UA27982U - Mechanism for production of high silicate fibers from rocks "module kibol-s" - Google Patents

Description

Опис винаходу

Пропонована корисна модель відноситься до установок для виробництва безперервних, рублених, грубих, 2 штапельних неорганічних волокон із природних мінералів гірських порід, таких як піски, кварц, здрібнений кварцовий піщаник або кварцити.

Використання неорганічних волокон із природних матеріалів - пісків в якості сировини дає можливість випускати екологічно чисті, стійкі до атмосферних впливів, волокна. Згадані волокна і вироби з них у багатьох випадках є замінниками азбесту, скла, металу, деревини та інших матеріалів, що широко використовуються у 70 промисловості. Тому зростає потреба і технічні вимоги до неорганічних волокон із природних матеріалів.

Особливо слід відзначити використання в якості наповнювачів будівельних матеріалів волокон з піску замість скляних волокон при виробництві, наприклад, матеріалів типу склофібробетону.

Найбільш близькою до пропонованої установки за кількістю суттєвих ознак є установка для виробництва високосилікатних волокон з гірських порід, яка містить піч для одержання розплаву, вихід з якої з'єднаний із 12 входом фідера, на виході якого встановлена перехідна камера, у стінці корпуса перехідної камери є вироботочний отвір, в якому встановлений фільєрний живильник, а на виході з вироботочного отвору встановлений механізм для одержання волокон (Патент РФ Моб2924 01, МПКб6 СО3837/02, опубл. 10.05.2007.

Недолік описаної установки полягає у недостатній міцності і хімічній стійкості одержуваних у ній безперервних волокон через наявність у них сторонніх, зокрема, газоподібних включень. 20 В основу пропонованої корисної моделі поставлена задача створення такої установки для виробництва високосилікатних волокон з гірських порід, яка б дозволила істотно підвищити міцність і хімічну стійкість одержуваних волокон за рахунок створення умов для зменшення в них кількості домішок і газоподібних включень.

Поставлена задача досягається шляхом створення у пропонованій установці умов для видалення з розплаву 22 газоподібних включень на шляху потоку розплаву до фільєри за рахунок доповнення установки пристроєм для -о одержання тонкого шару розплаву і створення зони розрідження повітря над тонким шаром розплаву в порожнині цього пристрою.

Пропонована, як і відома установка для виробництва високосилікатних волокон з гірських порід, містить піч для одержання розплаву, вихід з якої з'єднаний із входом фідера, на виході якого встановлена перехідна с 30 камера, у стінці корпуса перехідної камери є вироботочний отвір, в якому встановлений фільєрний живильник, а со на виході з вироботочного отвору встановлений механізм для одержання волокон, а, відповідно до пропозиції, між піччю для одержання розплаву і фідером установлений гомогенізатор, виконаний у вигляді двох вертикально о і співвісно встановлених із зазором один в одному стаканів, що утворюють внутрішню - приймальну камеру,і /|ча зовнішню - камеру освітлення, в якій установлена вертикальна перегородка, призначена для одержання на її

Зо верхньому ребрі потоку розплаву у вигляді смуги, камера освітлення забезпечена засобом для створення с розрядження повітря в її порожнині, а між дном одного стакану і вільним торцем іншого стакану є зазор для проходу потоку розплаву.

Особливістю пропонованої установки є і те, що вертикальна перегородка в камері освітлення гомогенізатора « виконана у вигляді набору співвісних кілець, установлених з можливістю регулювання її висоти. З 50 Особливістю пропонованої установки є і те, що гомогенізатор забезпечений системою нагрівання, виконаною с у вигляді, принаймні, двох рядів газоповітряних форсунок, закріплених під кутом о-3...659 до вертикалі і "з розташованих по радіусу в шаховому порядку на відстані Н-(5...7)О від вертикальної осі гомогенізатора, де О - діаметр сопла форсунки, призначених для спрямовування факелу на зовнішню - приймальну камеру гомогенізатора.

Особливістю пропонованої установки є і те, що гомогенізатор забезпечений пристроями для здійснення о донного і бічного барботожа. -І Особливістю пропонованої установки є і те, що вхід у гомогенізатор розташований нижче дна печі.

Основне завдання пропонованого рішення - створення однорідного за складом розплаву і, як наслідок, ї-о однорідного за складом волокна. Термін "гомогенний" походить від грецького "потодепевз" - однорідний за (о) 250 складом |див. Словарь иностранньїх слов и вьіражений / Авт.-сост. Е. С. Зенович. - М. 000 "Издательство "Астрель": ОО "Издательство АСТ", 2004. - С.158). Тому використання терміну "гомогенізатор" в якості назви їз ключового пристрою пропонованої установки є правомірним.

Одержання потоку розплаву у вигляді смуги більш технологічно, чим, наприклад, у вигляді циліндричного потоку. Крім того, саме форма смуги дозволяє знизити градієнт температур по товщині - по поперечному 99 перерізу потоку - зробити його рівномірним. Товщина смуги залежить від в'язкості розплаву і швидкості потоку. с Чим менше товщина і вище швидкість потоку, тим більш якісним одержується в кінці процесу волокно, оскільки дозволяє видалити зі смуги в зоні розрідження більшу кількість пухирців газів.

З огляду на обмеженість простору система нагрівання гомогенізатора виконана у вигляді двох рядів газоповітряних форсунок, закріплених під кутом о0-3...652 до вертикальної вісі гомогенізатора і розташованих 60 по радіусу в шаховому порядку на відстані Н-(5...7)О від вертикальної осі гомогенізатора, де О - діаметр сопла форсунки, призначених для спрямовування факела на приймальну камеру гомогенізатора. Така конструкція системи нагрівання гомогенізатора забезпечує його рівномірне нагрівання.

Суть пропонованої корисної моделі пояснюється схематичним кресленням пропонованої установки.

Установка для виробництва високосилікатних волокон з гірських порід "Модуль Кібол - 5" містить бо завантажник сировини 1, вихід якого з'єднаний з ємністю електричної печі опору 2, призначеної для одержання розплаву. Вихід печі 2 з'єднаний зливальним теплостійким пристроєм З із входом зовнішньої приймальної камери 4 гомогенізатора 5. Гомогенізатор 5 складається з зовнішньої приймальної камери 4 і внутрішньої камери освітлення 6. Приймальна камера 4 забезпечена системою нагрівання у вигляді газоповітряних форсунок 7, розташованих у два ряди і закріплених під кутом у4-452 до вертикальної осі гомогенізатора 5 і розташованих по радіусу та у шаховому порядку на відстані Н-6О від осі гомогенізатора 5, де О - діаметр форсунки 7. Форсунки 7 призначені для створення і спрямовування факела на зовнішню - приймальну камеру 4 гомогенізатора 5.

Установка забезпечена системою барботожа, що включає барботажні сопла 8, призначені для подання через них підігрітого повітря для підвищення інтенсивності перемішування розплаву, з метою підвищення його 7/0 однорідності по хімічному складу і по температурі. Вихід приймальної камери 4 з'єднаний із входом камери освітлення 6. Камера освітлення 6 забезпечена пристроєм для створення розрядження повітря в порожнині над шаром розплаву /не показано/. Пристрій для створення розрядження повітря в порожнині камери освітлення 6 над шаром розплаву виконано у вигляді ротаційного механічного насоса з масляним ущільненням типу ВН-ТМГ

Лозинский М. Г. Тепловая микроскопия материалов. - М.: Металлургия. - 1976. - С.30-67), що з'єднаний з 7/5 верхньою частиною порожнини камери освітлення б. У камері освітлення б установлена вертикальна перегородка 9, призначена для одержання на її верхньому ребрі смуги розплаву потрібної товщини. Перегородка 9 виготовлена складеною зі співвісно встановлених кілець з можливістю регулювання її висоти в залежності від в'язкості розплаву. Рівень розплаву в камері освітлення б вищий, ніж у приймальній камері 5 і у фідері 10.

Вихід камери освітлення 6 з'єднаний з фідером 10. Установка забезпечена чотирма перехідними камерами 11, 2012, 13, 14. Між фідером 10 і гомогенізатором 5 встановлений поріг 15. Фідер 10 має виходи в кожну перехідну камеру 11, 12, 13, 14. Кожна перехідна камера 11, 12, 13, 14 має власний вироботочний отвір 16, і обігріваний живильник з фільєрами 17, розташований нижче вироботочного отвору 16. Кожна перехідна камера 11, 12, 13, 14 призначена для створення тонкого шару потоку розплаву. Кожна перехідна камера 11, 12, 13, 14 забезпечена нагрівачем 18. Дно перехідних камер 11, 12, 13, 14 має нахил, спрямований у бік вироботочного отвору 16. При цьому значення кута нахилу для кожної камери 11, 12, 13, 14 вибирають експериментально з умов виробництва того або іншого виду волокна і виробів та від в'язкості розплаву. Перехідні камери 11, 12, 13, 14 мають різні в) об'єми, що дозволяє одержувати з кожної камери необхідну кількість (об'єм) від 1 тони до 1000 тон волокна на рік і здійснювати їх роботу в незалежному одна від одної режимі. На вході в кожну перехідну камеру 11, 12, 13, 14 встановлений поріг, відповідно, 15, 19, а вище порогу - регульований шибер 20, які призначені для Га зо одержання потоку розплаву необхідної товщини і якості. Кожний регульований шибер 20 виконаний у вигляді гільйотини, робоча кромка ножа якої горизонтальна і забезпечує, за необхідності, повне перекриття потоку со розплаву до відповідної перехідної камери 11 або 12, або 13, або 14. Кожний регульований шибер 20 ду) встановлений з можливістю під час перекриття входу до перехідної камери або 11, або 12, або 13, або 14 торкатися своєю бічною площиною бічної поверхні порогу 15, 19. Дно приймальної камери 4, камери освітлення - 5 і фідера 10 облицьовані тугоплавкими і електропровідними матеріалами з жаростійкого сплаву або карбіду с кремнію. Кожний канал фідеру 10 обігрівається факелами газоповітряних форсунок 21. У кожній перехідній камері 11, 12, 13, 14 також встановлена газоповітряна форсунка 21. Нижче вироботочного отвору 16 встановлені фільєрні живильники 17, призначені для витягування через них волокон 22. Для обробки волокон 22 замаслювачем, установка забезпечена ємністю з замаслювачем (не показано), що подається на замаслюючий « пристрій 23. шщ с Пропонована установка працює так. й В якості гірської породи для одержання волокна використовували наступні піски: «» - Безмеїнського родовища пустелі Каракум з Туркменістану, - Марийського родовища пустелі Каракум з Туркменістану, - грандіоритові піски Корфовського кар'єру (Хабаровський край, Росія). ка Перед завантаженням у піч 2, пісок повністю заливають водою, перемішують, залишають пісок у такому положенні 5-10 хвилин до появи на поверхні води легких забруднень, видаляють легкі забруднення, зливають

Ше воду і завантажують очищений пісок у піч 2 окремими порціями. Операції заливання вихідного піску водою,

Ге) перемішування, витримування в такому положенні 5-10 хвилин до появи на поверхні води легких забруднень, 5о видалення легких забруднень і зливання води виконують 3-5 разів. Легкі забруднення, які знаходяться в масі бо піску, при попаданні у воду в процесі перемішування маси піску відокремлюються від неї і під дією архімедової

ГЯ6) сили спливають на поверхню води, де легко видаляються шляхом зливання поверхневого шару води з легкими забрудненнями. Потім пісок піддають висушуванню і направляють на завантажник сировини 1, який безперервно і рівномірно тонким шаром розподіляє пісок по всій площі електричної печі опору 2. Розподілення піску по нагрітій поверхні порожнини печі 2 тонким шаром дозволяє інтенсифікувати процес плавлення і одержати розплав при більш високому питомому його зйомі, скоротити час змушених простоїв печі 2, пов'язаних з с виведенням на робочий режим та її розхолоджуванням при зупинках. Надзвичайно висока теплова напруга плавильної печі 2 дозволяє плавити гірські породи при донній видачі розплаву у вигляді безперервного струменя з регульованим дебітом за рахунок оптимізації діаметра зливального обігріваного пристрою 3. При цьому час бо перебування розплаву у печі 2 також можна регулювати шляхом зміни висоти обігріваного зливального пристрою 3. Пісок безперервно плавиться в електричній печі 2 при температурі між 1750...18502С. При цьому для різних, перелічених вище пісків оптимальними температурами плавлення були встановлені наступні: - Безмеїнського родовища пустелі Каракум з Туркменістану - 1750......180090, - Марийського родовища пустелі Каракум з Туркменістану - 1750......17802С, 65 - грандіоритові піски Корфовського кар'єру (Хабаровський край, Росія) -1830...1850260.

Розплав, що утворюється, по зливальному теплостійкому пристрою З постійним потоком безперервно виливався з низу печі 2 і під впливом сили ваги надходив до приймальної камери 4 гомогенізатора 5, де його температуру підтримували постійною за допомогою полум'я газоповітряних форсунок 7, встановлених у верхній частині приймальної камери 4, у два ряди. При цьому кожна з форсунок 7 закріплена під кутом о-3...659 до вертикалі, і на відстані Н-(5...7)О від осі гомогенізатора, де О - діаметр сопла форсунки. Форсунки 7 у рядах розташовані по відношенню одна до одної в шаховому порядку. Крім того, нахил форсунок в одному ряду протилежний нахилу форсунок в іншому ряду, тобто вони нахилені під гострим кутом щодо форсунок першого ряду. Значення кута о-3...652 вибрані з наступних розумінь: зменшення кута менше 32 приводить до збільшення швидкості переміщення потоків розплаву, однак, при цьому форсунки швидко стають непридатним через 70 Збільшення поверхні їх обігріву. Збільшення ж кута більше 65 2 веде до зменшення швидкості переміщення потоків розплаву а, отже, до зменшення ступеня його гомогенізації. Крім спрямованого впливу високотемпературними газовими потоками на дзеркало розплаву для підвищення якості гомогенізації має значення відстань Н-(5...7)О установки форсунок. Зменшення цього значення менше 50 дає незначний ефекті, крім того, зменшує термін служби форсунок. Збільшення відстані на величину більшу за 70 приводить до того, 75 що ефект перемішування шарів розплаву по глибині зменшується. Значення кута о і відстані Н визначені експериментально і є оптимальними для досягнення технічного результату - інтенсифікації процесу гомогенізації розплаву. Крім того, форсунки встановлені в два ряди і напрямок одного ряду протилежний напрямку форсунок іншого ряду. В результаті на розплав впливають двома потоками в протилежних напрямках, що значно інтенсифікує гомогенізацію розплаву і забезпечує підтримання в гомогенізаторі 5 робочої температури.

Одночасно відбувалося перемішування верхніх шарів розплаву за рахунок полум'я газоповітряних форсунок 7, встановлених під різними кутами і назустріч одна одній. Для перемішування розплаву в середній і в нижній частині приймальної камери 4 встановлені бічні (не показано) і донні 8 барботажні сопла, через які подавали підігріте повітря. При цьому через "коротку витримку розплаву в приймальній камері 4 гомогенізатора 5 розплав виявляється досить загазованим, турбулентним, відносно неосвітленим (неочищеним) і, в основному, непридатним для філаментації через наявність грудок сирої шихти, що непроплавилися, і газових пухирців, що 7 не дозволяє одержати з такого розплаву тонку і міцну безперервну нитку. Для освітлення розплаву його самопливом подають до камери освітлення б, де тиск повітря в зоні розрідження над потоком розплаву підтримують у межах 0,10...0,30Па за допомогою вакуумного насоса /не показаний/. При цьому з розплаву виходять, випаровуються та виходять в атмосферу газоподібні включення. У камері освітлення 6 встановлена с перегородка 9. Потік розплаву, що знаходиться під розрядженням у зоні перетікання через перегородку 9, со утворює на її верхньому ребрі тонкий шар, який в процесі перетікання звільняється від пухирців газу - газоподібних включень і грудок сирої шихти, що непроплавилися, які опускаються перед перегородкою 9 вниз, і, (о) таким чином, розплав освітлюється. З камери освітлення 6 потік розплаву витікає по спадній протоці і через м поріг 15 надходить у фідер 10, де, завдяки малій товщині потоку розплаву вдається уникнути утворення градієнта температур по товщині розплаву та некерованих конвекційних потоків і пов'язаних з ними втрат тепла. с

Піч 2 має невеликі габарити, тому дозволяє легко здійснювати строгий контроль за дотриманням теплового режиму. Коефіцієнт корисної дії печі 2 складає не менше 6595, а час перебування розплаву в печі 2 скорочується порівняно з традиційною ванною скловареної печі більше ніж у 50 разів. «

Фідер 10 зверху обігрівають факелами газу, який горить, що надходить з газоповітряних форсунок 21, і електричними нагрівальними елементами 18, які разом з високоточним регулятором температури (не показано) і - с датчиками температури - термопарами типу платина-платина-родій (не показано) забезпечують у фідері 9 и підтримання температури розплаву з точністю -0,59С. Далі розплав, через поріг 19 і регульований шибер 20, » встановлені на виході з фідера 10 до перехідної камери 11, направляється на виробку через вироботочні отвори 16 до фільєрних живильників 17. Завдяки обігріванню перехідної камери 11, підтримується досягнутий раніше стан гомогенізованого розплаву, що дозволяє одержувати міцні тонкі волокна. Підігрітий розплав надходить на їмо) фільєрні живильники 17, з яких витягають безперервні волокна 22. Волокна 22 обробляються замаслювачем, - який подається з ємності, за допомогою замаслюючого пристрою 23. Волокна 22 після замаслювання подаються через систему механізмів на намотуючий апарат 28, де вони намотуються на бобіну, а потім на переробку у (се) відповідні вироби. о 20 В результаті з названих вище пісків одержували високосилікатні безперервні волокна, основні властивості яких наведені в таблиці 1. Міцність елементарних безперервних волокон визначали на динамометрі вагового

ІК) типу при робочій довжині зразка 1Омм, а грубих волокон - на розривній машині РМ-3 при довжині зразка 50мм. ов - Бема 00111180 бо

Рублені високосилікатні волокна з названих пісків одержували з розплаву, який пройшов через перехідну камеру 12. Формування струменів розплаву здійснювалося щілинним 2000-фільєрним живильником, з якого безперервні волокна подавалися на рубочну машину 25. 65 Характеристики високосилікатних рублених волокон, одержаних з названих вище пісків наведені в таблиці 2.

Довжина відржа ми | 0006001620600ви

Деметолота мо 000020000000000009000000000и000000000099

Грубі високосилікатні волокна з названих пісків одержували з розплаву, який пройшов Через перехідну камеру 13. Формування струменів розплаву здійснювалося щілинним бОО-фільєрним живильником, /о0 Виготовленим з жаростійкого сплаву. При цьому, витягування струменів розплаву здійснювалося механічним способом, зі швидкістю 5...10м/хв. Сформовані грубі волокна дробилися на відрізки за допомогою пристрою для рублення грубого волокна 26. Основні властивості грубих високосилікатних волокон наведені в таблицях З і 4. й 10010 нюрятвонооічвоніно, з

Марийсье 1655 596 ва вве вот сч й й й п У й

Штапельні високосилікатні волокна з названих пісків одержували з розплаву, що пройшов через перехідну 00 камеру 14 шляхом роздмухування первинних волокон потоком розпечених газів за відомою технологією |див.

Китайгородский Н. И. Технология стекла. - М. Госстройиздат - 1961. - 624 с|. Властивості одержаного Ф штапельного високосилікатного волокна представлені в таблиці 5. ї- з см 00000001 Рюррянкаонронмаонінноу « й - с ;»

Високосилікатне безперервне волокно, високосилікатне рублене волокно, високосилікатне грубе волокно, високосилікатне штапельне волокно, одержані в пропонованій установці з названих вище пісків, як показали юю 45 дослідження, по хімічній стійкості перевершують базальти.

В Фо рмула винаходу се) о 20 1. Установка для виробництва високосилікатних волокон з гірських порід, що містить піч для одержання розплаву, вихід з якої з'єднаний із входом фідера, на виході фідера встановлена перехідна камера, у стінці і» корпуса перехідної камери є вироблювальний отвір, в якому встановлений фільєрний живильник, а на виході з вироблювального отвору встановлений механізм для одержання волокон, яка відрізняється тим, що між піччю для одержання розплаву і фідером установлений гомогенізатор, виконаний у вигляді двох вертикально і 29 співвісно встановлених із зазором один в одному стаканів, що утворюють внутрішню - приймальну камеру, і с зовнішню - камеру освітлення, в якій встановлена вертикальна перегородка, призначена для одержання на її верхньому ребрі потоку розплаву у вигляді смуги, порожнина камери освітлення з'єднана із пристроєм, призначеним для створення розрідження повітря в її порожнині над потоком розплаву, а між дном одного стакана і вільним торцем іншого стакана є зазор для проходу потоку розплаву. бо 2. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що вертикальна перегородка в камері освітлення гомогенізатора виконана у вигляді набору співвісних кілець, установлених з можливістю регулювання її висоти. 3. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що гомогенізатор оснащений системою нагрівання, виконаною у вигляді принаймні двох рядів газоповітряних форсунок, закріплених під кутом (у-3,...459 до вертикалі і в5 Возташованих по радіусу в шаховому порядку на відстані Н -45...7)0 від осі гомогенізатора, де Ті /(- діаметр сопла форсунки, призначених для спрямовування факела на зовнішню - приймальну камеру

Claims (1)

1. гомогенізатора.

   4. Установка за пп. 1, З, яка відрізняється тим, що гомогенізатор оснащений пристроями для здійснення донного і бічного барботажа.

   5. Установка за пп. 1-4, яка відрізняється тим, що вхід у гомогенізатор розташований нижче дна печі. - се (ее) Ге) ча с -

   с . а ко -І (се) со 7 ще) с бо б5