PL230114B1 - Sposób wytwarzania włókien ciągłych z surowców skalnych - Google Patents
Sposób wytwarzania włókien ciągłych z surowców skalnychInfo
- Publication number
- PL230114B1 PL230114B1 PL414608A PL41460815A PL230114B1 PL 230114 B1 PL230114 B1 PL 230114B1 PL 414608 A PL414608 A PL 414608A PL 41460815 A PL41460815 A PL 41460815A PL 230114 B1 PL230114 B1 PL 230114B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- furnace
- rock
- basalt
- raw material
- molten material
- Prior art date
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims description 90
- 239000002994 raw material Substances 0.000 title claims description 58
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 56
- 239000012768 molten material Substances 0.000 claims description 53
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 45
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 34
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 33
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 32
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 28
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims description 21
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 19
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 14
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 14
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 9
- CHWRSCGUEQEHOH-UHFFFAOYSA-N potassium oxide Chemical compound [O-2].[K+].[K+] CHWRSCGUEQEHOH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 9
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 8
- 229910052611 pyroxene Inorganic materials 0.000 claims description 8
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 6
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 6
- 229910001950 potassium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910001948 sodium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052655 plagioclase feldspar Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 5
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011029 spinel Substances 0.000 claims description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 5
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000009970 fire resistant effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 4
- 239000010450 olivine Substances 0.000 claims description 4
- 229910052609 olivine Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 4
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 3
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 claims description 2
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 claims description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 14
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 8
- 229920002748 Basalt fiber Polymers 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 7
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 6
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 6
- 238000007380 fibre production Methods 0.000 description 5
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 5
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 5
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 4
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 4
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N Na2O Inorganic materials [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910007270 Si2O6 Inorganic materials 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 3
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 3
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 3
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 3
- 101100055113 Caenorhabditis elegans aho-3 gene Proteins 0.000 description 2
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 229910052656 albite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000287 alkaline earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052639 augite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- NWXHSRDXUJENGJ-UHFFFAOYSA-N calcium;magnesium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Mg+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O NWXHSRDXUJENGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 229910052637 diopside Inorganic materials 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010459 dolomite Substances 0.000 description 2
- 229910000514 dolomite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000012784 inorganic fiber Substances 0.000 description 2
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- FOKWMWSOTUZOPN-UHFFFAOYSA-N octamagnesium;iron(2+);pentasilicate Chemical compound [Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Fe+2].[Fe+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-].[O-][Si]([O-])([O-])[O-].[O-][Si]([O-])([O-])[O-].[O-][Si]([O-])([O-])[O-].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] FOKWMWSOTUZOPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000011025 peridot Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004017 vitrification Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910014780 CaAl2 Inorganic materials 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000207836 Olea <angiosperm> Species 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] Chemical compound [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910052661 anorthite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052626 biotite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 235000012215 calcium aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 239000011111 cardboard Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- BQKCOFRVVANBNO-UHFFFAOYSA-N chromium manganese Chemical compound [Cr][Mn][Cr] BQKCOFRVVANBNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005258 corrosion kinetic Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 229910052840 fayalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010433 feldspar Substances 0.000 description 1
- 238000012681 fiber drawing Methods 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 239000010438 granite Substances 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 229910052638 hedenbergite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 229910052659 labradorite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011018 labradorite Substances 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002557 mineral fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011490 mineral wool Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 239000005306 natural glass Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000008041 oiling agent Substances 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000011087 paperboard Substances 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000001488 sodium phosphate Substances 0.000 description 1
- 235000011008 sodium phosphates Nutrition 0.000 description 1
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- AKEJUJNQAAGONA-UHFFFAOYSA-N sulfur trioxide Chemical compound O=S(=O)=O AKEJUJNQAAGONA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
- Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)
Description
Opis wynalazku
Dziedzina wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest nowy sposób otrzymywania włókien ciągłych z surowców skalnych, tj.: bazaltów, diabazów, porfirytów, amfibolitów, andezytów. Ciągłe włókna według wynalazku mogą być wykorzystywane w budownictwie, przemyśle tekstylnym, chemicznym, budowy maszyn, elektronice i innych dziedzinach gospodarki w charakterze materiałów do zbrojenia wyrobów szklanych, metalowych i plastikowych, stosowanych w środowiskach kwaśnych, neutralnych i alkalicznych.
Stan techniki
Pod koniec lat 90 ubiegłego stulecia zostały opracowane technologie i urządzenia do produkcji włókien, które pozwoliły na znaczne zmniejszenie kosztów nośników energii oraz, co za tym idzie, zmniejszenie kosztów produkcji włókna. Te opracowania dały impuls do rozwoju produkcji włókien bazaltowych oraz pozwoliły w istotny sposób poszerzyć potencjalny rynek ich zastosowania.
Obecnie na świecie odnotowuje się zwiększone zainteresowanie różnymi rodzajami włókien ze skał bazaltowych (pod pojęciem „skała” rozumie się skały zasadowe i ultrazasadowe, takie jak bazalt, diabaz, andezyt, amfibolity, piroksen, porfiryt itp.), które utworzyły się wskutek zastygania i krystalizacji lawy (skały magmowe), i stanowią złożony układ krzemionkowy, zawierający tlenki metali alkalicznych i tlenki metali ziem alkalicznych oraz charakteryzują się wysoką zawartością tlenków żelaza (do 16%).
Podstawowymi minerałami występującymi w skałach są skalenie (albit Na[AlSi3O8), anotryt CaAl2Si2O8), pirokseny (diopsyd CaMg[Si2O6], augit Ca(Mg, Fe, Al)[(Si, Al)2O6]), czasami Fe3O4 (Bart T. Petrologia teoretyczna. M.: Wyd. IŁ, 1956. 414 str.).
W składzie chemicznym badanych skał znajdują się tlenki (% masy):
SO - (43-59), AI2O3 - (11-20), T1O2 - (1-2), MgO - (4-12), CaO - (7-13), (FeO + Fe2O3) - (7-16), (Na2O + K2O) - (2-4).
Dostępność i taniość skał bazaltowych pozwalają na wykorzystywane ich do otrzymywania włókien i wyrobów na ich bazie.
Wiele badań wykazało, że do przeróbki na włókna, szczególnie włókna ciągłe, nadaje się stopiony materiał, którego reologiczne właściwości (np., lepkość, wpływ temperatury na lepkość, przedział formowania, energia aktywacji) oraz zespół właściwości fizyko-chemicznych (np. napięcie powierzchniowe, zwilżanie) odpowiadają określonym parametrom. Znaczenie ma także wpływ temperatury na lepkość, w granicach której możliwe jest kształtowanie włókna ze stopionego materiału.
Z monografii Dżigiris D.D., Wołyński A.K., Kozłowski P.P. i inni, „Podstawy technologii otrzymywania włókien bazaltowych i ich właściwości” (W zbiorze prac naukowych: Włókniste materiały kompozytowe z bazaltu i konstrukcje. - Kijów: Naukowa dumka. - 1980 - C. 54-81) znane są włókna cięte z surowca skalnego, otrzymywane z rozdrobnionych skał w piecu do wytapiania poprzez ich wytopienie, homogenizację stopionego materiału, a następnie stabilizację materiału w oczku przeciągadła pieca do wytapiania i otrzymanie włókna ciętego z materiału wyciekającego z oczka przeciągadła. Jednak otrzymane w ten sposób włókna cięte są niewystarczająco wytrzymałe, ponieważ znajdują się w nich obce wtrącenia, które nie są usuwane ze stopionego materiału z powodu dosyć niskiego zakresu temperatur wytapiania skały.
Stopione materiały ze skał wyróżniają się intensywnym ciemnym zabarwieniem (stopień czerni do 0,9) z powodu wysokiej zwartości tlenków żelaza w porównaniu z materiałami stopionymi stosowanymi w produkcji włókna szklanego. Procesy termiczne wymiany masy w „czarnych” stopionych materiałach w istotny sposób różnią się od praw znanych z przetwórstwa szkła.
Klasyczny, najbardziej znany sposób otrzymywania ciągłych włókien z surowców skalnych polega na rozdrobnieniu skały do frakcji 5-20 mm, która na transporterach podawana jest do pieca do wytapiania, gdzie w wysokiej temperaturze skała topi się. Następnie stopiony materiał podawany jest do podajnika pieca i przechodzi przez mnóstwo otworów oczek przeciągadła, skąd podstawowe włókna bazaltowe podawane są do urządzenia do natłuszczania. Nawijarka nawija włókna ciągłe na szpule. Pierwotne nici ze szpul zdwajarka nawija na kręgi rovingu (Dżigiris D.D., Machowa M.F. Podstawy produkcji włókien bazaltowych i wyrobów, M.: Tieploenergietik. - 2002. - 411 str.).
Wiadomo, że głównymi parametrami materiałów stopionych z bazaltów przy produkcji ciągłych włókien są: lepkość stopu, napięcie powierzchniowe, kąt zwilżania, szybkość stygnięcia i krystalizacji (Dubrowskij W.A., Machowa A.F., Ryczko W.A. i inni „Właściwości materiałów stopionych z podstawowych skał magmowych Ukrainy i włókien z nich wyprodukowanych”. Zbiór artykułów „Materiały włókniste z bazaltów ukraińskich”. Kijów - 1971 r.).
PL 230 114 B1
Ponadto znane są sposoby otrzymywania krzemianowych nieorganicznych włókien ciągłych z surowców skalnych typu bazaltów.
Z opisu nr RU 2102342 znany jest sposób produkcji ciągłego włókna ze skał, składający się z operacji rozdrabniania skały, jej wytopu w piecu do wytapiania i wyciągania stopionego materiału przez oczka przeciągadła włókien ciągłych. Jako surowiec skalny w powyższym sposobie wykorzystywane są skały z grupy bazaltów od zasadowych do średniozasadowych, a temperatura w piecu do wytapiania ustalana jest w granicach 1500-1600°C. Otrzymywane w powyższy sposób włókna mają niewystarczającą wytrzymałość na zerwanie, z powodu obcych wtrąceń, a temperatura topienia się jest wyższa od temperatury topienia się głównej masy skały.
Z opisu nr UA 10762 znane są zawierające dużo krzemionki włókna nieorganiczne, otrzymywane z surowca skalnego, wstępnie rozdrobnione, stopione w piecu do wytapiania, materiał stopiony jest homogenizowany, a następnie stabilizowany w podajniku pieca do wytapiania, wyciągany na włókna, natłuszczany i nawijany na szpule. Jednak otrzymywane w ten sposób włókna ciągłe ze skał posiadają niewystarczającą wytrzymałość na zerwanie z powodu istnienia w nich nieroztopionych wtrąceń, niewystarczająca wytrzymałość prowadzi do zmniejszenia długość włókien, ich zrywania podczas nawijania na szpulę, co ogranicza technologiczne możliwości tego sposobu.
W sposobie wytwarzania włókna ze stopionego materiału skalnego przy wykorzystaniu skał bazaltowych (SU, A. C. No461909) wykorzystywany jest rozdrobniony bazalt, a produkcja włókna odbywa się przy temperaturze stopionego materiału równej 1200-1300°C przy lepkości 100 pz (10 Pas). Wadą tego sposobu jest niestabilność procesu i wąski zakres produkcji włókien ciągłych, ponieważ w powyższym przedziale temperaturowym ma miejsce pierwotna krystalizacja stopionego materiału prowadząca do zrywania się nici. Oprócz tego powyższe temperatury topienia (1200-1350°C) są niskie, ponieważ w takim stopionym materiale pozostają nieroztopione cząsteczki.
W opisie nr UA 10738 ujawniono sposób wytwarzania włókien nieorganicznych skały bazaltowe, które ładowane są do pieca do wytapiania, nagrzewane do momentu otrzymania stopionego materiału, stopiony materiał homogenizowany jest poprzez ukierunkowane działanie na jego powierzchnię strumieni gazowych o wysokiej temperaturze, a w strefie tworzenia włókien zapewniany jest przedział temperatury w granicach 1300-1380°C.
W opisie nr RU 2018491 ujawniono skały bazaltowe, gdzie nagrzewanie skały prowadzi się do temperatury 1605-1700°C, szybkość wyciągania włókna wynosi 4505-5500 m/min przy lepkości stopionego materiału 501-2100 P lub z szybkością 3500-4500 m/min ze stopionego materiału o lepkości 110-500 P.
Wadą powyższych sposobów jest częste zrywanie się włókna i niewystarczająco duża wydajność procesu.
Ponadto znany jest z opisu nr RU 2104250 także sposób otrzymywania ciągłego włókna glinokrzemianowego, polegający na stopieniu skały bazaltowej w piecu elektrycznym, barbotaż stopionego materiału w strefie wytapiania i/lub jego homogenizacja, odgazowywanie i kształtowanie włókien dzięki podawaniu stopionego materiału na podajniku o mocy min. 5 kWt. Jednak podczas przerobu skał zwiększonej zawartości żelaza oraz w przypadku istnienia w skale domieszek chromu manganu zmniejsza się wydajność procesu i okres przydatności do użycia elektrod molibdenowych i platynowych zasilaczy w podajniku wywołany ich niszczeniem przez żelazo metaliczne oraz zmniejsza się jakość docelowego produktu.
Znany jest z opisu nr EA 0006000 sposób i urządzenie do produkcji włókien mineralnych z surowców skalnych, zawierających szkło odpadów przemysłowych lub szklanych odpadów technicznych, zgodnie z którym po mechanicznym rozdzieleniu nie zawierających szkła oraz zawierających szkło materiałów, materiały zawierające szkło o rozmiarze cząsteczek max 80 mm topione są w piecu do wytapiania w temperaturze od 1050 do 1480°C, przy czym piec do wytapiania połączony jest z podajnikiem w taki sposób, że w strefie warstwy powierzchniowej stopionego materiału pomiędzy piecem do wytapiania i podajnikiem zapewniany jest przepływ stopionego materiału z pieca do podajnika, przy tym stopiony materiał pobierany jest przez podajnik, z podajnika stopiony materiał podawany jest do oczek przeciągadła położonych niżej, z których jednocześnie zastygając wyciągany jest w formę nici. Podawanie stopionego materiału do podajnika odbywa się ze strefy poboru stopionego materiału, w której stopiony materiał spełnia następujące wymagania:
a) strefa produkcji materiału stopionego wynosi od 40 do 100 K,
b) lepkość materiału stopionego w temperaturze 1450°C wynosi od 30 do 160 dPa»s,
c) lepkość materiału stopionego w temperaturze 1300°C wynosi od 200 do 1500 dPa»s,
PL 230 114 B1
d) stosunek lepkości w (dPa»s) do napięcia powierzchniowego (w N/m) wynosi w granicach od 10 do 100,
e) energia aktywacji lepkiego płynięcia materiału stopionego wynosi max 290 kJ/mol,
f) stosunek wysokości stopionego materiału w podajniku (hs) do wysokości stopionego materiału w wannie do wytapiania (hw) wynosi (hs):(hw)=(0,8-1,1):(2-6), oraz
g) stosunek powierzchni materiału stopionego w piecu do wytapiania Fw do powierzchni materiału stopionego w podajniku Fs wynosi od 0,5 do 1,5
Wadą tego sposobu jest skomplikowane zastosowanie w przemyśle, niejednorodność otrzymywanego stopionego materiału i duża pracochłonność procesu produkcyjnego z powodu częstego zrywania się ciągłości nici. Jednocześnie należy zwrócić uwagę na całkowity brak możliwości wyprodukowania stopionego materiału w zakresie temperatur od 40 do 100k [od (-233, 15) do (-173, 15)°C] ani w warunkach laboratoryjnych, ani w przemysłowych.
Ponadto w opisie nr RU 2421408 został przedstawiony sposób produkcji włókien ze skał bazaltowych polegający na wykorzystaniu zasadowych bazaltów w zakresie (%): SiO2 - (45-56), AhO3 -(10-19), TiO2 - (0,9-2,0), (Fe2O3 u FeO) - (7-18), CaO - (6-15), (MgO i MnO) - (3-7), (Na2O i K2O) - (2,5-6) i stosunku głównych tlenków tworzących włókna i tlenków towarzyszących w granicach 3,2 > (SiO2 + AhO3)/(TiO2 + Fe2O3 + FeO + CaO + MgO + MnO + K2O + Na2O) >1,6; rozdrobniony bazalt jest podgrzewany do temperatury 250-400°C, bazalt ładowany jest do strefy maksymalnych temperatur 1450-2000°C płomienia palnika-ładowarki, topienie, odgazowywanie i homogenizacja odbywa się na podeście do wytapiania przy niskich poziomach stopionego materiału 5-70 mm, a następnie zwiększa się poziom stopionego materiału do 80-300 mm w wannie pieca, wyciąganie włókien odbywa się w temperaturze podajnika o 30-200°C niższej od temperatury górnego zakresu krystalizacji stopionego materiału bazaltowego Twpk.
Wadami tego sposobu są niezbyt wysoka jakość stopionego materiału, skomplikowany proces produkcji wywołany przygotowywaniem surowca bazaltowego w wysokiej temperaturze. Duży zakres temperatur pieca do wytapiania skutkuje szybkim zużyciem materiałów ognioodpornych pieca i możliwością dalszej krystalizacji stopionego materiału i witryfikacji na powierzchni urządzeń wyciągających.
Znany jest sposób wytwarzania ciągłego włókna glinokrzemianowego RU 2180892 polegający na stopieniu surowca skalnego zawierającego bazalt w strefie wytapiania pieca, barbotaż stopionego materiału, odgazowywanie, homogenizację, podawanie stopionego materiału z podajnika do oczek przeciągadła i wytwarzanie włókien, w którym barbotaż stopionego materiału odbywa się za pomocą podawania zawierającego tlen czynnika gazowego przez dysze zainstalowane w dennej części strefy topienia.
Wadami tego sposobu są skomplikowane metody produkcji z powodu konieczności regulowania środowiska utleniająco-redukującego powierzchni pieca. Duży zakres temperatur pieca do wytapiania pociąga za sobą szybkie zużycie materiałów ognioodpornych w piecu, a następnie możliwość krystalizacji stopionego materiału i witryfikacji na powierzchni urządzeń do przeciągania.
Z opisu nr RU 2180892 znany jest sposób wytwarzania ciągłego włókna glinokrzemianowego polegający na stopieniu surowca skalnego zawierającego bazalt w strefie wytapiania pieca, barbotaż stopionego materiału, odgazowywanie, homogenizację, podawanie stopionego materiału z podajnika do oczek przeciągadła i wytwarzanie włókien, w którym barbotaż stopionego materiału odbywa się za pomocą podawania zawierającego tlen czynnika gazowego przez dysze zainstalowane w dennej części strefy topienia, w ilości określonej według wzoru:
VO2=(A(CFe+2/CFe+3)+KP)M, gdzie:
A - empiryczny współczynnik charakteryzujący zawartość zanieczyszczeń mechanicznych w stopionym materiale równy 0,01-0,5;
Vo2 - ilość podawanego czynnika gazowego zawierającego tlen, m3;
CFe+2 - zawartość Fe+2 w stopionym materiale, % masy;
CFe+3 - zawartość Fe+3 w stopionym materiale % masy; k - współczynnik straty tlenu równy 0,1-1,0, bezwymiarowy;
P - zużycie czynnika zawierającego tlen równe 0,15-1,1 m3/kg;
M - waga stopionego materiału w objętości pieca do wytapiania, w kg.
Jednocześnie dodatkowo prowadzi się zbiór stopionego materiału poprzez denną część podajnika z szybkością 0,5-5 kg/min.
PL230 114B1
Znany jest z opisu nr RU 2149841 sposób otrzymywania waty mineralnej z bazaltu, zgodnie z którym w celu optymalizacji składu surowca bazaltowego do rozdrobnionej skały wprowadzane są dodatki dolomitu, sody i innych substancji (tak zwane „dodatkowe ładowanie”). Istotną wadą tej metody „dodatkowego ładowania” jest fakt, że dolomit i wapno są dodatkowymi źródłami magnezu i wapnia w postaci ciężko wytapialnych tlenków tych metali, obecność których wymaga ekspozycji stopionego materiału w temperaturze o 50h-250°C wyższej niż temperatura topienia oraz ciągłego mieszania.
Wadami znanych sposobów jest zwiększona energochłonność i materiałochłonność, oprócz tego skład stopionego materiału i zakres temperatur pieca do wytapiania skutkuje szybkim zużyciem materiałów ognioodpornych oraz dużym prawdopodobieństwem krystalizacji stopionego materiału, zrywaniem się otrzymywanych włókien.
Na przykładzie stanu techniki przedstawiono, że wraz ze zwiększeniem temperatury powyżej krytycznej zaczyna się z przyspieszoną szybkością niszczenie materiałów ogniotrwałych, przy tym najbardziej agresywne w stosunku do materiałów pieca są tlenki metali alkalicznych. W przedziale temperatur 1450-1550°C zwiększenie temperatury topienia szkła na każde 50°C zmniejsza okres przydatności materiałów ogniotrwałych około dwukrotnie, a na 75°C - trzykrotnie. Ochłodzenie procesu topienia uważa się za jeden z głównych czynników pozwalających na wydłużenie czas życia pieca do wytopu szkła, jednak jest to proces wymagający dużych kosztów i nie zawsze skuteczny.
Wiele przeprowadzonych badań umożliwiło przedstawienie relatywnych kryteriów co do użyteczności różnych rodzajów surowca skalnego z grupy zasadowej w celu produkcji włókna bazaltowego.
Istniejące na dzień dzisiejszy kryteria oceny opierają się głównie na składzie chemicznym surowca, przy tym nie zawsze uwzględnia się skład mineralny skały (D.D Dżigiris, M.F.Machowa, Podstawy produkcji włókien bazaltowych i wyrobów z nich - M., 2002.- str..49-53; ,φηγκ I.I., HyBanioa IO.M., iTmeHKO h np. ^ocjiinnieHHH BnjinBy OKcnąiB 3ani3a b CKJiaąi ripcbKiix nopią Ta TexHOJioriuHi napaMeTpn OTpiiMaHHa po3njiaBiB ra xapaKTepncTiiKH bojiokoh / HayKOBi ηοτητκη JlypbKoro nep>KaBHoro yHiBepcirreTy: Mi>KBy3iBCbKnit 3ÓipHHK.- Jlynbic ΐχΐ[ΤΥ.-2007.- Ns2.BimycK 20.- C.47-50).
PL230 114 Β1
| ιχι | 100,37 | 99,94 | | 99,62 | 99,71 | 99,98 | MC d; 05 <75 | 100,21 | 99,78 | 99,34 | 99,17 | 100,60 | 101,22 |
| Ε | ||||||||||||
| Η | —-i | 50 | O | 05 | r- | 00 | O | -to | — | d- | ||
| • | © | Ot | o | MC | r- | ·—< | © | © | MC | r- | 00 | ,-1 |
| Ε . | ιι··Η | »ιι··Η | cl | cl | » H | —to | — | cl | o | cl | o | —to |
| Ο ei | mc | 00 | © | ”Ct | 00 | 05 | r- | |||||
| fi | \D | 00 | MC | cc | 00 | 05 | et | |||||
| ζ | -to | Cl | -to | co | cc | Cl | Cl | |||||
| ο | cc | C- | MC | 5D | 00 | 00 | 05 | |||||
| π | uc | o | C | 50 | o | l> | dT | d | MC | oo | Cl | |
| £ | —to | -to | © | o | -to | d | cl | -to | o | 1 | o | cl |
| ΙηΟ | CC | O | rj | 00 | o | 05 | ||||||
| —- | -to | ci | cc | —to | r- | o | -to | |||||
| O | H | o | o | o | 1 | o | 50 | 1 | CO | H | ||
| Κι Ο Μ Α | en | t- | Mc | o | 50 | CC | ||||||
| —to | cl | rc | o | |||||||||
| Q | Q | <© | Q | , | , | df | Q | |||||
| Ο Μ | 00 | Γ-- | CC | MC | © | d | MC Of | cl | ||||
| 00 | o | -- | χ|- | © | C- | MC | o | oo | ||||
| ζ | cc | ^t | MC | MC | d | 05 | l> | MC | 1 | 50 | 1 | c |
| CJ | 00 | |||||||||||
| ο | O\ | 00 | xt | CC | c~ | CC | d | 05 | Cl | o | ||
| fi | ci_ | 50 | cc | MC | © | © | o' | CC | CC | d; | MC | o |
| υ | 00 | X | co | 05 | 05 | —to | c> | Cl | ci | C | —to | |
| MC | O | |||||||||||
| Q | 50 | 05 | —to | —to | MC | 50 | ||||||
| i) | MC | cc | o | © | o. | C| | © | © | ||||
| to | —to | 50 | cc | 1 | 1 | ci | MC | —to | —to | |||
| ΙΌ | ||||||||||||
| Ο γ·1 | r- | !> | oo | 50 | 35 | o | cc | 50 | O | |||
| O\ | oo | <3 | oo | CC | 00 | Cl | c- | '50 | ||||
| to | c' | OO | od | cc | © | 05 | --i | oo | —to | © | —to | —to |
| Γ*Ί Ο | Ή- | cc | r- | 05 | MC | CC | oo | 05 | Cl | 00 | ||
| cc | cc | 05 | MC | C- | CC | oo | -to | —to | -“ | O | cc | |
| o\ | 00 | xj- | Cl | 50 | '50 | d- | r- | —to | 00 | Cl | MC | |
| —-1 | —to | —— | —to | —to | —to | — | —to | Cl | —- | —to | —to | |
| Γ-1 | ||||||||||||
| ο | —to | o\ | MC | MC | —to | 05 | Γ- | d | OO | |||
| Γ- | —to | 00 | 00 | «—l | — | 05 | d- | Cl | O | '“to | ||
| Α | Φ | — | c] | <N | — | —to | — | -to | o | — | -to | -to |
| 00 | cc | r- | cc | —to | 05 | 50 | cl | —to | ||||
| ο | cc | -d- | oo | o | 50 | o | MC | OO | —to | 05 | 00 | CC |
| mc | cl | oo | 05 | O | 50 | 00 | r- | -to | o | 05 | 00 | |
| 53 | uc | «c, | to- | MC | df | dT | MC | MC | ||||
| * | £ o | |||||||||||
| 4-ł | o | toto | ||||||||||
| fi | w | N* | ||||||||||
| N | ts | Sto | ||||||||||
| -3 | « J2 | s © | u | fi | ||||||||
| to | 9 | 9 | c o. | fi | ti | •ti | ||||||
| ŁA | >1 | N Λ | >, | 9 | 9 | |||||||
| £ Ν | N | N | to-» | w | U | © | © | |||||
| 'C | Ό | za | za | za | za | za | za | fi | Ifi u | 2t e | Sto <- | |
| fi | fi | S | & | W | fi | fi | fi | fi | o | fi | fi | |
| ζ | <3 | w | A | A | A | A | A | P | A | g | ||
| X Ε to | o | -to | cl | |||||||||
| g AA | 1—1 | Cl | rc | SL | MC | 50 | i© | 00 | 05. | --' | ^to |
PL230 114B1
Z punktu widzenia składu mineralogicznego bazaltowa skały magmowe stanowią system diopsyd-albit-anoryt. 35-70% masy przypada na plagioklazy: labradoryt - izomorficzna mieszanka albitu NaAI[Si3Oe] i anoryt CaAl2[Si2Os]. Obecne są także pirokseny, głównie w formie augitu (izomorficzna mieszanka diopsydu CaMg[Si2O6] i hedenbergitu CaFe[Si2O6); oliwin - stałe roztwory forgerytu Mg2[SiO4] i fajalitu Fe2[SiO4j; magnetyt FeO-Fe2O3 i inne minerały.
Tabela 2
| Nazwa skały | Plagio- klazy | Pirok-seny | Oliwin | Rudy | Wtórne | Szkło | Amfib olity |
| % | % | % | % | % | % | % | |
| l.Andezyto-bazalt | 35-45 | 15-25 | - | - | - | 50 | |
| 2.Andezyto-bazalt | 10-15 | 2-3 | 3-8 | 3-5 | 2 | 75-80 | |
| 3.Bazalt | 36 | 33 | - | 6 | 6 | 19 | |
| 4. Bazalt | 30-36 | 33-40 | - | 6-10 | 3-6 | 17-19 | |
| 5. Bazalt | 47 | 16 | 7 | 3 | - | 40 | |
| 6. Bazalt | 35-50 | 20-25 | 10-20 | 3-5 | - | 7-22 | |
| 7. Bazalt | 40-65 | 30-50 | - | - | 5 | 3-17 | |
| 8. Bazalt | 40-65 | 15-22 | 5-10 | 2-10 | 5-10 | 5-10 | |
| 9. Diabaz porfirytowy | 50-70 | 20-25 | 1-5 | ||||
| 10. Porfiryt andezytowy | 20-35 | - | 0,5 | 5 | - | 30-35 | 0-20 |
| 11. Amfibolit | 30-48 | - | - | 2-10 | 0-20 | ||
| 12. Amfibolit | 35-40 | 30-32 | 1-2 | 28-32 |
Jednakże w warunkach praktycznych z bazaltu pochodzącego z określonego złoża nie zawsze udaje się otrzymać materiały włókniste i wyroby o odpowiedniej jakości.
Celem niniejszego wynalazku było opracowanie nowego sposobu otrzymywania włókien ciągłych z mieszanki surowca skalnego, przy którym zostałyby uwzględnione cechy szczególne składu chemicznego i mineralogicznego surowca skalnego, związek pomiędzy cechami mineralogicznymi surowca bazaltowego oraz etapami technologicznym wytwarzania z niego stopionego materiału i włókien. W tabeli 3, 4 przedstawione są charakterystyki surowca, określające jego zdolność do tworzenia szkła, włókien i otrzymywania włókien ciągłych.
Tabela 3
| Nazwa składników | Zawartość, % |
| Ciągłe (roving) | |
| Ditlenek krzemu (S1O2) | 47,5-55,0 |
| Ditlenek tytanu (T1O2) | 0,2-2,0 |
| Tlenek glinu (AI2O3) | 14,0-20,0 |
| Tlenek żelaza (FeO+FejOs) | 7,0-13,5 |
| Tlenek wapnia (CaO) | 7,0-11,0 |
| Tlenek magnezu (MgO) | 3,0-8,5 |
| Tlenek sodu i potasu (Na^O+KiO) | 2,5-7,5 |
| Tlenek manganu (MnO), max | 0,25 |
| Tlenek siarki (SO3), max | 0,2 |
| Strata wagi podczas kalcynowania (p.p.p.), max | 5,0 |
| Wolny kwarc, max | 2,0 |
| Moduł lepkości | 2,3-2,7 |
PL230 114 Β1
Tabela 4
| Minerały | Graniczne zawartości minerałów, obj. % |
| Dla włókien ciągłych | |
| Plagioklaz | 35-70 |
| Pirokseny | 1-35 |
| Rudy | 0-12 |
| Oliwmy | 0-15 |
| Szkło naturalne | 0-50 |
| Kwarc | 0- jedn. |
| Amfibole | 0-10 |
| Biotyt | 0-3 |
| Palagonite | 0-25 |
| Chlory! | 0-35 |
| Epidot-zoisyt | 0-5 |
| Węglan | 0-8 |
Istota wynalazku
Nieoczekiwanie okazało się, że sposób wytwarzania włókien bazaltowych wg wynalazku z kompleksowych surowców skalnych, pozwala na poszerzenie bazy surowcowej, gwarantuje jakość produkcji z jednoczesnym zmniejszeniem kosztów materialnych, m.in. dzięki zmniejszeniu negatywnego wpływu na strukturę materiałów ogniotrwałych w piecach oraz prawidłowemu wykorzystaniu odprowadzanych nagrzanych gazów z pieca i jednocześnie usunięciu poważnych problemów związanych z emisją odpadów do środowiska naturalnego.
Niniejszy wynalazek polega na wykorzystaniu do wytwarzania włókien ciągłych wielu rodzajów skał zasadowych takich jak bazalty, diabazy, amfibolity, andezyty, dacyty, granity, riolity.
Analiza powyższych składów skał wskazuje na ich niejednorodność. W jednych skałach przeważają tlenki Al i Si, Fe, w innych - tlenki Fe, w jeszcze innych - tlenki Mg i Ca. Przewaga jednego z głównych tlenków w składzie jednej skały prowadzi do zmiany właściwości włókien, a czasami nawet do braku możliwości produkcji włókien z otrzymanego stopionego materiału. Tak więc, zawartość Si i Ca wpływa na lepkość materiału, Al i Fe ma wpływ na charakterystyki wytrzymałościowe, Mg i Ti - na odporność włókien na temperaturę, κ i Na - na zwiększone oddziaływanie na strukturę materiałów ogniotrwałych.
Istotne jest przeprowadzenia wstępnego przygotowania surowca źródłowego za pomocą optymizacji jego składu.
Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie nowego sposobu wytwarzania włókien ciągłych z mieszanki surowców skalnych, która uwzględniałaby szczególne właściwości składu chemicznego i mineralogicznego skał, związek między właściwościami mineralogicznymi surowca bazaltowego i etapami technologicznymi otrzymywania z niego stopionego materiału oraz włókien.
Przy zastosowaniu do wszystkich charakterystyk surowca (jego składu chemicznego i mineralogicznego), określonych powyżej, sposób według wynalazku uwzględnia właściwości fizyko-mechaniczne skał, takie jak gęstość i porowatość (tabela 5).
PL230 114B1
Tabela 5
| Nr składu | Nazwa skały | Gęstość skały | Porowatość skały |
| pn | |||
| xl03 kg/m3 | % | ||
| 1 | Andczyto-bazalt | 2,64 | 1,6 |
| 2 | Andezyto-bazalt | 2,77 | 2,6 |
| 3 | Bazalt | 2,84 | 2 |
| 4 | Bazalt | 2,8 | 2,5 |
| 5 | Bazalt | 2,64 | 3,8 |
| 6 | Bazalt | 2,96 | 1,2 |
| 7 | Bazalt | 2,84 | 2,7 |
| 8 | Bazalt | 2,74 | 2,9 |
| 9 | Diabaz porfirytowy | 2,8 | 1,2 |
| 10 | Porfiryt andezytowy | 2,86 | 2 |
| 11 | Amfibolit | 3,1 | 0,5 |
| 12 | Amfibolit | 3,03 | 1,8 |
Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób otrzymywania włókien ciągłych z surowców skalnych, podczas którego nagrzewanie surowca przed jego załadunkiem odbywa się za pomocą gazów rekuperacyjnych odchodzących od pieca do wytapiania do temperatury 90-140°C.
Pozwala to zmniejszyć emisję gazową łatwo ulatniających się składników (CO2, H2, F2, B i inne), zwiększyć szybkość topienia surowca i zmniejszyć straty ciepła w strefie wytapiania i tym samym zwiększyć skuteczność sposobu, ponieważ zimny materiał podawany z transportera obniża temperaturę w strefie wytapiania o 100-150°C, oraz z powodu pękania źle wpływa na wytrzymałość materiałów ognioodpornych, obniżając wytrzymałość urządzeń znajdujących się w piecu.
Pozytywnym czynnikiem jest również to, że w gazach wylotowych praktycznie będą nieobecne komponenty siarkowe, wywołujące korozję metalu.
Ponadto sposób według wynalazku uwzględnia kolejność załadunku surowca skalnego różniącego się składem ilościowym chemicznym i mineralogicznym oraz dobranie zakresu temperatur topienia szczególnie w początkowym etapie procesu, kiedy kinetyka korozji materiałów pieca jest maksymalna.
Dodatkowo sposób według wynalazku wykorzystuje skały o najmniej agresywnym składzie (z minimalną zawartością tlenków metali ziem alkalicznych, które najbardziej negatywnie wpływają na materiały ognioodporne pieca), aby zmniejszyć chemiczną agresywność stopionego materiału, osłabić oddziaływanie erozyjne wobec materiałów ognioodpornych, z których zbudowany jest piec, utworzyć ochronną warstwę na wewnętrznej powierzchni pieca (nagar) dzięki utworzeniu się warstwy spinelu.
Dodatkowo sposób według wynalazku uwzględnia zakres temperatur na powierzchni zwierciadła stopionego materiału. Korekta temperatury strefy topienia w takim przypadku zostaje osiągnięta za pomocą pośredniego promieniowania cieplnego przy zastosowaniu specjalnych palników gazowych z płaskim płomieniem i strefą płomienia zlokalizowaną na powierzchni pieca wykonanej z materiałów ognioodpornych.
Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania włókna ciągłego, poprzez rozdrabnianie skały, mycie, sortowanie, separację magnetyczną, wstępne podgrzewanie, załadunek do pieca do wytapiania, topienie surowca, odgazowywanie, homogenizację, podawanie stopionego materiału z podajnika do urządzeń wytwórczych i tworzenie włókien gdzie przy rozdrabnianiu jako surowiec wykorzystuje się mieszankę skał zasadowych o gęstości (2,73-3,04) χ 103 kg/m3 i porowatości 0,5-3,9%, a topienie odbywa się w temperaturze pieca 1150-1510°C.
Sposób według wynalazku, gdzie surowiec przed załadunkiem do pieca nagrzewany jest do temperatury 90-140°C gazami rekuperacyjnymi pochodzącymi z pieca.
PL 230 114 B1
Sposób według wynalazku, gdzie korekta temperatury strefy topienia i strefy wytopu na powierzchni zwierciadła stopionego materiału osiągana jest pośrednio poprzez wymianę ciepła dzięki zastosowaniu specjalnych palników gazowych z płaskim płomieniem ze strefą płomienia zlokalizowaną na odpornej na ogień powierzchni pieca.
Sposób według wynalazku, gdzie zmniejszenie agresywności chemicznej stopionego materiału i osłabienie działania erozyjnego na materiały ogniotrwałe pieca, odbywa się przez tworzenie warstwy ochronnej na powierzchni wewnętrznego poszycia dzięki utworzeniu warstwy spinelu.
Sposób według wynalazku, gdzie podczas załadunku surowca w celu zmniejszenia agresywności stopionego materiału wobec materiałów ogniotrwałych pieca na pierwszym etapie używa się surowca skalnego ze skał zasadowych o zawartości tlenków sodu i potasu maksymalnie 1 %.
Sposób według wynalazku, gdzie warstwę ochronną stanowią skały o składzie mineralogicznym, % masy: plagioklazy - (21-48), pirokseny - (0,1-1,0), oliwin - (0,1-0,5), rudy - (3-10), szkło - (27-33), amfibole - (0,3-18).
Opis figur:
Fig. 1 - przedstawia schemat wytwarzania włókna ciągłego wg wynalazku.
Tabela 1 - przedstawia skład chemiczny skał wykorzystywanych do produkcji włókien ciągłych (badanych skał).
Tabela 2 - przedstawia skład mineralogiczny skał, wykorzystywanych do produkcji włókien ciągłych (badanych skał).
Tabela 3 - przedstawia skład chemiczny surowca do produkcji włókien ciągłych
Tabela 4 - przedstawia skład mineralogiczny surowca do produkcji włókien ciągłych
Tabela 5 - przedstawia fizyko-mechaniczne charakterystyki skał
Wynalazek ilustrują następujące przykłady wykonania, nie stanowiące jego ograniczenia
P r z y k ł a d 1:
Z magazynu surowiec skalny typu bazaltowego o znanym składzie chemicznym i mineralogicznym ładowany jest za pomocą wózka elektrycznego do zasobnika i za pomocą nachylonego przenośnika taśmowego podawany do bębna do mycia bazaltu. Nad przenośnikiem taśmowym zainstalowany jest podwieszany magnes do wyławiania wtrąceń metalowych.
Wymyty surowiec skalny typu bazaltowego podawany jest w pojemniku do komory suszenia, w której wykorzystywane jest ciepło pochodzące z gazów odchodzących do pieca do wytapiania.
Wysuszony surowiec z pojemnika ładowany jest do kubełków przenośnika, które za pomocą podnośnika elektrycznego podawane są do ładowarki pieca. Ładowarka automatycznie małymi porcjami podaje surowiec do pieca do wytapiania. Otrzymuje się z niego stopiony materiał, który jest odgazowywany, homogenizowany, podawany z podajnika do urządzenia wytwórczego, gdzie wyciągane są włókna (fig. 1).
Podczas rozdrabniania wykorzystuje się mieszankę skał zasadowych o gęstości (2,73-3,04) x103 kg/m3 i porowatości 0,5-3,9%, topienie odbywa się w temperaturze pieca 1150-1510°C ± 50°C. Nagrzewanie surowca do temperatury 90-140°C przed jego załadunkiem do pieca odbywa się za pomocą odchodzących od pieca gazów rekuperacyjnych, korekta temperatury strefy topienia i zakresu temperatur na powierzchni zwierciadła stopionego materiału osiągana jest pośrednio wymianą ciepła poprzez zastosowanie specjalnych palników gazowych z płaskim płomieniem ze strefą płomienia zlokalizowaną na odpornej na ogień powierzchni pieca. W celu zmniejszenia chemicznej agresywności stopionego materiału i osłabienia oddziaływania erozyjnego wobec materiałów ognioodpornych pieca najpierw przeprowadza się tworzenie ochronnej warstwy (nagaru) na powierzchni pieca dzięki utworzeniu warstwy spinelu. W tym procesie wykorzystywane są skały o składzie mineralogicznym - zawartość w %: plagioklazy - (21-48), pirokseny - (0,1-1,0), oliwin - (0,1-0,5), rudy - (3-10), szkło - (27-33), amfibole - (0,3-18). Podczas załadunku surowca w celu zmniejszenia agresywności stopionego materiału wobec materiałów ognioodpornych pieca stosuje się surowiec skalny z zawartością tlenków sodu i potasu max 1%.
Następnie surowiec rozprowadzany jest po powierzchni strefy topienia.
Temperatura w piecu do wytapiania precyzowana jest podczas regulacji trybu technologicznego działania pieca i zależy od składu wykorzystywanego surowca.
W piecu do wytapiania odbywa się topienie surowca, jego odgazowywanie i homogenizacja stopionego materiału.
Podany zakres temperatur (1150-1500) ± 50°C jest najbardziej ekonomiczny i celowy podczas topienia mieszanki skał zasadowych o gęstości (2,73-3,04) x103 kg/m3 i porowatości 0,5-3,9%, jako
PL 230 114 B1 najbardziej dokładny przy załadunku do stopionego materiału o wysokiej temperaturze kolejnych partii surowca. Pękanie rozdrobnionego surowca ze wskazaną gęstością i porowatością przez pierwsze 3-7 minut po załadunku pieca odbywa się w tych temperaturach najmniej intensywnie i jest mniej niszczące dla materiałów, z których zbudowany jest piec.
Różnica w proponowanym wynalazku polega na tym, że podczas otrzymywania stopionego materiału ze skał uwzględnione są szczególne właściwości stopionego materiału bazaltowego, zwłaszcza jego agresywność wobec materiałów ognioodpornych pieca.
Proces korozji materiału ognioodpornego polega na tym, że składniki stopu reagują chemicznie z materiałami ognioodpornymi, tworząc łatwo topiące się związki, fizycznie rozpuszczają składniki materiału ogniotrwałego w stopionym materiale skalnym. Produkty rozpuszczania tworzą „buły” w masie stopionego materiału skalnego, co następnie negatywnie wpływa na proces technologiczny i jakość produktu. Najsilniejszy działanie korodujące na materiały ognioodporne mają lekko topiące się składniki skały takie jak tlenki sodu i potasu, siarczan sodu, fosforany.
Utworzenie się na materiałach ognioodpornych, z których zbudowany jest piec, warstwy nagaru składającego się z najmniej agresywnych ciężko topiących się tlenków jest jednym z najczęściej wykorzystywanych metod zwiększenia długowieczności poszycia pieca, co pozwala na wydłużenie czasu pracy pieca pomiędzy remontami. Eksperymentalnie zostało ustalone, że pozytywny efekt „nawarstwiania się” warstwy nagaru na powierzchni materiałów ogniotrwałych pieca widoczny jest przy wykorzystaniu skał o składzie mineralogicznym, % masy: plagioklazy - (21-48), pirokseny - (0,1-1,0), oliwin (0,1-0,5), rudy - (3-10), szkło - (27-33), amfibole - (0,3-18).
Takie wstępne tworzenie się warstwy ochronnej (nagaru) na powierzchni wewnętrznego poszycia z wykorzystaniem skał o wymienionym składzie odbywa się dzięki utworzeniu się złożonego spinelu o ogólnym wzorze:
AB2O4 lub A (A, B) O4, gdzie A-Mg, Mn, Fe2+,; B-A1, Fe3+, Mn, Ti4+,
Podany stosunek komponentów w surowcu skalnym zapewnia wystarczającą ilość faz ogniotrwałych prowadzących do kształtowania się „wytrzymałego szkieletu” pokrywy z nagaru. Dzięki temu tworzy się warstwa ochronna odporna na zużycie, posiadająca wysoką adhezję w stosunku do powierzchni materiałów ogniotrwałych pieca.
Istotne jest również to, ze następuje wykorzystanie skał zasadowych zawierających tlenki sodu i potasu w ilości max 1%.
Homogenizowany stopiony materiał podawany jest do części pieca z podajnikiem, w dennej części którego znajdują się urządzenia do kształtowania nici.
Wynikiem jest wytwarzanie włókien ciągłych o wysokiej jakości, wykorzystanie szerokiej bazy surowca skalnego, podwyższenie wskaźników ekonomicznych oraz skuteczności wytopu w piecu dzięki wydłużeniu czasu pracy materiałów ognioodpornych, z których zbudowany jest piec.
P r z y k ł a d 2:
Technologia otrzymywania wiązki włókien (rovingu):
Ogólnie:
Dostawa i rozładunek żwiru bazaltowego frakcji 10-30 mm w magazynie;
Kontrola surowca wchodzącego;
Przygotowanie środka natłuszczającego; załadunek żwiru bazaltowego do pieca; topienie bazaltu;
Produkcja ciągłego włókna w formie nici kompleksowej; kontrola technologiczna kompleksowej nici bazaltowej;
Leżakowanie kompleksowej nici w dziale w ciągu 24 godzin;
Cięcie chipsów i ich suszenie;
Nawijanie kompleksowej nici i otrzymywanie rovingu o określonym tex;
Suszenie rovingu w temperaturze 120...160°C przez 12 godzin (czas zależy od typu suszarki);
Kontrola jakości rovingu na zgodność z wymogami warunków technicznych; pakowanie; transport do magazynu i przechowywanie.
Szczegółowo:
Bazaltowe okruchy frakcji 5-20 mm wpływają do magazynu surowca.
Surowiec bazaltowy przechodzi wstępną kontrolę na zgodność z normami zawartymi w Warunkach Technicznych.
PL 230 114 B1
Surowiec ładowany jest do pojemników (kontenerów) i transportem wewnątrz zakładowym (za pomocą ładowarki elektrycznej) podawany jest do działu produkcji rovingu do wydziału przygotowywania bazaltu do mycia. Tam jest myty w bębnie myjącym lub w siatkowym pojemniku za pomocą węża z wodą (lub w wannie z kratką). Wymyty bazalt jest suszony w sposób naturalny lub też suszony jest w komorze do suszenia przy użyciu ciepła wydzielanego przez spaliny z pieca do wytapiania. Przygotowany bazalt transportowany jest do działu produkcji nici kompleksowej do strefy działania elektro wciągu przejezdnego do urządzenia zsypującego do ładowarki pieca do wytapiania.
Ładowarka podaje surowiec do otworu agregatu pieca i dalej jest on rozmieszczany na powierzchni strefy wytapiania. W piecu odbywa się topienie surowca, odgazowywanie i homogenizacja (mieszanie) roztopionego materiału. Zmieszany stopiony materiał podawany jest do części pieca z podajnikiem.
Z podajników stopiony materiał przekazywany jest do ogrzewanego elektrycznie strumieniowego naczynia i przez oczka przeciągadeł położone na płytce przeciągadeł na dnie podajnika wycieka w postaci kropli, które mechanicznie wyciągane są we włókna. Podstawowe włókna, ilość których równa jest ilości oczek przeciągadeł na płytce podajnika przekazywane są do rolkowego urządzenia natłuszczającego. Do tego urządzenia ze zbiornika rurami grawitacyjnie podawany jest środek natłuszczający. Środek natłuszczający uzupełniany jest z aparatu - zbiornika do przechowywania gotowego środka, ulokowanego w dziale przygotowania środka natłuszczającego. Ukształtowana w urządzeniu do natłuszczania kompleksowa nić przez grafitowy zbiornik na nici kierowana jest do urządzenia nawijającego, gdzie nawijana jest na szpule.
Szpule podwieszane są do transportera i przekazywane do komory suszącej, gdzie zmniejsza się ich wilgotność do max 1%.
Po wyjściu z komory suszenia szpule podwieszone do transportera przekazywane są do działu przewijania (podwajania) kompleksowej nici w roving.
Na urządzeniach do przewijania nici przewijane są w takiej ilości złożeń, która zapewnia otrzymanie rovingu o wadze od 135 do 900 tex.
Kręgi rovingu przekazywane są do działu znakowania i składowania gotowych produktów, gdzie kontrolowana jest jakość rovingu na zgodność z normami technicznymi oraz pakowane są w papier pakowy i kartony lub skrzynki drewniane.
Claims (6)
1. Sposób wytwarzania włókien ciągłych z surowców skalnych, poprzez rozdrabnianie skały, mycie, sortowanie, separację magnetyczną, wstępne podgrzewanie, załadunek do pieca do wytapiania, topienie surowca, odgazowywanie, homogenizację, podawanie stopionego materiału z podajnika do urządzeń wytwórczych i tworzenie włókien, znamienny tym, że przy rozdrabnianiu jako surowiec wykorzystuje się mieszankę skał zasadowych o gęstości (2,73-3,04) x103 kg/m3 i porowatości 0,5-3,9%, a topienie odbywa się w temperaturze pieca 1150-1510°C.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że surowiec przed załadunkiem do pieca nagrzewany jest do temperatury 90-140°C gazami rekuperacyjnymi pochodzącymi z pieca.
3. Sposób według zastrz. 1-2, znamienny tym, że korekta temperatury strefy topienia i strefy wytopu na powierzchni zwierciadła stopionego materiału osiągana jest pośrednio poprzez wymianę ciepła dzięki zastosowaniu specjalnych palników gazowych z płaskim płomieniem ze strefą płomienia zlokalizowaną na odpornej na ogień powierzchni pieca.
4. Sposób według zastrz. 1-3, znamienny tym, że zmniejszenie agresywności chemicznej stopionego materiału i osłabienie działania erozyjnego na materiały ogniotrwałe pieca, odbywa się przez tworzenie warstwy ochronnej na powierzchni wewnętrznego poszycia dzięki utworzeniu warstwy spinelu.
5. Sposób według zastrz. 1-4, znamienny tym, że podczas załadunku surowca w celu zmniejszenia agresywności stopionego materiału wobec materiałów ogniotrwałych pieca na pierwszym etapie używa się surowca skalnego ze skał zasadowych o zawartości tlenków sodu i potasu maksymalnie 1%.
PL 230 114 B1
6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że warstwę ochronną stanowią skały o składzie mineralogicznym, % masy: plagioklazy - (21-48), pirokseny - (0,1-1,0), oliwin - (0,1-0,5), rudy - (3-10), szkło - (27-33), amfibole - (0,3-18).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL414608A PL230114B1 (pl) | 2015-10-29 | 2015-10-29 | Sposób wytwarzania włókien ciągłych z surowców skalnych |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL414608A PL230114B1 (pl) | 2015-10-29 | 2015-10-29 | Sposób wytwarzania włókien ciągłych z surowców skalnych |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL414608A1 PL414608A1 (pl) | 2017-05-08 |
| PL230114B1 true PL230114B1 (pl) | 2018-09-28 |
Family
ID=58643779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL414608A PL230114B1 (pl) | 2015-10-29 | 2015-10-29 | Sposób wytwarzania włókien ciągłych z surowców skalnych |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL230114B1 (pl) |
-
2015
- 2015-10-29 PL PL414608A patent/PL230114B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL414608A1 (pl) | 2017-05-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101263090B (zh) | 生产连续的玄武岩纤维的组合物及方法 | |
| RU2118300C1 (ru) | Способ получения базальтового волокна и устройство для его осуществления | |
| US9073780B2 (en) | Raw material for producing basalt fibers | |
| US8341978B2 (en) | Method of manufacturing high performance glass fibers in a refractory lined melter and fiber formed thereby | |
| KR20180063280A (ko) | 광물 섬유 | |
| KR102199540B1 (ko) | 전기 용융을 이용한 유리 제조 방법 | |
| PL84089B1 (pl) | ||
| CA2312837C (en) | Production of man-made vitreous fibres | |
| US20230061070A1 (en) | Method for making man-made vitreous fibres | |
| US20090178439A1 (en) | Method of making a glass product | |
| JP7588145B2 (ja) | 鉱物ウールの製造方法 | |
| US20240092671A1 (en) | Method for treating glass waste | |
| PL230114B1 (pl) | Sposób wytwarzania włókien ciągłych z surowców skalnych | |
| US20230062262A1 (en) | Method for making man-made vitreous fibres | |
| JP7250137B2 (ja) | 無機繊維、無機繊維製品、無機繊維製品の製造方法、無機繊維製造用組成物及び無機繊維の製造方法 | |
| US20230075323A1 (en) | Method of making mineral fibres | |
| GB2152026A (en) | Method of producing temperature-resistant rock fibres | |
| KR102688850B1 (ko) | 무기 섬유, 무기 섬유 제품, 무기 섬유 제품의 제조 방법, 무기 섬유 제조용 조성물 및 무기 섬유의 제조 방법 | |
| RU2769688C2 (ru) | Силикатное эмалевое покрытие для внутренней защиты стальных трубопроводов | |
| RU2588510C2 (ru) | Сырье для получения базальтовых волокон | |
| UA142701U (uk) | Склад для отримання неорганічного волокна з розплавів гірських порід | |
| PL246128B1 (pl) | Sposób wytwarzania włókna z surowców mineralnych | |
| PL197236B1 (pl) | Wsad surowcowy do wytwarzania włókien mineralnych i sposób wytwarzania włókien mineralnych | |
| WANG | CANMET |