RU2082684C1 - Method and apparatus for manufacturing product from glass-forming melt (versions) - Google Patents

Method and apparatus for manufacturing product from glass-forming melt (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2082684C1
RU2082684C1 RU93030735A RU93030735A RU2082684C1 RU 2082684 C1 RU2082684 C1 RU 2082684C1 RU 93030735 A RU93030735 A RU 93030735A RU 93030735 A RU93030735 A RU 93030735A RU 2082684 C1 RU2082684 C1 RU 2082684C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
melt
zone
melting zone
melting
inductor
Prior art date
Application number
RU93030735A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93030735A (en
Inventor
Анатолий Васильевич Шкульков
Original Assignee
Анатолий Васильевич Шкульков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Анатолий Васильевич Шкульков filed Critical Анатолий Васильевич Шкульков
Priority to RU93030735A priority Critical patent/RU2082684C1/en
Publication of RU93030735A publication Critical patent/RU93030735A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2082684C1 publication Critical patent/RU2082684C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/20Bridges, shoes, throats, or other devices for withholding dirt, foam, or batch
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/02Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating
    • C03B5/021Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating by induction heating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/26Outlets, e.g. drains, siphons; Overflows, e.g. for supplying the float tank, tweels
    • C03B5/265Overflows; Lips; Tweels

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Abstract

FIELD: glass industry. SUBSTANCE: scope of invention covers manufacturing objects from glass-forming melts, for example, mineral and refractory wool and fibers, and immobilization of harmful industrial wastes. Method is realized by way of loading and melting initial raw material in induction furnace with cooled bowl, heat treatment of melt including superheating and attaining turbulent flow mode of melt in melting zone, and cooling and attaining laminar flow mode of melt in output zone with subsequent conversion of melt into product. Method is distinguished with that turbulent flow of melt is attained by overheating melt by 400-1000 C in relation to melt liquid temperature or melt crystallization upper limit temperature. Relative size of melt in melting zone is chosen in the range presented in description of invention. Laminar flow mode of melt is attained by way of lowering intensity of magnetic field of field magnet in output zone by 30-90% in relation to its value in melting zone. Apparatus includes induction furnace consisting of cooled metallic bowl and field magnet, raw material loading mechanism, and means for manufacturing product from glass- forming melt. Bowl is provided with melt discharge means and barrier separating bowl into melting and output zones. Filling coefficient of field magnet window in melting zone is determined from formulas presented in description. Similar coefficient for output zone is 1.4- 3.0 times lower. EFFECT: improved design of apparatus and optimized operation parameters. 7 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к производству изделий и продуктов из стеклообразующих расплавов, например, минеральной и огнеупорной ваты и волокон, иммобилизации экологически вредных отходов производства, получению изделий с использованием отходов производства на основе стеклоподобных материалов и аналогичных продуктов. Изобретение может использоваться в строительной промышленности, а также при решении экологических проблем по захоронению и утилизации вредных неорганических веществ, в том числе радиоактивных. The invention relates to the production of products and products from glass-forming melts, for example, mineral and refractory wool and fibers, immobilization of environmentally harmful production waste, production of products using production waste based on glass-like materials and similar products. The invention can be used in the construction industry, as well as in solving environmental problems of the disposal and disposal of harmful inorganic substances, including radioactive ones.

Известен способ получения минерального волокна из силикатного расплава [1] заключающийся в плавлении в вагранке исходного сырья, включающего минеральную часть и кокс, гомогенизации стеклообразующего расплава, выпуске расплава в копильник и выдаче расплава в средство волокнообразования с последующим получением продукта в виде минеральной ваты. A known method of producing mineral fibers from silicate melt [1] which consists in melting in a cupola the feedstock, including the mineral part and coke, homogenizing the glass-forming melt, releasing the melt into a piggy bank and releasing the melt into a fiberizing agent, followed by obtaining the product in the form of mineral wool.

Устройство для реализации способа состоит из вагранки, имеющей футерованную шахту, ватержакет, фурмы и летку, копильника, средства волокнообразования и загрузочного механизма [1]
Недостатки способа заключаются в том, что получаемый в вагранке стеклообразующий расплав имеет нестабильность характеристик из-за невозможности точного управления процессом плавки сырья. В результате качество продукта оказывается низким.
A device for implementing the method consists of a cupola having a lined shaft, a water jacket, tuyeres and a notch, a piggy bank, fiber forming means and a loading mechanism [1]
The disadvantages of the method are that the glass-forming melt obtained in the cupola has instability of characteristics due to the impossibility of precise control of the melting process of raw materials. As a result, product quality is poor.

Известен способ получения стеклянного волокна с применением специальных стекловаренных сосудов [2] Способ заключается в плавлении стекла, тепловой подготовке расплава путем разделения потока расплава на центральный и периферийный потоки, дополнительном подогреве периферийного потока и смешивании потоков с последующей выдачей расплава в средство волокнообразования. A known method of producing glass fiber using special glass vessels [2] the Method consists in melting the glass, heat treatment of the melt by dividing the melt stream into central and peripheral flows, additional heating of the peripheral stream and mixing the flows, followed by the issuance of the melt in the fiber formation tool.

Способ реализуется на специальных фильерных стеклоплавильных сосудах, имеющих периферийные плавильные камеры, которые снабжены дополнительными подогревателями [2]
Недостатком способа является невысокая скорость плавления сырья и недостаточная гомогенизация стеклообразующего расплава в плавильной зоне, вызванная невозможностью значительного перегрева расплава в стеклоплавильном сосуде. Повышения производительности и улучшения гомогенизации расплава достигают за счет увеличения времени нахождения расплава в плавильном сосуде, т.е. за счет увеличения массо-габаритных характеристик устройства.
The method is implemented on special spinneret glass melting vessels having peripheral melting chambers, which are equipped with additional heaters [2]
The disadvantage of this method is the low melting rate of the raw materials and insufficient homogenization of the glass-forming melt in the melting zone, caused by the inability to significantly overheat the melt in the glass melting vessel. Improving the productivity and improving the homogenization of the melt is achieved by increasing the residence time of the melt in the melting vessel, i.e. by increasing the mass-dimensional characteristics of the device.

Известен способ обработки отходов, содержащих тяжелые металлы [3] Отходы дробят, измельчают и смешивают с отходами стекла. Из смеси под давлением и высокой температурой формуют брикеты, которые подают в плавильное устройство. Расплавленную массу подвергают быстрому охлаждению. Полученный шлакоподобный материал используют в строительстве. A known method of processing waste containing heavy metals [3] The waste is crushed, crushed and mixed with glass waste. Briquettes are formed from the mixture under pressure and high temperature, which are fed to the melting device. The molten mass is subjected to rapid cooling. The resulting slag-like material is used in construction.

Устройство для реализации способа состоит из мельницы, смесителя, дозатора смеси, пресса с высокотемпературным нагревателем, плавильной камеры и средства получения продукта из расплава [3]
Недостатком способа является отсутствие этапа синтеза стеклообразующего расплава в процессе обработки отходов. В результате в продукте не образуется полимерной структуры стекла и высокотоксичные тяжелые металлы поддаются выщелачиванию под действием воды и переходят из продукта в окружающую среду.
A device for implementing the method consists of a mill, a mixer, a dispenser of the mixture, a press with a high-temperature heater, a melting chamber and means for producing the product from the melt [3]
The disadvantage of this method is the lack of a step for the synthesis of a glass-forming melt during waste treatment. As a result, the glass polymer structure does not form in the product and highly toxic heavy metals are leachable by water and pass from the product to the environment.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения продукта из стеклообразующих расплавов [4] Способ заключается в подаче и расплавлении исходного сырья в индукционной печи с охлаждаемым металлическим тиглем, тепловой подготовке стеклообразующего расплава путем его перегрева в зоне плавления и охлаждения в зоне выработки с последующей выдачей его в средство получения продукта. Closest to the proposed one is a method for producing a product from glass-forming melts [4] The method consists in feeding and melting the feedstock in an induction furnace with a cooled metal crucible, heat preparing the glass-forming melt by overheating it in the melting and cooling zone in the production zone and then releasing it to means of obtaining the product.

Устройство для реализации способа получения продукта из стеклообразующих расплавов [4] сдержит индукционную печь, состоящую из индуктора и металлического охлаждаемого тигля, снабженного сливным носком и перегородкой, разделяющей тигель на сообщающиеся зоны плавления и выработки, механизм подачи сырья и средство получения продукта от стеклообразующего расплава. A device for implementing a method for producing a product from glass-forming melts [4] will restrain an induction furnace consisting of an inductor and a metal cooled crucible equipped with a drain toe and a baffle separating the crucible into communicating melting and working zones, a feed mechanism and a means of obtaining the product from the glass-forming melt.

Недостатком способа-прототипа является ухудшение качества продукта вследствие незавершенности синтеза стеклообразующего расплава в зоне выработки. В то же время, при попытке достижения оптимальных условий синтеза стеклообразующего расплава в зоне выработки резко снижается скорость плавления и падают технико-экономические показатели устройства, а также не достигается гомогенизация расплава. В таком режиме проведения процесса снижается качество продукта и возможна потеря управляемости процессом и неконтролируемое прекращение плавки. The disadvantage of the prototype method is the deterioration of product quality due to incomplete synthesis of a glass-forming melt in the production zone. At the same time, when trying to achieve optimal conditions for the synthesis of a glass-forming melt in the production zone, the melting rate sharply decreases and the technical and economic indicators of the device fall, and melt homogenization is not achieved. In this mode of the process, the quality of the product decreases and a loss of controllability of the process and uncontrolled termination of melting are possible.

Целью изобретения является повышение качества получаемого продукта путем локальной интенсификации процесса плавления и синтеза стеклообразующего расплава соответственно в зонах плавления и выработки. The aim of the invention is to improve the quality of the resulting product by local intensification of the melting process and the synthesis of glass-forming melt, respectively, in the melting and production zones.

Цель достигается тем, что в известном способе получения продукта из стеклообразующих расплавов, включающем операции подачи и расплавления исходного сырья в индукционной печи с охлаждаемым тиглем, тепловой подготовки расплава путем его перегрева в зоне плавления и охлаждения в зоне выработки и последующей выдачи его в средство получения продукта, тепловую подготовку расплава в зоне плавления ведут в режиме турбулентного потока расплава, а охлаждение ведут в режиме ламинарного потока расплава. The goal is achieved by the fact that in the known method of producing a product from glass-forming melts, including the operation of feeding and melting the feedstock in an induction furnace with a cooled crucible, thermal preparation of the melt by overheating in the melting and cooling zone in the production zone and its subsequent delivery to the product preparation means , thermal preparation of the melt in the melting zone is carried out in the mode of turbulent melt flow, and cooling is carried out in the mode of laminar melt flow.

Турбулентного потока расплава добиваются путем тепловой подготовки расплава, перегревая его в зоне плавления на 400-1000oC относительно температуры верхнего предела кристаллизации расплава или температуры ликвидуса, при этом относительный размер расплава Km в зоне плавления выбирают в пределах: для круглого сечения плавильной зоны 6,0-14,0, для неравноосного и квадратного сечения плавильной зоны 4,0-8,0,
Km= D/Δ (I)
где D характеристический размер расплава в зоне плавления, м,
Δ глубина проникновения тока в расплав в зоне плавления, м, определяемая по формуле

Figure 00000005

в которой f частота тока источника питания печи, Гц, κ - электропроводность расплава в зоне плавления при заданной температуре, Ом/м,
μo= 4π•10-7 Гн/м магнитная проницаемость вакуума.The turbulent flow of the melt is achieved by heat treatment of the melt, overheating it in the melting zone at 400-1000 o C relative to the temperature of the upper limit of crystallization of the melt or liquidus temperature, while the relative melt size K m in the melting zone is selected within the limits: for a circular cross section of the melting zone 6 , 0-14.0, for unequal and square cross-section of the melting zone 4.0-8.0,
K m = D / Δ (I)
where D is the characteristic size of the melt in the melting zone, m,
Δ depth of current penetration into the melt in the melting zone, m, determined by the formula
Figure 00000005

in which f is the frequency of the current of the furnace power source, Hz, κ is the conductivity of the melt in the melting zone at a given temperature, Ohm / m,
μ o = 4π • 10 -7 GN / m the magnetic permeability of vacuum.

Ламинарного потока расплава достигают в процессе тепловой подготовки расплава при уменьшении напряженности магнитного поля индуктора в зоне выработки на 30-90% относительно ее значения в плавильной зоне. The laminar flow of the melt is achieved during the heat treatment of the melt with a decrease in the magnetic field strength of the inductor in the production zone by 30-90% relative to its value in the melting zone.

Предлагаемый способ реализуется с помощью двух вариантов устройства. The proposed method is implemented using two device options.

Первый вариант устройства для реализации способа содержит, как и известное, индукционную печь, состоящую из индуктора и металлического охлаждаемого тигля, снабженного приспособлением выдачи расплава и перегородкой, разделяющей тигель на сообщающиеся зоны плавления и выработки, механизм подачи сырья и средство получения продукта. Отличием устройства является то, что коэффициент заполнения окна индуктора K3 в зоне плавления выбирают по формулам:
для круглого поперечного сечения плавильной зоны

Figure 00000006

причем Km выбирают в диапазоне 6,0-14,0, для неравноосного и квадратного поперечного сечения плавильной зоны
Kз≥0,57Km 0,4Ka + 0,11G(2,1+Ka) 2 (4)
причем Km выбирают в диапазоне 4,0-8,0,
где Ka=0,1-0,4 эмпирический коэффициент.The first version of the device for implementing the method contains, as well as the known, an induction furnace consisting of an inductor and a metal cooled crucible, equipped with a melt dispensing device and a partition separating the crucible into communicating melting and working zones, a raw material supply mechanism and a product preparation means. The difference between the device is that the fill factor of the inductor window K 3 in the melting zone is selected by the formulas:
for a circular cross section of the melting zone
Figure 00000006

moreover, K m choose in the range of 6.0-14.0, for unequal and square cross-section of the melting zone
K s ≥0.57K m 0.4K a + 0.11G (2.1 + K a ) 2 (4)
moreover, K m choose in the range of 4.0-8.0,
where K a = 0.1-0.4 is an empirical coefficient.

G≥1 параметр, равный отношению размеров поперечного сечения зоны плавления,
Km- относительный размер зоны плавления, определяемый из соотношения
Km= D/Δ (5)
D характеристический размер зоны плавления, м,
Δ глубина проникновения тока в расплав в зоне плавления, м, определяемая по формуле (2).
G≥1 parameter equal to the ratio of the dimensions of the cross section of the melting zone,
K m - the relative size of the melting zone, determined from the ratio
K m = D / Δ (5)
D is the characteristic size of the melting zone, m,
Δ depth of current penetration into the melt in the melting zone, m, determined by the formula (2).

Второй вариант устройства для реализации способа содержит, как и известное, индукционную печь, состоящую из индуктора и металлического охлаждаемого тигля, снабженного приспособлением выдачи расплава и перегородкой, разделяющей тигель на сообщающиеся зоны плавления и выработки, механизм подачи сырья и средство получения продукта. Отличием устройства является то, что оно снабжено короткозамкнутым электрическим контуром, электромагнитно связанным с частью индуктора, охватывающей зону выработки, а коэффициент заполнения окна индуктора K3 в зоне плавления выполняют по формулам (3) или (4).The second version of the device for implementing the method contains, as well as the known, an induction furnace consisting of an inductor and a metal cooled crucible, equipped with a melt dispensing device and a partition separating the crucible into communicating melting and working zones, a raw material supply mechanism and a product preparation means. The difference between the device is that it is equipped with a short-circuited electric circuit, electromagnetically connected to the part of the inductor covering the production zone, and the fill factor of the inductor window K 3 in the melting zone is performed according to formulas (3) or (4).

Характеристическими размерами расплава в зоне плавления (загрузки) и самой зоны плавления считают принятые в теории индукционного нагрева диаметр или сторону загрузки или тигли при круглом или квадратном их сечении или меньший размер поперечного сечения, если оно неравноосно, а имеет форму прямоугольника, овала или других фигур. Учитывая, что толщина гарнисажа в зоне плавления много меньше характеристических размеров расплава и зоны плавления тигля, их можно считать одинаковыми и за характеристический размер можно принимать характеристический размер плавильной зоны. The characteristic dimensions of the melt in the melting (loading) zone and the melting zone itself are the diameter or side of the load adopted in the theory of induction heating or crucibles with a round or square cross section or a smaller cross section if it is uneven, but has the shape of a rectangle, oval or other shapes . Considering that the thickness of the skull in the melting zone is much smaller than the characteristic dimensions of the melt and the melting zone of the crucible, they can be considered the same and the characteristic size of the melting zone can be taken as the characteristic size.

В качестве коэффициента заполнения окна индуктора K3 индукционной печи с охлаждаемым металлическим тиглем принимают отношение площади поперечного сечения соответствующей зоны тигля F к площади сечения окна индуктора S1 соответствующей зоны за вычетом суммарной площади поперечного сечения трубок тигля ST в этой зоне:

Figure 00000007

При реализации заявленных способа и вариантов устройства в зоне плавления создают условия для интенсивного плавления и гомогенизации расплава под воздействием турбулентных потоков. При поступлении расплава в зону выработки осуществляется его охлаждение и обеспечивают образование ламинарного потока расплава к приспособлению выдачи. В зоне плавления в результате перегрева расплава осуществляется интенсивная теплопередача к слою сырья на зеркале расплава, а под действием турбулентных потоков происходит интенсивный перенос расплавляемого сырья в объем расплава. Под воздействием высокой температуры происходит термическая диссоциация вещества вплоть до элементарных ионов, что обеспечивает интенсивность гомогенизации расплава, а по мере охлаждения расплава в зоне выработки происходит синтез стеклообразующих комплексов, например, на основе кремнозема
SinO (2n+2)- 3n+1 ,
которые в ламинарном потоке выстраиваются в линейные цепи вдоль потока расплава, обеспечивая высокую степень синтеза стеклообразующих комплексов и включение в структуру стекла других ионов расплава. Достижение такого режима интенсифицирует процесс плавления. Подготовленный таким образом расплав обеспечивает высокие эксплуатационные свойства продуктов, получаемых после обработки расплава.As the fill factor of the inductor window K 3 of the induction furnace with a cooled metal crucible, take the ratio of the cross-sectional area of the corresponding crucible zone F to the cross-sectional area of the inductor window S 1 of the corresponding zone minus the total cross-sectional area of the crucible tubes S T in this zone:
Figure 00000007

When implementing the claimed method and device options in the melting zone, conditions are created for intensive melting and homogenization of the melt under the influence of turbulent flows. When the melt enters the production zone, it is cooled and the laminar flow of the melt is formed to accommodate the output. In the melting zone as a result of overheating of the melt, intense heat transfer to the layer of raw materials on the melt mirror is carried out, and under the influence of turbulent flows, the molten raw materials are intensively transferred to the melt volume. Under the influence of high temperature, thermal dissociation of the substance occurs up to elementary ions, which ensures the intensity of melt homogenization, and as the melt cools in the production zone, glass-forming complexes, for example, based on silica, are synthesized.
Si n O (2n + 2) - 3n + 1 ,
which in a laminar flow are arranged in linear chains along the melt flow, providing a high degree of synthesis of glass-forming complexes and the inclusion of other melt ions in the glass structure. Achieving this regime intensifies the melting process. Thus prepared melt provides high performance properties of the products obtained after processing the melt.

Физико-химические процессы, протекающие в зонах плавления и синтеза, можно описать следующим образом. В результате значительного перегрева стеклообразующего расплава на первой стадии тепловой подготовки происходит термическое разрушение крупных ионных комплексов расплава до простых ионов типа: Si 4- 4 , Al 1- 2 , AlO1+, Ca2+, O2- и т.п. Снижаются вязкость расплава, поверхностное натяжение, возрастает электропроводность. Одновременно с достижением указанного структурного состояния стеклообразующий расплав приводят в состояние турбулентного движения потоков. В предлагаемом техническом решении этого добиваются локальным перегревом 25-55% объема расплава в зоне плавления на 400-1000oC относительно температуры верхнего предела кристаллизации или температуры ликвидуса расплава обрабатываемого материала. При этом достигают совокупности необходимых условий, включающих физико-химическое состояние расплава, гидродинамические условия возникновения потоков расплава и электромагнитное воздействие поля индуктора на расплав, которые приводят к турбулентному потоку движения расплава.The physicochemical processes taking place in the melting and synthesis zones can be described as follows. As a result of significant overheating of the glass-forming melt at the first stage of thermal preparation, thermal destruction of large ionic complexes of the melt to simple ions of the type: Si occurs 4- 4 Al 1- 2 , AlO 1+ , Ca 2+ , O 2-, and the like. The melt viscosity, surface tension are reduced, and the electrical conductivity increases. Simultaneously with the achievement of the indicated structural state, the glass-forming melt is brought into a state of turbulent motion of flows. In the proposed technical solution, this is achieved by local overheating of 25-55% of the melt volume in the melting zone at 400-1000 o C relative to the temperature of the upper crystallization limit or the liquidus temperature of the melt of the processed material. In this case, a set of necessary conditions is achieved, including the physicochemical state of the melt, the hydrodynamic conditions for the appearance of melt flows and the electromagnetic effect of the inductor field on the melt, which lead to a turbulent flow of the melt.

Сущность технического решения заключается в следующем. Из экспериментальных наблюдений было установлено, что турбулентный поток расплава в тигле возникает при перегреве не более чем 55% объема расплава. Известно, что 90% энергии электромагнитного поля индуктора выделяется в расплаве на глубине проникновения тока в расплав. Следовательно, одним из условий возникновения турбулентного потока расплава является выполнение относительного размера зоны плавления таким, чтобы объем расплава, охватываемый глубиной проникновения тока, по отношению к объему расплава в зоне плавления составлял не более 55% Отсюда следует, что минимальное значение относительного характеристического размера расплава в зоне плавления должно быть следующим: для круглого поперечного сечения зоны плавления 6,0, для неравноосного и квадратного 4,0. The essence of the technical solution is as follows. From experimental observations, it was found that the turbulent melt flow in the crucible occurs upon overheating of no more than 55% of the melt volume. It is known that 90% of the energy of the electromagnetic field of the inductor is released in the melt at a depth of current penetration into the melt. Therefore, one of the conditions for the emergence of a turbulent melt flow is that the relative size of the melting zone is such that the volume of the melt covered by the current penetration depth with respect to the volume of the melt in the melting zone is not more than 55%. It follows that the minimum value of the relative characteristic size of the melt in the melting zone should be as follows: for a circular cross section of the melting zone 6.0, for unequal and square 4.0.

Было также установлено, что для стеклообразующих расплавов, склонных к комплексообразованию, возникновение турбулентного потока расплава происходит при перегреве расплава не менее чем на 400oC относительно верхнего предела кристаллизации расплава или его ликвидуса. Указанный перегрев расплава его истинно жидкое состояние, а концентрация электромагнитного поля индуктора на периферии зоны плавления создает локальный перегрев части объема расплава, приводящий к появлению сильных конвективных потоков расплава. Кроме того, взаимодействие индуцированных в расплаве токов с электромагнитным полем индуктора вызывает электромагнитное перемешивание расплава, воздействующее тем сильней, чем выше электропроводность расплава, т.е. чем выше перегрев расплава.It was also found that for glass-forming melts prone to complex formation, the emergence of a turbulent melt flow occurs when the melt overheats by at least 400 o C relative to the upper crystallization limit of the melt or its liquidus. The indicated overheating of the melt is its true liquid state, and the concentration of the electromagnetic field of the inductor at the periphery of the melting zone creates local overheating of part of the volume of the melt, leading to the appearance of strong convective melt flows. In addition, the interaction of the currents induced in the melt with the electromagnetic field of the inductor causes electromagnetic mixing of the melt, which affects the stronger, the higher the conductivity of the melt, i.e. the higher the overheating of the melt.

Значительный перегрев расплава и турбулентность его потоков обеспечивают интенсивное осветление расплава, освобождение расплава от центров кристаллизации, высокую степень его гомогенизации. Significant overheating of the melt and the turbulence of its flows provide intensive clarification of the melt, the release of the melt from crystallization centers, and a high degree of its homogenization.

Если объем перегретого расплава составляет более 55% зоны плавления, не возникает гидродинамических условий образования турбулентного потока расплава, а происходит общее повышение температуры расплава. If the volume of the superheated melt is more than 55% of the melting zone, there are no hydrodynamic conditions for the formation of a turbulent melt flow, but a general increase in the temperature of the melt occurs.

Если же объем перегретого расплава составляет менее 25% от объема зоны плавления, тепловыделения недостаточно для поддержания расплава во всем объеме зоны плавления, в центральных областях зоны возможно непроплавление исходного сырья, возникновение центров кристаллизации в расплаве, его негомогенность, что приводит к ухудшению качества продукта. Такой режим плавки достигается при Km более 14 для круглого сечения зоны плавления и более 8 для неравноосного или квадратного сечения.If the volume of the superheated melt is less than 25% of the volume of the melting zone, the heat release is not enough to maintain the melt in the entire volume of the melting zone, in the central regions of the zone, the raw material may not melt, crystallization centers in the melt may appear, its inhomogeneity, which leads to a deterioration in product quality. This melting mode is achieved when K m more than 14 for a circular cross section of the melting zone and more than 8 for unequal or square cross-section.

Перегретый и гомогенизированный расплав поступает в зону выработки под воздействием массопереноса, вызываемого истечением расплава из печи. В зоне выработки расплав подвергают охлаждению, например, увеличением теплоотдачи в стенки тигля или иным образом и организуют ламинарный поток расплава к месту его выработки. Причем ламинарного потока расплава можно добиться известными методами, создавая, например, канал движения расплава. Однако наличие электромагнитного поля в зоне выработки от окружающего ее индуктора затрудняет получение ламинарного потока расплава. В зоне выработки происходит как выделение джоулевой теплоты, вызывающей конвективные потоки расплава, так и возникновение электродинамических сил, что препятствует формированию ламинарного потока. Снижение напряженности магнитного поля индуктора в зоне выработки по сравнению с ее значением в зоне плавления изменяет соотношение сил между ламинарным потоком расплава, вызываемым массопереносом, и выше названными силами, искажающими ламинарный поток. Возникают условия для формирования ламинарного потока без дополнительных конструктивных элементов. Обычно температуру расплава в зоне выработки понижают до значений, превышающих верхний предел кристаллизации или температуру ликвидуса на 50-250oC. При этой температуре происходит интенсивное комплексообразование расплава, а ламинарный его поток способствует образованию полимерной структуры стеклообразующего расплава. Кроме того, уменьшение температуры расплава в выработочной зоне приводит к уменьшению электропроводности расплава в зоне и, следовательно, к увеличению глубины проникновения тока в расплаве. Тем самым, поскольку соотношение между объемом индукционно нагреваемого расплава и объемом расплава в зоне увеличивается, исключается еще одно условие возникновения турбулентного потока расплава в зоне, что способствует образованию ламинарного потока расплава в выработочной зоне.Overheated and homogenized melt enters the production zone under the influence of mass transfer caused by the outflow of the melt from the furnace. In the production zone, the melt is subjected to cooling, for example, by increasing heat transfer to the walls of the crucible or otherwise, and a laminar flow of the melt is organized to the place of its generation. Moreover, the laminar flow of the melt can be achieved by known methods, creating, for example, a channel of motion of the melt. However, the presence of an electromagnetic field in the production zone from the surrounding inductor makes it difficult to obtain a laminar melt flow. In the generation zone, both the release of Joule heat, causing convective melt flows, and the appearance of electrodynamic forces, which prevents the formation of a laminar flow, occur. A decrease in the magnetic field strength of the inductor in the production zone compared to its value in the melting zone changes the ratio of forces between the laminar flow of the melt caused by mass transfer and the above-mentioned forces that distort the laminar flow. There are conditions for the formation of a laminar flow without additional structural elements. Typically, the melt temperature in the production zone is lowered to values that exceed the upper crystallization limit or the liquidus temperature by 50-250 o C. At this temperature, intensive melt complexation occurs, and its laminar flow contributes to the formation of the polymer structure of the glass-forming melt. In addition, a decrease in the temperature of the melt in the production zone leads to a decrease in the electrical conductivity of the melt in the zone and, therefore, to an increase in the depth of penetration of the current in the melt. Thus, since the ratio between the volume of the induction-heated melt and the volume of the melt in the zone increases, one more condition for the appearance of a turbulent melt flow in the zone is excluded, which contributes to the formation of a laminar melt flow in the production zone.

С увеличением степени перегрева расплава в зоне плавления необходимо в большей степени уменьшать напряженность магнитного поля индуктора в зоне выработки, так как с возрастанием температуры расплава увеличиваются электромагнитные силы, действующие на расплав. Если в устройстве обеспечивается большое массовое истечение струи расплава, необходимо уменьшение напряженности магнитного поля на 90% от его значения в зоне плавления, поскольку, кроме снижения воздействия поля на поток расплава, требуется охлаждение расплава за счет уменьшения джоулевой теплоты в выработочной зоне. При большой массовой скорости истечения струи энтальпии расплава, поступающего в зону выработки, достаточно для поддержания в зоне жидкого состояния вещества практически без подведения энергии от индуктора. В случае малого массового истечения расплава из зоны выработки следует уменьшать напряженность магнитного поля в зоне выработки на 30-40% от ее значения в зоне плавления. При уменьшении напряженности магнитного поля индуктора в зоне выработки менее чем на 30% не удается получить ламинарного потока расплава, что приводит к ухудшению качества продукта плавки. With an increase in the degree of overheating of the melt in the melting zone, it is necessary to reduce to a greater extent the magnetic field strength of the inductor in the production zone, since with increasing melt temperature the electromagnetic forces acting on the melt increase. If the device provides a large mass outflow of the melt stream, it is necessary to reduce the magnetic field by 90% of its value in the melting zone, since, in addition to reducing the effect of the field on the melt stream, cooling of the melt is required due to a decrease in the Joule heat in the production zone. At a high mass velocity of the outflow of the jet, the enthalpy of the melt entering the production zone is sufficient to maintain the substance in the liquid state zone practically without supplying energy from the inductor. In the case of small mass outflow of the melt from the working zone, the magnetic field strength in the working zone should be reduced by 30-40% of its value in the melting zone. With a decrease in the magnetic field strength of the inductor in the production zone by less than 30%, it is not possible to obtain a laminar melt flow, which leads to a deterioration in the quality of the melting product.

Реализация заявленного способа получения продукта из стеклообразующих расплавов осуществляется с помощью вариантов устройства. Implementation of the claimed method for producing a product from glass-forming melts is carried out using device options.

Сущность технического решения по выбору параметров зоны плавления печи в первом и втором вариантах устройства идентична и заключается в следующем. Для реализации перегрева стеклообразующего расплава в диапазоне 400-1000oC выбирают характеристический размер зоны плавления из выражения (5) с учетом соответствующего диапазона Km. Однако это условие является необходимым, но недостаточным для реализации способа. Достаточным условием реализации способа является обеспечение условия устойчивости заданного диапазона перегрева расплава в зоне плавления. Это условие реализуется выбором коэффициента заполнения окна индуктора в зоне плавления в соответствии с эмпирическими выражениями (3) или (4), которые получены в результате обобщения экспериментального опыта. Причем, при расчетах по этим соотношениям значение электропроводности расплава принимают при минимальной температуре заданного из технологических требований диапазона перегрева, а если таковая не задана, то при температуре, соответствующей 400oC перегрева расплава.The essence of the technical solution for choosing the parameters of the melting zone of the furnace in the first and second variants of the device is identical and consists in the following. To realize overheating of the glass-forming melt in the range of 400-1000 ° C, the characteristic size of the melting zone is selected from expression (5) taking into account the corresponding range of K m . However, this condition is necessary, but insufficient for the implementation of the method. A sufficient condition for the implementation of the method is to provide stability conditions for a given range of melt overheating in the melting zone. This condition is realized by choosing the fill factor of the inductor window in the melting zone in accordance with empirical expressions (3) or (4), which are obtained as a result of a generalization of experimental experience. Moreover, when calculating these ratios, the value of the melt conductivity is taken at the minimum temperature of the overheating range specified by the technological requirements, and if it is not specified, then at a temperature corresponding to 400 ° C of the melt overheating.

Выполнением коэффициента заполнения окна индуктора в зоне плавления в соответствии с соотношениями (3) и (4) обеспечивают устойчивое состояние процесса плавки, не выходя за границы условий возникновения турбулентного потока расплава. При этом более высокие значения перегрева расплава в зоне плавления достигают увеличением мощности, подводимой к расплаву (увеличением напряжения на индукторе). The fulfillment of the fill factor of the inductor window in the melting zone in accordance with relations (3) and (4) ensures a stable state of the melting process, without going beyond the boundaries of the conditions of occurrence of a turbulent melt flow. In this case, higher values of the overheating of the melt in the melting zone reach an increase in the power supplied to the melt (an increase in the voltage across the inductor).

Максимальное значение K3, определяемое из соотношений (3) и (4), отражает условие недопустимости соотношения объема перегретого расплава и его объема в зоне плавления менее 25% что соответствует максимальному значению Km= 16 и Km=8, соответственно для круглого и неравноосного сечений зоны плавления. Часто на практике ограничением увеличения K3 является обеспечение электрической прочности зазора между тиглем и индуктором.The maximum value of K 3 , determined from relations (3) and (4), reflects the inadmissibility of the ratio of the volume of the superheated melt and its volume in the melting zone of less than 25%, which corresponds to the maximum value of K m = 16 and K m = 8, respectively, for round and unequal sections of the melting zone. Often in practice, the limitation of the increase in K 3 is to ensure the electric strength of the gap between the crucible and the inductor.

Эмпирический коэффициент Ka отражает влияние глубины ванны расплава в зоне плавления на значение K3 и может быть определен из соотношения
Ka=0,18D/ab
где ab глубина ванны расплава, которая приблизительно равна глубине тигля в зоне плавления.
The empirical coefficient K a reflects the influence of the depth of the melt pool in the melting zone on the value of K 3 and can be determined from the relation
K a = 0.18D / a b
where a b is the depth of the molten bath, which is approximately equal to the depth of the crucible in the melting zone.

Таким образом, взаимообусловленное определение параметров устройства позволяет реализовать и устойчиво поддерживать турбулентный поток расплава в зоне плавления. Thus, the interdependent determination of the device parameters makes it possible to realize and stably maintain a turbulent melt flow in the melting zone.

В первом варианте устройства, выполняя коэффициент заполнения окна индуктора в зоне выработки в 1,4-3,0 раза меньше, чем в зоне плавления, обеспечивают снижение напряженности магнитного поля в зоне выработки на 30-90% Поскольку индукционные печи для плавки оксидных материалов имеют высокие рабочие частоты тока, то реактивное сопротивление рассеивания воздушного зазора составляет значительную часть сопротивления индуктора и пропорционально площади сечения зазора, т.е. обратно пропорционально коэффициенту заполнения индуктора. Поэтому уменьшение коэффициента заполнения индуктора в зоне выработки в 1,4 раза приводит к уменьшению напряженности магнитного поля примерно на 30% от его значения в зоне плавления. При дальнейшем уменьшении коэффициента заполнения окна индуктора происходит практически линейное уменьшение напряженности магнитного поля. Трехкратное уменьшение коэффициента заполнения обеспечивает снижение напряженности магнитного поля до 90% Тем самым исключают возмущающее воздействие электромагнитного поля индуктора на поток расплава в выработочной зоне и добиваются ламинарного потока расплава к приспособлению выдачи расплава. In the first embodiment of the device, performing the fill factor of the inductor window in the production zone is 1.4-3.0 times less than in the melting zone, they provide a decrease in the magnetic field strength in the production zone by 30-90% since induction furnaces for melting oxide materials have high operating frequency of the current, the reactance of dispersion of the air gap is a significant part of the resistance of the inductor and is proportional to the cross-sectional area of the gap, i.e. inversely proportional to the fill factor of the inductor. Therefore, a decrease in the fill factor of the inductor in the production zone by 1.4 times leads to a decrease in the magnetic field strength by about 30% of its value in the melting zone. With a further decrease in the fill factor of the inductor window, an almost linear decrease in the magnetic field intensity occurs. A three-fold decrease in the fill factor ensures a decrease in the magnetic field strength to 90%. This eliminates the disturbing effect of the electromagnetic field of the inductor on the melt flow in the working zone and achieves a laminar melt flow to the melt dispenser.

Уменьшение коэффициента заполнения индуктора в зоне выработки более чем в 3 раза не дает существенного уменьшения напряженности магнитного поля индуктора, но существенно увеличивает его эквивалентное сопротивление, поэтому неэффективно. A decrease in the fill factor of the inductor in the production zone by more than 3 times does not significantly reduce the magnetic field strength of the inductor, but significantly increases its equivalent resistance, therefore it is inefficient.

Таким образом, изменением электромагнитного поля индуктора в зоне выработки путем выбора параметров печи формируют ламинарный поток расплава чем достигают повышения качества продукта. Thus, by changing the electromagnetic field of the inductor in the production zone by selecting the furnace parameters, a laminar melt flow is formed, thereby achieving an increase in product quality.

Сущность технического решения второго варианта устройства для реализации предлагаемого способа заключается в том, что, наряду с выполнением параметров печи в зоне плавления аналогично первому варианту, уменьшения напряженности магнитного поля индуктора в зоне выработки достигают размещением короткозамкнутого электрического контура, который электромагнитно связан с частью индуктора, расположенной у зоны выработки. Вследствие электромагнитной связи в контуре индуцируется ток, вызывающий электромагнитное поле контура с направлением, противоположным полю индуктора в зоне выработки. Существенным является то, что короткозамкнутый контур электромагнитно связан только с частью индуктора, электромагнитное поле которой воздействует на зону выработки. Тем самым исключается влияние короткозамкнутого контура на электромагнитное поле индуктора в зоне плавления и остаются неизменными условия формирования турбулентного потока расплава в зоне плавления. В противном случае, при взаимоиндукции всего индуктора с короткозамкнутым контуром, изменяется электромагнитное поле в зоне плавления и не формируется турбулентный поток расплава. Выбором конфигурации контура, его положением относительно индуктора и зоны выработки добиваются уменьшения напряженности магнитного поля в зоне выработки на 30-90% относительно ее значения в зоне плавления. Снижение напряженности магнитного поля более чем на 90% практически недостаточно, т. к. коэффициент взаимоиндукции индуктора и контура всегда меньше единицы. The essence of the technical solution of the second variant of the device for implementing the proposed method lies in the fact that, along with the fulfillment of the furnace parameters in the melting zone, similarly to the first variant, decreasing the magnetic field strength of the inductor in the generation zone is achieved by placing a short-circuited electric circuit, which is electromagnetically connected to the part of the inductor located at the production zone. Due to electromagnetic coupling, a current is induced in the circuit, causing the electromagnetic field of the circuit with a direction opposite to the field of the inductor in the production zone. It is essential that the short-circuited circuit is electromagnetically connected only with the part of the inductor, the electromagnetic field of which acts on the production zone. This eliminates the influence of a short-circuited circuit on the electromagnetic field of the inductor in the melting zone and the conditions for the formation of a turbulent melt flow in the melting zone remain unchanged. Otherwise, with the mutual induction of the entire inductor with a short-circuited circuit, the electromagnetic field in the melting zone changes and a turbulent melt flow is not formed. By choosing the configuration of the circuit, its position relative to the inductor and the working zone, they achieve a decrease in the magnetic field strength in the working zone by 30-90% relative to its value in the melting zone. Reducing the magnetic field by more than 90% is practically not enough, because the coefficient of mutual induction of the inductor and the circuit is always less than unity.

Выполнение контура с возможностью перемещения позволяет отладить оптимальное значение напряженности магнитного поля в зоне выработки непосредственно в процессе получения продукта. The execution of the circuit with the ability to move allows you to debug the optimal value of the magnetic field in the production zone directly in the process of obtaining the product.

В случае большой массовой выдачи расплава и необходимости значительного снижения напряженности магнитного поля контур размещают в объеме расплава выработочной зоны. При этом достигают максимального уменьшения магнитного поля индуктора в зоне выработки. In the case of a large mass emission of the melt and the need for a significant reduction in the magnetic field, the circuit is placed in the melt volume of the working zone. In this case, a maximum decrease in the magnetic field of the inductor in the production zone is achieved.

Включение в электрическую цепь контура конструктивных элементов тигля, образующих зону выработки, и/или перегородки, как его частей, позволяет совместить функции перегородки и элементов тигля и контура в одном конструктивном элементе. The inclusion in the electrical circuit of the circuit of the structural elements of the crucible, forming a zone of development, and / or partitions, as its parts, allows you to combine the functions of the partitions and the elements of the crucible and the contour in one structural element.

Таким образом, анализ физико-химических и электрохимических явлений, протекающих при реализации способа, показывает, что использование заявленных способа и вариантов устройства качественно изменяет механизм процессов плавления, гомогенизации и комплексообразования стеклообразующего расплава в печи, чем обеспечивается повышение эффективности указанных процессов и улучшается качество получаемого продукта. Это свидетельствует о решении задачи изобретения и наличии новизны заявленных технических решений. Thus, the analysis of physicochemical and electrochemical phenomena occurring during the implementation of the method shows that the use of the claimed method and device variants qualitatively changes the mechanism of melting, homogenization and complexation of the glass-forming melt in the furnace, thereby improving the efficiency of these processes and improving the quality of the resulting product . This indicates a solution to the problem of the invention and the availability of novelty of the claimed technical solutions.

В электротермии известны индукционные печи с охлаждаемым металлическим тиглем и выпускным носком для выдачи расплава. Induction furnaces with a cooled metal crucible and an outlet sock for dispensing a melt are known in electrothermics.

Известны рекомендации по выбору параметров подобных печей. Рекомендации основаны на неполной взаимозависимости параметрической системы индуктор-расплав по устойчивости заданного режима плавки. В связи с этим даются рекомендации по выбору устойчивого режима только исходя из условия соответствия размера печи и глубины проникновения тока в расплав. В качестве устойчивого диапазона работы устройства указывается диапазон относительно диаметра тигля от 2,7 до 7,0, что соответствует в нашем случае относительному размеру тигля для круглого сечения от 3,8 до 9,9. Однако, поскольку рекомендации по выбору K3 не связаны с устойчивостью режима плавки, это не обеспечивает получения заданного режима. При реализации устройства для получения продукта из стеклообразующих расплавов с использованием указанных рекомендаций не удается получить устойчивого состояния плавки при заданных условиях: либо не достигается необходимый уровень перегрева расплава в устойчивом состоянии плавки, либо не достигается турбулентного потока расплава в плавильной зоне, либо не достижимы оба названных параметра режима плавки. Кроме того, в выработочной зоне не удается получить ламинарного потока расплава вследствие воздействия индуктора на расплав в этой зоне, аналогичного воздействию на него в плавильной зоне. Следовательно, для решения задачи изобретения известные рекомендации по выбору параметров устройства непригодны.Known recommendations for choosing the parameters of such furnaces. The recommendations are based on the incomplete interdependence of the inductor-melt parametric system for the stability of a given melting mode. In this regard, recommendations are given for choosing a stable mode only on the basis of the condition for the size of the furnace and the depth of current penetration into the melt. The range of the diameter of the crucible from 2.7 to 7.0 is indicated as a stable range of operation of the device, which in our case corresponds to the relative size of the crucible for a circular cross section from 3.8 to 9.9. However, since the recommendations for choosing K 3 are not related to the stability of the melting mode, this does not provide the desired mode. When implementing a device for producing a product from glass-forming melts using the above recommendations, it is not possible to obtain a stable state of melting under given conditions: either the required level of melt overheating in a stable state of melting is not achieved, or a turbulent melt flow in the melting zone is not achieved, or both of these melting mode parameter. In addition, in the production zone it is not possible to obtain a laminar melt flow due to the action of the inductor on the melt in this zone, similar to the effect on it in the melting zone. Therefore, to solve the problem of the invention, well-known recommendations for selecting device parameters are unsuitable.

Заявленные технические решения, благодаря выявлению новых взаимозависимостей между конструктивными параметрами устройства и режимами способа, сформулированные в виде эмпирических соотношений, обеспечивают реализацию способа с достижением указанных в нем режимов. The claimed technical solutions, due to the identification of new interdependencies between the structural parameters of the device and the modes of the method, formulated in the form of empirical relationships, ensure the implementation of the method with the achievement of the modes indicated in it.

В электротермии известны индукционные печи, снабженные электрическим короткозамкнутым контуром, электромагнитно связанным с индуктором. В известном устройстве короткозамкнутый контур уменьшает напряженность магнитного поля в нижней части ванны расплава, обеспечивая снижение перегрева расплава. Это уменьшает вероятность протекания расплава к стенкам тигля и улучшает формообразование поверхности огнеупорного блока. Induction furnaces are known in electrothermics, equipped with an electric short-circuited circuit, electromagnetically coupled to an inductor. In the known device, a short-circuited circuit reduces the magnetic field strength in the lower part of the melt bath, providing a reduction in melt overheating. This reduces the likelihood of melt flowing to the walls of the crucible and improves the shaping of the surface of the refractory block.

В заявленном устройстве имеется сходный с известным признак - короткозамкнутый электрический контур. Однако контур в заявленном устройстве электромагнитно связан с частью индуктора, охватывающей зону выработки. Этим устройство приобретает новое качество: образуются две зоны в одной печи с турбулентным и ламинарным потоками расплава. In the claimed device there is a similar sign to a well-known one - a short-circuited electrical circuit. However, the circuit in the claimed device is electromagnetically coupled to a part of the inductor covering the production zone. This device gains a new quality: two zones are formed in the same furnace with turbulent and laminar melt flows.

На фиг. 1 приведена схема первого варианта предлагаемого устройства, продольный разрез; на фиг.2 то же, поперечный разрез; на фиг.3 схема второго варианта предлагаемого устройства, продольный разрез; на фиг.4 то же, поперечный разрез. In FIG. 1 shows a diagram of a first embodiment of the proposed device, a longitudinal section; figure 2 is the same, a cross section; figure 3 diagram of a second variant of the proposed device, a longitudinal section; figure 4 is the same, cross section.

На чертежах показано: 1 металлический охлаждаемый тигель, собранный из трубок, охлаждаемых водой; 2 индуктор, подключенный к источнику питания (не показан); 3 приспособление выдачи расплава, выполненное в виде сливного носка; 4 перегородка, разделяющая зону плавления 5 и зону выработки 6; 7 - механизм подачи сырья; 8 -средство получения продукта из расплава; 9 слой сырья на зеркале ванн расплава в зоне плавления; 10 гарнисаж; 11 струя расплава; 12 получаемый продукт; 13 турбулентные потоки расплава в зоне плавления; 14 ламинарные потоки расплава в зоне выработки; 15 - электрический короткозамкнутый контур. The drawings show: 1 metal cooled crucible assembled from tubes cooled by water; 2 inductor connected to a power source (not shown); 3 device for issuing a melt, made in the form of a drain sock; 4 a partition dividing the melting zone 5 and the working zone 6; 7 - feed mechanism; 8 - a means of obtaining the product from the melt; 9 layer of raw materials on the mirror of the baths of the melt in the melting zone; 10 skull; 11 jet of melt; 12 product received; 13 turbulent melt flows in the melting zone; 14 laminar melt flows in the production zone; 15 - electrical short-circuited circuit.

Стрелками на чертежах показана подача и слив охлаждающей воды. The arrows in the drawings show the supply and discharge of cooling water.

Пример 1. Получение минерального волокна из вулканической породы габбро. Средний химический состав породы следующий, мас. SiO2 50,0; Al2O3 17,0; CaO 10,0; MgO 7,0; Fe2O3+FeO 10,0; Na2O+K2O 4,0; прочие 2,0. При расплавлении породы образуется стеклообразующий расплав с верхним пределом кристаллизации 1240oC. На основании опытных данных оптимальный интервал температуры расплава для выработки волокна составляет 1370-1450oC. Электропроводность расплава в диапазоне 1400-2200oC аппроксимирована зависимостью вида lg κ -2936/T+1,488 (T в градусах K). Исходное сырье готовили путем дробления породы до фракций менее 3 мм.Example 1. Obtaining mineral fiber from the volcanic rock gabbro. The average chemical composition of the rock is as follows, wt. SiO 2 50.0; Al 2 O 3 17.0; CaO 10.0; MgO 7.0; Fe 2 O 3 + FeO 10.0; Na 2 O + K 2 O 4.0; other 2.0. When the rock is melted, a glass-forming melt with an upper crystallization limit of 1240 ° C is formed. Based on the experimental data, the optimal temperature range of the melt for fiber production is 1370-1450 ° C. The melt conductivity in the range of 1400-2200 ° C is approximated by the dependence of the form log κ -2936 / T +1.488 (T in degrees K). The feedstock was prepared by crushing the rock to fractions of less than 3 mm.

Перегрев расплава бы установлен в диапазоне 600-800oC относительно температуры верхнего предела кристаллизации расплава, т.е. технологический диапазон температуры расплава составляет 1840-2040oC. Диапазон температуры расплава при его выдаче из печи 1400-1450oC.The melt overheating would be set in the range of 600-800 o C relative to the temperature of the upper limit of melt crystallization, i.e. the technological range of the melt temperature is 1840-2040 o C. The range of the temperature of the melt when it is discharged from the furnace is 1400-1450 o C.

Для получения волокна применяли источник питания печи мощностью 60 кВт и рабочей частотой 1,76 МГц. Поперечное сечение зоны плавления печи выбирали круглым. To obtain fiber, a 60 kW furnace power source and an operating frequency of 1.76 MHz were used. The cross section of the melting zone of the furnace was chosen round.

В соответствии с технологически заданной минимальной температурой расплава в зоне плавления 1840oC электропроводность расплава составляет 125 Ом/м. Принимая значение Km=8,5, из соотношений (5) и (2) определяли диаметр тигля в зоне плавления, который составил 0,29 м. Указанный диаметр тигля является минимально допустимым при заданных режимах плавки и отражает условие перегрева расплава в объеме 40% от объема расплава в зоне плавления. Достижение устойчивости режима плавки при минимальной температуре обеспечивается выполнением K3=0,876, рассчитанным из соотношения (3). В расчетах принимали Ka= 0,4, учитывая, что глубина ванны расплава в зоне плавления составляет 0,4-0,5 от D. Конструктивно тигель выполняли из медных водоохлаждаемых трубок квадратного сечения со стороной 0,01 м, расположенных по окружности диаметром 0,29 м и образующих зону плавления. Количество трубок в зоне плавления составляло 80 шт. Учитывая это, из формулы (6) определяли диаметр индуктора в зоне плавления, который составил 0,325 м. Выработочную зону тигля выполняли сужающейся к приспособлению выдачи расплава, а коэффициент заполнения окна индуктора в этой зоне выполняли равным 0,47, что в 1,9 раза меньше, чем в зоне плавления.In accordance with the technologically prescribed minimum temperature of the melt in the melting zone of 1840 o C the conductivity of the melt is 125 Ohm / m Assuming a value of K m = 8.5, the diameter of the crucible in the melting zone was determined from relations (5) and (2), which amounted to 0.29 m. The indicated diameter of the crucible is the minimum allowable for the given melting conditions and reflects the condition of melt overheating in a volume of 40 % of the melt volume in the melting zone. The achievement of stability of the melting mode at the minimum temperature is ensured by the fulfillment of K 3 = 0.876 calculated from relation (3). In the calculations, K a = 0.4 was taken into account, taking into account that the depth of the melt pool in the melting zone is 0.4-0.5 of D. Structurally, the crucible was made of copper water-cooled tubes of square section with a side of 0.01 m, located on a circle with a diameter 0.29 m and forming a melting zone. The number of tubes in the melting zone was 80 pcs. Given this, the diameter of the inductor in the melting zone was determined from formula (6), which amounted to 0.325 m. The crucible working zone was made narrowing to the melt dispenser, and the fill factor of the inductor window in this zone was 0.47, which is 1.9 times less than in the melting zone.

Для осуществления способа печь выполняли в соответствии с проведенными расчетами. Тигель 1 (фиг.1) и индуктор 2 имели в зоне плавления 5 внутренние диаметры 0,29 и 0,325 м, соответственно. Выработочную зону 6 тигля 1 выполняли в виде сужающейся части тигля, оканчивающейся приспособлением выдачи расплава сливным носком 3, сопряженной с зоной плавления 5. Индуктор 2 в зоне выработки отличался от формы сечения тигля в этой зоне. Коэффициенты заполнения окна индуктора в зонах плавления и выработки составляли соответственно 0,88 и 0,47. Зона выработки 6 отделялась перегородкой 4 от зоны плавления 5. To implement the method, the furnace was performed in accordance with the calculations. The crucible 1 (Fig. 1) and inductor 2 had inner diameters of 0.29 and 0.325 m in the melting zone 5, respectively. The working zone 6 of crucible 1 was made in the form of a tapering part of the crucible ending with a melt dispensing device with a drain toe 3 associated with the melting zone 5. The inductor 2 in the working zone differed from the cross-sectional shape of the crucible in this zone. The fill factors of the inductor window in the melting and production zones were 0.88 and 0.47, respectively. The working zone 6 was separated by a partition 4 from the melting zone 5.

Получение минеральной ваты проводили следующим образом. В тигель 1 с помощью механизма подачи сырья 7 загружали исходное сырье и известными методами с помощью индуктора 2 расплавляли его, формируя ванну расплава в зоне плавления 5. Сырье непрерывно подавали в зону плавления 5 слоем 9 на зеркало ванны расплава. По мере плавления сырья расплав заполнял зону плавления 5 и зону выработки 6, а его уровень поднимался до уровня сливного носка 3. Вблизи стенок тигля 1 и перегородки 4 формировался гарнисаж 10. Расплав стекал по носку 3 и струей 11 поступал в средство получения продукта 8, выполненное в виде газовой форсунки. Под воздействием газовых потоков из струи расплава формировались волокна 12, которые поступали в камеру осаждения (не показана). Режим плавки переходил в квазистационарное состояние, характеризующееся постоянством параметров режима как печи, так и источника питания лампового генератора. The production of mineral wool was carried out as follows. The raw material was loaded into the crucible 1 using the raw material supply mechanism 7 and melted it by known methods using the inductor 2, forming a melt bath in the melting zone 5. The raw material was continuously fed into the melting zone 5 with a layer 9 on the mirror of the melt bath. As the raw material melted, the melt filled the melting zone 5 and the working zone 6, and its level rose to the level of the drain sock 3. A skull was formed near the walls of the crucible 1 and the partition 4. The melt flowed down along the toe 3 and the jet 11 entered the product receiving means 8, made in the form of a gas nozzle. Under the influence of gas flows from the melt jet, fibers 12 formed, which entered the deposition chamber (not shown). The melting mode turned into a quasistationary state, characterized by the constancy of the parameters of the regime of both the furnace and the power source of the tube generator.

При работе лампового генератора в режиме с анодным напряжением лампы 9,0 кВ и анодным током 6,9 А достигали устойчивого состояния плавки с температурой расплава в плавильной зоне 1840-1860oC. Попытки уменьшить температуру расплава до 1400oC приводили к неустойчивости плавки и кристаллизации расплава, что характеризует температуру 1840oC как минимально устойчивую температуру плавки в созданной печи. Увеличение режима лампового генератора до 10 кВ и 9,5 А обеспечивало подъем температуры расплава до 2030-2050oC. При этом отношение перегреваемого объема расплава к объему расплава в зоне составило около 35% Температуру фиксировали оптическим пирометром типа "Приминь" при полном расплавлении слоя сырья 9 на зеркале ванны расплава плавильной зоны 5.When the lamp generator was operating in the mode with an anode voltage of 9.0 kV and anode current of 6.9 A, a stable state of melting with a melt temperature in the melting zone of 1840-1860 o C was achieved. Attempts to reduce the melt temperature to 1400 o C led to instability of melting and crystallization of the melt, which characterizes the temperature of 1840 o C as the minimum stable melting temperature in the created furnace. An increase in the mode of the tube generator to 10 kV and 9.5 A ensured a rise in the melt temperature to 2030-2050 o C. The ratio of the superheated melt volume to the melt volume in the zone was about 35%. The temperature was recorded with a Primin optical pyrometer with complete melting of the layer raw materials 9 on the mirror of the bath of the melt of the melting zone 5.

На зеркале ванны расплава наблюдали характерную для турбулентных потоков расплава картину конвективных потоков 15 с очень быстрым движением и изменением конфигурации картины. Соотношение между активно нагреваемым объемом расплава и объемом расплава в зоне плавления составляло от 40 до 35% Благодаря турбулентности потоков в зоне плавления происходило быстрое плавление сырья с производительностью 30-55 кг/ч и интенсивная гомогенизация расплава. A pattern of convective flows 15 with a very fast movement and a change in the configuration of the pattern was observed on the mirror of the melt bath. The ratio between the actively heated volume of the melt and the volume of the melt in the melting zone was from 40 to 35%. Due to the turbulence of the flows in the melting zone, the raw materials were rapidly melted with a productivity of 30-55 kg / h and the melt was subjected to intensive homogenization.

Из зоны плавления 5 перегретый и гомогенизированный расплав перетекал под перегородкой 4 в зону выработки 6, где происходило его охлаждение. Охлаждение расплава осуществлялось за счет неполной компенсации тепловых потерь с зеркала расплава зоны выработки и теплоотдачи в стенки тигля 1 и перегородку 4 мощностью, выделяемой в зоне выработки электромагнитным полем индуктора. Это достигалось уменьшением напряженности магнитного поля индуктора в зоне выработки на 60% по сравнению с зоной плавки путем уменьшения коэффициента заполнения окна индуктора в выработочной зоне по сравнению с зоной плавления. В результате снижения температуры расплава в зоне выработки уменьшалась его электропроводность, достигало более 60% соотношение между объемами нагреваемого расплава и расплава в зоне, увеличивалась вязкость расплава. В совокупности эти явления вызывали формирование ламинарного потока расплава 14 к сливному носку в зоне выработки. Наличие ламинарного потока расплава 14 наблюдается визуально: картина конвективных потоков имеет постоянную форму с вытянутыми ячейками в направлении сливного носка. From the melting zone 5, the superheated and homogenized melt flowed under the baffle 4 into the working zone 6, where it was cooled. The melt was cooled due to incomplete compensation of heat losses from the melt mirror of the zone of generation and heat transfer to the walls of the crucible 1 and the partition 4 with the power released in the zone of generation by the electromagnetic field of the inductor. This was achieved by reducing the magnetic field strength of the inductor in the production zone by 60% compared to the melting zone by reducing the fill factor of the inductor window in the production zone compared to the melting zone. As a result of lowering the temperature of the melt in the production zone, its electrical conductivity decreased, the ratio between the volumes of the heated melt and the melt in the zone reached more than 60%, and the viscosity of the melt increased. Together, these phenomena caused the formation of a laminar flow of melt 14 to the drain toe in the production zone. The presence of a laminar flow of melt 14 is observed visually: the pattern of convective flows has a constant shape with elongated cells in the direction of the drain toe.

В результате осуществления способа получена минеральная вата, основные характеристики которой приведены в таблице. As a result of the implementation of the method obtained mineral wool, the main characteristics of which are given in the table.

Пример 2. Получение муллитокремнеземистого волокна. Химический состав шихты для получения волокна следующий, мас. SiO2 48,0; Al2O3 50,0; прочие 2. Шихту смешивали из глинозема и кварцевого песка. Диапазон перегрева расплава устанавливали 800-1000oC. Муллитокремнеземистый состав имеет температуру ликвидуса 1800oC. Технологический диапазон температуры в зоне плавления 2600-2800oC. При температуре расплава 2600oC электропроводность расплава составляет примерно 50 Ом/м (по результатам экстраполяции данных при температуре 1800-2000oC). Диапазон температуры расплава при выпуске из печи 1860-2000oC.Example 2. Obtaining mullite-siliceous fiber. The chemical composition of the mixture to obtain the following fiber, wt. SiO 2 48.0; Al 2 O 3 50.0; other 2. The mixture was mixed from alumina and quartz sand. The melt overheating range was set at 800-1000 o C. The mullite-siliceous composition has a liquidus temperature of 1800 o C. The technological temperature range in the melting zone is 2600-2800 o C. At a melt temperature of 2600 o C, the melt conductivity is about 50 Ohm / m (according to the extrapolation data at a temperature of 1800-2000 o C). The temperature range of the melt when released from the furnace 1860-2000 o C.

В качестве источника питания печи использовали ламповый генератор мощностью 500 кВт и рабочей частотой 1,76 МГц. Печь выполняли с круглым поперечным сечением зоны плавления. A tube generator with a capacity of 500 kW and an operating frequency of 1.76 MHz was used as a furnace power source. The furnace was made with a circular cross section of the melting zone.

аналогично примеру 1 производили расчеты параметров зоны плавления печи по формулам (5), (2), (3) и (6), принимая в качестве исходных Km=14, Ka=0,3. В результате расчетов получены параметры печи: D=0,76 м, K3=0,958.analogously to example 1, the parameters of the melting zone of the furnace were calculated according to formulas (5), (2), (3) and (6), taking K m = 14, K a = 0.3 as the initial ones. As a result of the calculations, the furnace parameters were obtained: D = 0.76 m, K 3 = 0.958.

Конструктивное выполнение устройства показано на фиг.3 и 4. Тигель 1 выполняли из медных трубок прямоугольного сечения 0,02х0,05 м2. Диаметр индуктора 2 в зоне плавления составил 0,816 м. Зону выработки 6 тигля 1 выполняли в виде прямоугольного участка тигля, состыкованного с круглой зоной плавления 5. Уменьшения напряженности магнитного поля в зоне выработки 6 достигали размещением над зоной электрически замкнутого охлаждаемого контура 15 из медной трубки, электромагнитно связанного с частью индуктора 2, охватывающего зону выработки 6. Размеры и положение контура 15 над зоной определяли из условия уменьшения напряженности магнитного поля индуктора в зоне выработки 6 по сравнению с зоной плавления 5 на 70-80% Коэффициент заполнения окна индуктора в зоне выработки печи выполняли произвольно, исходя из конструктивного удобства выполнения устройства.A structural embodiment of the device shown in figure 3 and 4. The crucible 1 was made of copper tubes of rectangular cross-section 0.02 x 0.05 m 2 . The diameter of the inductor 2 in the melting zone was 0.816 m. The working zone 6 of crucible 1 was made in the form of a rectangular section of the crucible docked with a circular melting zone 5. A decrease in the magnetic field in the working zone 6 was achieved by placing an electrically closed cooled circuit 15 from the copper tube above the zone, electromagnetically connected with the part of the inductor 2, covering the production zone 6. The dimensions and position of the circuit 15 above the zone was determined from the condition of decreasing the magnetic field strength of the inductor in the production zone 6 by average pared with the melting zone 5 at 70-80% filling factor of the inductor in the window area generation furnace was performed randomly, based on the constructive convenience of the device.

Работа устройства в основном аналогична работе устройства, описанного в примере 1. Сырье с помощью механизма подачи 7, выполненного в виде пневмопитателя, непрерывно подавали в тигель 1. После формирования ванны расплава в зоне плавления 5 и зоне выработки 6 струя расплава 11 стекала с носка 3 и поступала в средство получения продукта 8. Режим работы устройства переходил в квазистационарный. При работе источника питания на уровне 80% от номинальной мощности температура расплава в зоне плавления достигала 2600oC. Увеличение мощности генератора до номинальной обеспечивало рост температуры расплава до 2800oC. Здесь формировались интенсивные турбулентные потоки расплава 13. Объем нагреваемого расплава по отношению к расплаву в зоне составлял 25-30% Высокая температура расплава в зоне плавления 5 и его турбулентные потоки создавали условия интенсивного плавления слоя шихты 9 и гомогенизации расплава. Производительность печи достигала 250-290 кг/ч.The operation of the device is basically similar to the operation of the device described in example 1. Raw materials using the feed mechanism 7, made in the form of a pneumatic feeder, were continuously fed into the crucible 1. After the formation of the melt bath in the melting zone 5 and the production zone 6, the jet of melt 11 drained from the sock 3 and entered the means of obtaining the product 8. The operation mode of the device passed into quasi-stationary. When the power source was at a level of 80% of the nominal power, the melt temperature in the melting zone reached 2600 o C. An increase in the generator power to the nominal one increased the melt temperature to 2800 o C. Here intense turbulent melt flows 13 were formed. The volume of the heated melt relative to the melt in the zone was 25-30%. The high temperature of the melt in melting zone 5 and its turbulent flows created the conditions for intensive melting of the charge layer 9 and homogenization of the melt. The productivity of the furnace reached 250-290 kg / h.

Расплав, поступающий в зону выработки 6 с большой массовой скоростью, имел высокую энтальпию, которой достаточно для сохранения жидкого состояния вещества без дополнительного нагрева. Для охлаждения расплава выработочная зона 6 имела соотношение длины к ширине около 2. Короткозамкнутый контур 15 был электромагнитно связан с индуктором 2 с той его частью, которая непосредственно окружала выработочную зону 6, что уменьшало напряженность магнитного поля в зоне выработки на 75-80% Электромагнитное поле индуктора в зоне выработки практически отсутствовало, однако электромагнитное поле индуктора в зоне плавления оставалось неизменным. Температура расплава в зоне выработки снижалась, формировались ламинарные потоки расплава 14 к выпускному носку 3. Одновременно с этим в расплаве происходило укрупнение ионных кластеров, а затем и синтез муллитокремнеземистой структуры волокна, образующегося в средстве получения продукта 8, выполненного в виде устройства волокнообразования. The melt entering the working zone 6 with a high mass velocity had a high enthalpy, which is sufficient to preserve the liquid state of the substance without additional heating. For cooling the melt, the working zone 6 had a length to width ratio of about 2. The short-circuited circuit 15 was electromagnetically connected to the inductor 2 with the part that directly surrounded the working zone 6, which reduced the magnetic field strength in the working zone by 75-80% Electromagnetic field there was practically no inductor in the working zone, however, the electromagnetic field of the inductor in the melting zone remained unchanged. The melt temperature in the working zone decreased, laminar melt flows 14 formed to the outlet tip 3. At the same time, the ion clusters became larger in the melt, and then the mullite-siliceous structure of the fiber formed in the product preparation 8, made in the form of a fiber formation, was synthesized.

Получаемое волокно имело следующие основные характеристики: диаметр волокон 2,5-3,0 мкм, средняя длина 90 мм, объемная плотность 123 кг/м3.The resulting fiber had the following main characteristics: fiber diameter 2.5-3.0 μm, average length 90 mm, bulk density 123 kg / m 3 .

Пример 3. Получение муллитокремнеземистого волокна по примеру 2. В устройстве зону выработки тигля выполняли в виде сварной медной охлаждаемой конструкции, состыкованной с зоной плавления тигля. При этом перегородку, отделяющую зону плавления от зоны выработки, выполняли за одно целое с зоной выработки тигля. Тем самым зона выработки тигля и перегородка вместе образовывали короткозамкнутый электрический контур, электромагнитно связанный с индуктором в зоне выработки. Такое конструктивное исполнение печи обеспечивало до 90% относительно его значения в зоне плавления. При работе устройства ламинарный поток расплава в зоне выработки формировался в большом объеме зоны вследствие практически полного отсутствия электромагнитного поля индуктора здесь. Example 3. Obtaining mullite-siliceous fiber according to example 2. In the device, the crucible development zone was made in the form of a welded copper cooled structure joined to the crucible melting zone. In this case, the partition separating the melting zone from the working zone was performed in one piece with the crucible working zone. Thus, the crucible development zone and the partition together formed a short-circuited electrical circuit, electromagnetically coupled to an inductor in the development zone. This design of the furnace provided up to 90% relative to its value in the melting zone. During operation of the device, a laminar melt flow in the production zone was formed in a large volume of the zone due to the almost complete absence of the electromagnetic field of the inductor here.

Получаемое волокно по своим характеристикам не отличалось от волокна, получаемого по примеру 2. The resulting fiber in its characteristics did not differ from the fiber obtained in example 2.

Пример 4. Иммобилизация тяжелых металлов пыли литейного цеха, имеющей средний химический состав, мас. CaO 14,5; Mn2O3 3,4; Fe2O3 30,0; Cr2O3 5,3; SiO2 42,3; прочие 4,5. Экологически опасными являются соединения хрома и марганца. При расплавлении пыли образуются стеклоподобные структуры, в матрицу которых хорошо включаются ионы хрома и марганца. Таким образом, возможно проводить иммобилизацию экологически опасных отходов без применения флюсов с получением камнеподобных строительных материалов.Example 4. Immobilization of heavy metals dust of a foundry having an average chemical composition, wt. CaO 14.5; Mn 2 O 3 3.4; Fe 2 O 3 30.0; Cr 2 O 3 5.3; SiO 2 42.3; other 4,5. Ecologically dangerous are the compounds of chromium and manganese. When the dust melts, glass-like structures are formed, in the matrix of which chromium and manganese ions are well included. Thus, it is possible to immobilize environmentally hazardous waste without the use of fluxes to obtain stone-like building materials.

Появление жидкой фазы при нагреве пыли указанного состава происходит при температуре 1200oC. Перегрев расплава в зоне плавления устанавливали в диапазоне 400-550oC. Технологическая температура в зоне плавления составляла 1600-1750oC. Электропроводность расплава при минимальной технологической температуре в зоне плавления составляет 110 Ом/м.The appearance of the liquid phase during heating of dust of the specified composition occurs at a temperature of 1200 o C. Overheating of the melt in the melting zone was set in the range of 400-550 o C. The technological temperature in the melting zone was 1600-1750 o C. The conductivity of the melt at the minimum technological temperature in the melting zone is 110 ohm / m.

В качестве источника питания печи применяли ламповый генератор мощностью 60 кВт и рабочей частотой 880 кГц. A 60 kW tube generator and an operating frequency of 880 kHz were used as a furnace power source.

Печь выполняли с зоной плавления прямоугольного поперечного сечения с отношением сторон, равным 2, т.е. G 2. Расчет параметров печи проводили аналогично примеру 1 по формулам (5), (2), (4) и (6), принимая за исходные значения Km=4,0 и Ka=0,2. В результате расчетов получили значения D 0,205 и K3 0,706. Охлаждаемый тигель выполняли из трубок нержавеющей стали диаметром 0,012 м. Поперечный размер индуктора в зоне плавления выполняли равным 0,29 м, а зазор между тиглем и индуктором по всему периметру зоны плавления составлял 0,032 м.The furnace was made with a melting zone of a rectangular cross section with an aspect ratio of 2, i.e. G 2. Calculation of the furnace parameters was carried out analogously to example 1 according to formulas (5), (2), (4) and (6), taking K m = 4.0 and K a = 0.2 as the initial values. As a result of the calculations, the values D 0.205 and K 3 0.706 were obtained. The cooled crucible was made of stainless steel tubes with a diameter of 0.012 m. The transverse dimension of the inductor in the melting zone was 0.29 m, and the gap between the crucible and inductor around the entire perimeter of the melting zone was 0.032 m.

Зону выработки печи выполняли по узкой стороне тигля в виде сужающейся части тигля с выпускным носком по большой оси тигля. Перегородка отделяла зону выработки по меньшей стороне тигля. Напряженность магнитного поля индуктора в зоне выработки уменьшали на 30% относительно зоны плавления, что достигали уменьшением коэффициента заполнения окна индуктора в зоне выработки до значения 0,5, т.е. в 1,4 раза меньше по отношению к зоне плавления. The furnace working zone was made along the narrow side of the crucible in the form of a tapering part of the crucible with an outlet toe along the major axis of the crucible. A septum separated the working zone along the lower side of the crucible. The magnetic field strength of the inductor in the working zone was reduced by 30% relative to the melting zone, which was achieved by reducing the fill factor of the inductor window in the working zone to a value of 0.5, i.e. 1.4 times less with respect to the melting zone.

Работает устройство аналогично изложенному в примере 1. Указанного уменьшения напряженности магнитного поля в зоне плавления достаточно для обеспечения охлаждения расплава, так как его энтальпия невелика и мала массовая скорость поступления расплава в зону выработки (производительность устройства 27 кг/ч). В то же время снижение температуры расплава в зоне выработки обеспечивает снижение электромагнитных сил, воздействующих на расплав. В совокупности этим достигают образование ламинарного потока расплава к выпускному носку. The device operates similarly to that described in Example 1. The indicated decrease in the magnetic field strength in the melting zone is sufficient to ensure cooling of the melt, since its enthalpy is small and the mass velocity of the melt entering the production zone is low (device productivity 27 kg / h). At the same time, a decrease in the temperature of the melt in the production zone provides a decrease in the electromagnetic forces acting on the melt. Together, this results in the formation of a laminar melt flow to the outlet toe.

в зоне плавления происходит интенсивное расплавление шихты и гомогенизация расплава. Гомогенизированный расплав, поступая в зону выработки, проходит стадию синтеза кластеров, основную долю которых составляют матрицы силикатов. Вследствие высокой гомогенности расплава и ламинарного течения его потоков в зоне выработки облегчается включение ионов хрома и марганца в структуру силикатов. Струя структурированного расплава поступает в средство получения продукта, выполненное в виде вращающегося диска, и разбивается на капли, застывшие в гранулы. Гранулы могут быть использованы в строительстве в качестве наполнителя. In the melting zone, the charge is intensively melted and the melt is homogenized. Homogenized melt, entering the production zone, goes through the stage of synthesis of clusters, the bulk of which are silicate matrices. Due to the high homogeneity of the melt and the laminar flow of its flows in the production zone, the inclusion of chromium and manganese ions in the structure of silicates is facilitated. The stream of structured melt enters the product preparation means, made in the form of a rotating disk, and breaks up into droplets solidified in granules. Granules can be used in construction as a filler.

Санитарно-химические исследования полученного продукта показали отсутствие выщелачивания тяжелых металлов при испытаниях гранул в кипящей воде. Sanitary-chemical studies of the resulting product showed the absence of leaching of heavy metals when testing granules in boiling water.

Проводились эксперименты по получению минерального волокна из породы габбро при различных режимах плавки и конструктивных параметрах печи. Experiments were conducted to obtain mineral fiber from gabbro rock under various melting conditions and furnace design parameters.

Устанавливали режим плавки при соотношении объема нагреваемого расплава в зоне плавления к объему всего расплава в зоне 60-65% что соответствует выбору Km при расчетах параметров печи меньше 6,0 для круглой зоны плавления или меньше 4,0 для неравноосной и квадратной зоны плавления. В результате падала интенсивность плавления сырья и получали минеральное волокно с худшими показателями качества по сравнению с волокном, полученным по заявляемым способу и вариантам устройства (см. таблицу).The melting mode was set with the ratio of the volume of the heated melt in the melting zone to the volume of the entire melt in the zone of 60-65%, which corresponds to the choice of K m when calculating the furnace parameters less than 6.0 for the round melting zone or less than 4.0 for the uneven and square melting zone. As a result, the melting rate of the raw material fell and mineral fiber with the worst quality indicators was obtained compared to the fiber obtained by the claimed method and device variants (see table).

При создании печи, в которой Km=15 для круглой зоны плавления и Km=8,5 для неравноосной зоны плавления, по центру тигля наблюдали переохлаждение расплава, температура которого была меньше температуры выдачи. Это приводило к существенному падению производительности плавки и возникновению центров кристаллизации в расплаве, а также неполной его гомогенизации. В конечном итоге происходило ухудшение качества волокна (см. таблицу).When creating a furnace in which K m = 15 for a circular melting zone and K m = 8.5 for a non-axial melting zone, melt supercooling was observed in the center of the crucible, the temperature of which was lower than the temperature of delivery. This led to a significant decrease in the smelting productivity and the appearance of crystallization centers in the melt, as well as its incomplete homogenization. Ultimately, fiber quality deteriorated (see table).

Проводили плавку в режиме с уменьшением напряженности магнитного поля в зоне выработки на 20% для чего выполняли печь с коэффициентом заполнения окна индуктора в зоне выработки в 1,3 раза меньше, чем в зоне плавления. В эксперименте не удалось получить устойчивого ламинарного потока расплава в зоне выработки к приспособлению выдачи. Ухудшилось качество продукта (см. таблицу). Smelting was carried out in a mode with a decrease in the magnetic field strength in the production zone by 20%, for which a furnace with a fill factor of the inductor window in the production zone was 1.3 times less than in the melting zone. In the experiment, it was not possible to obtain a stable laminar melt flow in the production zone to the output device. The quality of the product has deteriorated (see table).

Проводили также сравнительные эксперименты по получению минерального волокна из породы габбро по способу-прототипу. При создании печи руководствовались рекомендациями (Петров Ю. Б. Индукционная плавка окислов. 1983). Коэффициент заполнения окна индуктора выбирали из конструктивного удобства исполнения печи и электрической прочности зазора индуктор-тигель. Comparative experiments were also carried out to obtain mineral fiber from gabbro rock by the prototype method. When creating the furnace were guided by recommendations (Petrov Yu. B. Induction smelting of oxides. 1983). The fill factor of the inductor window was chosen from the structural convenience of the furnace and the electric strength of the inductor-crucible gap.

Источником питания служил ламповый генератор мощностью 60 кВт и рабочей частотой 1,76 МГц. Печь выполняли прямоугольного поперечного сечения с размерами D= 0,21 м, G=2,1. Коэффициент заполнения окна индуктора в зоне выработки не отличался от его значения в зоне плавления. Размеры окна индуктора составляли 0,29x0,58 м. A 60 kW tube generator and an operating frequency of 1.76 MHz served as a power source. The furnace was made of rectangular cross-section with dimensions D = 0.21 m, G = 2.1. The fill factor of the inductor window in the working zone did not differ from its value in the melting zone. The inductor window dimensions were 0.29x0.58 m.

В результате экспериментов удавалось достигать режимов плавки, когда в зоне плавления формировался турбулентный поток расплава. Однако турбулентный поток расплава формировался и в зоне выработки. Расплав поступал в средство обработки расплава перегретым, что при образовании волокон приводило к увеличению количества неволокнистых включений (корольков), уменьшению выхода волокна. As a result of experiments, it was possible to achieve melting regimes when a turbulent melt flow was formed in the melting zone. However, a turbulent melt flow was also formed in the production zone. The melt entered the means of processing the melt overheated, which during the formation of fibers led to an increase in the number of non-fibrous inclusions (kings), and a decrease in the fiber yield.

Попытка получить ламинарный поток расплава в зоне выработки приводило к необходимости снижения температуры расплава в зоне плавления. В результате турбулентный поток расплава в зоне плавления не формировался. Это приводило к снижению производительности печи, ухудшению гомогенизации расплава и ухудшению качества волокна (см. таблицу). В некоторых режимах процесс терял устойчивость и происходила кристаллизация расплава в печи. An attempt to obtain a laminar melt flow in the production zone led to the need to lower the melt temperature in the melting zone. As a result, a turbulent melt flow in the melting zone was not formed. This led to a decrease in the furnace productivity, deterioration in the homogenization of the melt, and deterioration in the quality of the fiber (see table). In some modes, the process lost stability and melt crystallized in the furnace.

Сопоставительный анализ результатов проведенных экспериментов показывает, что решение поставленной задачи достигается только при использовании всей совокупности признаков изобретения, в противном случае нарушается ход процесса или не достигается положительный эффект. A comparative analysis of the results of the experiments shows that the solution of the problem is achieved only when using the totality of the features of the invention, otherwise the process is disrupted or a positive effect is not achieved.

По сравнению с известными предлагаемый способ и варианты устройства для его реализации обладают следующими преимуществами: обеспечивается повышение качества продуктов типа минеральных волокон и минеральной ваты; повышается устойчивость к выщелачиванию экологически опасных неорганических веществ при их иммобилизации в стеклообразующие расплавы; повышается производительность процесса плавления и гомогенизация стеклообразующих расплавов; увеличивается выход годного продукта. Compared with the known, the proposed method and device variants for its implementation have the following advantages: improving the quality of products such as mineral fibers and mineral wool; increases the resistance to leaching of environmentally hazardous inorganic substances during their immobilization in glass-forming melts; the productivity of the melting process and the homogenization of glass-forming melts are increased; product yield increases.

Claims (7)

1. Способ получения продукта из стеклообразующего расплава, включающий подачу и расплавление исходного сырья в индукционной печи с охлаждаемым тиглем, перегрев расплава в зоне плавления и охлаждение в зоне выработок с последующей подачей в средство получения продукта, отличающийся тем, что перегрев расплава в зоне плавления ведут в режиме турбулентного потока расплава, а охлаждение в зоне выработки в режиме ламинарного потока расплава. 1. A method of producing a product from a glass-forming melt, including supplying and melting the feedstock in an induction furnace with a cooled crucible, overheating of the melt in the melting zone and cooling in the workings area, followed by feeding into the product preparation means, characterized in that the melt overheating in the melting zone is in the mode of turbulent melt flow, and cooling in the production zone in the mode of laminar melt flow. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расплав в зоне плавления перегревают на 400 1000oС относительно температуры ликвидуса расплава или температуры верхнего предела его кристаллизации, при этом относительный размер расплава Кm в зоне плавления выбирают в следующих пределах: для круглого сечения зоны плавления 6 14, для неравноосного и квадратного сечения зоны плавления 4 8, причем
Km= D/Δ,
где D характеристический размер расплава в зоне плавления, м;
Δ глубина проникновения тока в расплав в зоне плавления, м, определяемая по формуле
Figure 00000008

где f частота тока источника питания печи, Гц;
κ электропроводность расплава в зоне плавления при заданной температуре, Ом/м;
μo= 4π•10-7 Гн/м магнитная проницаемость вакуума.
2. The method according to p. 1, characterized in that the melt in the melting zone is overheated at 400 1000 o C relative to the liquidus temperature of the melt or the temperature of the upper limit of its crystallization, while the relative size of the melt K m in the melting zone is selected in the following ranges: for round section of the melting zone 6 14, for unequal and square section of the melting zone 4 8, and
K m = D / Δ,
where D is the characteristic size of the melt in the melting zone, m;
Δ depth of current penetration into the melt in the melting zone, m, determined by the formula
Figure 00000008

where f is the current frequency of the furnace power source, Hz;
κ conductivity of the melt in the melting zone at a given temperature, Ohm / m;
μ o = 4π • 10 -7 GN / m the magnetic permeability of vacuum.
3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что охлаждение расплава в зоне выработки ведут при снижении напряженности магнитного поля индуктора на 30 - 90% относительно его значения в зоне плавления. 3. The method according to PP. 1 and 2, characterized in that the cooling of the melt in the production zone is carried out while reducing the magnetic field of the inductor by 30 - 90% relative to its value in the melting zone. 4. Устройство для получения продукта из стеклообразующего расплава, содержащее индукционную печь, состоящую из индуктора и металлического охлаждаемого тигля, снабженного приспособлением выдачи и перегородкой, разделяющей тигель на сообщающиеся зоны плавления и выработки, механизм подачи сырья и средство получения продукта из стеклообразующего расплава, отличающееся тем, что коэффициент заполнения окна индуктора Кз в зоне плавления выбирают по следующим формулам: для круглого поперечного сечения зоны плавления
Figure 00000009

причем Кm выбирают в диапазоне 6,0 14,0, для неравноосного и квадратного поперечного сечения зоны плавления
Кз ≥0,57 Кm 0,4 Ка + 0,11 G (2,1 + Ка) 2,
причем Кm выбирают в диапазоне 4,0 8,0;
где Ка 0,1 0,4 эмпирический коэффициент;
G ≥ 1 параметр, равный отношению размеров поперечного сечения зоны плавления;
Km относительный размер зоны плавления, определяемый из соотношения
Km= D/Δ,
D характеристический размер зоны плавления, м;
Δ глубина проникновения тока в расплав в зоне плавления, м, определяемая по формуле
Figure 00000010

где f частота тока источника питания печи, Гц;
κ электропроводность расплава в зоне плавления при заданной температуре, Ом/м;
mo4•10-7Гн/м магнитная проницаемость вакуума.
4. A device for producing a product from a glass-forming melt, comprising an induction furnace, consisting of an inductor and a metal cooled crucible, equipped with a dispensing device and a partition separating the crucible into communicating melting and working zones, a feed mechanism and a means for producing a product from a glass-forming melt, characterized in that the fill factor of the inductor window K s in the melting zone is selected according to the following formulas: for a round cross section of the melting zone
Figure 00000009

moreover, K m is selected in the range of 6.0 to 14.0, for an unequal and square cross section of the melting zone
K s ≥0.57 K m 0.4 K a + 0.11 G (2.1 + K a ) 2,
where K m is selected in the range of 4.0 to 8.0;
where K a 0.1 0.4 empirical coefficient;
G ≥ 1 parameter, equal to the ratio of the dimensions of the cross section of the melting zone;
K m the relative size of the melting zone, determined from the ratio
K m = D / Δ,
D is the characteristic size of the melting zone, m;
Δ depth of current penetration into the melt in the melting zone, m, determined by the formula
Figure 00000010

where f is the current frequency of the furnace power source, Hz;
κ conductivity of the melt in the melting zone at a given temperature, Ohm / m;
m o 4 • 10 -7 GN / m vacuum magnetic permeability.
5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что коэффициент заполнения окна индуктора в зоне выработки выполняют в 1,4 3,0 раза меньше, чем в зоне плавления. 5. The device according to claim 4, characterized in that the fill factor of the inductor window in the working zone is 1.4 times less than in the melting zone. 6. Устройство для получения продукта из стеклообразующего расплава, содержащее индукционную печь, состоящую из индуктора и металлического охлаждаемого тигля, снабженного приспособлением выдачи и перегородкой, разделяющей тигель на сообщающиеся зоны плавления и выработки, механизм подачи сырья и средство получения продукта из стеклообразующего расплава, отличающееся тем, что оно снабжено короткозамкнутым электрическим контуром, электромагнитно связанным с частью индуктора, охватывающей зону выработки, а коэффициент заполнения окна индуктора Кз в зоне плавления выбирают по следующим формулам: для круглого поперечного сечения зоны плавления
Figure 00000011

причем Km выбирают в диапазоне 6,0 14,0;
для неравноосного и квадратного поперечного сечения зоны плавления
Кз ≥ 0,57 Km 0,4 Ка + 0,11 G (2,1 + Ка) 2,
причем Km выбирают в диапазоне 4,0 8,0;
где Ка 0,1 0,4 эмпирический коэффициент;
G ≥ 1 параметр, равный отношению размеров поперечного сечения зоны плавления;
Km относительный размер зоны плавления, определяемый из соотношения
Km= D/Δ,
D характеристический размер зоны плавления, м;
Δ глубина проникновения тока в расплав в зоне плавления, м, определяемая по формуле
Figure 00000012

где f частота тока источника питания печи, Гц;
κ электропроводность расплава в зоне плавления при заданной температуре, Ом/м;
mo4•10-7Гн/м магнитная проницаемость вакуума.
6. A device for producing a product from a glass-forming melt, comprising an induction furnace consisting of an inductor and a metal cooled crucible equipped with a dispensing device and a baffle separating the crucible into interconnected melting and working zones, a feed mechanism and means for producing a product from a glass-forming melt, characterized in that it is equipped with a short-circuited electric circuit, electromagnetically connected with a part of the inductor, covering the production zone, and the window duty ratio nduktora of K in the melting zone is selected from the following formulas: For circular cross-section of the melting zone
Figure 00000011

moreover, K m choose in the range of 6.0 to 14.0;
for unequal and square cross section of the melting zone
K s ≥ 0.57 K m 0.4 K a + 0.11 G (2.1 + K a ) 2,
moreover, K m selected in the range of 4.0 to 8.0;
where K a 0.1 0.4 empirical coefficient;
G ≥ 1 parameter, equal to the ratio of the dimensions of the cross section of the melting zone;
K m the relative size of the melting zone, determined from the ratio
K m = D / Δ,
D is the characteristic size of the melting zone, m;
Δ depth of current penetration into the melt in the melting zone, m, determined by the formula
Figure 00000012

where f is the current frequency of the furnace power source, Hz;
κ conductivity of the melt in the melting zone at a given temperature, Ohm / m;
m o 4 • 10 -7 GN / m vacuum magnetic permeability.
7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что короткозамкнутый электрический контур выполнен за одно целое с элементами тигля выработочной зоны и/или перегородкой. 7. The device according to p. 6, characterized in that the short-circuited electrical circuit is made in one piece with the elements of the crucible working zone and / or partition.
RU93030735A 1993-06-17 1993-06-17 Method and apparatus for manufacturing product from glass-forming melt (versions) RU2082684C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93030735A RU2082684C1 (en) 1993-06-17 1993-06-17 Method and apparatus for manufacturing product from glass-forming melt (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93030735A RU2082684C1 (en) 1993-06-17 1993-06-17 Method and apparatus for manufacturing product from glass-forming melt (versions)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU93030735A RU93030735A (en) 1995-07-20
RU2082684C1 true RU2082684C1 (en) 1997-06-27

Family

ID=20143020

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93030735A RU2082684C1 (en) 1993-06-17 1993-06-17 Method and apparatus for manufacturing product from glass-forming melt (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2082684C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7604762B2 (en) 2002-05-22 2009-10-20 Ocv Intellectual Capital, Llc High-density glass fibre granules
EP3472110A4 (en) * 2016-06-16 2020-02-26 Biland, Oleksandr Apparatus and process for producing fiber from igneous rock
US11760677B2 (en) 2016-06-16 2023-09-19 Usb I, Llc Apparatus and process for producing fiber from igneous rock

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Горлов Ю.П. Технология теплоизоляционных и акустических материалов и изделий. - М., 1989, с. 120 - 131. 2. Авторское свидетельство СССР N 1209617, кл. C 03 B 37/09, 1986. 3. Заявка ФРГ N 3841219, кл. A 62 D 3/00, 1990. 4. Петров Ю.Б., Канаев И.А. Индукционные печи для плавки оксидов. - Л., 1991, с. 52 - 54. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7604762B2 (en) 2002-05-22 2009-10-20 Ocv Intellectual Capital, Llc High-density glass fibre granules
EP3472110A4 (en) * 2016-06-16 2020-02-26 Biland, Oleksandr Apparatus and process for producing fiber from igneous rock
US11760677B2 (en) 2016-06-16 2023-09-19 Usb I, Llc Apparatus and process for producing fiber from igneous rock
EP4219417A3 (en) * 2016-06-16 2023-11-15 Biland, Oleksandr Apparatus and process for producing fiber from igneous rock

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101405231B (en) Method for temperature manipulation of a melt
US7296441B2 (en) Device and method for melting a substance with the occurrence of a low level of contamination
US6909075B2 (en) Method and apparatus for heat treatment of raw materials
US7388896B2 (en) Induction melter apparatus
US7730745B2 (en) Vitrification furnace with dual heating means
KR100582424B1 (en) Skull pot for melting or refining inorganic substances
JP4593109B2 (en) Method and apparatus for melting metal
JPS5837255B2 (en) Method and apparatus for homogenizing and fining glass
KR100590694B1 (en) An apparatus for the continuous melting and refining of inorganic compounds, especially glasses and glass ceramics, and operating method thereof
CA1240727A (en) High frequency induction melting furnace and process for the production of ceramic materials using this furnace
EP0369642A2 (en) Method of melting materials
JP7025405B2 (en) Melting method of reactive glass and glass ceramic and its melting device
US3636293A (en) Method and apparatus for melting vitreous-type materials
RU2082684C1 (en) Method and apparatus for manufacturing product from glass-forming melt (versions)
JP6907184B2 (en) Treatment of basalt by electrically induction heating and melting
JPS6310555B2 (en)
KR100510196B1 (en) Continuous type fusion furnace system for frit production
US11760677B2 (en) Apparatus and process for producing fiber from igneous rock
US4638490A (en) Melting furnaces
EP3472110B1 (en) Apparatus and process for producing fiber from igneous rock
JPH0248420A (en) Method and equipment for thermally melting corrosive material
RU2175955C2 (en) Method and device for producing superfine fibers from magmatic rock
Moore et al. Method and apparatus for melting metals
JP2002234734A (en) Glass fusion furnace
JPH10307200A (en) Melting processing method and device for radioactive solid waste