RU2385298C1

RU2385298C1 - Draw plate feeder

Info

Publication number: RU2385298C1
Application number: RU2008136603/03A
Authority: RU
Inventors: Андрей Иванович Журавлев (RU); Андрей Иванович Журавлев; Сергей Петрович Оснос (UA); Сергей Петрович Оснос; Владимир Фатихович Ахмадеев (RU); Владимир Фатихович Ахмадеев
Original assignee: ООО "НПО "Вулкан"
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2010-03-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: draw plate feeder is used for production of continuous basalt fibre of high strength with diametre of fibres from 6 to 18 mcm under mode of round the clock basalt melting processing. The draw plate feeder consists of an upper case, of a filling slit in the upper case, of a lower case, of a filter, of a drain bushing, of a flange, of current ducts, of vertical ribs with an internal profiled channel. The internal channel is made as a chord, height of which at the middle of the channel is p=0.24-0.26 of half of sum of radii of holes at inlet and outlet of draw plates channel. The shape of the draw plates channel facilitates equalising rates of melt basalt flow along section of the draw plate channel, and also uniform distribution of melt temperature by height of the draw plate channel.

EFFECT: elimination of drop-shaped surfaces of drawing on edges of outlet holes considerably deteriorating quality of produced continuous fibre.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области производства волокна из неорганических расплавов, в частности непрерывного базальтового волокна (НБВ), и касается фильерного питателя для получения струи базальта для переработки расплава в непрерывное волокно.The invention relates to the production of fiber from inorganic melts, in particular continuous basalt fiber (CBF), and relates to a spinneret feeder for producing a basalt jet for processing the melt into continuous fiber.

В предлагаемом изобретении разработан фильерный питатель с профилированными фильерами, имеющий не менее 200 фильер на фильерной пластине питателя, обеспечивающий устойчивую струю расплавленного базальта для переработки расплава в непрерывное прочное волокно без образования каплеобразной поверхности натяжения расплавленного базальта на выходе из фильеры и налипания его на наружной поверхности фильеры.The present invention has developed a die feeder with profiled dies, having at least 200 dies on the die plate of the feeder, providing a stable jet of molten basalt for processing the melt into a continuous strong fiber without forming a droplet-like tension surface of the molten basalt at the exit of the die and sticking it to the outer surface of the die .

Существует огромный глобальный рынок волокон (см. журнал Капстроительство №3, 2002 г., Ветров Ю.И. «Базальтовые вариации»). Это специальные виды стекловолокна, углеволокна, минеральные, асбестовые, кремнеземные и др. Перечисленные волокна различаются по своим свойствам выдерживать механические, химические, температурные воздействия своей стоимостью.There is a huge global fiber market (see Kapstroitelstvo magazine No. 3, 2002, Yu.I. Vetrov, “Basalt Variations”). These are special types of fiberglass, carbon fiber, mineral, asbestos, silica, etc. The listed fibers differ in their properties to withstand mechanical, chemical, temperature effects by their value.

Анализ отечественной и зарубежной литературы показывает, что наступает эра базальтовых волокон (см. журнал «Химическая промышленность Украины» №1, 2003 г. Новицкий А.Г. «Особенности получения непрерывного стойкого базальтового волокна, которые обладают высокими прочностными свойствами: удельная прочность базальтового волокна в 2,5 раза превышает прочность легированных сталей, в 1,5 раза прочность стекловолокна, температурный диапазон эксплуатации (-200°С÷+600°С). Непрерывное базальтовое волокно обладает высокой коррозионной и химической стойкостью к воздействию агрессивных сред: растворов солей, кислот и особенно щелочей»).An analysis of domestic and foreign literature shows that the era of basalt fibers is coming (see Journal of the Chemical Industry of Ukraine No. 1, 2003. Novitsky AG “Features of obtaining continuous stable basalt fiber that have high strength properties: specific strength of basalt fiber 2.5 times higher than the strength of alloy steels, 1.5 times the strength of fiberglass, operating temperature range (-200 ° С ÷ + 600 ° С). Continuous basalt fiber has a high corrosion and chemical resistance resistance to aggressive environments: solutions of salts, acids and especially alkalis ").

Сырье для производства непрерывного базальтового волокна - одно из самых дешевых в природе, легкодоступное, добывается карьерами повсеместно. Как правило, это горные базальтовые породы или базальт-подобные породы (попросту «щебенка») для дорожного строительства, только меньшей фракции (5…10 мм, 10-15 мм, 8-12 мм).Raw materials for the production of continuous basalt fiber - one of the cheapest in nature, readily available, quarried everywhere. As a rule, these are mountain basalt rocks or basalt-like rocks (simply “gravel”) for road construction, only a smaller fraction (5 ... 10 mm, 10-15 mm, 8-12 mm).

В соответствии с патенто-информационными исследованиями разработано достаточно большое количество питателей для выработки волокна из минеральных расплавов из фидера плавильной печи, например, стекловолокон, технология получения которых близка по сути с производством непрерывного базальтового волокна.In accordance with patent information research, a sufficiently large number of feeders have been developed for the production of fibers from mineral melts from the feeder of a melting furnace, for example, glass fibers, the production technology of which is similar in essence to the production of continuous basalt fiber.

Известен струйный питатель (см. например, заявку СССР №1136410/28-12 по авт.свид. 238737 по классу 32 а 5/26 за 1969 г.), который выполнен в виде конусного сосуда с выпускным отверстием. Питатель вмонтирован в газовую топку, в огневом пространстве которой имеется решетчатая стенка для стабилизации процесса горения. Для обеспечения устойчивого и полного горения, а также для подогрева вытекающей струи расплава топка выполнена со щелевым отверстием, образованным нижней стенкой корпуса топки и поверхностью сосуда и стабилизаторами горения, расположенными внутри топки.Known jet feeder (see, for example, application of the USSR No. 1136410 / 28-12 according to author certificate 238737 according to class 32 a 5/26 for 1969), which is made in the form of a conical vessel with an outlet. The feeder is mounted in a gas furnace, in the firing space of which there is a lattice wall to stabilize the combustion process. To ensure stable and complete combustion, as well as to heat the flowing stream of the melt, the furnace is made with a slit hole formed by the lower wall of the furnace body and the surface of the vessel and combustion stabilizers located inside the furnace.

Основной недостаток данного струйного питателя заключается в том, что он имеет сложную конструкцию и обладает исключительно малой производительностью из-за наличия только одного выпускного отверстия для получения волокна.The main disadvantage of this jet feeder is that it has a complex structure and has extremely low productivity due to the presence of only one outlet for producing fiber.

Известны также устройство для подачи стекломассы (см. например, заявку СССР №1150741/29-33, авт.свид. 461908 по классу С03В 37/00 за 1975 г.) и струйный питатель для подачи минеральных расплавов (см. например, заявку СССР №3698924/29-33 по классу С03В 37/09, авт.свид. 1211230 за 1986 г.). В отличие от предыдущей заявки они имеют питатель большей производительности за счет наличия определенного количества выпускных отверстий для получения волокон. Однако наличие платино-родиевой трубки с двумя конусообразными токоподводами между фидером ванны печи и фильерным питателем усложняет эти конструкции, существенно повышает энергозатраты для выработки волокна, значительно повышает стоимость установок из-за наличия достаточно протяженной дорогостоящей платино-родиевой трубки.A device for supplying glass melt is also known (see, for example, USSR application No. 1150741 / 29-33, author certificate 461908 according to class C03B 37/00 for 1975) and a jet feeder for supplying mineral melts (see, for example, USSR application No. 3698924 / 29-33 according to class С03В 37/09, ed. Certificate 1211230 for 1986). Unlike the previous application, they have a feeder of greater productivity due to the presence of a certain number of outlets for producing fibers. However, the presence of a platinum-rhodium tube with two cone-shaped current leads between the furnace bath feeder and the die feeder complicates these designs, significantly increases the energy consumption for fiber production, and significantly increases the cost of installations due to the presence of a rather long expensive platinum-rhodium tube.

Известен также щелевой фильерный питатель (см. заявку UA на полезную модель №u200503804 по классу G03В 37/00, авт.свид. 12855 за 2006 г.), принятый авторами за прототип. Он включает верхний корпус с заливочной щелью, нижний корпус, фильтровальную сетку, фильерную пластину, фланец крепления, токоподводы с вертикальными ребрами и фильеры. Данная конструкция щелевого фильерного питателя обеспечивает достаточно постоянную температуру расплава на фильерной пластине, что обеспечивает преобразование расплава базальта в непрерывное волокно с незначительными разбросами диаметра нити волокна. Наличие 200 фильер на питателе обеспечивает высокую производительность по выработке непрерывного базальтового волокна.Also known slot-hole die feeder (see UA application for utility model No. u200503804 in class G03B 37/00, author certificate 12855 for 2006), adopted by the authors for the prototype. It includes an upper housing with a casting slot, a lower housing, a filter screen, a die plate, a mounting flange, current leads with vertical ribs and dies. This design of a slotted spinneret feeder provides a fairly constant melt temperature on the spinneret plate, which ensures the transformation of basalt melt into a continuous fiber with insignificant variations in the diameter of the fiber filament. The presence of 200 dies on the feeder provides high productivity for the production of continuous basalt fiber.

Основным недостатком щелевого фильерного питателя-прототипа является образование на срезе выходного отверстия фильер каплеобразной поверхности натяжения расплава базальта, которая по мере выхода из фильер расплава базальта разрастается и подымается за счет трения по боковой наружной поверхности фильер, выступающей из фильерной пластины наружу. В питателе-прототипе канал фильер имеет цилиндрическую форму с постоянным диаметром по всей длине канала фильер. Так как со стороны фильерной пластины находится холодильник для остывания расплава базальта для преобразования его в непрерывное волокно, вязкость расплава базальта на выходе из фильер резко возрастает, в результате чего образуется поверхность натяжения на срезе выходного отверстия фильер, что снижает прочность нити волокна, приводит к существенному разбросу диаметра нити волокна и ее порыву.The main disadvantage of the slotted die-type feeder prototype is the formation of a droplet-like surface of basalt melt tension on the exit section of the nozzles of the nozzles, which, as the basalt melt leaves the nozzles, grows and rises due to friction along the lateral outer surface of the nozzles protruding outward from the die plate. In the prototype feeder, the die channel has a cylindrical shape with a constant diameter along the entire length of the die channel. Since there is a cooler on the side of the spinneret plate for cooling the basalt melt to transform it into a continuous fiber, the viscosity of the basalt melt at the outlet of the spinnerets increases sharply, as a result of which a tension surface forms at the exit section of the spinnerets, which reduces the strength of the fiber filament, leading to a significant the variation in the diameter of the fiber thread and its impulse.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и создание фильерного питателя, у которого отсутствует каплеобразование расплавленного базальта на срезе выходного отверстия фильер и тем самым обеспечивает непрерывное преобразование расплава базальта в непрерывное прочное волокно с практически постоянным диаметром нити волокна.An object of the present invention is to remedy these drawbacks and create a spinneret feeder that does not drip molten basalt at the exit section of the spinnerets and thereby provides continuous transformation of the basalt melt into a continuous strong fiber with an almost constant fiber filament diameter.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в том, что канал фильер питателя в продольном разрезе выполнен в виде хорды, высота которой на середине канала составляет h=0,15-0,25 от половины суммы радиусов отверстий на входе и выходе канала фильер.The technical result of the invention is that the channel of the feeder dies in longitudinal section is made in the form of a chord, the height of which in the middle of the channel is h = 0.15-0.25 from half the sum of the radii of the holes at the inlet and outlet of the die channel.

На фиг.1 изображен фильерный питатель, общий вид. Он имеет верхний корпус 1, заливную щель 2 в верхнем корпусе 1 по центру, нижний корпус 3, фильтровальную сетку 4, фильерную пластину 5, фланец 6, токоподводы 7, вертикальные ребра 8, фильеры 9 с внутренним каналом 10.Figure 1 shows a spinneret feeder, a General view. It has an upper case 1, a filler slot 2 in the upper case 1 in the center, a lower case 3, a filter screen 4, a die plate 5, a flange 6, current leads 7, vertical ribs 8, and a die 9 with an internal channel 10.

Продольный разрез фильер 9 с профилированным каналом 10 и истекающей струей 11 расплава базальта представлены на фиг.2, - разрез А-А на фиг.1., на фиг.3 представлен продольный разрез фильер с цилиндрическим каналом 12 щелевого фильерного питателя-прототипа с каплеобразной струей 13 расплавленного базальта на срезе выходного отверстия фильер.A longitudinal section of dies 9 with a profiled channel 10 and a flowing out stream of basalt melt 11 is shown in FIG. 2, section A-A in FIG. 1., FIG. 3 shows a longitudinal section of dies with a cylindrical channel 12 of a slotted die-type prototype feeder with a drop a jet of 13 molten basalt on a section of the outlet of the dies.

Работа предложенного фильерного смесителя осуществляется следующим образом.The work of the proposed spinneret mixer is as follows.

Верхний корпус питателя 1 обеспечивает достаточный разогрев расплава базальта по периметру питателя, конструктивно форма заливной щели 2 задает уровень расплава над фильерной пластиной 5. Заливная щель 2 выполнена в теле верхнего корпуса 1 по центру и выглядит подобно лейке, края которой загнуты в середину фильерного питателя. Такая конструкция заливной щели 2 обеспечивает минимальное сопротивление прохождению потока расплава базальта и минимальные тепловые потери при подаче расплава в фильерный питатель.The upper housing of the feeder 1 provides sufficient heating of the basalt melt along the perimeter of the feeder, structurally the shape of the filler slot 2 sets the melt level above the die plate 5. The filler slot 2 is made in the center of the upper housing 1 and looks like a watering can, the edges of which are bent in the middle of the die feeder. This design of the filler slit 2 provides minimal resistance to the passage of the basalt melt flow and minimal heat loss when the melt is fed into the die feeder.

Фильерная сетка 4 обеспечивает фильтрацию расплава базальта, организацию расплава базальта от краев питателя до центра фильерной пластины 5, стабилизацию температуры расплава в заданном интервале температур по всей площади фильерной пластины 5. Для необходимого прохождения тока через верхний и нижний корпусы 1, 3 и обеспечения равномерного нагрева элементов фильерного питателя установлены вертикальные ребра 8. Горизонтальное размещение токоподводов 7 позволяет упростить конструкцию фильерного питателя и дает возможность разместить его непосредственно в расплаве базальта. Фланец 6 предназначен для крепления фильерного питателя в водоохлаждающий холодильник. Фланец 6 имеет поперечные зигзагоподобные вырезы для снижения теплозатрат и затрат электроэнергии при работе питателя. По такому фланцу проходит электрический ток. Фланец 6 имеет малую площадь для теплоподвода. Это позволяет снизить затраты электроэнергии и теплозатраты через фланец 6 при работе фильерного питателя.The die mesh 4 provides filtration of the basalt melt, the organization of basalt melt from the edges of the feeder to the center of the die plate 5, stabilization of the melt temperature in a given temperature range over the entire area of the die plate 5. For the necessary passage of current through the upper and lower cases 1, 3 and to ensure uniform heating vertical ribs 8 are installed of the die elements of the feeder. The horizontal arrangement of current leads 7 allows to simplify the design of the die feeder and makes it possible to place it o directly in the basalt melt. Flange 6 is designed to mount the spinneret feeder in a water-cooled refrigerator. Flange 6 has transverse zigzag cuts to reduce heat and energy consumption during the operation of the feeder. An electric current flows through such a flange. Flange 6 has a small area for heat supply. This allows you to reduce the cost of electricity and heat through the flange 6 during operation of the die feeder.

Внутренний канал 10 фильер 9 (см. фиг.2) выполнен в виде хорды 14, высота которой 15 на середине канала 10 составляет h=0,24-0,26 от половины суммы радиусов отверстий на входе 16 и выходе 17 канала 10 фильер 9. На основе многочисленных экспериментальных исследований влияния конструкций каналов фильерных питателей на изготовление непрерывных базальтовых волокон авторами изобретения было установлено, что большое влияние на качественное изготовление волокон высокой прочности и требуемого диаметра 6-18 мкм оказывает форма канала 10 фильер 9 питателя.The inner channel 10 of the die 9 (see Fig. 2) is made in the form of a chord 14, the height of which 15 in the middle of the channel 10 is h = 0.24-0.26 from half the sum of the radii of the holes at the inlet 16 and the exit 17 of the channel 10 of the die 9 On the basis of numerous experimental studies of the influence of the design of the channels of spinneret feeders on the manufacture of continuous basalt fibers, the inventors found that the shape of the channel 10 of the nozzles 9 of the feeder has a great influence on the quality production of fibers of high strength and the required diameter of 6-18 microns.

При заявленной авторами изобретения форме канала фильер обеспечивается выравнивание скоростей потока расплава базальта по сечению канала 10 фильеры 9, а также равномерное распределение температуры расплава по высоте канала 10 фильеры 9. Это исключает образование поверхности натяжения на срезе выходного отверстия канала 10 фильеры 9.In the form of the channel of the dies claimed by the inventors, the flow rate of basalt melt is equalized over the cross section of the channel 10 of the die 9, as well as the uniform distribution of the temperature of the melt along the height of the channel 10 of the die 9. This eliminates the formation of a tension surface on the section of the outlet of the channel 10 of the die 9.

При высоте 15 хорды 14 определяющий внутренний профиль канала 10 фильер 9 в продольном разрезе менее 0,24 от половины суммы радиусов отверстий на входе 16 и выходе 17 канала 10 фильер 9 создается большое гидравлическое сопротивление для прохода расплава базальта по каналу 10 фильер 9, что приводит к неравномерному распределению скоростей потока по сечению канала 10 и, как следствие, к образованию поверхности натяжения расплава базальта на срезе выходного отверстия 17 канала 10 фильеры 9 вплоть до кристаллизации расплава базальта и разрыву нити волокна.At a height of 15 chords 14, the defining internal profile of the channel 10 of the dies 9 in a longitudinal section is less than 0.24 from half the sum of the radii of the holes at the inlet 16 and the exit 17 of the channel 10 of the dies 9, a large hydraulic resistance is created for the passage of basalt melt through the channel 10 of the dies 9, which leads to an uneven distribution of flow velocities over the cross section of the channel 10 and, as a result, to the formation of the surface of the tension of the basalt melt at the exit section 17 of the channel 10 of the die 9 up to crystallization of the basalt melt and rupture of the fiber .

При высоте 15 хорды 14 внутреннего профиля канала 10 фильер 9 более 0,26 от половины суммы радиусов отверстий на входе 16 и выходе 17 канала 10 фильер 9 повышается расход расплава базальта через входное отверстие 16 фильер, что приводит к порыву нити волокна.When the height of the chord 14 of the inner profile of the channel 10 of the dies 9 is more than 0.26 from half the sum of the radii of the holes at the inlet 16 and the exit 17 of the channel 10 of the dies 9, the consumption of basalt melt through the inlet 16 of the dies increases, which leads to a break in the fiber thread.

В настоящее время разработанная конструкция фильерного питателя испытана при изготовлении непрерывного качественного базальтового волокна диаметром 6-18 мкм на заводе «Научно-производственного объединения «Вулкан» в режиме круглосуточной выработки расплава базальта.Currently, the developed design of the spinneret feeder has been tested in the manufacture of continuous high-quality basalt fiber with a diameter of 6-18 microns at the plant of the Scientific and Production Association Vulcan in the mode of round-the-clock production of basalt melt.

Claims

Spinneret feeder for the production of continuous fibers from basaltic melts, consisting of a melt pouring bath, feeder body, filter screen, current leads, spinneret plate and spinnerets, characterized in that the spinneret channel in longitudinal section is made in the form of a chord, the height of which in the middle of the channel is h = 0.24-0.26 half of the sum of the radii of the holes at the inlet and outlet of the die channel.