RU2386594C1

RU2386594C1 - Bushing assembly

Info

Publication number: RU2386594C1
Application number: RU2008137464/03A
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: Общество с ограниченной ответственностью "Вулкан-Сигма"
Priority date: 2008-09-18
Filing date: 2008-09-18
Publication date: 2010-04-20
Also published as: RU2008137464A

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to the field of continuous fiber production from melt of basalt rocks and relates to bushing assembly for production of basalt jet for processing of melt into fiber. Bushing assembly for production of continuous fibers from melts of basalt rocks consists of bath for melt pouring, feeder body, filtering mesh, current conductors, bushing plate and draw bushings. At the same time channel of draw bushings in longitudinal section is arranged along exponential dependence of current radiuses of channel on its length. Length of draw bushing channel surface flexure at half of its length makes h=1.0-1.2 from half of holes radiuses sum at the inlet and outlet of draw bushings channel.

EFFECT: increased strength of fiber, reduced consumption of melt for manufacturing of fiber.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области производства непрерывного волокна из расплава базальтовых пород и касается фильерного питателя для получения струи базальта для переработки расплава в волокно.The invention relates to the production of continuous fiber from a melt of basalt rocks and relates to a spinneret feeder for producing a jet of basalt for processing the melt into fiber.

В предлагаемом изобретении разработан фильерный питатель, имеющий не менее 200 фильер на фильерной пластине питателя, обеспечивающий устойчивую струю расплавленного базальта для переработки расплава в непрерывное 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 spinneret feeder having at least 200 spinnerets on a spinneret feeder plate, providing a stable jet of molten basalt for processing the melt into a continuous fiber without forming a drop-like tension surface of the molten basalt at the outlet of the spinneret and sticking it to the outer surface of the spinneret.

Технический прогресс вызывает необходимость создания материалов, обладающих малой объемной массой, высокими фильтрующими и поглотительными свойствами, способность выдерживать воздействие высоких температур.Technological progress necessitates the creation of materials with a low bulk density, high filtering and absorption properties, and the ability to withstand high temperatures.

Этим требованиям удовлетворяют различные виды базальтовых волокон, которые в отличие от стеклянных могут быть применены при температурах 600°С и выше. Базальтовые волокна обладают высокой химической устойчивостью, особенно в растворах кислот. Это позволяет значительно расширить область применения базальтовых волокон в народном хозяйстве.Various types of basalt fibers satisfy these requirements, which, unlike glass fibers, can be used at temperatures of 600 ° C and higher. Basalt fibers have a high chemical resistance, especially in acid solutions. This allows you to significantly expand the scope of basalt fibers in the national economy.

Сырье для производства непрерывного базальтового волокна одно из самых дешевых в природе, легкодоступное, добывается карьерами повсеместно. Как правило, это горные базальтовые породы или базальтподобные породы (попросту «щебенка») для дорожного строительства, только меньшей фракции (5…10 мм, 10-15 мм, 8-12 мм).The raw material for the production of continuous basalt fiber is one of the cheapest in nature, easily accessible, 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 патентоинформационными 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 studies, 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 32а 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 ed. Certificate. 238737 according to class 32a 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 bottom 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 платинородиевой 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 платинородиевой трубки.A device for supplying glass melt is also known (see, for example, USSR application No. 1150741 / 29-33, author certificate 461908 in class C03B 37/00 for 1975) and a jet feeder for supplying mineral melts (see, for example, USSR application No. 3698924 / 29-33 in class C03B 37/09, author 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 фильерный питатель (см. заявку СССР на изобретение №2944279/29-33 по классу С03В 37/09, авт. свид. 990698 за 1983 г.), принятый авторами за прототип. Фильерный питатель состоит из корпуса, загрузочного патрубка, распределителя расплава с отверстием и краями, равноудаленными от торцов корпуса сосуда, с помощью которого расплав в виде трех потоков направляется на фильтровальную решетку, равномерно распределяясь по длине сосуда. Для обеспечения заданного количества расплава на фильерную пластину задано определенное соотношение живых сечений фильерной пластины и фильтровальной решетки.Also known is a die feeder (see USSR application for invention No. 2944279 / 29-33 in class C03B 37/09, author certificate. 990698 for 1983), adopted by the authors for the prototype. The die feeder consists of a housing, a loading nozzle, a melt distributor with a hole and edges equidistant from the ends of the vessel body, with the help of which the melt in the form of three streams is directed to the filter grate, uniformly distributed along the length of the vessel. To ensure a given amount of melt on the spinneret plate, a certain ratio of the live sections of the spinneret plate and the filter grid is set.

Основным недостатком фильерного питателя-прототипа является наличие фильер с цилиндрическим каналом на всю длину фильер. Данная форма канала способствует образованию на кромках выходных отверстий фильер каплеобразной поверхности натяжения, которая за счет сил вязкого трения подымается по наружной поверхности фильер и покрывает наружную поверхность питателя, что приводит к нарушению температурного режима нагрева расплава горных пород. Это приводит к некачественному изготовлению волокна:The main disadvantage of the die feeder prototype is the presence of dies with a cylindrical channel over the entire length of the dies. This channel shape contributes to the formation of a droplet-like tension surface on the edges of the outlet openings of the dies, which, due to viscous friction, rises along the outer surface of the dies and covers the outer surface of the feeder, which leads to a violation of the temperature regime of heating the rock melt. This leads to poor-quality fiber production:

- возрастает разброс заданного размера по диаметру волокна;- increases the spread of a given size along the diameter of the fiber;

- ухудшаются прочностные свойства волокна;- the strength properties of the fiber deteriorate;

- увеличивается расход расплава горных пород на изготовление волокна;- increases the consumption of molten rocks for the manufacture of fiber;

- возникает необходимость периодически чистить питатель со стороны выходных отверстий фильер.- there is a need to periodically clean the feeder from the outlet openings of the dies.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и создание конструкции фильерного питателя высокой производительности, обеспечивающего качественное изготовление непрерывного базальтового волокна с заданными геометрическими параметрами и физико-механическими характеристиками.The technical task of the present invention is to remedy these disadvantages and create a design of high-performance spinneret feeder, providing high-quality production of continuous basalt fiber with specified geometric parameters and physico-mechanical characteristics.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в том, что канал фильер в продольном разрезе выполнен по экспоненциальной зависимости текущих радиусов канала от его длины, при этом глубина прогиба поверхности канала фильер на половине его длины составляет h=1,0-1,2 от половины суммы радиусов отверстий на входе 16 и выходе 17 канала 10 фильер 9.The technical result of the invention lies in the fact that the channel of the dies in longitudinal section is made according to the exponential dependence of the current radii of the channel on its length, while the depth of deflection of the surface of the channel of the dies at half its length is h = 1.0-1.2 of half the sum of the radii holes at the inlet 16 and the outlet 17 of the channel 10 of the dies 9.

На фиг.1 изображен фильерный питатель, общий вид. Он имеет верхний корпус 1, заливную щель 2 в верхнем корпусе 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 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 the nozzles 9 with a profiled channel 10 and a flowing stream 11 of basalt melt are presented in figure 2, section aa in figure 1. Figure 3 presents a longitudinal section of dies with a cylindrical channel 12 of a slotted die feeder of the prototype with a droplet stream 13 of molten basalt at a section of the outlet of the dies.

Работа предложенного фильерного питателя осуществляется следующим образом.The work of the proposed spinneret feeder 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.

Фильтровальная 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 у разлива 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 filter mesh 4 provides filtration of the basalt melt, 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. Horizontal arrangement of current leads 7 makes it possible to simplify the design of the die feeder and makes it possible to place be it directly from the spill basalt. 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 продольном разрезе по экспоненциальной зависимости 14 текущих радиусов канала от его длины, при этом глубина 15 прогиба поверхности канала 10 фильер 9 на половине его длины составляет 1,0-1,2 от половины суммы радиусов отверстий на входе 16 и выходе 17 канала 10 фильер 9.The inner channel 10 of the dies 9 (see Fig. 2) is made in longitudinal section according to the exponential dependence of 14 current radii of the channel on its length, while the depth 15 of the deflection of the surface of the channel 10 of the dies 9 at half its length is 1.0-1.2 from half the sum of the radii of the holes at the inlet 16 and outlet 17 of the channel 10 of the nozzles 9.

На основании многочисленных экспериментальных исследований влияние конструкций каналов фильерных питателей на изготовление 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.Based on numerous experimental studies, the influence of the design of the channels of spinneret feeders on the production of basalt fibers by 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 формы канала фильер обеспечивается выравнивание скоростей потока расплава базальта по сечению канала 10 фильер 9, а также требуемое распределение температуры расплава по высоте канала 10 фильеры 9 (канал фильер выполняет роль конфузора). Это исключает образование поверхности натяжения на срезе выходного отверстия 17 канала 10 фильеры 9.When claimed by the inventors of the form of the channel of the dies, the flow rates of the basalt melt are aligned over the cross section of the channel 10 of the dies 9, as well as the required distribution of the temperature of the melt along the height of the channel 10 of the die 9 (the channel of the dies acts as a confuser). This eliminates the formation of a tension surface on a section of the outlet 17 of the channel 10 of the die 9.

При глубине 15 прогиба поверхности канала 10 фильер 9 в продольном разрезе менее 1,0 от половины суммы радиусов отверстий на входе 16 и выходе 17 канала 10 фильер 9 уменьшается действие центробежных сил, воздействующих на поток расплавленного базальта и, как следствие, уменьшается скорость потока расплава на выходе из канала 10 фильер 9, что приводит к образованию каплеобразной поверхности натяжения, отрицательно влияющей на качество получаемого непрерывного базальтового волокна.With a depth of 15 deflection of the surface of the channel 10 of the nozzles 9 in a longitudinal section of less than 1.0 from half the sum of the radii of the holes at the inlet 16 and the exit 17 of the channel 10 of the nozzles 9, the action of centrifugal forces acting on the flow of molten basalt decreases and, as a result, the melt flow rate decreases at the exit from the channel 10 of the nozzles 9, which leads to the formation of a droplet-like tension surface, negatively affecting the quality of the obtained continuous basalt fiber.

При глубине 15 прогиба поверхности канала 10 фильер 9 в продольном разрезе более 1,2 от половины суммы радиусов отверстий на входе 16 и выходе 17 канала 10 фильер 9 поверхность канала возрастает, за счет вязкого трения расплавленного базальта на поверхности канала 10 образуется большой толщины пограничный слой расплава базальта и создается большое гидравлическое сопротивление для прохода расплава базальта по каналу 10 фильер 9, что приводит к неравномерному распределению скорости потока по сечению канала 10 и, как следствие, к образованию поверхности натяжения расплава базальта на срезе выходного отверстия 17 канала 10 фильер 9.With a depth of 15 deflection of the surface of the channel 10 of the nozzles 9 in a longitudinal section of more than 1.2 from half the sum of the radii of the holes at the inlet 16 and exit 17 of the channel 10 of the nozzles 9, the surface of the channel increases, due to the viscous friction of the molten basalt, a large thickness of the boundary layer is formed on the surface of the channel 10 basalt melt and a large hydraulic resistance is created for the passage of basalt melt along the channel 10 of the nozzles 9, which leads to an uneven distribution of the flow velocity over the cross section of the channel 10 and, as a result, to the formation of surface STI basalt melt tension on a section of the outlet channel 17 9 10 spinnerets.

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 (г.Оса, Пермский край, Россия).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 "Volcan" in the mode of round-the-clock production of basalt melt (Osa, Perm Territory, Russia).

Claims

Spinneret feeder for the production of continuous fibers from basaltic melts, consisting of a bath for melt pouring, feeder body, filter screen, current leads, spinneret plate and spinnerets, characterized in that the spinneret channel in longitudinal section is made by the exponential dependence of the current channel radii on its length while the depth of the deflection of the surface of the channel of the nozzles at half its length is h = 1.0-1.2 of half the sum of the radii of the holes at the entrance and exit of the channel of the nozzles.