Спосіб одержання мінеральних волокон

1. Спосіб одержання мінеральних волокон, в якому створюють циркуляційну камеру згоряння, яка містить верхню зону, нижню зону і базову зону, інжектують паливо у вигляді частинок, мінеральний матеріал у вигляді частинок і первинний горючий газ у верхню зону циркуляційної камери згоряння, так що паливо піддають піролізу у верхній зоні, з одержанням сажі, тим самим розплавляючи мінеральний матеріал у вигляді частинок з утворенням мінерального розплаву і генеруванням відхідних газів, інжектують вторинний горючий газ в нижню зону циркуляційної камери згоряння, так що сажа згоряє, тим самим завершуючи згоряння палива, і здійснюють відділення мінерального розплаву від гарячих відхідних газів, так що гарячі відхідні гази проходять через вихід в циркуляційній камері згоряння і мінеральний розплав збирають в базовій зоні, і протікання зібраного мінерального розплаву через вихід в базовій зоні у відцентровий пристрій C2 2 UA 1 3 у вигляді частинок нагрівають за допомогою спалення горючого матеріалу в печі. Блок поступово плавиться і заповнюється зверху, при цьому розплав стікає вниз по блоку і витікає з нижньої частини печі. Звичайна піч, для цієї мети, являє собою вагранку. Необхідно, щоб блок був самопідтримним і проникним для горючих газів, які, як правило, генеруються при горінні вуглецевого матеріалу в блоці. З цієї причини необхідно, щоб матеріал в блоці був відносно великим (для того, щоб блок був проникним) і мав високу фізичну міцність, і не колапсував доти, поки горіння або плавлення не розвинеться як слід. На практиці це означає, що вуглецевий матеріал являє собою кокс, і що матеріал у вигляді частинок або являє собою грубо подрібнену скельну породу, камінь або шлак, або знаходиться в формі брикетів, сформованих з матеріалу у вигляді дрібнодисперсних частинок. Відповідно, якщо матеріал, який доступний, є доступним тільки в дрібнодисперсній формі, необхідно включити у розходи витрати на формування його в брикети і відповідну незручність. Брикетування звичайно використовує як зв'язуючу речовину матеріали, що містять сірку, такі як портландцемент, з гіпсом, і це означає, що потік, який виходить має тенденцію до вмісту високого рівня сірки, яка повинна оброблятися. Система вагранки або іншої шахтної печі також має той недолік, що умови в печі завжди мають тенденцію до того, щоб бути в достатній мірі відновними, так що деяка частина заліза відновлюється до металевого заліза. Це робить необхідним виділення металевого заліза з розплаву, зменшує виробництво мінеральної вати, приводить до появи домішки заліза, а також має тенденцію до появи ризику корозії в зоні, що містить залізо і шлак. Інший недолік полягає в тому, що спосіб не має високого теплового коефіцієнта корисної дії. Незважаючи на ці недоліки, спосіб, що використовує вагранку або іншу шахтну піч, широко прийнятий в світі при виробництві волокон з скельної породи, каменя або шлаку. Альтернативна і абсолютно інша система одержання мінерального розплаву, яка усуває або зменшує нестачі системи з вагранкою, описується в більш ранній публікації авторів, заявці на Міжнародний патент WO03/002469. Це система включає в себе суспендування порошкоподібного вугілля або іншого палива в попередньо нагрітому горючому повітрі і спалення суспендованого палива в присутності суспендованого мінерального матеріалу у вигляді частинок в циркуляційній камері згоряння, тобто в камері згоряння, в якій суспендовані матеріали з частинок і повітря циркулюють в системі, яка являє собою циклонну систему циркуляції або схожа з нею. Це звичайно згадується як циклонна піч. Суспензія вугілля в попередньо нагрітому повітрі і мінеральний матеріал у вигляді частинок вводяться через верхню частину або поблизу верхньої частини камери згоряння. Всередині камери згоряння відбувається згоряння вугілля у вигляді частинок, і матеріал у вигляді частинок перетво 91468 4 рюється в розплав. Розплав і матеріал у вигляді частинок, який ще не розплавився, відкидаються на стінки камери за допомогою циркулюючих газів і стікають вниз по камері. У заявці на Міжнародний патент WO03/002469, камера згоряння переважно веде вниз до великого танка-відстійника, який має значно збільшений об'єм. Можуть бути наявними газовий пальник або інші засоби для подачі додаткової енергії в танк-відстійник для підвищення температури відхідних газів. Пальник розташовується у напрямі до верхньої частини танка-відстійника. Відхідні гази, які не містять розплаву, відбираються з танка-відстійника або камери згоряння вгору через прохід у верхній частині камери. Для збільшення коефіцієнта корисної дії циклонної печі в заявці на Міжнародний патент WO03/002469, відхідні гази, які покидають циркуляційну камеру при температурі в межах від 1400 до 1700°С, використовують для попереднього нагрівання матеріалу у вигляді частинок, з тим, щоб використати, а не вивільняти цю теплову енергію. Ця стадія може здійснюватися при умовах, які зменшують вміст оксидів азоту (NOx), що зменшує вплив відхідних газів на навколишнє середовище. Потім відхідні гази проходять через інший теплообмінник, за допомогою якого вони здійснюють посередній теплообмін з горючим повітрям. Циклонна піч має значні переваги в порівнянні з вагранкою або іншими шахтними печами. Відносно палива, вона усуває необхідність в брикетуванні дрібнодисперсних частинок, і може використовуватися великий набір палив, включаючи, наприклад, пластик. Використання плавильної циклонної печі усуває ризик відновлення руди до заліза і вивільняє відхідні гази, які є прийнятними для навколишнього середовища. Гнучкість відносно продуктивності плавки набагато краща, ніж для вагранки, що означає, що продуктивність може легко і швидко перемикатися, наприклад, з 40% до 100% від загальної продуктивності, так що час, необхідний для реагування на потребу, що змінилася, сильно поліпшується. Крім того, плавлення в циклонній печі набагато швидше, ніж у випадку вагранки, і становить порядку хвилин, а не порядку годин. Отже, використання системи плавильної циклонної печі є бажаним з точки зору економіки і навколишнього середовища, і система, описана в заявці на Міжнародний патент WO03/002469, працює добре. Однак є простір для вдосконалення способу. Зокрема, хоча зроблено декілька кроків для рециклювання великої кількості енергії, що використовується при одержанні розплаву, неминучою є велика кількість енергії, яка втрачається через великий об'єм танка-відстійника і більший об'єм горючого повітря, який використовують. Є бажаним подальше збільшення коефіцієнта корисної дії системи. Заявка на Міжнародний патент WO03/002469 пропонує другий варіант здійснення, показаний на Фіг.2, в якому танк-відстійник замінюють відносно малою зоною збору в основі камери згоряння. Такі системи приводили б до збільшення коефіцієнта 5 корисної дії завдяки зменшеному об'єму пристрою, в якому втрачається енергія. Однак автори виявили, що в цій системі знижується якість розплаву. У способах одержання мінеральних волокон, таких як в заявці на Міжнародний патент WO03/002469, чистота розплаву є виключно важливою, оскільки вона має безпосередній вплив на якість одержуваних мінеральних волокон. Патент США №4365984 також стосується одержання мінеральної вати з використанням плавильної циклонної печі і включає в себе введення матеріалу відходів у вигляді частинок, що містить неорганічні негорючі і органічні горючі компоненти, в горюче повітря. Як і в заявці на Міжнародний патент WO03/002469, система містить велику зону збору. Відхідні гази охолоджують в теплообміннику, і надлишок тепла, як говориться, є придатним для сушіння вугілля або інших відходів або може використовуватися в інших способах або для цілей нагрівання. Паливо являє собою вугілля, яке розпилюють. Великі частинки палива, як говориться, не згоряють повністю і з цієї причини захоплюються в розплавленому шлаку. Патент США №4544394 стосується способу плавлення скла у вихровому реакторі. Спосіб конструюється для використання рідких або газоподібних палив. Паливо зазнає попереднього згоряння в попередньому нагрівнику на газі або на суспензії нафти, що горить перед введенням у вихровий реактор, де вони згоряють далі. Патент США №6047566 стосується способу плавлення рециклованих силікатних матеріалів. Через необхідність окислення органічних матеріалів, які присутні як домішки в рециклованих силікатних матеріалах, потрібний тривалий час перебування всередині камери згоряння. У цьому документі попередній пальник для згоряння палива і горючого повітря передбачається поза камерою згоряння. Патент США №4957527 стосується одержання скла в циклонному плавильному реакторі. Цей документ вважає, що використання палив, що містять золу, таких як вугілля, в минулому було складним через домішки золи в склі. Пристрій використовує велику камеру для попереднього нагрівання суспензії, в якій мінеральні матеріали плавляться перед введенням в циклонну камеру, де відбувається розділення і диспергування матеріалів. Плавильні циклони також відомі в інших галузях, зокрема в галузі піромелалургійних процесів (таких як в патентах США №№4566903 і 5282883). У таких способах, кінцевий продукт являє собою розплавлений метал і будь-який розплавлений мінеральний матеріал, який присутній, являє собою матеріал відходів. З цієї причини, якість мінерального розплаву не є важливою в таких процесах. У заявці на патент США №2005/0039654, циклонну камеру використовують для згоряння палива, з метою генерування енергії для використання в інших цілях. Мінеральний матеріал не додають в систему, оскільки метою є не одержання розплаву, але паливо, яке може використовуватися, може являти собою так зване "вугілля, що шлакується", яке містить деякі мінеральні матеріали, які не є 91468 6 горючими, але плавляться, з утворенням шлаку, коли вугілля згоряє. Це публікація стосується селективного використання збагачення киснем в деякій точці в стовбурі циклонної топки для підтримання шлаку в розплавленій формі, для зведення до мінімуму викидів NOx і для зведення до мінімуму відходу дрібнодисперсних частинок вугілля в стовбурі. Повітря (що згадується як перший або первинний окислювач, яке має концентрацію кисню приблизно 21% об'єм) вводиться в пальник разом з паливом. Потік другого окислювача, який має більш високу концентрацію, ніж у першого, може вводитися або в зону поруч з вугіллям, або в стовбур. Другий окислювач змішується з частиною першого окислювача, з одержанням зони змішаного окислювача, який, як говориться, містить менше приблизно ніж 31% об'єму кисню (так що рівень кисню окислювача в цілому, тобто горючого газу набагато нижча ніж 31%). У цій публікації немає пропозицій про підвищення рівнів кисню в потоках як первинного, так і вторинного повітря. Отже, у відомих способах одержання мінеральних волокон з використанням циклонної печі, як правило, є необхідним використання більше однієї камери для здійснення способу згоряння і збору розплаву. Даний винахід стосується підвищення коефіцієнта корисної дії відомих способів одержання мінеральних волокон з використанням системи плавильної циклонної печі, забезпечуючи в той же час високу якість розплаву. Відповідно до першого аспекту, даний винахід передбачає спосіб одержання мінерального розплаву, що включає в себе створення циркуляційної камери згоряння, яка містить верхню зону, нижню зону і базову зону, інжектування палива у вигляді частинок, мінерального матеріалу у вигляді частинок і первинного горючого газу, який має рівень кисню щонайменше 25% об'єму, у верхню зону циркуляційної камери згоряння, так що паливо зазнає піролізу у верхній зоні з одержанням сажі, тим самим розплавляючи мінеральний матеріал у вигляді частинок з утворенням мінерального розплаву і генеруванням відхідних газів, інжектування вторинного горючого газу, який має рівень кисню щонайменше 25% об'єму, в нижню зону циркуляційної камери згоряння, так що сажа згоряє, тим самим завершуючи згоряння палива, і відділення мінерального розплаву від гарячих відхідних газів, так що гарячі відхідні гази проходять через вихід в циркуляційній камері згоряння і мінеральний розплав збирається в базовій зоні. Відповідно до другого аспекту даний винахід передбачає пристрій для одержання мінерального розплаву відповідно до першого або третього аспектів даного винаходу, що містить циркуляційну камеру згоряння, яка містить циліндричну верхню секцію, нижню секцію і базову секцію, де циркуляційна камера згоряння містить входи у верхній секції для палива у вигляді частинок, мінерального матеріалу у вигляді частинок і первинного горючого газу, 7 один або декілька входів в нижній секції для вторинного горючого газу вихід для відхідних газів і вихід в базовій секції для мінерального розплаву. Відповідно до третього аспекту, даний винахід передбачає спосіб одержання мінеральних волокон, що включає в себе створення циркуляційної камери згоряння, яка містить верхню зону, нижню зону і базову зону, інжектування палива у вигляді частинок, мінерального матеріалу у вигляді частинок і первинного горючого газу у верхню зону циркуляційної камери згоряння, так що паливо зазнає піролізу у верхній зоні, з одержанням сажі, тим самим розплавляючи мінеральний матеріал у вигляді частинок з утворенням мінерального розплаву і генеруванням відхідних газів, інжектування вторинного горючого газу в нижню зону циркуляційної камери згоряння, так що сажа згоряє, тим самим завершуючи згоряння палива, і відділення мінерального розплаву від гарячих відхідних газів, так що гарячі відхідні гази проходять через вихід в циркуляційній камері згоряння і мінеральний розплав збирається в базовій зоні, і протікання зібраного мінерального розплаву через вихід в базовій зоні у відцентровий пристрій для одержання волокнистої маси і формування волокон. Головним у всіх аспектах даного винаходу є інжектування вторинного горючого газу в нижню зону циркуляційної камери згоряння, так що сажа згоряє в цій зоні, тим самим завершуючи згоряння палива. Ця особливість робить можливою одержання значних поліпшень в коефіцієнті корисної дії, в той же час, підтримуючи хорошу якість мінерального розплаву, який є придатним для одержання мінеральних волокон. Палива у вигляді частинок, такі як вугілля, згоряють в двоступеневому способі. На першому рівні, який відомий як піроліз, леткі сполуки горять дуже швидко з швидким виділенням газу. При цьому генеруються частинки сажі, які збагачені вуглецем. Другий рівень являє собою згоряння частинки сажі, яке набагато повільніше, ніж перший рівень. Як правило, другий рівень є в 10-100 разів більш довгий, ніж перший рівень. Отже, в той час як перший рівень згоряння відбувається майже вмить, коли частинка палива попадає в камеру згоряння, другий рівень звичайно не здійснюється, якщо паливо не має значного часу перебування. Як правило, після того як початковий рівень згоряння має місце у верхній зоні камери, частинка сажі відкидається до стінок камери і може інкорпоруватися в розплав. У системах, де циклон переважно використовують для генерування мінерального розплаву з метою подальшого формування у вигляді мінеральних волокон, як в даному винаході, якість розплаву, що покидає піч, є критично важливою. Якщо паливо згоряє не повністю, залишаючи деяку кількість сажі в розплаві, якість розплаву може бути поганою і може містити пухирці або іншу неоднорідність. 91468 8 У минулому, циклонні печі для одержання мінеральної вати мали тенденцію до використання великої другої камери або великої камери попереднього згоряння. Це приводило до великого часу перебування між початковим рівнем згоряння і збором розплаву. Отже, частинки сажі, як правило, мають час для повного згоряння. У патенті США №4365984 вказано, що частинки вугілля повинні розпилюватися до розмірів менше 3мм (1/8 дюйма). Однак навіть дуже малі частинки палива, приблизно 70мкм, демонструють проблеми з неповним згорянням. Нижче за цей розмір, частинки вугілля мають тенденцію до агломерації, так що просте зменшення розмірів частинок палива не дає задовільного розв'язання проблеми неповного згоряння. У даному винаході проблема пониження якості розплаву, що викликається зменшенням об'ємів камер і, отже, пониження часу перебування вирішується за допомогою інжектування вторинного горючого газу в нижню зону камери згоряння. Це дає можливість для того, щоб другий рівень згоряння палива мав місце набагато швидше, ніж звичайно в цій зоні, де рівні кисню звичайно низькі. Отже, даний винахід дає можливість для того, щоб циклонна піч була компактною і усуває необхідність у великому танку до або після циклонної камери. Оскільки як розмір камери, так і об'єм горючого газу корелюють з енергією, необхідною для одержання мінеральних волокон і з подальшими втратами енергії, даний винахід приводить до одержання систем з більш високими коефіцієнтами корисної дії. Це має значну перевагу з точки зору підвищення економічної життєздатності і зменшення впливу на навколишнє середовище. Головною особливістю першого і другого варіантів здійснення даного винаходу і переважною особливістю третього варіанту здійснення є використання первинного горючого газу, який має рівень кисню (щонайменше 25% об'єму), який вище ніж той, який виявляється в повітрі (приблизно 21% об'єму), у верхній зоні, і введення вторинного горючого газу, який також має рівень кисню, який вище ніж в повітрі, в нижній зоні циркуляційної камери згоряння. У випадку, коли первинне горюче повітря вводять через декілька входів, рівень кисню в первинному горючому газі згадується як середній рівень кисню в первинному горючому газі для загальної кількості первинного горючого повітря, тобто, як середню по всіх входах. Це ж стосується рівня кисню у вторинному газі. Ця особливість робить можливою додаткове зменшення об'єму газів (оскільки кисень є єдиним компонентом горючого газу, який є активним) і означає, що пристрій може бути ще більш компактним. Об'єм горючого газу пропорційний енергії, необхідній для одержання розплаву, так що використання повітря, збагаченого киснем відповідно до даного винаходу, має значні переваги по коефіцієнту корисної дії. Використання повітря, збагаченого киснем, або чистого кисню також зменшує кількість азоту, що вводиться в систему, а, отже, зменшує також і одержання шкідливих газів NOx. У переважному варіанті здійснення, додаткові засоби, що надають можливість для вигоряння 9 частинок сажі, являють собою створення сифонного виходу. Це також сприяє ефективному нагріванню розплаву за допомогою полум'я і запобігає відходу частинок сажі з камери в розплав. Циркуляційна камера згоряння в даному винаході стосується того типу, який часто згадується як циклонна піч. Вона має верхню секцію, нижню секцію і базову секцію. Конструкція відповідних циклонних печей описується в різних патентах, включаючи патенти США №№3855951, 4135904, 4553997, 4544394, 4957527, 5114122 і 5494863. Камера, як правило, розташовується швидше вертикально, ніж горизонтально. Звичайно вона має циліндричну верхню секцію, нижню секцію, що сходиться конічно вгору, і базову секцію, але може бути повністю циліндричною. Базова секція переважно являє собою вбудовану частину камери і може просто являти собою кінцеву частину вгору нижньої секції, що сходиться конічно, або може являти собою циліндричну секцію в кінці нижньої секції. Діаметр базової секції не більший ніж внутрішній діаметр верхньої секції, протилежно традиційним системам, які часто використовують танк в основі камери із збільшеним об'ємом. Використання вторинного газу в нижній зоні, яке прискорює повне згоряння палива, означає, що система може бути компактною і великого танка для збору не потрібно. Таким чином, в даному винаході, використання повітря, збагаченого киснем, або чистого кисню як первинний і вторинний горючі гази дає можливість використання компактної камери згоряння. Отже, в даному винаході є переважним, щоб камера згоряння представляла собою об'єднану камеру. Під цим, автори мають на увазі, що камера не виготовляється з компонентів деталей, які можуть відділятися один від одного. Можливість використання компактних печей, в порівнянні з системами, відомими з літератури, зводить до мінімуму втрати енергії з площі поверхні печі. Об'єм камери переважно менший ніж 25м3, переважно менший ніж 20м3 або 15м3, або може бути менший ніж 10м3. Наприклад, для одержання приблизно 20 тонн розплаву в годину з використанням 30% кисню як первинного горючого газу, об'єм циркуляційної камери згоряння повинен становити приблизно 15м3. Для порівняння, якщо використати як первинний горючий газ чистий кисень, об'єм камери повинен становити тільки приблизно 5м3. З цієї причини, коли використовують даний винахід, щоб зробити можливим використання чистого кисню як первинного газу, набагато менший і, отже, має набагато більш високий коефіцієнт корисної дії циклон може використовуватися для одержання даної конкретної продуктивності. Під час використання камери в способі за даним винаходом, камера містить верхню зону, нижню зону і базову зону. Верхня зона відрізняється тим, що має місце піроліз, початковий рівень згоряння палива у вигляді частинок. Вона в широкому значенні відповідає циліндричній верхній секції камери. Паливо у вигляді частинок, а переважно, також мінеральний 91468 10 матеріал у вигляді частинок і первинний горючий газ, інжектують у верхню зону. Камера також містить вихід, через який проходять гарячі відхідні гази, переважно, у верхній зоні. Однак гарячі гази можуть пройти через вихід в іншій зоні печі. Піроліз палива у верхній зоні створює сажу, матеріал, збагачений вуглецем. Частинки сажі, як правило, відкидаються на поверхні камери під дією циркулюючих газів і потоку, разом з розплавом стікають вниз по поверхнях камери під дією сили тяжіння. Нижня зона відрізняється горінням сажі. Отже, нижня зона, загалом відповідає нижній секції камери, що сходиться конічно вгору, зокрема, поверхням камери в цій секції. Частинки сажі можуть також бути присутнім на поверхні верхньої секції, і спливати понад розплаву в базовій зоні. Отже, верхня зона, загалом простягається по більшій частині верхньої секції камери, в той час як нижня зона простягається по більшій частині нижньої секції, зокрема, по поверхнях нижньої секції камери, і може також простягатися до деякої міри по поверхнях верхньої секції камери. Як правило, в нижній зоні циркуляційної камери згоряння такого типу, який має розділення газу у верхній частині і розплаву в нижній частині, рівні кисню низькі, навіть якщо додають надлишок кисню у верхній зоні. З цієї причини, сажа в традиційних системах вимагає тривалого часу перебування для згоряння в цій зоні. У даному винаході, вторинний горючий газ інжектують в нижню зону, щоб полегшити другий рівень згоряння, тобто, згоряння частинки сажі. З цієї причини, в способі за даним винаходом повне згоряння палива здійснюється в нижній зоні. Піроліз палива у верхній зоні створює тепло, яке примушує мінеральний матеріал у вигляді частинок плавитися з утворенням мінерального розплаву. Мінеральний розплав, як правило, відкидається на стінки камери під дією циркулюючих газів і стікає вниз по камері в базову зону, де він збирається. У базовій зоні розплав збирається. Сажа по суті відсутня в цій зоні, оскільки вона по суті повністю згоряє в нижній зоні. Якість розплаву є важливою в даному винаході, оскільки він повинен бути придатним для використання при одержанні мінеральних волокон. Оскільки даний винахід робить можливим, щоб мало місце повне згоряння палива, частинки сажі, які є шкідливими для продукту мінеральних волокон, по суті відсутні в розплаві. Базова зона має вихід для мінерального розплаву, через який розплав проходить як потік. Потім цей потік піддають одержанню волокнистої маси будь-яким звичайним способом, наприклад, з використанням каскадного прядильного механізму або центрифугальної прядильної машини, або будь-якого іншого звичайного відцентрового способу одержання волокнистої маси. Альтернативно, мінеральний розплав можна використовувати в інших промислових способах, таких як способи одержання гранул мінеральних матеріалів з сирих матеріалів відходів. 11 Є переважним, щоб в точці, в якій вихід для мінерального розплаву залишає базову секцію камери, він не простягалася безпосередньо вниз, але замість цього, вихід являв би собою сифон. Під "сифоном" автори мають на увазі, що вихід, який звичайно являє собою трубу або жолоб, спочатку напрямлений вгору по відношенню до отвору в камері, а потім напрямлений вниз, перед тим як він веде до обладнання для одержання волокнистої маси. Як звичайно відбувається з сифоном, результат полягає в тому, що для того, щоб розплав міг покинути камеру, ванна розплаву всередині камери повинна бути досить глибокою, щоб досягати самої високої вертикальної точки сифонного виходу. Коли це відбувається, сила тяжіння примушує розплав пройти через напрямлену вгору частину сифона, а потім стікати вниз через наступну частину сифона в обладнання для одержання волокнистої маси. Отже, це створює повітряний затвор в системі, який забезпечує те, що відхідні гази не можуть виходити з основи камери. Використання сифона є особливо переважним в тому варіанті здійснення, де використовується паливо у вигляді частинок, таке як вугілля, і приводить до поліпшення якості розплаву. Це пов'язано з тим фактом, що частинки сажі, які являють собою частинки палива, які не згоріли повністю у верхній або нижній секції камери, можуть збиратися понад басейну з розплавом і спливати з нього. За допомогою сифона запобігається вихід цих частинок сажі з камери разом з розплавом. Даючи можливість частинкам сажі збиратися на розплаві, збільшують час їх перебування в камері в порівнянні з випадком, коли сифон не використовується. Отже, частинки сажі можуть завершити своє згоряння в базовій зоні для досягнення повного вигоряння палива. Це забезпечує оптимізацію коефіцієнта корисної дії способу. Вигоряння в базовій секції частинок сажі, що спливають на розплаві, посилюється за допомогою додання вторинного горючого газу в нижню секцію циркуляційної камери згоряння. Додаткова перевага стосується відносних пропорцій заліза II і заліза III в розплаві. Традиційно, вагранку використовують для одержання мінеральних розплавів, які мають сильно відновну атмосферу. Внаслідок цього, майже всі оксиди заліза в розплавах, що одержуються за допомогою вагранок, знаходяться в формі заліза II. Залізо II добре для вогнестійких властивостей волокон, оскільки воно перетворюється в кристалічну структуру заліза III при високих температурах. Однак циклонні системи, такі як система за даним винаходом, є набагато більш сильними окислювачами, особливо, коли первинний газ являє собою повітря, збагачене киснем. У цьому випадку, істотна частина заліза в розплаві може знаходитися в формі заліза III, а не заліза II. Коли використовують сифон, розплав вступає в контакт з захоплюваними частинками сажі, спливаючи понад нього. Оскільки частинки сажі є сильно відновними, вони діють, відновлюючи залізо III в розплаві до заліза II, тим самим забезпечуючи 91468 12 підтримання хороших вогнезахисних властивостей волокон. Як початковий рівень згоряння у верхній зоні, так і другий рівень згоряння в нижній зоні створюють гарячі відхідні гази. Гази циркулюють в камері і протікають вгору, по можливості проходячи через вихід у верхній зоні камери. Загальний рух газів і суспендованого матеріалу у вигляді частинок в циркуляційній камері згоряння являє собою циклонний рух. Він створюється за допомогою введення первинного горючого газу, а також палива у вигляді частинок і мінерального матеріалу, під відповідним кутом для підтримання вихрового руху. Вторинний горючий газ і паливо також переважно вводять з направленим так само імпульсом, з тим, щоб підтримати циркуляційні потоки. У першому і третьому аспектах даного винаходу, верхня, нижня і базова зони визначаються з точки зору різних фаз способу одержання мінерального розплаву. Другий аспект даного винаходу стосується пристрою, який є придатним для використання в способі відповідно до першого і третього аспектів даного винаходу. Отже, входи для палива у вигляді частинок, мінерального матеріалу у вигляді частинок і первинного горючого газу, а також вихід для гарячих відхідних газів передбачаються в циліндричній верхній секції циркуляційної камери згоряння, яка містить верхню зону, під час використання пристрою, і загалом відповідає їй. Вторинний газ інжектують в нижню секцію циркуляційної камери згоряння, яка містить нижню зону, під час використання пристрою, і загалом відповідає їй. Пристрій також містить базову секцію, в якій розплав збирається під час використання і яка містить вихід для мінерального розплаву. Паливо у вигляді частинок, що використовується в даному винаході, може являти собою будьяке паливо, яке згоряє в двоступеневому способі, що включає в себе початковий піроліз з утворенням частинки сажі, з подальшим згорянням частинки сажі. Паливо у вигляді частинок може знаходитися в рідкій або твердій формі. Коли паливо є рідким, воно використовується в формі капіж, тобто, частинок рідкого палива. У цьому варіанті здійснення, паливо може являти собою частинки нафти або інших рідин на основі вуглецю. Однак первинне паливо у вигляді частинок в даному винаході переважно є твердим. Як правило, воно являє собою вуглецевий матеріал і може являти собою будь-який вуглецевий матеріал у вигляді частинок, який має відповідний тепловміст. Це величина може бути відносно низькою, наприклад, настільки низькою як 10000кДж/кг або навіть настільки низькою як 5000кДж/кг. Наприклад, воно може являти собою, таким чином, висушений мул з відстійника або паперові відходи. Переважно, воно має більш високий тепловміст і може являти собою відпрацьоване футерування з алюмінієвої промисловості, відходи, що містять вугілля, такі як пісне вугілля або порошкоподібне вугілля. У переважному варіанті здійснення, первинне паливо являє собою порошкоподібне вугілля і може являти собою дрібнодисперсне вугілля, але переважно, деяка частина, а звичайно щонаймен 13 ше 50%, а переважно щонайменше 80%, а звичайно все вугілля, одержують за допомогою помелу крупнокускового вугілля, наприклад, з використанням кульового млина. Вугілля, чи постачається воно спочатку як дрібнодисперсні частинки або як шматки, може являти собою вугілля хорошої якості або може являти собою відходи вугілля, що містять високий вміст неорганічних речовин, наприклад, 5-50% неорганічних речовин, при цьому залишок складає вуглець. Переважно, вугілля частково або повністю являє собою вугілля хорошої якості, наприклад, бітумінозне або суббітумінозне вугілля (ASTM D388 1984), і містить леткі речовини, які полегшують займання. Частинки палива переважно мають розмір частинок в межах від 50 до 1000мкм, переважно приблизно від 50 до 200мкм. Як правило щонайменше 90% частинок (по масі) знаходяться в цьому діапазоні. Як правило, середній розмір становить приблизно 70мкм, з межею, що становить 90% нижче 100мкм. Паливо може вводитися в камеру через трубу для подачі звичайним способом з одержанням потоку частинок палива. Це звичайно включає в себе використання газу носія, в якому суспендовані частинки палива. Газ носій може являти собою повітря, повітря, збагачене киснем, або чистий кисень, переважно при температурі навколишнього середовища, щоб виключити зворотні спалахи, або менш активний хімічно газ, такий як азот. Газ носій вважається частиною первинного горючого газу. Первинний горючий газ як ціле, який містить газ носій і інший газ, інжектований у верхню зону камери, повинен мати більше кисню, ніж звичайно присутній в повітрі. Труба для подачі переважно є циліндричною. Мінеральний матеріал у вигляді частинок являє собою будь-який матеріал, який є придатним для одержання мінеральних волокон, таких як скловолокно, або волокна з скельної породи каменя або шлаку. Скловолокно, як правило, має хімічний аналіз по масі оксидів більше 10% Na2O + К2О, менше 3% заліза як FeO, менше 20% СаО + MgO, більше 50% SiO2 і менше 5% Аl2О3. Волокна з скельної породи, каменя або шлаку, як правило, мають аналіз по масі оксидів менше 10% Na2O + К2О, більше 20% СаО + MgO, більше 3% заліза як FeO, і менше 50% SiO2 і, часто, більше за 10% Аl2О3. Мінеральний матеріал може являти собою матеріали відходів, такі як мінеральні волокна, які вже використовувалися або які не годяться для використання в інших способах. Мінеральний матеріал у вигляді частинок, який розплавляють в камері з одержанням мінерального розплаву, вводиться у верхню секцію камери, так що він суспендується в газах, що знаходяться в ній. Точка, в якій додають мінеральний матеріал у вигляді частинок, не є критичною, і він може змішуватися з паливом і інжектуватися через трубу для подачі палива. Однак переважним є додання мінерального матеріалу у вигляді частинок в паливо, що спалюється. Цього можна досягнути за допомогою додання мінерального матеріалу у вигляді частинок в камеру через вхід звичайним 91468 14 шляхом, наприклад, у верхній частині камери або поблизу неї. Первинний горючий газ вводиться у верхню секцію камери і може знаходитися при температурі навколишнього середовища або може попередньо нагріватися. Коли газ нагрітий, максимальна бажана температура, до якої первинний горючий газ попередньо нагрівається, становить приблизно 600°С, а переважне попереднє нагрівання знаходиться в межах між 300 і 600°С, найбільш переважно, близько 500-550°С. Первинний горючий газ є збагаченим киснем в порівнянні з повітрям і має щонайменше 25% об'єм кисню, в той час як повітря звичайно має приблизно 21% об'єм. Під "повітрям, збагаченим киснем" автори мають на увазі, що газ містить більше кисню, ніж звичайно присутній в повітрі і може, в доповнення до цього, містити інші гази, які в природі присутні в повітрі. Він може також містити інші гази, які звичайно не присутні в повітрі, такі як пропан або метан, при умові, що загальний рівень кисню залишається вищим за той, який звичайно присутній в повітрі. У переважних варіантах здійснення первинний горючий газ являє собою повітря, збагачене киснем, яке містить щонайменше 30% або 35%, переважно щонайменше 50%, найбільш переважно щонайменше 70% об'єм кисню, або чистий кисень. У одному з варіантів здійснення, для оптимізації економії енергії, пов'язаної з використанням кисню, в зв'язку із збільшенням вартості кисню в порівнянні з повітрям, повітря містить 30-50% кисню. Коли використовується чистий кисень, він переважно знаходиться при температурі навколишнього середовища, а не нагрівається попередньо. Первинний горючий газ може вводитися через трубу для подачі разом з паливом, суспендованим в ньому, особливо, коли газ знаходиться при відносно низькій температурі. Паливо не повинне починати горіти в паливній трубі до того як воно поступить в камеру (явище, відоме як "зворотний спалах"), так що в цьому варіанті здійснення необхідні низькі температури газу. Однак первинний горючий газ переважно вводиться окремо через один або декілька входів для горючого газу, які можуть розташовуватися поблизу труби для подачі палива, так що горючий газ прямує в камеру в ту ж зону, що і паливо, щоб зробити можливим ефективне перемішування. Чи вводяться вони разом чи ні, швидкість, при якій горючий газ і паливо інжектуються в камеру, є відносно низькою (переважно, в межах між 1 і 50м/сек), з тим, щоб звести до мінімуму зношування пристрою. Коли паливо суспендується в горючому газі, швидкість переважно знаходиться в межах між 5 і 40м/сек. Коли вони вводяться окремо, що є переважним, швидкість інжекції палива переважно становить 20-40м/сек. Бажано забезпечити, щоб паливо у вигляді частинок змішувалося швидко і ретельно з первинним горючим газом, оскільки це забезпечує те, що паливо запалюється швидко, так що воно може зазнавати піролізу майже відразу після введення в камеру. Наявність ретельного перемішування також забезпечує те, що час перебування частинок палива в первинному горючому газі є більш одно 15 рідним, тим самим, приводячи до більш ефективного згоряння палива. Щоб допомогти в забезпеченні швидкого і ретельного перемішування, в одному з варіантів здійснення даного винаходу у верхню зону може вводитися додатковий газ, який переміщається з більш високою швидкістю, ніж первинний горючий газ і паливо у вигляді частинок, і завдяки різниці швидкостей, це викликає турбулентність потоку частинок палива, тим самим перериваючи потік і забезпечуючи швидке перемішування. Додатковий газ, як правило, займає набагато менший об'єм, ніж горючий газ і, як правило, становить менше 40% від загальної кількості газу, інжектованого в камеру згоряння, переважно, в межах між 10 і 30%. Додатковий газ може являти собою будьякий газ, включаючи повітря, азот, кисень, або газ, що запалюється, таке як пропан або бутан. Додатковий газ може інжектуватися з входу, так що він знаходиться поруч з потоком частинок палива в камері, але переважно інжектується у вхід, який концентрично оточує вхід для палива. Це концентричне розташування приводить до ефективного перемішування, особливо, коли вхід для додаткового газу має сопло, що сходиться конічно на його отворі. Додатковий газ переважно переміщається щонайменше на 100м/сек швидше, ніж паливо і горючий газ, звичайно щонайменше на 250м/сек, переважно щонайменше на 300м/сек. У найбільш переважному варіанті здійснення, швидкість інжекції додаткового газу є звуковою, тобто дорівнює швидкості звуку або перевищує її. Альтернативно, первинний горючий газ сам по собі являє собою чистий кисень, який рухається щонайменше на 100м/сек швидше ніж паливо, звичайно щонайменше на 250м/сек. Первинний горючий газ, кисень, може інжектуватися з входу, так що він знаходиться поруч з потоком палива у вигляді частинок, але переважний інжектується через вхід, який концентрично оточує вхід для палива. Вторинний горючий газ вводиться в нижню зону камери. Як і для первинного горючого газу, вторинний горючий газ може знаходитися при температурі навколишнього середовища або попередньо нагріватися і містить щонайменше 25% кисню. Переважно вторинний горючий газ являє собою повітря, збагачене киснем, яке містить щонайменше 30% або 35%, переважно щонайменше 50%, найбільш переважно щонайменше 70% об'єм кисню, або в межах між 30 і 50% кисню, або чистий кисень. У описі і в формулі винаходу під "чистим киснем" автори мають на увазі кисень з чистотою 92% або більше, одержаний, наприклад, за допомогою технології адсорбції з коливанням тиску вакууму (VPSA) або він може являти собою майже 100% чистий кисень, одержаний за допомогою способу дистиляції. Вторинний горючий газ може вводитися будь-яким звичайним чином, але переважно вводиться з використанням входу, який має сопло, що сходиться, відомого поіншому як фурма. Вторинний горючий газ може інжектуватися з одного входу в нижній зоні, але переважно інжектується щонайменше з двох, найбільш переважно, 91468 16 з більше ніж двох, наприклад, з трьох, чотирьох, п'яти або шести, переважно, чотирьох входів. Було виявлено, що додання горючого газу в нижню зону є дуже ефективним при забезпеченні повного вигоряння частинок сажі, що утворюються після піролізу у верхній зоні. Додання кисню в цій точці, як виявлено, є набагато більш ефективним, ніж просте додання додаткового кисню разом з первинним горючим повітрям у верхній зоні. Вторинний горючий газ становить менше половини від усього горючого газу загалом, який включає в себе первинний горючий газ, вторинний горючий газ і будь-який додатковий газ, який вводиться і який є горючим. Переважно, вторинний горючий газ становить в межах між 10-50%, переважно 20-40% від усього процентного вмісту горючого газу. У переважному варіанті здійснення, додаткове (або вторинне) рідке або газоподібне паливо інжектується в нижню зону і спалюється в присутності вторинного горючого газу з утворенням полум'я в нижній зоні. Відносні кількості кисню у вторинному горючому газі і вторинному рідкому або газоподібному паливі вибираються так, що є надлишок кисню після повного згоряння вторинного палива у вторинному газі. Інжектування вторинного палива в нижню зону є переважним, оскільки воно може використовуватися для регулювання температури розплаву, який збирається в базовій зоні. Оскільки це є метою, вторинне паливо переважно інжектують у напрямі до нижнього краю нижньої зони, переважно, в нижній половині вгору нижньої секції камери, що сходиться конічно, так що воно знаходиться поблизу базової зони. Вторинне паливо може являти собою будь-яке рідке або газоподібне паливо, яке згоряє негайно і повністю. Отже, воно не може являти собою тільки лише матеріали у вигляді частинок, які горять на двох рівнях, яких інжектують у верхню зону, але можуть містити меншу частинку (менше ніж 50% об'єм, перевалено менше ніж 20, 10 або 5% об'єм) цих матеріалів. Переважні палива являють собою пропан, метан або природний газ. Вторинне паливо присутнє в меншій кількості, ніж паливо у вигляді частинок і становить менше ніж 40%, як правило 5-15% від загальної енергії палива. У цьому варіанті здійснення вторинний горючий газ переважно являє собою чистий кисень і вводиться через вхід пальника разом з паливом, так що згоряння відбувається негайно. Альтернативно, вторинний горючий газ може вводитися через вхід поблизу входу для вторинного палива, і змішування має місце в камері. Суть винаходу пояснюється на кресленнях, де: Фіг.1 являє собою ілюстрацію пристрою, який є придатним для використання в переважному варіанті здійснення даного винаходу; Фіг.2 являє собою вигляд спереду сифона, який показаний в зображеному переривчатою лінією овалі на Фіг.1; Фіг.3 являє собою вигляд збоку сифона, який показаний в зображеному переривчатою лінією овалі на Фіг.1. На Фіг.1 показана циркуляційна камера згоряння 1, яка містить верхню секцію 2, нижню сек 17 91468 цію 3 і базову секцію 4. Первинне паливо і матеріал у вигляді частинок вводяться через вхід 5 разом з первинним горючим газом, який вводиться через вхід 6, який концентрично оточує вхід 5. Первинне паливо запалюється і згоряє у верхній секції 2, і збирається в базовій секції 4 як басейн розплаву 7. Горючі відхідні гази проходять через вихід для тoпкового газу 8 у верхній частині камери згоряння. Вторинне паливо і вторинний горючий газ інжектують через киснево-паливний пальник 9, і він утворює полум'я в нижній зоні 3, яке діє, нагріваючи басейн розплаву 7. Крім того, вторинний горючий газ вводиться через входи для кисню 10 в Комп’ютерна верстка Л. Купенко 18 нижній зоні 3, це сприяє вигорянню палива в цій зоні. Розплав протікає через сифон 11 в обладнання для одержання волокнистої маси 12, де він формується у вигляді волокон. На Фіг.2 показаний вигляд спереду сифона 11 з потоком розплаву 13, що покидає сифон 11. На Фіг.3 показаний поперечний переріз сифона 11, який має частину 14, яка направлена вгору, і підноситься по вертикалі над отвором 15 в камері 1. Як тільки ванна з розплавом 7 перевищує рівень направленої вертикально частини 14, розплав протікає зверху цієї частини, як потік 13. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601