RU2214371C2

RU2214371C2 - Plant to produce predominantly superfine basalt fiber from mineral refractory melts

Info

Publication number: RU2214371C2
Application number: RU2001134972A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Денисов; В.В. Гурьев; Е.И. Непрошин; Б.Н. Борисов; Ю.С. Свирчук; М.Н. Полянский; В.М. Дорофеев; В.Б. Федотов; П.Д. Журавлев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма Стройпрогресс-Новый век"
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2003-10-20

Abstract

FIELD: building materials industry. SUBSTANCE: invention can be used for production of high-temperature insulation materials from superfine, predominantly, basalt fiber. Plant to produce superfine basalt fiber from mineral refractory melts comprises container of mineral refractory melts in the form of funnel-stabilizer. Funnel-stabilizer is joined to vertex of pyramidal reactor with conical working space which communicates by means of through conduits with sections of plasma generator. Each section of plasma generator comes in the form of plasma burner linked under excessive pressure to source of gaseous energy carrier. Base of conical working space of reactor is coupled with the help of water- cooled adapter to refractory lining to form central vertical feeding conduit with upper zone of diffuser of blasting head. Blasting head has tangent nozzles in zone of fiber drawing connected through ring distributing collector to pipe-line supplying hot gaseous energy carrier under pressure. EFFECT: reduced number of non-fibrous inclusions, increased handling convenience, diminished energy capacity and prolonged service life of plant. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при производстве высокотемпературных изоляционных материалов из супертонкого, преимущественно базальтового, волокна. The invention relates to the building materials industry and can be used in the manufacture of high-temperature insulation materials from superthin, mainly basalt fiber.

Известен из технической литературы, см. А.М. Лактюшин и В.Л.Сергеев. "Анализ процессов тепломассообмена при получении минеральных микроволокон плазменными методами", г. Минск, "АНК Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова АНБ", 1996, сс. 23, 24, рис.5, плазменный реактор волокнообразования в виде прямоугольной камеры, выполненной из меди с каналами охлаждения внутри тела пластин, образующих камеру. Плазмотрон, установленный вертикально, подсоединен к верхней части реактора, а канал для ввода дисперсного материала расположен в задней стенке над наклонной площадкой. Для выравнивания температуры плазменной струи, поступающей закрученным потоком из плазмотрона, на внутренних стенках камеры выполнена несквозная перфорация. Known from technical literature, see A.M. Laktyushin and V.L.Sergeev. "Analysis of heat and mass transfer processes in the production of mineral microfibers by plasma methods", Minsk, "ANK Institute of heat and mass transfer named after A. V. Lykov ANB", 1996, pp. 23, 24, Fig. 5, a plasma fiber-forming reactor in the form of a rectangular chamber made of copper with cooling channels inside the body of the plates forming the chamber. A plasma torch mounted vertically is connected to the upper part of the reactor, and a channel for introducing dispersed material is located in the rear wall above the inclined platform. To equalize the temperature of the plasma jet entering the swirling stream from the plasma torch, through-hole perforation was performed on the inner walls of the chamber.

Недостатками указанного агрегата является невозможность его использования для промышленного получения высокотемпературного расплава из оксидосодержащих тугоплавких горных пород, например базальта, так как оптимальная температура для вытяжки из последних супертонкого, преимущественно базальтового волокна значительно выше, чем достигаемая в нем, позволяющая получать низкотемпературный минеральный расплав. The disadvantages of this unit is the impossibility of its use for the industrial production of high-temperature melt from oxide-containing refractory rocks, for example basalt, since the optimum temperature for drawing from the latter super-thin, mainly basalt fiber is much higher than that achieved in it, which allows to obtain a low-temperature mineral melt.

Наиболее близкой к предложенной установке для получения из тугоплавких минеральных расплавов супертонкого, преимущественно базальтового, волокна является известная из патента Российской Федерации 2149840, кл. С 03 В 37/10, 1998 г., дутьевая головка для получения минерального волокна, содержащая приемник расплава с расходным окном в днище, связанным посредством сквозного вертикального подающего канала с верхней зоной диффузора дутьевой головки с рабочими тангенциальными соплами в ее диспергирующей зоне, подключенными через кольцевой раздаточный коллектор к трубопроводу подачи под давлением горячего газообразного энергоносителя. Closest to the proposed installation for obtaining from refractory mineral melts superthin, mainly basalt, fiber is known from the patent of the Russian Federation 2149840, class. From 03 to 37/10, 1998, a blasting head for producing mineral fiber, comprising a melt receiver with a consumable window in the bottom connected via a through vertical feed channel to the upper zone of the blasting head diffuser with working tangential nozzles in its dispersing zone connected through annular distributing manifold to the supply pipeline under pressure of a hot gaseous energy carrier.

Недостатками известной дутьевой головки для получения минерального волокна является невозможность использования в ней высокотемпературного расплава из оксидосодержащих тугоплавких горных пород, например базальта, так как оптимальная температура вытяжки из последних супертонкого волокна значительно выше, чем допускаемая температура нагрева шихты в плавильной ванне используемой для этой цели нагревательной печи. The disadvantages of the known blasting head for producing mineral fiber is the impossibility of using a high-temperature melt from oxide-containing refractory rocks, for example basalt, since the optimum temperature of drawing from the last superthin fiber is much higher than the permissible temperature of heating the charge in the melting bath of the heating furnace used for this purpose .

Целью изобретения является обеспечение возможности получения супертонкого волокна из высокотемпературного расплава оксидосодержащих тугоплавких горных пород, например базальта, при одновременном снижении количества неволокнистых включений, удобства эксплуатации, уменьшения удельной энергоемкости и увеличения срока службы. The aim of the invention is to provide the possibility of obtaining superthin fiber from a high-temperature melt of oxide-containing refractory rocks, such as basalt, while reducing the number of non-fibrous inclusions, ease of use, reducing specific energy consumption and increasing service life.

Указанная цель достигается тем, что установка для получения из тугоплавких минеральных расплавов супертонкого, преимущественно базальтового, волокна, содержащая приемник расплава с расходным окном в днище, связанным посредством сквозного вертикального подающего канала с верхней зоной диффузора дутьевой головки с рабочими тангенциальными соплами в ее диспергирующей зоне, подключенными через кольцевой раздаточный коллектор к трубопроводу подачи под давлением горячего газообразного энергоносителя, снабжена устройством нагрева тугоплавкого минерального расплава до температуры вытяжки супертонкого волокна в виде составного из отдельных секций плазмотрона и соединенного с нижней частью приемника огнеупорного пирамидального реактора с конической рабочей полостью, сообщающейся посредством наклонных в вертикальной плоскости и перпендикулярных поверхностям его наружных граней сквозных каналов с закрепленными соосно им на гранях огнеупорного пирамидального реактора секций плазмотрона, каждая из которых выполнена в виде плазменной горелки, подключенной к источнику подачи под избыточным давлением газообразного энергоносителя, при этом основание конической рабочей полости огнеупорного пирамидального реактора соединено при помощи водоохлаждаемого проставка с огнеупорной облицовкой, образующей центральный вертикальный подающий канал с верхней зоной диффузора дутьевой головки, при этом приемник расплава выполнен в виде огнеупорной воронки-стабилизатора гидравлического давления и скорости истечения расплава, соединенной с вершиной конической рабочей полости огнеупорного пирамидального реактора, а углы наклона α и β в вертикальной плоскости осей секций плазмотрона и оси тангенциальных сопел в зоне вытяжки волокна диффузора дутьевой головки равны соответственно 30 - 60^o и 10-18^o, причем углы φ и ω наклона образующих поверхностей огнеупорной воронки-стабилизатора и конической рабочей полости огнеупорного пирамидального реактора не превышают соответственно 60 и 15^o.This goal is achieved by the fact that the installation for producing super-thin, mainly basalt, fibers from refractory mineral melts, comprising a melt receiver with a flow-through window in the bottom, connected through a vertical feed channel with the upper zone of the diffuser of the blow head with working tangential nozzles in its dispersing zone, connected through an annular dispensing manifold to a hot gaseous energy carrier supply line under pressure, equipped with a heating device of a mineral melt to a drawing temperature of a superthin fiber in the form of a composite refractory pyramidal reactor connected to the lower part of the receiver with a conical working cavity communicating through the channels inclined in the vertical plane and perpendicular to the surfaces of its outer faces with the refractory channels fixed coaxially to them pyramidal reactor sections of a plasma torch, each of which is made in the form of a plasma torch connected to a source at the supply of a gaseous energy carrier under excess pressure, while the base of the conical working cavity of the refractory pyramidal reactor is connected by means of a water-cooled spacer with a refractory lining, forming a central vertical supply channel with the upper zone of the diffuser of the blasting head, while the melt receiver is made in the form of a refractory funnel-stabilizer hydraulic pressure and flow rate of the melt connected to the top of the conical working cavity of the refractory pyramidal reaction torus, and the angles of inclination α and β in the vertical plane of the axes of the sections of the plasma torch and the axis of the tangential nozzles in the drawing zone of the fiber of the diffuser of the blasting head are equal to 30-60 ^o and 10-18 ^o , respectively, with the angles φ and ω of the inclination of the forming surfaces of the refractory stabilizer funnel and the conical working cavity of the refractory pyramidal reactor does not exceed 60 and 15 ^o, respectively.

Кроме того, в установке для получения из тугоплавких минеральных расплавов супертонкого, преимущественно базальтового, волокна центральное фигурное расходное окно огнеупорной воронки-стабилизатора может быть выполнено щелевидным. In addition, in the installation for producing superfine, mainly basalt, fiber from refractory mineral melts, the central figured expendable window of the refractory stabilizer funnel can be made slit-like.

Сущность и конструкция предлагаемой установки для получения из тугоплавких минеральных расплавов супертонкого, преимущественно базальтового, волокна поясняется нижеследующим чертежом, на котором схематично изображен общий вид установки для получения из тугоплавких минеральных расплавов супертонкого, преимущественно базальтового, волокна в разрезе. The essence and design of the proposed installation for producing superfine, mainly basalt, fiber from refractory mineral melts is illustrated by the following drawing, which schematically depicts a general view of a sectional view of a superfine, mainly basalt, fiber from refractory mineral melts.

Установка для получения из тугоплавких минеральных расплавов супертонкого, преимущественно базальтового, волокна состоит из расположенного под раздаточным концом наклонного сменного сливного желоба (на чертеже условно не показано), приемника тугоплавких минеральных расплавов, выполненного в виде в виде огнеупорной воронки-стабилизатора 1 гидравлического давления и скорости истечения расплава. Огнеупорная воронка-стабилизатор 1 соединена с вершиной огнеупорного пирамидального реактора 2 с конической рабочей полостью 3, которая сообщается посредством наклонных в вертикальной плоскости и перпендикулярных граням 4 наружной поверхности реактора 2 сквозных каналов 5, каждый из которых связан с соосной с ним и закрепленной на гране 4 секцией плазмотрона, выполненной в виде плазменной горелки 6. Каждая плазменная горелка 6 подключена к источнику подачи под избыточным давлением газообразного энергоносителя (на чертеже условно не показано). Основание огнеупорного пирамидального реактора 2 с конической рабочей полостью 3 соединено с водоохлаждаемым проставком 7, имеющим наружную полую рубашку 8, соединенную с источником подачи воды (на чертеже условно не показано) и огнеупорную облицовку 9, образующий центральный вертикальный подающий канал 10. Центральный вертикальный подающий канал 10 проставка 7 сообщается с верхней зоной диффузора 11, закрепленной на проставке 7 дутьевой головки 12. Дутьевая головка 12 имеет в зоне вытяжки волокна диффузора 11 тангенциальные сопла 13, подключенные через кольцевой раздаточный коллектор 14 к трубопроводу (на чертеже условно не показано) подачи под давлением горячего газообразного энергоносителя. Углы наклона α и β в вертикальной плоскости осей плазменных горелок 5 и оси тангенциальных сопел 13 в зоне вытяжки супертонкого, преимущественно базальтового, волокна диффузора 11 дутьевой головки 12 равны соответственно 30 - 60^o и 10 - 18^o, причем углы наклона φ и ω образующих поверхностей огнеупорной воронки-стабилизатора 1 и конической рабочей полости 3 огнеупорного пирамидального реактора 2 не превышают соответственно 60 и 15^o.The installation for producing superfine, mainly basalt, fiber from refractory mineral melts consists of an inclined removable drain trough located below the distributing end (not shown conventionally in the drawing), a receiver of refractory mineral melts, made in the form of a refractory funnel-stabilizer 1 of hydraulic pressure and speed expiration of the melt. The refractory funnel-stabilizer 1 is connected to the top of the refractory pyramidal reactor 2 with a conical working cavity 3, which communicates through the inclined channels 5, inclined in the vertical plane and perpendicular to the faces 4 of the outer surface of the reactor 2, each of which is connected with it and fixed to the face 4 section of the plasma torch, made in the form of a plasma torch 6. Each plasma torch 6 is connected to a supply source under excessive pressure of a gaseous energy carrier (not conventionally shown in the drawing ano). The base of the refractory pyramidal reactor 2 with a conical working cavity 3 is connected to a water-cooled spacer 7 having an outer hollow jacket 8 connected to a water supply source (not shown conventionally in the drawing) and a refractory lining 9 forming a central vertical supply channel 10. Central vertical supply channel 10, the spacer 7 communicates with the upper zone of the diffuser 11, mounted on the spacer 7 of the blower head 12. The blower head 12 has tangential nozzles 13 in the drawing zone of the fiber of the diffuser 11 connected e through the annular manifold 14 to the dispensing line (the drawing is not shown) for feeding pressurized hot gaseous energy carrier. The inclination angles α and β in the vertical plane of the axes of the plasma torches 5 and the axis of the tangential nozzles 13 in the drawing zone of the superthin, mainly basalt, fiber of the diffuser 11 of the blasting head 12 are 30-60 ^° and 10-18 ^° , respectively, and the inclination angles φ and ω of the generators the surfaces of the refractory funnel-stabilizer 1 and the conical working cavity 3 of the refractory pyramidal reactor 2 do not exceed 60 and 15 ^o, respectively.

Работает установка для получения из тугоплавких минеральных расплавов супертонкого, преимущественно базальтового, волокна следующим образом. Струя тугоплавкого минерального расплава из ванны плавильной печи (на чертеже условно не показано) поступает в огнеупорную воронку-стабилизатор 1 гидравлического давления и скорости истечения тугоплавкого минерального расплава. Из огнеупорной воронки-стабилизатора 1 струя тугоплавкого минерального расплава подается в коническую рабочую полость 3 огнеупорного пирамидального реактора 2. В конической рабочей полости 3 струя тугоплавкого минерального расплава для снижения вязкости нагревается воздействием истекаемых из плазменных горелок 6 струй высокотемпературной плазмы, смешанной с подаваемым под избыточным давлением газообразным энергоносителем и поступающей по наклонным в вертикальных плоскостях сквозным каналам 5. Затем нагретый до температуры вытяжки волокна тугоплавкий минеральный расплав из конической рабочей полости 3 огнеупорного пирамидального реактора 2 поступает по центральному вертикальному подающему каналу 10 водоохлаждаемого проставка 7 с огнеупорной облицовкой 9 в верхнюю зону диффузора 11 дутьевой головки 12. Из верхней зоны диффузора 11 дутьевой головки 12 нагретая до температуры вытяжки супертонкого волокна струя тугоплавкого минерального расплава поступает в расположенную ниже зону вытяжки диффузора 11, где подвергается воздействию струй поступающего через тангенциальные сопла 13 из кольцевого раздаточного коллектора 14 под давлением нагретого до 300^oС газообразного энергоносителя. Под воздействием нагретого газообразного энергоносителя, истекающего из тангенциальных сопел 13, струя тугоплавкого минерального расплава диспергируется на несвязанные между собой частицы, которые при этом вытягиваются в супертонкое волокно, благодаря тому, что снижается скорость охлаждения указанных частиц тугоплавкого минерального расплава.The installation for producing superfine, mainly basaltic fiber from refractory mineral melts is as follows. The jet of refractory mineral melt from the bath of the melting furnace (not shown conventionally in the drawing) enters the refractory funnel-stabilizer 1 of hydraulic pressure and the flow rate of the refractory mineral melt. From a refractory stabilizer funnel 1, a jet of refractory mineral melt is fed into a conical working cavity 3 of a refractory pyramidal reactor 2. In a conical working cavity 3 a jet of refractory mineral melt is heated by 6 jets of high-temperature plasma flowing from a plasma burner mixed with pressurized feed pressure gaseous energy carrier and flowing through through channels inclined in vertical planes 5. Then heated to a draw temperature refractory mineral melt from the conical working cavity 3 of the refractory pyramidal reactor 2 enters the central vertical feed channel 10 of a water-cooled spacer 7 with refractory lining 9 into the upper zone of the diffuser 11 of the blasting head 12. From the upper zone of the diffuser 11 of the blasting head 12 heated to a drawing temperature of a superthin fiber a jet of refractory mineral melt enters the lower drawing zone of the diffuser 11, where it is exposed to jets entering through the tangential throttled nozzles 13 from the annular distribution manifold 14 under the pressure of a gaseous energy carrier heated to 300 ^{° C.} Under the influence of a heated gaseous energy carrier flowing out from the tangential nozzles 13, the jet of the refractory mineral melt is dispersed onto unbound particles, which are pulled into a superthin fiber, due to the fact that the cooling rate of these particles of the refractory mineral melt decreases.

Claims

1. Installation for producing superfine, mainly basalt, fibers from refractory mineral melts, comprising a melt receiver with a consumable window in the bottom connected by a through vertical feed channel to the upper zone of the blasting head diffuser with working tangential nozzles in its dispersing zone connected through an annular dispensing manifold to a hot gaseous energy carrier supply pressure line, characterized in that it is equipped with a device for heating refractory mines up to a drawing temperature of a superthin fiber in the form of a pyramidal refractory reactor connected to the lower part of the receiver and connected to the lower part of the receiver with a conical working cavity communicating through the channels, inclined in the vertical plane and perpendicular to the surfaces of its outer faces, with the pyramidal refractory channels fixed coaxially with it reactor sections of a plasma torch, each of which is made in the form of a plasma torch connected to a supply source through the excess pressure of the gaseous energy carrier, while the base of the conical working cavity of the refractory pyramidal reactor is connected using a water-cooled spacer with refractory lining, forming a central vertical feed channel with the upper zone of the blast head diffuser, while the melt receiver is made in the form of a refractory funnel-stabilizer of hydraulic pressure and speed the flow of the melt connected to the top of the conical working cavity of the refractory pyramidal reactor, and the angles the inclination of α and β in the vertical plane of the axes of the plasma torches and the axis of the tangential nozzles in the drawing zone of the fiber of the diffuser of the blasting head are 30-60 and 10-18 ^o respectively, and the angles φ and ω of the inclination of the forming surfaces of the refractory funnel-stabilizer of the conical working cavity of the refractory pyramidal reactor do not exceed respectively 60 and 15 ^o .

2. Installation according to claim 1, characterized in that the central curly expendable window of the refractory funnel-stabilizer is slit-shaped.