巖棉生產工藝流程

一、概述

1、巖棉的起源

巖棉起源于夏威夷。當夏威夷島***次火山噴發之后，島上的居民在地上發現了一縷一縷融化后質地柔軟的巖石，這就是***初人類認知的巖棉纖維，巖棉的生產過程，其實是模擬了夏威夷火山噴發這一自然過程，巖棉產品均采用優質玄武巖、白云石等為主要原材料，經1450℃以上高溫熔化后采用國際先進的四軸離心機高速離心成纖維，同時噴入一定量粘結劑、防塵油、憎水劑后經集棉機收集、通過擺錘法工藝，加上三維法鋪棉后進行固化、切割，形成不同規格和用途的巖棉產品。

受多項利好政策的影響，社會對節能的需求不斷增加，2016年巖棉行業呈現產銷兩旺的良好局面，產品供不應求。巖棉在以下領域得到了廣泛應用，帶動了巖棉產業的快速發展，建筑外墻外保溫：2014年GB50016-2014《建筑設計防火規范》頒布，該規范對建筑用保溫材料提出了明確要求，這對***不燃和耐火度較好的巖棉是一個重大利好?；馂氖鹿实念l發，也使人們意識到無論內墻還是外墻保溫材料的不燃性能都非常重要。各地也出臺了一些地方性政策，例如：江蘇省頒布了建筑節能領域“十三五”重點推廣應用新技術和***禁止使用落后技術名錄，將巖棉薄抹灰等列入推廣之列，巖棉替代了其他***材料成為建筑外保溫市場的重要保溫材料。

在我國，絕熱保溫材料有很多種，巖棉生產量***大，這是因為它利用塊狀巖石和工業廢渣為原料，使用我國極為普遍的煤炭制取的焦炭為主要燃料，建廠條件不太受***，成本較低的緣故。巖棉保溫氈板是利用高爐礦渣和玄武巖等巖石為原料，經沖天爐熔制，離心機成纖并施加粘結劑生產出絮狀樹脂棉，然后通過加熱加壓固化和切割處理而制成的制品。它是優良的絕熱材料，用于電廠、石油化工廠、冶金廠及交通運輸等各部門，管道、罐體、鍋爐及各種加熱爐體的絕熱工程；它又是重要的新型建筑材料，與其它材料復合即可制成各種復合材料用于建筑物的墻板或屋面、地板等。

    以巖棉、玻璃棉為代表的高效絕熱材料，美、法國、瑞典、日本等國家在五十年代就已工業化生產， 一條生產線生產能力達到數萬噸乃***十幾萬噸，其生產工藝裝備不斷完善，產品已系列化。生產廠商為建筑業提供了種類繁多的以巖棉為芯材的復合板等產品，以及與建筑施工相適應的配套材料、配套件和有關施工技術軟件，因此各發達國家的高效絕熱材料在發用建筑業上取得非常廣泛的應用。 八十年代先后在北京、上海等地引進國外的巖棉、玻璃棉生產技術與裝備，開創了我國新型高效保溫絕熱材料的新時期，縮短了我國與西方發展國家在絕熱保溫材料領域的差距。 

    隨著我國國民經濟的高速發展，能源緊缺的加深，節能意識的強化，我國的巖棉、玻璃棉工業得以迅速發展，形成了一個初具規模的高效絕熱材料行業。  巖棉是一種優質的輕質、保溫、吸聲、防火材料，廣泛應用于工工業、交通運輸業和建筑業等。 

2、巖棉市場未來發展

     巖棉制品在建筑業、工業和交通運輸業的作用早已被人們所公認，在我國，巖棉制品在建筑業的應用才剛剛開始。能源緊缺，嚴重制約著國民經濟發展和人民生活水平的提高；能源過度消耗還加劇環境污染和生態平衡的破壞。我國已成為世界上第二大能源消費大國。目前我國每年建筑能耗已超4億噸標準煤。隨著城鄉民用建筑的飛速發展，我國建筑能耗將更加突出，建筑耗能很快增加。為此，國家對建筑節能非常重視，先后制定了《中華人民共和國節約能源法》和《中華人民共和國建設部節能技術政策》和《民用建筑節能設計標準》等法規，規定在***階段，民用建筑節能30%、第二階段民用建筑節能50%，北京等部分省市已率先實施節能65%的標準。然而，我國目前大約只有5%的辦公樓和居民樓達到了國家規定的***低節能50%的要求，可想而知建筑節能的潛在市場有多么巨大! 作為新型建筑材料，市場對巖棉制品需求正在日益增大。各種利用礦棉進行內外墻保溫的小區示范工程相繼建成，這都為建筑上推廣巖棉打下了堅實基礎。我國“冬冷夏熱”的中部地區城鄉廣大人民對居住環境舒適性越來越迫切，給巖棉等優良保溫隔熱材料在建筑上 的應用提供了越來越大的市場。美國“911事件”之后，全世界更重視了高層建筑中鋼結構的防火處理，這又為鋼結構的巖棉噴涂提供很好的契機。巖棉制品作為建筑保溫材料的應用除了它具有保溫節能的特性外，還具有安全、防火、防霉、電絕緣和耐火性的優點。它不但可以應用于低層建筑保溫，更可以用于多層和高層建筑；它不但適用于混凝土結構，而且適用于磚混結構和加氣混凝土結構及木結構。巖棉制品和其它材料復合成墻體材料、屋面材料，一旦被廣泛使用，目前全國50萬噸巖棉的年產量，將遠不能滿足市場的要求。 ***今為止，多數對節能要求較高的民用建筑還是采用聚苯板。聚苯板的缺點人們不是不知道，萬一著起火來，聚苯板會產生有毒的氣體。而巖棉是優良的不燃的保溫材料，但是對多年來，我國普遍存在大大小小的礦巖棉制品廠，只能生產一般的礦棉制品，不能滿足建筑上對外墻外保溫對保溫材料的要求。新型的***巖棉生產線，生產出的巖棉制品滿足建筑上對外墻外保溫的要求，這就使得它有可能對我國民用建筑尤其是高層建筑提供***好的材料。

二、巖棉的生產方法

1、巖棉生產方法概述

巖棉的生產方法主要包含幾個環節：（1）原材料的熔化過程，（2）利用離心機成纖和集棉過程，（3）棉氈的固化、熱壓、成板過程；原材料的熔化過程可以通過沖天爐、電弧爐、電阻爐加熱原材料使其熔化；熔體由加熱爐的下部流料口流出，經活動流槽被導入離心機。流入離心機的高溫熔體被離心輥的離心力和由包絡在離心輥外的風環噴出的高速氣流的聯合作用下，將之牽伸成纖維，并將纖維吹送***集棉輸送機，纖維在飛越過程中，由于與渣球的速度差有效地將未成纖渣球分離出去,同時，采用細霧粒多點噴射方式，將粘結劑均勻地施加到纖維表面。  纖維在集棉輸送機的負壓風抽吸作用下均勻沉降到高速運行的集棉帶上，形成很薄的初棉層，初棉層經過渡輸送被送入擺錘機，在擺錘帶往復擺動作用下，在與其成90°布置的成形輸送機上形成多層折疊結構形式的均勻棉氈，根據不同產品的要求，集棉帶速度、擺錘機擺幅、擺速均可分別設定。  棉氈經縱向壓縮或不縱向壓縮、加壓后進入固化爐，氈層在固化爐內被上下鏈板加壓，同時鼓入220-250℃的熱風，穿過氈層，使其中粘結劑固化并形成具有一定厚度和強度的連續棉板、棉氈，從固化爐出來的板氈經過渡段、冷卻段、切割段和接收站成為成品。產品檢驗后，通過收縮薄膜包裝機自動包裝入庫。

2、沖天爐的加熱熔化工藝

   現有的沖天爐是采用熱空氣助燃熔化技術，即用通過沖天爐尾氣與冷空氣交換得到的熱空氣作為助燃氣體，這種方法簡單，但存在許多問題，（1）由于空氣含氧量低，導致爐內升溫速度慢，燃料燃燒不充分，導致爐內CO等氣體含量高，因而導致生產出來的巖棉纖維短促、柔韌性及彈性差；采用富氧融化工藝后，向爐內通入氧氣后上述問題才有了一些改善，仍然存在一些問題；（2）沖天爐的主要燃料為焦炭，焦炭的好壞直接影響熔體的質量，還會產生煙氣排放，還需要進行煙氣環保處理系統，不可避免的仍會產生煙氣泄漏等，造成環境惡劣；（3）沖天爐工藝使用的原材料為玄武巖礦石、白云石礦石、爐渣等，原材料為塊狀，在沖天爐內沒有融化的熔體、礦石從沖天爐爐底落下，沖天爐的熔化溫度不容易精確控制，有時會造成熔體不均勻產生熔渣，一般來說，沖天爐的原材料損耗為1:1.4，生產1噸巖棉需要1.4噸原材料，造成原材料浪費；（4）生產1噸巖棉需要290公斤焦炭，焦炭的市場價格為2850元/噸，因此，僅焦炭一種原材料生產成本就抬高700多元。因此， 2012年3月10日國家工業和信息化部發布《巖棉行業準入條件》 ：新建巖棉項目總規模不得低于4萬噸/年，單線規模不得低于2萬噸/年，新建和改擴建巖棉項目應使用清潔燃料，嚴禁使用發生爐煤氣，鼓勵使用電爐。

   目前，市場上95％的巖棉生產企業，都使用沖天爐制造巖棉，沖天爐生產巖棉的成本為2500-2600元/噸。

2、巖棉加熱電爐的現狀

   目前，***早用于生產巖棉和礦棉的電爐是電弧爐，電弧爐通過金屬電極或非金屬電極產生電弧加熱的工業爐叫做電弧爐。電弧爐的爐體由爐蓋、爐門、出鋼槽和爐身組成，爐底和爐壁用堿性耐火材料或酸性耐火材料砌筑。電弧爐按每噸爐容量所配變壓器容量的多少分為普通功率電弧爐、高功率電弧爐和超高功率電弧爐。電弧爐是通過石墨電極向電弧爐內輸入電能，以電極端部和爐料之間發生的電弧為熱源進行熔煉。電弧爐煉鋼發明后不久，就首先用于冶煉合金鋼，并得到較大的發展。

    目前，市場上主要用電弧爐生產礦棉，主要原料為鋼廠的熱熔渣，礦棉的熔點較低，熔體的流動性較好，使得利用渣包運輸熱熔渣成為現實，節約熱熔渣的顯熱。能夠用于制備巖棉的熱熔渣熔點較高，熱熔渣的流動性較差，僅利用電弧爐難于解決利用熱熔渣生產巖棉的工藝難題。利用電弧爐制備巖棉還沒有成熟的先例。

3、利用熱熔渣生產巖棉加熱電爐技術的新突破

    洛陽西格馬爐業股份有限公司的技術團隊經過幾年的跟蹤和實驗，利用巖棉加熱電爐生產線技術獲得新突破，并申報了5項發明。

巖棉加熱電爐分為：（1）利用熱熔渣生產巖棉的巖棉加熱電爐，（2）利用玄武巖、爐渣生產巖棉的巖棉加熱電爐；其包括原材料輸送機構、調質反應電熔爐、均質調速調溫電熔爐、攪拌機構、調速機構、溫度控制儀、熱電偶、變壓器、熔池等巖棉原材料加熱融化調質設備。

經過技術數據測算，利用熱熔渣生產巖棉的巖棉加熱電爐生產線生產的巖棉成本為2000元/噸，利用玄武巖礦石或者爐渣生產巖棉的巖棉加熱電爐生產線生產的巖棉成本為2100-2200元/噸，生產成本顯出降低。

利用巖棉加熱電爐生產線技術生產巖棉不僅生產成本低，還具有環保、節能、再生資源利用等顯著特點。

二、產品結構和組成 

1、生產工藝描述

利用在線電加熱熔爐（Ⅰ）和在線梯度加熱液態化系統（Ⅱ）接收旋風爐下部的熱熔渣，實現熱熔渣的自動流出、自動接收、自動加熱功能，不僅有利于改善電廠生產環境和成本，而且，實現熱熔渣自動生產線的***個環節：實現熱熔渣的自動流出、自動接收、自動加熱功能。

經過用戶自制運輸系統，將熱熔渣運送到巖棉生產車間，將熱熔渣導入電加熱調質反應熔爐（Ⅲ），根據熱熔渣的化驗結果進行調質，通過輸送系統將調質需要石灰石固體粉狀原料自動添加到電加熱調質反應熔爐內，經過加熱、保溫、反應過程，熱熔渣的成分符合巖棉需要的酸度系數后，液態熱熔渣通過溢流口、溢流通道流入電加熱均質調速調溫熔爐（IV），液態熱熔渣在電加熱均質調速調溫熔爐內，經過均質、攪拌、混合均勻、調速、調溫環節后，液態熱熔渣自動流入離心機進行拉絲成綿固化成板包裝工藝。

2、設備的組成

巖棉加熱電爐生產線設備組成：旋風爐液固態廢渣熱回收系統的結構組成：主要由（1）在線加熱熔渣系統、（2）在線梯度加熱液態化系統、（3）電加熱調質發應熔爐系統、（4）電加熱均質調速調溫熔爐系統、（5）溫度控制和測量系統、（6）自動化控制和監視系統等組成、（7）調質工藝及技術方案、（8）其他輔助設施。

3、整套設備主要技術參數

3.1設備使用溫度范圍：室溫-1550℃

3.2主體設備數量：6套（詳見設備組成描述）

3.3電加熱熔爐熔池數量：6套

3.4電加熱熔爐生產線加熱功率：2600KW，裝機總功率：3500KW

2.5電源參數：380V、50HZ₂

3.6保溫材料種類：耐火磚、澆注料、剛玉、陶瓷纖維、氧化鋁纖維等

3.7添加劑：石灰石

3.8添加劑加料方式：輸送帶輸送

3.9攪拌方式：電動攪拌

3.10液態爐渣的凈流出流量范圍：3.3-4.0噸/小時

3.11流出的液態爐渣的酸度系數：1.5-2.0

3.12液態熔渣***終流入離心機的溫度范圍：1350-1500℃

3.13液態熔渣的酸度系數均勻性：1.8±0.3

3.14液態熔渣的流速穩定性：3.8±0.5噸/小時

3.15自動化控制系統：

旋風爐液固態廢渣熱回收控制系統主要分五個部分，分別是用戶界面、溫度測量、加熱控制、動作控制、計量檢測。這五個部分相對獨立，各自采用***優的配置方案，通過系統部件之間的互相協調，可以達到***好的控制效果。

3.16動作控制部分通過西門子smart系列PLC實現對設備所有動作的控制，西門子smart系列PLC擁有豐富的配置選項，可以通過各種擴展模塊實現復雜的控制功能，比如通過旋轉型編碼器、光柵尺或者伺服電機進行位置控制，通過模擬量擴展模塊和變頻器實現速度控制，通過數字量模塊實現狀態監控、動作指定等。西門子smart系列PLC是新一代高性能邏輯控制單元，具有速度快、容量大、體積小、擴展性好、模塊豐富、通信簡便的特點，具有良好的業界口碑。該PLC面向高速、高精度、更加實時的控制，配以高性能的脈沖計數單元、脈沖輸出單元、數字I/O單元、模擬量I/O單元，就可以實現所有的控制目標。

3.17安全性、可靠性：具有溫度控制部分具有自動控制、自動報警功能；電動調制攪拌、調速通過PLC控制功能實現自動調節；全套系統采用傳統技術+西格馬創新理念實現旋風爐液固態廢渣熱自動回收、自動攪拌、自動調節流速。

三、技術

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