本发明提供一种高温熔体均化的装置和方法，属于熔体均化技术领域。本发明装置由熔化池、搅拌系统及加热系统三部分组成。本发明装置用于均化高温熔体的具体步骤是：向熔化池内加入热态硅酸盐熔渣及调质原料；加热至原料全部熔化后，将加热电源关闭，冷却后的搅拌系统的搅拌部分降落入高温熔体中，依次完成降落-提升-降落的对熔体进行搅拌的操作动作，其中搅拌过程和加热过程的操作为交替进行；当取样检测结果显示出熔体组成均匀度和粘度适合成纤或制备微晶玻璃的工艺条件后，打开熔化池流口的堵头，熔体靠重力作用从流口流出，完成均化过程。本发明所提供的均化装置和方法具有均化效果好、搅拌部分的高温强度高寿命长等优点。
1.一种均化高温熔体的装置，其特征在于所述装置由熔化池（1）、加热系统以及搅拌系统三部分组成：
所述熔化池（1）包括金属炉壳（9）、保温隔热炉衬（10）、气凝胶涂层（11）、工作炉衬（12），熔化池（1）上部有炉盖（4），熔化池（1）下部还有流口（5），以及流口（5）中的阻头（6）；
所述熔化池（1）由外向内依次为金属炉壳（9）、保温隔热炉衬（10）、气凝胶涂层（11）、工作炉衬（12），其中气凝胶涂层（11）依附在工作炉衬（12）的背面；所述炉盖（4）位于熔化池（1）的上部，炉盖（4）由金属外壳（13）、保温隔热炉盖衬（14）构成，炉盖（4）的边侧留有加入原料的窗口（15）、接加热电极的窗口（16），炉盖（4）的中部留有通过搅拌杆的窗口（17）；
所述熔化池（1）的底部中间位置设有流口（5）与阻头（6）；
所述搅拌系统包括：搅拌连杆（3）、传动部分（18）、中空搅拌杆（19）、中空搅拌叶片（20）；所述中空搅拌杆（19）位于熔化池（1）的中部，所述传动部分（18）通过搅拌连杆（3）与中空搅拌杆（19）连接；所述中空搅拌杆（19）和搅拌杆上的中空搅拌叶片（20）为整体连接，中空搅拌杆（19）和中空搅拌叶片（20）的空心部分连为一个整体，所述空心部分设置有进行气冷的进气管道（21），进气管道（21）由主管道（22）和支管道（23）构成，其中所述支管道（23）的出口喷嘴（24）靠近搅拌叶片的端部；所述中空搅拌杆（19）的上部设有有排出换热后气体的出气口（25）及出气口（25）所接的出气管道（26），所述出气管道（26）处设有安全阀（27）；所述中空搅拌叶片（20）的分布与加热系统的熔体电阻加热用的钼电极（7）在水平方向错开，具体错开位置以中空搅拌叶片（20）在垂直方向上的上下运动不影响加热系统的钼电极（7）为准，所述中空搅拌叶片（20）在中空搅拌杆(19)上呈螺旋线分布；所述中空搅拌杆（19）和中空搅拌叶片（20）的外表面在均化操作前涂有发泡涂层（28）；
所述加热系统包括：加热电源（8）、导线（2）、钼电极（7），所述加热电源（8）通过导线（2）与钼电极（7）连接。
2.权利要求1所述装置用于均化高温熔体的方法，其特征在于该方法具体步骤如下：
（1）向熔化池内加入热态硅酸盐熔渣，然后再加入调质原料；同时将高压气体通入搅拌系统的中空搅拌杆和中空搅拌叶片中的气体管道，冷却气体从中空搅拌叶片顶部的出口喷嘴喷出流经整个中空搅拌叶片内部区域和中空搅拌杆内部区域，对中空搅拌叶片和中空搅拌杆内部进行冷却，冷却后气体从搅拌杆的上部出口流出，整个冷却气体的流速随中空搅拌叶片和中空搅拌杆外侧温度升高而自动增加，中空搅拌叶片和中空搅拌杆内部冷却用的气体是高压空气、高压氮气、高压水蒸汽、高压二氧化碳、高压氩气、高压氦气中的任一种；
（2）加热至熔化池内熔渣及调质原料全部熔化后，将加热电源关闭，冷却后的搅拌系统的搅拌部分降落入高温熔体中，在降落过程中中空搅拌叶片外侧和中空搅拌杆外侧的发泡涂层被高温熔体加热后产生大量泡沫进入周围熔体，熔体被冷却后，形成中空搅拌叶片和中空搅拌杆外侧的固化泡沫层外壳，所形成的固化泡沫层外壳对中空搅拌叶片和中空搅拌杆起到保温隔热和结构增强作用，同时透过固化泡沫层外壳的热量被中空搅拌叶片和中空搅拌杆内部源源不断的冷却气体带走，使中空搅拌叶片和中空搅拌杆处于金属材料有足够机械强度的温度区域，和他们的固化泡沫层外壳一体有很高的高温机械强度；
（3）当中空搅拌叶片降落到高温熔体中的最低限位后，再被提起到一定高度，依次完成降落-提升-降落的对熔体进行搅拌的操作动作，其中搅拌过程和加热过程的操作为交替进行；
（4）当取样检测结果显示出熔体组成均匀度和粘度适合成纤或制备微晶玻璃的工艺条件后，打开熔化池流口的阻头，熔体靠重力作用从流口流出，完成均化过程。
一种均化高温熔体的装置和方法
技术领域
[0001] 本发明属于熔体均化技术领域，具体涉及一种高温熔体均化的装置和方法，该装置和方法用于对硅酸盐熔体和固态调质剂进行高效搅拌混合。
背景技术
[0002] 高温熔体的均化一直是一些工业过程中的重要步骤，如冶金，玻璃生产，矿棉加工等，要想获得高质量的上述工业产品，必须在高温的熔化状态，使各组分分布均匀。实现高温搅拌过程的难度较大，目前已有的方法有气力搅拌，磁力搅拌，机械搅拌等，都存在一定的局限性，如气力搅拌只能对熔体在粘度较低时有效，并且搅拌过程气体的溢出会带走大量的热量，使搅拌过程能耗增大，磁力搅拌只对有磁性的熔体有效，而机械搅拌的搅拌翅在高温时因为强度减小和被熔体高温腐蚀，因此其高温使用寿命大大缩短，还有采用贵金属的搅拌器只能搅拌少量玻璃熔体。另外，如果原料均化过程在配料时完成，那么高温时因配料颗粒较大，使靠浓度梯度驱动扩散的熔体组成均化过程缓慢，能耗增大，例如目前采用冲天炉生产矿棉就是一个能耗极大的过程。矿棉是一种优质的绝热、隔音材料，能广泛应用于建筑业和工业等领域的防火、保温、隔热及吸声。目前矿棉生产中的原料熔制，大多采用冲天炉去熔融冷态矿渣和冷态调质剂，其缺点是能耗大，焦炭消耗量在350kg/t以上，而且冲天炉为间歇式熔化，加工过程不连续，生产成本较高，且目前的年产量远不及建筑市场的年需求量，故限制了矿棉及其制品的广泛应用。如果将高炉热态熔渣直接和固态调质剂进行混合搅拌，一可以省掉冷态矿渣原料变成熔体所需热量，二可以将调质剂均匀地分散到熔体中，大幅度提升矿棉的保温、隔音、耐候性，同时使矿棉的加工成本大幅度降低。目前的搅拌方法使用到上述工艺上去时的难度较大，因此本发明将提供一种新的高温熔体均化搅拌方法和装置，以提高熔体的高温均化速度和降低搅拌成本，增大高温熔体搅拌过程的可靠性，同时该搅拌方法和装置也可以采用到其它工艺需求的高温熔体均化搅拌过程。
发明内容
[0003] 本发明针对现有技术存在的技术问题，提供一种能强化高温熔体均化过程的装置和方法，具体地说就是一种高温熔体调质搅拌装置和高温熔体被强化搅拌的方法。
[0004] 本发明所提出的一种均化高温熔体的装置由熔化池1、搅拌系统及加热系统三部分组成：
[0005] 所述熔化池1包括金属炉壳9、保温隔热炉衬10、气凝胶涂层11、工作炉衬12，熔化池1上部有炉盖4，熔化池1下部还有流口5，以及流口5中的阻头6；所述熔化池1由外向内依次为金属炉壳9、保温隔热炉衬10、气凝胶涂层11、工作炉衬12，其中气凝胶涂层11依附在工作炉衬12的背面；所述炉盖4位于熔化池1的上部，炉盖4由金属外壳13、保温隔热炉盖衬14构成，炉盖4的边侧留有加入原料的窗口15、接加热电极的窗口16，炉盖4的中部留有通过搅拌杆的窗口17；所述熔化池1的底部中间位置设有流口5与阻头6。
[0006] 所述搅拌系统包括搅拌连杆3、传动部分18、中空搅拌杆19、中空搅拌叶片20；所述中空搅拌杆19位于熔化池1的中部，所述传动部分18通过搅拌连杆3与中空搅拌杆19连接；所述中空搅拌杆19和搅拌杆上的中空搅拌叶片20为整体连接，中空搅拌杆19和中空搅拌叶片20的空心部分连为一个整体，所述空心部分设置有进行气冷的进气管道21，进气管道21由主管道22和支管道23构成，其中所述支管道23的出口喷嘴24靠近搅拌叶片的端部；所述中空搅拌杆19的上部设有有排出换热后气体的出气口25及出气口25所接的出气管道26，所述出气管道26处设有安全阀27；所述中空搅拌叶片20的分布与加热系统的熔体电阻加热用的钼电极7在水平方向错开，具体错开位置以中空搅拌叶片20在垂直方向上的上下运动不影响加热系统的钼电极7为准，所述中空搅拌叶片20在中空搅拌杆上呈螺旋线分布，当中空搅拌叶片20上下运动时，可以使被混合对象在周向、轴向和径向上发生强对流运动，加快混合过程；所述中空搅拌杆19和中空搅拌叶片20的外表面在均化操作前涂有发泡涂层28。
[0007] 所述加热系统包括加热电源8、导线2、钼电极7，所述加热电源8通过导线2与钼电极7连接。
[0008] 本发明装置用于均化高温熔体的具体步骤如下：
[0009] （1）向熔化池内加入热态硅酸盐熔渣，如热态矿渣或热态钢渣，然后再加入调质原料；同时将高压气体通入搅拌系统的中空搅拌杆和中空搅拌叶片中的气体管道，冷却气体从中空搅拌叶片顶部的出口喷嘴喷出流经整个中空搅拌叶片内部区域和中空搅拌杆内部区域，对中空搅拌叶片和中空搅拌杆内部进行冷却，冷却后气体从搅拌杆的上部出口流出，整个冷却气体的流速随中空搅拌叶片和中空搅拌杆外侧温度升高而自动增加，中空搅拌叶片和中空搅拌杆内部冷却用的气体是高压空气、高压氮气、高压水蒸汽、高压二氧化碳、高压氩气、高压氦气中的任一种；
[0010] （2）加热至熔化池内熔渣及调质原料全部熔化后，将加热电源关闭，冷却后的搅拌系统的搅拌部分降落入高温熔体中，在降落过程中中空搅拌叶片外侧和中空搅拌杆外侧的发泡涂层被高温熔体加热后产生大量泡沫进入周围熔体，熔体被冷却后，形成中空搅拌叶片和中空搅拌杆外侧的固化泡沫层外壳，所形成的固化泡沫层外壳对中空搅拌叶片和中空搅拌杆起到保温隔热和结构增强作用，同时透过固化泡沫层外壳的热量被中空搅拌叶片和中空搅拌杆内部源源不断的冷却气体带走，使中空搅拌叶片和中空搅拌杆处于金属材料有足够机械强度的温度区域，和他们的固化泡沫层外壳一体有很高的高温机械强度；
[0011] （3）当中空搅拌叶片降落到高温熔体中的最低限位后，再被提起到一定高度，依次完成降落-提升-降落的对熔体进行搅拌的操作动作，其中搅拌过程和加热过程的操作为交替进行；
[0012] （4）当取样检测结果显示出熔体组成均匀度和粘度适合成纤或制备微晶玻璃的工艺条件后，打开熔化池流口的堵头，熔体靠重力作用从流口流出，完成均化过程。
[0013] 本发明的优点是：
[0014] 1、和目前的旋转式高温熔体搅拌器相比，本发明的搅拌器搅拌动力小，搅拌区域增大，可搅动整个熔池的任何一个部位，没有搅拌死角，均化效果好；
[0015] 2、和目前的旋转式高温熔体搅拌器相比，本发明的高温熔体搅拌器搅拌部分的高温强度高，寿命长；
[0016] 3、和目前的气力搅拌和磁力搅拌相比，可对粘度范围更宽的熔体进行搅拌，可搅拌无磁性的熔体，且搅拌能力强和搅拌容量大；
[0017] 4、和目前的机械搅拌方式相比，本发明的熔池炉壁工作衬背面采用了气凝胶涂层，搅拌部分表面有隔热泡沫层，且气冷部分面积小，且熔池上部有保温炉盖，因此熔体搅拌过程的热量散失小；
[0018] 5、和目前的机械搅拌方式相比，本发明的搅拌方式中搅拌器部分为中空，采用气冷和硅酸盐泡沫保温，使金属部分被冷却到安全操作温度，机械强度高，且通入冷却气体管路出口有安全阀，搅拌方式简单，因此使用时安全可靠；
[0019] 6、和目前的高温熔体搅拌方式相比，本发明的熔体搅拌装置的搅拌区域大，熔体被搅拌过程为强对流，搅拌器的叶片分布经调整后，可改变熔体的流动方式，使搅拌分散速度快。
附图说明
[0020] 图1 本发明装置结构示意图。
[0021] 图2 本发明装置的搅拌部分结构示意图。
[0022] 图中：1：熔化池；2：导线；3：搅拌连杆； 4：炉盖；5：流口：6：阻头：7：钼电极：8：加热电源；9：金属炉壳：10：保温隔热炉衬：11：气凝胶涂层；12：工作炉衬；13：金属外壳；
14：保温隔热炉盖衬；15：加入原料窗口；16：接钼电极的窗口；17：通过搅拌杆的窗口；18：
传动部分；19：中空搅拌杆；20：中空搅拌叶片；21：进气管道；22：主管道；23：支管道；24：
出口喷嘴；25：中空搅拌杆冷端的出气口；26：出气管道；27：安全阀；28：发泡涂层。
具体实施方式
[0023] 本发明所提供的均化装置由熔化池1、搅拌系统及加热系统三部分组成。
[0024] 本发明装置熔化池的保温隔热炉衬材料为耐火轻集料浇注料或耐火纤维颗粒浇注料或耐火泡沫混凝土，它们的材质主要为高铝质或莫来石质或刚玉质或硅酸铝质，工作炉衬材料为致密刚玉耐火砖或致密锆刚玉耐火砖砌筑而成，气凝胶涂层的材质为氧化铝或莫来石或氧化锆或氧化硅，炉盖衬为耐火轻集料浇注料或耐火纤维颗粒浇注料或耐火泡沫混凝土整体浇注而成。
[0025] 搅拌系统包括传动部分18、中空搅拌杆19和搅拌杆上的中空搅拌叶片20，中空搅拌叶片20的分布和熔体电阻加热用钼电极7在水平方向错开，具体错开位置标准以中空搅拌叶片20在垂直方向上的上下运动不影响加热钼电极7为准。中空搅拌叶片20在中空搅拌杆19上呈螺旋线分布，当中空搅拌叶片20上下运动时，可以使被混合对象在周向、轴向和径向上发生紊流形式的强对流运动，加快混合过程。
[0026] 中空搅拌杆19和搅拌杆上的中空搅拌叶片20为整体连接，中空搅拌杆19和中空搅拌叶片20的空心部分连为一个整体，空心部分设置有进行气冷的进气管道21，进气管道21由主管道22和支管道23构成，其中的支管道23的出口喷嘴24靠近中空搅拌叶片20的端部，冷的气体能喷到中空搅拌叶片20的端部后折向对整个叶片内表面和中空搅拌杆19内表面进行高效气冷，然后汇流从中空搅拌杆19冷端的出气口25所接的出气管道26流出，完成对中空搅拌叶片20和中空搅拌杆19的内部气冷，出气管道26处有安全阀27。
[0027] 中空搅拌杆19和中空搅拌叶片20为奥氏体耐热不锈钢，牌号为NiCr2520，它的耐热工作温度为1200℃以上。
[0028] 中空搅拌杆19和中空搅拌叶片20的外表面在投入使用前涂有发泡涂层28，该涂层和高温熔体接触瞬间能产生大量气泡围绕在中空搅拌杆19和中空搅拌叶片20周围，气泡被中空搅拌杆19和中空搅拌叶片20内部的气体冷却后能形成一层多孔硅酸盐隔热固化层，和后续不断失去流动度而固化的熔体一起形成有隔热作用的中空搅拌杆19和中空搅拌叶片20的保护外壳，使中空搅拌杆19和中空搅拌叶片20有足够的高温使用机械强度和刚度。
[0029] 中空搅拌杆19和搅拌杆上中空搅拌叶片20为上下运动，其中向上为提拉做功，向下为自由落体运动。
[0030] 加热系统采用熔体电阻加热，由钼电极7连接加热电源8后实现将电能转化为热能。
[0031] 本发明装置用于高温均化过程的具体步骤如下：
[0032] 1、向熔池1内加入热态矿渣，然后再加入调质原料，同时将高压气体通入中空搅拌杆19和中空搅拌叶片20内的进气管道21，冷却气体从中空搅拌叶片20顶部的出口喷嘴24喷出流经整个中空搅拌叶片20内部区域和中空搅拌杆19内部区域，对中空搅拌叶片20和中空搅拌杆19内部进行冷却，冷却后气体从搅拌杆的上部出口25流出，整个冷却气体的流速随中空搅拌叶片20和中空搅拌杆19外侧温度升高而自动增加，中空搅拌叶片20和中空搅拌杆19内部冷却用的气体是高压水蒸汽；
[0033] 2、加热至熔化池内熔渣及调质原料全部熔化后，将加热电源关闭，冷却后的搅拌系统的搅拌部分降落入高温熔体中，在降落过程中中空搅拌叶片20和中空搅拌杆19外侧的发泡涂层28被高温熔体加热后产生大量泡沫进入周围熔体，熔体被冷却后形成中空搅拌叶片20和中空搅拌杆19外侧的固化泡沫层保护外壳，对中空搅拌叶片20和中空搅拌杆19起到保温隔热和结构增强作用，同时透过固化泡沫层保护外壳的热量被中空搅拌叶片
20和中空搅拌杆19内部源源不断的冷却气体带走，使中空搅拌叶片20和中空搅拌杆19处于金属材料有足够机械强度的温度区域，和他们的固化泡沫层保护外壳一体有很高的高温机械强度；
[0034] 3、当中空搅拌叶片降落到高温熔体中的最低限位后，再被提起到一定高度，依次完成降落-提升-降落的对熔体进行搅拌的操作动作，其中搅拌过程和加热过程的操作为交替进行；
[0035] 4、当熔体中组成搅拌均匀和粘度适合成纤后，打开熔池1的流口5中的堵头6，熔体靠重力作用从流口5流出，完成均化过程。均化后的熔体经过高速离心作用被甩成矿棉。
