CZ13786U1

CZ13786U1 - Device for preparing homogeneous silicate melt and apparatus for continuous manufacture of endless mineral or glass fiber

Info

Publication number: CZ13786U1
Application number: CZ200314498U
Authority: CZ
Inventors: Petr Jakeš Phd.; Michal Burda
Original assignee: Mdi Technologies, S. R. O.
Priority date: 2003-07-29
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2003-10-27

Description

Zařízení pro přípravu homogenní křemičitanové taveniny a zařízení pro kontinuální výrobu nekonečného minerálního nebo skleněného vláknaApparatus for preparing a homogeneous silicate melt and apparatus for the continuous production of continuous filament mineral or glass fiber

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká uspořádání zařízení pro přípravu homogenní křemičitanové, zejména bazaltové taveniny a zařízení pro kontinuální výrobu nekonečného minerálního nebo skleněného vlákna.The invention relates to an arrangement for the preparation of a homogeneous silicate, in particular a basalt melt, and an apparatus for the continuous production of continuous mineral or glass fiber.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Bazalt patří k nejrozšířenějším horninám zemského povrchu a vyskytuje se v nejrůznějších geologických prostředích, jsou to například středooceánské hřbety, oceánské ostrovy, ostrovní oblouky a kontinentální okraje, kontinentální bazalty, bazalty riftových zón. V Českém masivu jsou bazalty hojné v Českém středohoří, ale i ve starších útvarech. Ne všechny bazalty jsou však vhodné pro tavení a produkci vláken. Teplota tavení bazaltu za atmosférického tlaku je mezi 1150 až 1300 °C. Pro užití v průmyslu jsou u bazaltových tavenin důležité reologické vlastnosti. Jsou to vlastnosti, které ovlivňují geologické chování bazaltů, ale zároveň jsou vlastnostmi důležitými pro technologické procesy. Tyto vlastnosti jsou funkcí chemického složení, teploty, tlaku a obsahu těkavých složek. Jsou to viskozita / viskoelasticita, hustota, stlačitelnost, obsah těkavých látek, difuzivita, povrchové napětí, pevnost (například vlákna). K tavení á produkci nekonečných vláken jsou vhodné jenom některé typy bazaltů určitého chemického složení..Basalt is one of the most widespread rocks of the Earth's surface and is found in various geological environments, such as the Middle Backs, Oceanic Islands, island arches and continental margins, continental basalts, basalts of rift zones. In the Bohemian Massif, basalts are abundant in the Bohemian Uplands, but also in older formations. However, not all basalts are suitable for melting and producing fibers. The melting point of the basalt at atmospheric pressure is between 1150 to 1300 ° C. Rheological properties of basalt melts are important for industrial use. These are properties that affect the geological behavior of basalts, but they are also important for technological processes. These properties are a function of the chemical composition, temperature, pressure and content of volatile components. These are viscosity / viscoelasticity, density, compressibility, volatile content, diffusivity, surface tension, strength (e.g. fibers). Only certain types of basalts of a certain chemical composition are suitable for melting and producing filaments.

Klasickým způsobem užití taveného bazaltu jsou odlitky - například dlaždice nebo trubky, které se využívají v průmyslu, protože mají některé vlastnosti lepší než kovové materiály, například bazaltové trubky pro přepravu sypkých materiálů. Krátká bazaltová vlákna se vyrábí rozfoukáním taveného čediče nebo jeho litím na rotující kotouč. Výrobky jsou známy pod řadou názvů, nejčastěji jako minerální vlna. Jsou to vynikající izolační materiály, které nacházejí využití ve stavebnictví.The classic way of using molten basalt is castings - for example, tiles or pipes, which are used in industry because they have some properties better than metallic materials, such as basalt pipes for the transport of bulk materials. Short basalt fibers are produced by blowing the melted basalt or casting it onto a rotating disc. Products are known under a number of names, most often as mineral wool. They are excellent insulating materials that are used in construction.

Dlouhá, nekonečná bazaltová vlákna, se používají v textilním průmyslu, nazývají se hedvábí nebo nitě a jsou to vlákna určená ke skaní, posléze ke tkaní, či produkci netkaných textilií. Vyrábí se zejména v zemích bývalého SSSR, v Rusku, na Ukrajině a v Gruzínsku. Při srovnání bazaltových vláken s vlákny skleněnými (odolnost, pevnost) jsou vstupní suroviny u bazaltu podstatně levnější než vstupní suroviny pro výrobu skla. Výhodou bazaltových vláken oproti skleněným vláknům je větší teplotní rozsah použití (u skla do 400 °C, zatímco u bazaltu do 700 °C), větší odolnost vůči zásadám a kyselinám. Bazaltová vlákna mají rovněž o něco vyšší pevnost. Pro snadnou dostupnost surovin a zejména pro lepší vlastnosti (než mají v některých aplikacích skleněná vlákna) mají nekonečná bazaltová vlákna široké použití jako bazaltové kompozity, armování v betonech, izolační panely, filtry - sítě pro roztavený hliník, nosiče katalyzátorů v chemických procesech a podobně. Vlastnosti bazaltových tavenin, a tedy vlastnosti vlákna bazaltu, lze snadno měnit, jak chemicky, tak i teplotními podmínkami. Do značné míry tak lze přizpůsobit vlastnosti vlákna potřebám uživatele (například refraktomí vlákna pro výfuky automobilů). Jak skleněná, tak bazaltová vlákna jsou ve srovnání s asbesty přátelštější vůči prostředí. Byly provedeny epidemiologické studie, které neprokázaly karcinogenitu ani u bazaltových, ani u skleněných vláken, je-li zachován určitý poměr jejich délky a průměru. Navíc poskytují bazaltová vlákna stínění proti elektromagnetickému záření.Long, continuous basalt fibers are used in the textile industry, called silk or yarn, and are fibers for twisting, weaving, or producing nonwovens. It is produced mainly in the countries of the former USSR, Russia, Ukraine and Georgia. When comparing basalt fibers with glass fibers (durability, strength), the feedstocks for basalt are considerably cheaper than the feedstocks for glass production. The advantage of basalt fibers over glass fibers is the greater temperature range of application (for glass up to 400 ° C, while for basalt up to 700 ° C), greater resistance to alkalis and acids. Basalt fibers also have a slightly higher strength. For ease of availability of raw materials and especially for better properties (than in some applications glass fibers), filamentous basalt fibers have wide application as basalt composites, reinforcement in concrete, insulation panels, filters - molten aluminum networks, catalyst supports in chemical processes and the like. The properties of the basalt melts, and hence the properties of the basalt fiber, can be easily varied, both chemically and by temperature conditions. Thus, the properties of the fiber can be largely adapted to the needs of the user (for example, refractory fibers for car exhausts). Both glass and basalt fibers are more environmentally friendly than asbestos. Epidemiological studies have been carried out that have shown no carcinogenicity in either basalt or glass fibers, provided that a certain length-to-diameter ratio is maintained. In addition, basalt fibers provide shielding against electromagnetic radiation.

Klasická výroba nekonečných bazaltových vláken se v současné době provádí následovně. Bazalt se vkládá do pece v rozdrcené formě, ve formě štěrku nebo větších úlomků o velikost přibližně 18 cm. Taví se v klasických šachtových pecích ohřívaných spalováním plynu, nebo v odporově zahřívaných pecích. Aby došlo k dokonalé homogenizaci taveniny, pobyt bazaltu v peci je nejméně desetihodinový, v jiných případech trvá dokonce několik dnů (sebemenší obsah krystalků, neroztavených součástek vede k přetržení vlákna během tažení), některé způsoby produkce navíc uvádějí přehřátí taveniny až o 150 °C nad liquidus taveniny. Tento způsob výroby seConventional production of continuous basalt fibers is currently carried out as follows. Basalt is placed in the furnace in a crushed form, in the form of gravel or larger fragments of approximately 18 cm. It melts in classic shaft furnaces heated by gas combustion or in resistance heated furnaces. In order to achieve perfect homogenization of the melt, the basalt stay in the furnace is at least 10 hours, in other cases it takes even several days (the smallest content of crystals, non-molten components leads to fiber breakage during drawing). liquidus melt. This method of production is

-1 CZ 13786 Ul nahrazuje mikrovlnným ohříváním a tavením. Použití mikrovlnného ohřevu k tavení materiálu je známo a je v dostupné literatuře popsáno. Je uvedeno například v patentech US 4,061,451 (z 6.12.1977), US 5,254,818 (z 19.10.1993), US 5,653,778 (z 5.8.1997), US 5,822,879 (z 20.10.1998), Evropském patentu EP 0 507 668, patentech CZ 288978, CZ 289191 a CZ 289193 a dalších. V klasickém tavení, například v odporové peci nebo peci vytápěné plynem, se přenos tepla uskutečňuje vedením od povrchu ke středu částic. V případě křemičitanů jde o velmi pomalý proces, protože křemičitany nejsou dobrými vodiči tepla. Obvod pece slouží jako topení, při použití elektrického proudu se spotřebovává na roztavení jednoho kilogramu horniny energie ve výši přibližně 4 kWh. Pro dobrou homogenitu taveniny je zapotřebí cca 10ti hodinového pobytu taveniny v peci. Rozvlákňovací jednotka je vyrobena z Pt-Rh materiálů.It is replaced by microwave heating and melting. The use of microwave heating to melt the material is known and described in the available literature. See, for example, US Patents 4,061,451 (Dec. 6, 1977), US 5,254,818 (Dec. 19, 1993), US 5,653,778 (Dec. 5, 1997), US 5,822,879 (Dec. 20, 1998), European Patent EP 0 507 668, US Patents 288978, CZ 289191 and CZ 289193 and others. In conventional melting, for example in a resistance furnace or gas-fired furnace, the heat transfer takes place by conduction from the surface to the center of the particles. Silicates are a very slow process because silicates are not good heat conductors. The furnace circuit serves as a heater, using electric current to consume one kilogram of rock energy of about 4 kWh. For good melt homogeneity it is necessary to stay about 10 hours in the furnace. The pulping unit is made of Pt-Rh materials.

Během mikrovlnného tavení se teplo přenáší zářením a zahřívání materiálu závisí na charakteru materiálu, jeho schopnosti absorbovat mikrovlnné záření, na příkonu, množství hmoty. Jedná se o objemové ohřívání a teplota je nejvyšší ve středu ohřívaného tělesa. Potřebná energie je nižší, elektrický výkon k roztavení jednoho kilogramu vyvřelé horniny je u tohoto způsobu přibližně 1,5 kWh.During microwave melting, heat is transferred by radiation and the heating of the material depends on the nature of the material, its ability to absorb microwave radiation, the power input, the amount of mass. This is volumetric heating and the temperature is highest in the center of the heated body. The energy required is lower, and the electrical power to melt one kilogram of igneous rock in this method is approximately 1.5 kWh.

Pro potřeby tažení nekonečných vláken je zapotřebí dokonalá homogenní tavenina jak v ohledu složení, tak distribuce teploty. Cílem tohoto technického řešení je dosáhnout stavu, kdy bazaltová tavenina je homogenní, bez nukleačních center krystalizace, tak aby tažené bazaltové vlákno bylo rovnoměrné, bez výkyvů ve složení a tloušťce.A perfect homogeneous melt in terms of both composition and temperature distribution is required for drawing filaments. The aim of this technical solution is to achieve a state where the basalt melt is homogeneous, without nucleation centers of crystallization, so that the drawn basalt fiber is uniform, without fluctuations in composition and thickness.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Předmětem technického řešení je zařízení pro přípravu homogenní křemičitanové, například bazaltové taveniny, určené pro umístění do mikrovlnné pece. Podstata technického řešení spočívá v tom, že zařízení obsahuje taviči komoru s výpustným otvorem pro odtékání taveniny do přehřívací komory, kde přehřívací komora je tvořena nádobou, jejíž výtokový otvor je uspořádán ve dně nádoby aje opatřen zvýšenou přepadovou hranou, situovanou s odsazením pod nejnižším bodem výpustného otvoru taviči komory. Výtokový otvor přehřívací komory je přitom zaústěn do vertikálně uspořádané podlouhlé rozvlákňovací nádrže, opatřené vlastním ohřevem, v jejímž dně je výpusť. V jednom z možných provedení tohoto technického řešení může být samostatná taviči komora alespoň ve své části usazena na samostatné přehřívací komoře. V jiném provedení může být oddělená samostatná taviči komora spojena trubkou se samostatnou přehřívací komorou.The object of the invention is a device for preparing a homogeneous silicate, for example a basalt melt, intended to be placed in a microwave oven. SUMMARY OF THE INVENTION The device comprises a melting chamber with a discharge opening for the melt to flow to a superheating chamber, wherein the superheating chamber is formed by a vessel having an outlet opening at the bottom of the vessel and having a raised overflow edge. opening of the melting chamber. The outlet opening of the superheating chamber is connected to a vertically arranged elongated pulping tank, provided with its own heating, in the bottom of which there is a drain. In one embodiment of the present invention, the separate melting chamber may be at least partially seated on the separate overheating chamber. In another embodiment, a separate discrete melting chamber may be connected by a tube to a separate superheating chamber.

V přehřívací komoře se tavenina přehřívá na vysoké teploty, nejméně 200 °C nad liquidus, čímž zde vzniká tavenina bez úlomků horniny nebo krystalů a dochází k rozpuštění resp. roztavení všech nukleárních center v tavenině. Taviči komora a/nebo přehřívací komora jsou s výhodou shora alespoň v části otevřené. Je tak možno pozorovat a vyhodnocovat proces přípravy homogenní bazaltové taveniny.In the superheating chamber, the melt is superheated to a high temperature of at least 200 ° C above the liquidus, whereby the melt is formed without rock or crystal fragments and dissolves respectively. melting all nuclear centers in the melt. The melting chamber and / or the superheating chamber are preferably at least partially open from above. Thus, it is possible to observe and evaluate the process of preparing a homogeneous basalt melt.

Tavící komora a přehřívací komora mohou být v alternativním provedení vytvořeny rovněž vcelku jako jedna nádoba, opatřená vnitřní přepážkou s alespoň jedním výpustným otvorem. Rozvlákňovací nádrž může být tvořena trubicí vhodného průřezu a vytvořena spolu s nádobou přehřívací komory jako integrální celek. Výtokový otvor přehřívací komory může být opatřen směrem do rozvlákňovací nádrže přesazenou výtokovou hranou.Alternatively, the melting chamber and the superheating chamber may also be integrally formed as a single vessel having an internal partition with at least one discharge opening. The pulping tank may be a tube of suitable cross-section and formed together with the vessel of the superheating chamber as an integral unit. The outlet opening of the superheating chamber may be provided with an offset edge towards the pulping tank.

Výpusť rozvlákňovací nádrže může být tvořena soustavou trysek pro tažení nekonečných minerálních a skleněných vláken, zejména bazaltových vláken.The spout of the pulping tank may be a set of nozzles for drawing continuous mineral and glass fibers, in particular basalt fibers.

V jednom z provedení technického řešení má výpustný otvor taviči komory průměr v rozsahu od 1 do 5 cm a je uspořádán nad dnem nádoby této komory ve vzdálenosti okolo čtvrtiny její světlé výšky, přesazení přepadové hrany výtokového otvoru přehřívací komory nad dnem její nádoby je v oblasti 1 cm, průměr výtokového otvoru je v rozmezí od 3 do 10 cm a vnitřní průměr rozvlákňovací nádrže ve tvaru trubice je v rozmezí od 10 do 20 cm.In one embodiment, the melter chamber outlet has a diameter in the range of 1 to 5 cm and is disposed above the bottom of the chamber of the chamber at a distance of about a quarter of its clear height. cm, the outlet orifice diameter is in the range of 3 to 10 cm, and the inner diameter of the tubular pulping tank is in the range of 10 to 20 cm.

-2CZ 13786 Ul-2EN 13786 Ul

Tavící komora, přehřívací komora a rozvlákňovací nádrž jsou z keramického materiálu, například slinutého korundu, případně v kombinaci s SiO₂. Trysky jsou tvořeny keramickými tělísky nebo tělísky z keramických kovů, procházejícími s vnějším přesahem dnem rozvlákňovací nádrže. Mohou být z refraktomího keramického materiálu nebo kovu, vybraného například ze skupiny zahrnující oxidy AI, Mg, Cr, Zr, silicidy Mo a nitridy Si, W, Ti, AI. Toto řešení je podstatně levnější než dosud používané trysky z materiálu na bázi platina - rhodium (např. slitiny Pt 90 % Rh 10 % nebo Pt 80 % Rh 20 %). Trvanlivost keramických trysek je ve srovnání s platinou kratší, avšak cena oxidu hlinitého a ostatních keramických materiálů ve srovnání s cenou platiny je o pět řádů nižší. Keramické trysky se tak stávají spotřebním materiálem. Navíc, při použití korundových trysek (A1₂O₃) dochází v trysce reakcí MgO, Cr₂O3, FeO s korundem k vytvoření nové minerální fáze - nerostu ze skupiny spinelu. Refraktomí povaha spinelu brání další reakci roztaveného bazaltu s korundem a v trysce se vytváří ochranná vrstva spinelu, která výrazně prodlužuje životnost trysky (taková reakce není u skleněných vláken možná, protože žádné ze skel neobsahuje komponenty, které v reakci s korundem tvoří spinel).The melting chamber, superheat chamber and pulping tank are made of ceramic material, for example sintered corundum, optionally in combination with SiO ₂ . The nozzles consist of ceramic bodies or ceramic metal bodies extending with the outer overlap of the pulping tank bottom. They may be of refractory ceramic material or metal, for example selected from the group consisting of oxides Al, Mg, Cr, Zr, silicides Mo and nitrides of Si, W, Ti, Al. This solution is considerably cheaper than the previously used nozzles made of platinum-rhodium material (eg Pt 90% Rh 10% or Pt 80% Rh 20% alloys). The durability of ceramic nozzles is shorter compared to platinum, but the cost of alumina and other ceramic materials is five orders of magnitude lower than that of platinum. Ceramic nozzles become consumables. In addition, using corundum nozzles (Al ₂ O ₃ ), the reaction of MgO, Cr ₂ O 3, FeO with corundum creates a new mineral phase - a mineral from the spinel group. The refractory nature of the spinel prevents further reaction of the molten basalt with corundum and a spinel protective layer is formed in the nozzle which greatly extends the life of the nozzle (such reaction is not possible with glass fibers because none of the glasses contain spinel reacting components).

Trysky mohou být tvořeny trubičkami o vnitřním průměru v oblasti 4 mm; mohou být s výhodou opatřeny prostředkem pro jejich přihřívání. Tím, že trysky zůstávají horké a nechladnou (jejich teplota se udržuje vyšší než je teplota taveniny), zůstává původní viskozita bazaltu zachována a bazalt jimi lépe protéká. Zvyšuje se tak rychlost tažení vlákna a produktivita celého výrobního procesu.The nozzles may consist of tubes with an inner diameter in the region of 4 mm; they may advantageously be provided with means for reheating them. By keeping the nozzles hot and non-cooling (their temperature being maintained above the melt temperature), the original viscosity of the basalt is retained and the basalt flows better through them. This increases the fiber drawing speed and the productivity of the entire manufacturing process.

Zařízení pro kontinuální výrobu nekonečného minerálního nebo skleněného vlákna, například bazaltového vlákna podle tohoto technického řešení, které zahrnuje tavící komoru a přehřívací komoru, umístěné v mikrovlnné peci, jak bylo výše popsáno, se dále vyznačuje tím, že obě tyto komory jsou v peci umístěny v oblasti mikrovlnného záření, zatímco rozvlákňovací nádrž s vlastním ohřevem je uspořádána mimo tuto oblast. Rozvlákňovací nádrž je ohřívána konvenčním odporovým nebo vysokofrekvenčním ohřevem, kdy se stabilizuje teplota taveniny na teplotu vhodnou pro tažení.An apparatus for the continuous production of continuous filament mineral or glass fiber, such as basalt fiber according to the present invention, comprising a melting chamber and an overheating chamber placed in a microwave oven as described above, further characterized in that both chambers are placed in of the microwave radiation, while the self-heating pulping tank is arranged outside this region. The pulping tank is heated by conventional resistance or high frequency heating, where the melt temperature is stabilized to a temperature suitable for drawing.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Na připojeném výkrese je pro lepší pochopení vyobrazen ve zjednodušeném provedení příklad technického řešení, který je pak podrobněji popsán. Tavící komora a přehřívací komora jsou zde vytvořeny vcelku jako jedna nádoba, opatřená vnitřní přepážkou s jedním výpustným otvorem. Rozvlákňovací nádrž je tvořena trubicí a je vytvořena spolu s nádobou přehřívací komory jako integrální celek.In the accompanying drawing, an example of a technical solution is shown in a simplified embodiment for better understanding, which is described in greater detail below. The melting chamber and the superheating chamber are here integrally formed as one vessel, provided with an internal partition with one discharge opening. The pulping tank is formed by a tube and is formed together with the vessel of the superheating chamber as an integral unit.

Příklady provedení technického řešeníExamples of technical solution

V mikrovlnné peci je uspořádána nádoba i z keramického materiálu (například z SiO₂, A1₂O₃apod., který je v podstatě transparentní pro mikrovlnné záření) ve tvaru kruhové nebo obdélníkové vany, která je opatřena vnitřní dělicí přepážkou 2. Jestliže je vana ze slinutého korundu, má tloušťku stěny přibližně 5 mm, pokud je z páleného lupku, má tloušťku asi 2 až 3 cm. Vana sestává z tavící komory 3 a přehřívací komory 4, oddělených přepážkou 2 s alespoň jedním výpustným (resp. přepouštěcím) otvorem 5 o průměru 1 až 5 cm pro tok taveniny z tavící komory 3 do přehřívací komory 4. Výtokový otvor 6 vany je uspořádán ve dně přehřívací komory 4 a je opatřen zvýšenou přepadovou hranou 7, situovanou s odsazením pod nej nižším bodem výpustného otvoru 5. Tento výtokový otvor 6 je zaústěn do podlouhlé, vertikálně uspořádané rozvlákňovací nádrže 8, opatřené vlastním ohřevem (odporovým nebo vysokofrekvenčním), v jejímž dně je soustava trysek 9 pro tažení nekonečných bazaltových vláken. Tavící komora 3 a přehřívací komora 4 jsou v tomto provedení vytvořeny vcelku jako jedna nádoba, rozvlákňovací nádrž 8 je tvořena trubicí a je vytvořena spolu s nádobou přehřívací komory 4 rovněž jako integrální celek. Taviči komora 3 a přehřívací komora 4 jsou v peci umístěny v oblasti mikrovlnného záření, zatímco rozvlákňovací nádrž 8 s vlastním ohřevem je uspořádána mimo tuto oblast.In the microwave oven there is also a container made of ceramic material (for example of SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , etc., which is substantially transparent to microwave radiation) in the form of a circular or rectangular bath, which is provided with an internal partition 2. of sintered corundum, has a wall thickness of about 5 mm, if it is of burnt flake, has a thickness of about 2 to 3 cm. The tank consists of a melting chamber 3 and an overheating chamber 4 separated by a partition 2 with at least one outlet (or overflow) opening 5 having a diameter of 1 to 5 cm for the melt flow from the melting chamber 3 to the overheating chamber 4. The outlet opening 6 is connected to an elongated, vertically arranged pulping tank 8, provided with its own heating (resistive or high-frequency), in the bottom of which the bottom of the overheating chamber 4 is situated. is a set of nozzles 9 for drawing endless basalt fibers. In this embodiment, the melting chamber 3 and the superheating chamber 4 are integrally formed as a single vessel, the pulping tank 8 is formed by a tube and is formed together with the vessel of the superheating chamber 4 as an integral whole. The melting chamber 3 and the superheating chamber 4 are located in the furnace in the region of microwave radiation, while the self-heating pulping tank 8 is arranged outside this region.

-3CZ 13786 Ul-3EN 13786 Ul

Výpustný otvor 5 tavící komory 3 má průměr v rozsahu od 1 do 5 cm a je uspořádán nad dnem nádoby této komory ve vzdálenosti okolo čtvrtiny její světlé výšky, nad oblastí sedimentace neroztavených součástí v taviči komoře 3. Přesazení přepadové hrany 7 výtokového otvoru 6 přehřívací komory 4 nad dnem její nádoby jev oblasti 1 cm, průměr výtokového otvoru 6 je v rozmezí od 3 do 10 cm, vnitřní průměr rozvlákňovací nádrže 8 ve tvaru trubice je v rozmezí od 10 do 20 cm. Výška rozvlákňovací nádrže 8 závisí na požadovaném hydrostatickém tlaku, která má být v oblasti jejího dna, ve kterém je soustava trysek 9 (10 až 100 trysek) a je přibližně 30 cm.The discharge opening 5 of the melting chamber 3 has a diameter in the range of 1 to 5 cm and is arranged above the bottom of the vessel of this chamber at a distance of about a quarter of its clear height above the sedimentation zone of the molten parts in the melting chamber. 4 above the bottom of the vessel is 1 cm, the diameter of the outflow opening 6 is in the range of 3 to 10 cm, the inner diameter of the spinning tank 8 is in the range of 10 to 20 cm. The height of the spinning tank 8 depends on the desired hydrostatic pressure to be in the region of its bottom in which the nozzle assembly 9 (10 to 100 nozzles) is approximately 30 cm.

Způsob kontinuální výroby nekonečného minerálního nebo skleněného, s výhodou bazaltového vlákna, zařízením podle předloženého technického řešení probíhá následovně. Rozdrcený bazalt sypké štěrkovité konzistence o velikosti 4 až 20 mm, který je předehřátý na teplotu 400 až 600 °C, se přidává do taviči komory 3. Tato komora je umístěna v mikrovlnné peci se dvěma generátory o výkonu 3,5 kW (na každý generátor). Zde je bazalt vystaven po dobu přibližně 20 až 30 minut mikrovlnnému záření o frekvenci 2450 MHz, čímž se roztavuje. Roztavený materiál se nad oblastí sedimentace neroztavených zbytků horniny průběžně přepouští do odděleného prostoru, do přehřívací komory 4 (která může být samostatná, situovaná odděleně od taviči komory 3, případně může být alespoň ve své části usazena na samostatné přehřívací komoře 4; v alternativním provedení mohou být obě komory 3, 4 součástí integrálního celku, viz výše uvedený popis).The process for the continuous production of an endless mineral or glass, preferably basalt fiber, by the apparatus according to the present invention proceeds as follows. Crushed basalt of loose gravel consistency of 4 to 20 mm, preheated to 400 to 600 ° C, is added to melting chamber 3. This chamber is placed in a microwave oven with two 3.5 kW generators (per generator) ). Here, basalt is subjected to about 24 to 30 minutes of microwave radiation at a frequency of 2450 MHz, thereby melting. Above the sedimentation zone of the non-molten rock residue, the molten material is continuously transferred to a separate space, to a superheating chamber 4 (which may be separate, located separately from the melting chamber 3, or both chambers 3, 4 being part of an integral whole, as described above).

V přehřívací komoře 4 se opět působením mikrovlnného záření o frekvenci 2450 MHz bazaltová tavenina přihřívá na teplotu nejméně o 200 °C vyšší než je teplota liquidu taveniny. Dochází zde k roztavení všech nukleárních center v tavenině, bez úlomků horniny či krystalů. Z tohoto prostoru pak přes přepadovou hranu 7 tavenina průběžně odtéká do prostoru ve tvaru sloupce v rozvlákňovací nádrži 8, uspořádaného pod ním, mimo oblast působení mikrovlnného záření, ve kterém se elektrickým nebo vysokofrekvenčním ohřevem tavenina dohřívá a její teplota se stabilizuje na teplotu odpovídající požadované viskozitě, vhodné pro tažení. Ve dně rozvlákňovací nádrže 8 jsou umístěny trysky 9 ve tvaru válce o délce asi 2 cm a vnitřním průměru přibližně 4 mm. Jsou z refraktomího keramického materiálu nebo keramického kovu, vybraného ze skupiny zahrnující oxidy Al, Mg, Cr, Zr, silicidy Mo a nitridy Si, W, Ti, Al ajsou přitmeleny k nádobě rozvlákňovací nádrže 8. Tavenina se působením hydrostatického tlaku, úměrného celkové výšce taveniny nad dnem rozvlákňovací nádrže 8, protlačuje tryskami 9 do vnějšího prostoru (přitom velká plocha hladiny taveniny v přehřívací komoře 4, spojené s rozvlákňovací nádrží 8, umožňuje eliminovat rozdíly v hydrostatickém tlaku na dně rozvlákňovací nádrže 8). Po protlačení taveniny do vnějšího prostoru se zde zachycují a tažením se vytvářejí jednotlivá vlákna, která na vzduchu okamžitě chladnou a tuhnou, načež se navíjejí. Zachycená kapka bazaltu tažením vytváří vlákno, které se navíjí na otáčející se buben. Oblast otvorů u dna prostoru ve tvaru sloupce v rozvlákňovací nádrži 8 se přihřívá na teplotu v rozsahu od 1250 do 1700 °C. Původní viskozita bazaltu je tak zachována a bazalt lépe protéká tryskami 9 (ve dně rozvlákňovací nádrže 8 může být přibližně 200 trysek 9, i více). Zvyšuje se rychlost tažení vlákna a produktivita celého výrobního procesu.In the superheat chamber 4, the basalt melt is reheated to a temperature at least 200 ° C above the melt liquidus temperature by microwave radiation at a frequency of 2450 MHz. All nuclear centers in the melt are melted, without rock fragments or crystals. From this space, over the overflow edge 7, the melt flows continuously to the column-shaped space in the spinning tank 8 located below it outside the microwave exposure area in which the melt is reheated by electric or high frequency heating and its temperature stabilizes to a temperature corresponding to the desired viscosity. , suitable for towing. In the bottom of the spinning tank 8 there are cylindrical nozzles 9 with a length of about 2 cm and an inner diameter of about 4 mm. They are of refractory ceramic or ceramic metal selected from the group consisting of Al, Mg, Cr, Zr oxides, Mo silicides and Si, W, Ti, Al nitrides and are bonded to the spinning vessel 8. Hydrostatic pressure melt proportional to total height melt above the bottom of the spinning tank 8, through the nozzles 9 into the outer space (while the large surface area of the melt in the superheating chamber 4, connected to the spinning tank 8, allows to eliminate differences in hydrostatic pressure at the bottom of the spinning tank 8). After the melt is forced into the outer space, the individual fibers are collected and pulled to form individual fibers, which immediately cool and solidify in the air and are then wound up. The captured drop of basalt by dragging creates a filament that winds on a rotating drum. The area of the openings at the bottom of the column-shaped space in the pulping tank 8 is heated to a temperature in the range of 1250 to 1700 ° C. The original viscosity of the basalt is thus maintained and the basalt flows better through the nozzles 9 (there may be approximately 200 nozzles 9 or more in the bottom of the pulping tank 8). The fiber drawing speed and the productivity of the entire manufacturing process are increased.

Trysky 9 jsou tvořeny keramickými tělísky nebo tělísky z keramických kovů, procházejícími s vnějším přesahem dnem rozvlákňovací nádrže 8. Mohou být z refraktomího keramického materiálu nebo kovu, vybraného například ze skupiny zahrnující oxidy Al, Mg, Cr, Zr, silicidy Mo a nitridy Si, W, Ti, Al. Toto řešení je podstatně levnější než dosud používané trysky z materiálu na bázi platina - rhodium (např. slitiny Pt 90 % Rh 10 % nebo Pt 80 % Rh 20 %). Trvanlivost keramických trysek je ve srovnání s platinou kratší, avšak cena oxidu hlinitého a ostatních keramických kovů ve srovnání s cenou platiny je o pět řádů nižší. Keramické trysky se tak stávají spotřebním materiálem. Navíc, při použití korundových trysek (A1₂O₃) dochází v trysce reakcí MgO, Cr₂O₃, FeO s korundem k vytvoření nové minerální fáze - nerostu ze skupiny spinelu. Refraktomí povaha spinelu brání další reakci roztaveného bazaltu s korundem a v trysce se vytváří ochranná vrstva spinelu, která výrazně prodlužuje životnost trysky (taková reakce není u skleně-4CZ 13786 Ul ných vláken možná, protože žádné ze skel neobsahuje komponenty, které v reakci s korundem tvoří spinel).The nozzles 9 consist of ceramic or ceramic metal bodies extending outwardly from the bottom of the spinning tank 8. They may be of refractory ceramic material or metal selected, for example, from the oxides Al, Mg, Cr, Zr, silicides Mo and nitrides Si, W, Ti, Al. This solution is considerably cheaper than the previously used nozzles made of platinum-rhodium material (eg Pt 90% Rh 10% or Pt 80% Rh 20% alloys). The durability of ceramic nozzles is shorter compared to platinum, but the cost of alumina and other ceramic metals is five orders of magnitude lower than that of platinum. Ceramic nozzles become consumables. In addition, using corundum nozzles (Al ₂ O ₃ ), the reaction of MgO, Cr ₂ O ₃ , FeO with corundum creates a new mineral phase - a mineral from the spinel group. The refracted nature of the spinel prevents further reaction of molten basalt with corundum and creates a protective layer of spinel in the nozzle that greatly extends the life of the nozzle. forms a spinel).

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Technické řešení je určeno pro přípravu homogenní křemičitanové taveniny, zejména kontinuální výrobu nekonečného bazaltového nebo skleněného vlákna. Pro snadnou dostupnost surovin a zejména pro lepší vlastnosti, než mají v některých aplikacích skleněná vlákna, mají nekonečná bazaltová vlákna široké použití jako bazaltové kompozity, armování v betonech, izolační panely, filtry - sítě pro roztavený hliník, nosiče katalyzátorů v chemických procesech a podobně. Vlastnosti bazaltových tavenin, a tedy vlastnosti vlákna bazaltu, lze snadno měnit, jak chemicky, tak i teplotními podmínkami. Do značné míry tak lze přizpůsobit vlastnosti vlákna potřebám uživatele, například refraktomí vlákna pro výfuky automobilů. Navíc poskytují bazaltová vlákna stínění proti elektromagnetickému záření.The technical solution is intended for the preparation of homogeneous silicate melt, especially continuous production of continuous filamentous basalt or glass fiber. For easy availability of raw materials and especially for better properties than glass fibers in some applications, filamentous basalt fibers are widely used as basalt composites, reinforcing in concrete, insulation panels, filters - molten aluminum networks, catalyst supports in chemical processes and the like. The properties of the basalt melts, and hence the properties of the basalt fiber, can be easily varied, both chemically and by temperature conditions. Thus, the properties of the fiber can be largely adapted to the user's needs, for example refractivity of the car exhaust fiber. In addition, basalt fibers provide shielding against electromagnetic radiation.

Claims

PROTECTION REQUIREMENTS

Apparatus for preparing a homogeneous silicate melt for placing in a micro-wine furnace, characterized in that it comprises a melting chamber (3) with an outlet opening (5) for flowing the melt into the superheating chamber (4), wherein the superheating chamber (4) is formed by a vessel, the outflow opening (6) of which is disposed in the bottom of the vessel and is provided with a raised overflow edge (7) situated spaced below the lowest point of the discharge opening (5) of the melter (3); the chamber (4) opens into a vertically arranged chamber

20 an elongated pulping tank (8) provided with its own heating, in the bottom of which there is a drain.

Device according to claim 1, characterized in that the separate melting chamber (3) is seated at least in part on the separate overheating chamber (4).

Device according to claim 1, characterized in that the separate melting chamber (3) is connected by a pipe to a separate superheating chamber (3).

4).

Device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the melting chamber (3) and / or the superheating chamber (4) are at least partially open from above.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the melting chamber (3) and the superheating chamber (4) are integrally formed as one vessel, provided with an inner partition (2) with at least one discharge opening (5).

30

Device according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the pulping tank (8) is formed by a tube of suitable cross-section and is formed together with the container of the superheating chamber (4) as an integral whole.

Apparatus according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the outlet opening (6) of the superheating chamber (4) is provided with an outflow edge (10) offset towards the pulping tank (8).

Device according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the outlet of the spinning tank (8) is formed by a set of nozzles (9) for drawing continuous filaments of mineral or glass fibers.

-5GB 13786 Ul

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the discharge opening (5) of the melting chamber (3) has a diameter in the range of 1 to 5 cm and is arranged above the bottom of the vessel of this chamber (3) at a quarter of its clear height. the offset of the overflow edge (7) of the outlet opening (6) of the superheating chamber (4) above the bottom of its vessel is in the region of 1 cm, the diameter of the outlet opening (6) is in the range of 3 to 10 cm; The tubular shape is in the range of 10 to 20 cm.

Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the melting chamber (3), the superheat chamber (4) and the pulping tank (8) are made of ceramic material, for example sintered corundum, optionally in combination with SiO2.

Apparatus according to claim 8, characterized in that the nozzles (9) are formed by ceramic or ceramic metal bodies extending with an external overlap of the bottom of the spinning tank (8).

Apparatus according to claim 8 or 11, characterized in that the nozzles (9) are of refractory ceramic material or metal, selected for example from the group comprising oxides Al, Mg, Cr, Zr, silicides Mo and nitrides Si, W, Ti, Al.

Device according to one of claims 8, 11 or 12, characterized in that the nozzles (9) are formed by tubes with an inner diameter in the region of 4 mm.

Device according to one of claims 8, 11, 12 or 13, characterized in that the nozzles (9) are provided with means for reheating them.

Apparatus for the continuous production of continuous filament mineral or glass fiber, comprising a melting chamber (3) and an overheating chamber (4) disposed in a microwave oven, characterized in that both of these chambers (3, 4) according to any one of claims 1 to 14 are located in the furnace in the region of microwave radiation, while the spinning tank (8) with its own heating is arranged outside this region.