其是以便以有目的的方式防止或实现沿着剩余的下落部分(4)的材料温度升高至临界温度或超过临界温度。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，在每个加热段(5)中设置有至少一个温度传感器(21)。
18.如权利要求16至17之一所述的设备，其特征在于，炉身(3)垂直于下落部分(4)的横截面从进料口(19)到排出口(20)增大。
19.如权利要求16至18之一所述的设备，其特征在于，炉身(3)平行于下落部分(4)的横截面具有锥形形状。
20.如权利要求16至19之一所述的设备，其特征在于，设置用于在炉身(3)中沿着下落部分(4)在下落方向(23)上产生负压的装置，所述下落方向(23)平行于下落部分(4)，并从进料口(19)面向排出口(20)，以便基本恒速地将第一工艺空气(10)抽吸通过炉身(3)。
21.如权利要求16至20之一所述的设备，其特征在于，炉身(3)包括衬有耐热织物(24)或玻璃部段的内表面(13)。
22.如权利要求21所述的设备，其特征在于，耐热织物(24)是透气的，第二工艺空气(11)能够在朝着炉身(3)的径向中心(14)的方向上穿过透气的耐热织物(24)注入。
23.如权利要求21所述的设备，其特征在于，玻璃部段之间布置有空隙，第二工艺空气(11)能够在朝着炉身(3)的径向中心(14)的方向上穿过所述空隙注入，以便防止材料(I)由于结块而粘附到炉身(3)的内表面(13)上。
24.如权利要求22至23之一所述的设备，其特征在于，设置至少一个节流部件(12)，借助于该节流部件，将被注入的第二工艺空气(11)的量能够被调节。
25.如权利要求21至24之一所述的设备，其特征在于，沿径向向外的方向观察，加热元件(6)布置在炉身(3)的内表面(13)的衬里(24)的后面，热绝缘物(25)布置在加热元件(6)的后面。
26.如权利要求16至25之一所述的设备，其特征在于，在竖直立炉(2)或炉身(3)的底部区域(27 )中设置有在从竖直立炉(2 )或炉身(3 )排出材料(I)的过程中混合冷却空气(16)的装置(28，29)。
27.如权利要求16至26之一所述的设备，其特征在于，设置一优选水冷的溜槽(8)，以便从竖直立炉(2)或炉身(3)排出材料(I)。
28.如权利要求16至27之一所述的设备，其特征在于，设置一气动夹带流运输机(17)，所述气动夹带流运输机用于将从竖直立炉(2)或炉身(3 )排出的材料(I)输送至一储存容器(39)。`
【文档编号】C04B20/06GK103889922SQ201280049684
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年10月4日 优先权日:2011年10月10日
【发明者】E·E·布伦迈尔 申请人:宾德股份公司