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矿物废料回收利用设备和技术

     1. 问题陈述

用矿物废料生产岩棉和岩棉板与大量积累的工业废料密不可分。就拿离心机来说,10%到20%的熔体不会变成纤维,而是以渣块、弹丸和大纤丝的形式堆积。把主要因裁边而产生的废料考虑在内的话,其浪费率约为40%,甚至可能达到60%。因此,若每年可销售产品为4万吨,工业废料至少就有1万吨。这些工业废料包括:

  • 玄武岩、白云岩进冲天炉前形成的小于20mm的矿物块料;
  • 冲天炉中排放的炉渣;
  • 离心机产生的渣、弹丸和大纤丝;
  • 边角料及次品;
  • 纤维成形室和切锯产生的大量灰尘。

众所周知,如果不将所有这些废料进行初步造粒,便无法将其放入冲天炉,而造粒这一工序包括研磨、加入水泥搅拌、在压力下造粒、在干燥室中干燥。压过的颗粒不是很稳定,而水泥在冲天炉中是一种有害的杂质。因此,添加颗粒的工序不能避免废料的产生。由于辅料中包含了胶结剂的疏水成分,在经济实惠的水泥用量下,造粒工序变得极为复杂,或甚至完全不可能。换句话说,造粒是一个远非完美且成本高昂的生产工序,它无法处理所有的工业废料。

在纤维成形室中向新纤维中加入碎料并不能完全解决问题,因为废料太多了。

同样,即使粉碎并吹入熔炉,也无法避免工业废料的堆积。

由于立法的限制,从废料产生地出口和储存的措施也不断地受到限制。岩棉废弃料密度低,如果不采取特殊的压实措施,会使填埋场的失稳。而废物初步造粒也被人们视为没有前途的中间工序。在奥地利,将岩棉废料弃置到垃圾填埋场的成本是每吨70-90欧元。

鉴于此形势,实现岩棉和岩棉板的无废料生产是该行业发展的主要趋势之一。

     2. 新工艺

我们公司开发了一种新技术,利用现有生产基础设施的一部分,用所有的工业废料作为原料,在单独的生产线上生产岩棉纤维。

这项技术使用感应熔炼装置,在坩埚中放置一个由导电材料制成的感应器。IBE公司设计了一种石墨感应器,在感应电场中加热到1800°C时,可以加热矿物原料,使其持续流动。我们的技术不仅可以熔炼玄武岩原料,还可以保持生产纤维的熔炼温度。

感应炉以一种使矿物在几秒钟内熔化后在设定的温度下出炉的方式布置。

公司在石墨感应器的设计和使用上拥有多项专利。IBE在岩棉生产领域也拥有广泛的实践经验。

3. 原料制备单元

使用IBE感应炉时,所有来自玄武岩测量小于10毫米的、湿度不应超过15%的废料,包括灰尘,都可以熔化。

因此,原料的制备单元配备了用于:

废物堆积、贮存和运输的设备;

移除多余水分的设备;

粉碎所有粒径超过10毫米废料的设备。

该种设备是众所周知的标准设备。设备的技术方案、标准尺寸、成套仪表、过程控制方案将在制定技术方案和商业方案阶段,根据客户的初步设计资料确定。料仓的数量、设计和体积将根据具体的生产条件和客户要求决定。

在任何情况下灰尘和粉碎的纤维材料都会通过气动装置收集到针织过滤器,并通过一个螺杆从针织过滤器馈送到炉子的馈送轴。不适合冲天炉的细小块状玄武岩,在破碎至10毫米以内后,由传送带中倒入炉子进料轴的上开口。

为了增加产量或将产量维持在给定水平,不依赖于工业废料的产出量,用户可以向炉料中添加块状玄武岩和白云岩。

     4. 感应熔炼单元

该设备包括:

  • 变频器
  • 感应炉;
  • 完整的陶瓷坩埚;
  • 带排料螺旋输送机的软管过滤器;
  • 用于输送块状物料的输送机;
  • 炉进料轴;
  • 用于更换和检查坩埚时的吊装炉单元;
  • 用于在熔炼流动开始时接收熔体,以及在设备故障时接收熔体的造粒机;
  • 去除颗粒用的螺旋输送机;
  • 射频发生器与梯子的相对式站台–塔式金属结构;
  • 控制及自动化系统。

IBE感应炉每小时的标准熔体量为3.4吨,每年的成品量为2.5万吨。高频发电机所需的功率为3000 kVA。

陶瓷坩埚包括了一个磁化器,可以从IBE公司购买或由IBE公司根据客户的图纸制造。但不管怎样,每吨冶炼材料的成本为25到30欧元。熔化过程越稳定,熔化流程就越长,制造成本就越接近额度范围的下限。

针织过滤机的总工作面积、过滤织数、风机和出料螺杆的尺寸以及输送机的参数都会根据客户的规格确定。

除给料和加料外,炉膛进料轴还可排烟。烟主要源自燃烧辅料中所含的粘结剂。炉膛通过法兰排烟,并由通过竖井上下开口吸入空气。

加热炉通过螺旋轴升降。炉体升起时,可以检查和更换坩埚组件。为避免事故,设备配备了可靠的炉具锁定系统。

感应炉启动时,感应炉会形成不适合纤维化的“冷”熔体。“冷”熔体会直接进入造粒机(一个装满水的容器),冷熔体在向下的过程中逐渐变细。颗粒由传统的螺旋输送机从造粒机移至另一个容器中。造粒机还可用作纺机故障时的安全环。

金属结构的尺寸按照与客户商定的尺寸执行,并兼顾诸如变频器、丝袜过滤器和风扇等部件的位置和尺寸。

控制和自动化系统符合现代标准,并会兼顾客户的需求。

     5. IBE离心机

离心机是标准设备。市场上有各种不错的改装版本。但在大多数情况下,离心机和其他工艺设备都来同一制造商。因此,我公司提供了自行设计的三辊离心机,这种离心机的特色在于它的纤维形成过程不需要添加粘合剂。

     6. 粘结剂制备单元

最常用的粘合剂为酚醛树脂。树脂中加有将硅烷和氨的水溶液、硫酸铵、疏水性和粘结性粉尘等成分。

酚醛树脂必须在低温下保存,通常低于15°C,但是即使是在这种温度下保存,它们的保质期也很有限(最多只有几周的保质期),之后就会自动变硬。制备的粘合剂硬化得更快。因此,粘合剂需要分批制备,根据生产的矿物板的范围每个班次制备一次。

每年用工业废料可以生产2.5万吨岩棉板,每天需要15至17吨粘合剂。我们建议扩大当前生产线的粘合剂制备区域,因为生产废料来自于此。资本成本和运营成本将大大降低。

     7. IBE纤维收集和成层单元

纤维收集和成层装置是IBE公司自己开发的产品,它与其他类似设备的区别在于在装置内部添加粘合剂,而不是在其之前的成纤阶段(在离心机上)。该项技术可以有效地移除干燥纤维流中的毛培,并将其在成品中的含量控制到最低;

由于粘结剂在封闭的室内喷涂,可大大减少粘结剂的损耗;

采用简单可靠的装置均匀分布纤维,能够更好地具有形成给定厚度和密度的岩棉层;

抛弃了传统的摆架;

简化维护流程;

减少生产线的占地面积。

     8. IBE压实机

压实机有四个部分,可重新定向纤维并在各个方向上将纤维层压实到所需的实度。

     9. IBE聚合干燥射频道

目前,连续炉主要用于固化粘合剂和干燥纤维层,它可对温度高达280°C的天然气烧制产品流进行作业。

由于岩棉层在物理性质上是一种隔热层,这种加热方法需要大量的细化和大量的能源消耗。当层厚超过200mm时,就会出现加热不均的问题,并且游离酚会从未聚合的粘合剂中脱离释放,对人体健康和周边环境造成不利影响。

我们公司设计并建造了一个聚合和干燥通道,其利用介电加热,即将射频场的能量转化为由偶极子高频振荡水分子而产生的热量。这一物理原理的主要优点是从内部加热岩棉层,并均匀地加热整个岩棉层。这样保证了100%的聚合度。

电介质干燥法的另一个优点是没有整体和局部过热问题。由于电场的作用延伸到内部水分,加热的部分是水,而不是纤维,所以整个产品的加热温度不会超过50-60°C。因此,加热道下游不需要或不设置冷却区。为了防止水气在层表面凝结,必须将电阻器加热器加热的空气吹入加热道内。为保证每年25,000吨的产品,设备提供了一条由四段相同的无线电频率组成的加热道,其中每段设有一个100 kW高频发电机和一个12 kW电阻空气加热器。

     10. 锯切单元

该设备采用圆锯切割。切割时,交叉锯会随着层的移动而移动。纵向切割后的切边由设置在锯结构内部的破碎机破碎,并以粉尘的形式拉入针织过滤器。

     11. 排气系统

排气系统由三个回路组成,每一个回路的末端有一个袋式过滤器,净化后的空气通过一个常规式排气管排到大气中。第一个电路用于从离心机通过纤维收集单元流通的气流,第二个用于从锯切设备中提取的气流,第三个用于从感应炉进料竖井抽出的烟。当然,积聚在前两个回路过滤器中的所有灰尘会被送回到螺旋输送机,并供感应炉使用。

     12. 包装

公司可以提供各种复杂程度的包装生产线。我们建议您考虑在生产线上生产一种用于处理矿物原料废料的岩棉板,因为它不需要在多型材包装生产线上大量投资。如果客户扩展现有主生产线的包装生产线,并通过工厂内运输方式交付新生产线的岩棉板,能大幅节省成本。

     13. 配套单元

变电站设有一个用于熔炼装置的中压变压器(5000kva),一个用于其他用电用户的低压变压器(1600kva),并配有一套低压开关设备。压缩机站为用电设备(针织过滤器、气缸、仪器仪表等)提供压缩空气。感应熔化装置变频器的晶体管和电容以及聚合和干燥道的无线管都需要水冷却。

该套生产线利用工业废料生产岩棉板的原因

  • 封闭式生产周期:处理所有岩棉废料。
  • 没有必要将废料码垛或填埋。
  • 利用岩棉废料生产标准的商业产品,并可获得利润。
  • 使用现有的生产基础设施(粘结剂制备、包装),可以降低投资成本。
  • 有效去除干燥纤维流中的毛培。
  • 降低感应炉熔炼阶段和射频隧道聚合干燥阶段的能耗。
  • 所有设备和线路采用紧凑设计,易于维护。

 

作者:

Dr. Victor Bartashof

DI. Xuefeng Li (李学锋)

Dr. Katharina Grass

Dr. Jürgen Sucker

IBE有限责任公司

可回收型生产线IBE13R

岩棉板生产中最紧迫的问题之一是如何有效回收工业废料以及不合格原料。

在生产过程中会产生各种类型的工业废料。通常,我们可以把它分为树脂废料和非树脂废料。

前者包括成纤机射出的“碎屑”、纵切片机修边产生的余料、切片机产生的灰尘以及生产过程中产生的废品。后者主要包括细碎的原料和玄武岩粉尘。

依据现有技术,无论是哪种工业废料都不能以其收集时的形态回炉重熔,只能在研磨和添加水泥之后,将它们转化为团块。这是一种成本极高且低效的工业废料处理方式。

为此,我们公司为提供了一项突破性的创新技术:粉碎后的废料可以直接在IBE熔炉中熔化。IBE熔炉是有国际专利的、镶嵌石墨的感应炉。它具有许多优点,例如:能耗低、零排放、结构紧凑、操作灵活且简单。

使用我们的技术可以将来源不同的废料进行物理分离,并将其分别存储在不同的料仓中,然后以预设的比例进行混合,最后送入IBE熔炉。

随后,熔体可在现有的生产线上以同样的方式进行加工,或者在IBE13R独立的生产线上生产岩棉板(被认为是最理想的解决方案),其年产量可达到 8,000 或 16,000 吨。

IBE13R生产线结构紧凑且经济,生产岩棉板的成本不到原来的2/3。如果可以利用现有的设备,例如粘合剂制备生产线和

因此,IBE13R生产线不仅可以免掉工业废料处理的成本,而且对于同一款产品,回收利用的生产成本比仅使用原材料的生产成本低1/3以上。

在欧洲地区用废料生产标准岩棉板的平均成本为160-180欧元/吨。

可回收型生产线IBE13R的主要技术数据为:

–生产区域–占地大约 1,000平方米

–能耗–0.8 兆瓦小时/吨

–每班5-6名操作员

–岩棉板的宽度– 1,300毫米

–岩棉板的厚度–从20毫米到400毫米

–标准产量–8,000吨/年,大约相当于一个普通生产工厂的工业废料。

 

如果您对IBE13R生产线上的工业废料处理有任何疑问,请与我们联系。

新型电感器

我们测试了一款新型电感器,它的温度垂直分布明显, 最大温差为100°C。

下一阶段的目标是更换发生器。发生器频率的递减式优化有助于实现类似的温度水平分布。

感应器优化设计

在奥地利的小镇Großwilfersdorf,我们正在进行设备的调试。目前,我们的重点是优化感应器的构造。