Спосіб виробництва мінеральних волокон ( варіанти ) та пристрій для його здійснення
Номер патенту: 40669
Опубліковано: 15.08.2001
Автори: Тамм Дірк, Горобінська Валентина, Кравченко Іріна, Зойреф Далік, Медведєв Алєксандр
Формула / Реферат
1. Спосіб виробництва мінеральних волокон з гірських порід, промислових або технічних відходів, що містять скло, згідно з яким після механічного відокремлення матеріалів, що не містять скла, від тих, що містять скло, матеріали, що містять скло, з розміром часток не більше 80 мм розплавляють у плавильній печі при температурах від 1050 до 1480°С, причому плавильна піч сполучається з фідером таким чином, що у зоні поверхневого шару розплаву між плавильною піччю та фідером забезпечується протікання розплаву з плавильної печі у фідер, при цьому з фідера розплав спрямовується підживлюючим пристроєм, причому з підживлюючого пристрою розплав надходить у фільєрний пристрій, розташований нижче, з якого він при одночасному застиганні витягується у нитки, який відрізняється тим, що подача розплаву до підживлюючого пристрою здійснюється з зони відбору розплаву, причому розплав відповідає таким умовам: зона вироблення розплаву становить від 40 до 100 К, в'язкість розплаву при температурі 1450°С становить від ЗО до 160 дПа·с, в'язкість розплаву при температурі 1300°С становить від 200 до 1500 дПа·с, співвідношення в'язкості (у дПа·с) та поверхневого натягу (у Н/м) лежить у межах від 10 до 100, енергія активації в'язкого протікання розплаву становить не більше 290 кДж/моль, співвідношення висоти розплаву у фідері (hs) та висоти розплаву у плавильній ванні (hw) становить (hs) : (hw) = (0,8 ÷ 1,1) : (2 - 6), співвідношення площі поверхні розплаву у плавильній печі Fw та площі поверхні розплаву у фідері Fs становить від 0,5 до 1,5.
2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що співвідношення ширини фідера (Bs) та ширини плавильної ванни (Вw) становить (Bs) : (Вw) = (0,8 ÷ 1) : (5÷12).
3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що співвідношення (hs) : (hw) становить (0,8 ÷ 1) : (2,5 ÷ 5).
4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що у зоні відбору розплаву зона вироблення розплаву становить від 60 до 80 К, в'язкість розплаву при температурі 1300°С становить від 200 до 1000 дПа·с, в'язкість розплаву при температурі 1450°С становить від 40 до 150 дПа·с, енергія активації в'язкого протікання розплаву становить не більше 270 кДж/моль.
5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що продукти з гірських порід, що містять скло, застосовують без додаткових компонентів.
6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що надходження розплаву від плавильної печі у фідер відбувається через поріжок, вмонтований на початку фідера.
7. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що розплав з фідера спрямовують струменевим підживлювачем або фідерним брусом як підживлюючим пристроєм.
8. Спосіб за п. 7, який відрізняється тим, що розплав спрямовують струменевим підживлювачем, який складається з однієї або групи відкритих трубочок, які розташовані у дні фідера, причому верхня частина кожної трубочки є відкритою і вставленою у розплав у фідері до зони відбору, причому нижня частина кожної трубки відкрита таким чином, що принаймні розплав, що перебуває вище трубки, потрапляє у трубку й тече до встановленого нижче фільєрного пристрою.
9. Спосіб за п. 8, який відрізняється тим, що розплав потрапляє в одну або кілька трубочок струменевого підживлювача, верхня крайка якого перебуває у зоні відбору.
10. Спосіб за п. 8, який відрізняється тим, що розплав надходить у трубочки струменевого підживлювача через отвори у кожусі трубочок і через верх відкритого кінця трубочки, причому всі отвори перебувають у зоні відбору розплаву.
11. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що температура та/або в'язкість розплавів гірських порід залежить від співвідношення Fe2+ та Fe3+, яке регулюють станом окиснювально-відновних умов у плавильному агрегаті.
12. Спосіб по одному з пп.. 1-11, який відрізняється тим, що волокна витягують у вигляді безперервних волокон з діаметром волокна у межах від 2 до 400 мкм, краще - від 5 до 150 мкм, і найкраще - від 5 до 25 мкм.
13. Спосіб виробництва мінеральних волокон з гірських порід, промислових або технічних відходів, що містять скло, згідно з яким після механічного відокремлення матеріалів, що не містять скла, від матеріалів, що містять скло, матеріали, що містять скло, з розміром часток не більше 80 мм розплавляють у плавильній печі при температурах від 1050 до 1480°С, причому плавильна піч сполучається з фідером таким чином, що у зоні поверхневого шару розплаву між плавильною піччю та фідером забезпечується протікання розплаву з плавильної печі у фідер, при цьому з фідера розплав спрямовують підживлюючим пристроєм, а з підживлюючого пристрою розплав надходить у фільєрний пристрій, розташований нижче, з якого він при одночасному застиганні витягується у нитки, який відрізняється тим, що подачу розплаву до підживлюючого пристрою здійснюють з зони відбору розплаву, причому розплав відповідає таким умовам: зона вироблення розплаву становить від 40 до 100 К, в'язкість розплаву при температурі 1450°С становить від ЗО до 160 дПа·с, в'язкість розплаву при температурі 1300°С становить від 200 до 1500 дПа·с, співвідношення в'язкості (у дПа·с) та поверхневого натягу (у Н/м) лежить у межах від 10 до 100, енергія активації в'язкого протікання розплаву становить не більше 290 кДж/моль, співвідношення висоти розплаву у фідері (hs) та висоти розплаву у плавильній ванні (hw) становить (hs) : (hw) = (0,8 ÷ 1,1) : (2 ÷ 6), співвідношення площі поверхні розплаву у плавильній печі Fw та площі поверхні розплаву у фідері Fs становить від 0,5 до 1,5, різниця між нижньою температурою вироблення та температурою ліквідусу розплаву становить не менше 50°С, причому елементарні волокна витягують з-під фільєрного пристрою гарячим потоком газу, спрямованим горизонтально або під кутом до напрямку витягування у короткі волокна з діаметром від 0,5 до 7 мкм.
14. Пристрій для виробництва мінеральних волокон з гірських порід, промислових або технічних відходів, що містять скло, який складається з плавильної печі з підігрівом, фідера, сполученого з плавильною піччю, який впорядковано таким чином, що дзеркало розплаву у плавильній печі перебуває практично на тому ж рівні, що й дзеркало розплаву у фідері, підживлюючого пристрою, встановленого у розплаві фідера, що має стік, перпендикулярний дну фідера, та фільєрний пристрій у кінці стоку, оснащений пристроєм для витягування ниток, який відрізняється тим, що плавильна піч влаштована таким чином, що співвідношення висоти розплаву у фідері (hs) та висоти розплаву у плавильній ванні (hw) може регулюватися у межах (hs) : (hw) = (0,8 ÷ 1,1) : (2 ÷ 6) і струменевий підживлювач утворено трубочками або одним чи кількома фідерними брусами, у разі з трубочками, вони можуть бути рухомими по масі через отвори у дні фідера таким чином, що частка від ділення ступеня заглиблення (hЕТ) на висоту розплаву над верхньою крайкою трубочки (h0) становить від 0,25 до 4, і трубочки струменевого підживлювача під фідером сполучаються між собою.
15. Пристрій за п. 14, який відрізняється тим, що плавильну піч оснащено дном, яке пересувається у вертикальному напрямі.
16. Пристрій за п. 14, який відрізняється тим, що фідерний брус є плитою, вмонтованою у дно фідера, і має отвір для протікання у її центральній частині, причому отвір для протікання практично повністю огороджено пропускним поріжком.
17. Пристрій за п. 16, який відрізняється тим, що співвідношення площі поперечного перерізу (FÖ) отвору для протікання та суми площ поверхонь перерізів фільєрних отворів (ΣFD) у фільєрному пристрої (FÖ) : (ΣFD) становить 10-50.
18. Пристрій за п. 14, який відрізняється тим, що у зоні розплаву між плавильною піччю та фідером розташовано поріжок, що проходить від дна фідера, та загородний брус, розташований на рівні дзеркала розплаву.
19. Застосування безперервних волокон, отриманих згідно з одним з п.п. 1-12, для виробництва тканин, нетканих виробів та композиційних матеріалів.
20. Застосування безперервних волокон за п. 19 для виробництва для виробництва коротких волокон з визначеними геометричними розмірами.
Текст
1. Спосіб виробництва мінеральних волокон з гірських порід, промислових або технічних відходів, що містять скло, згідно з яким після механічного відокремлення матеріалів, що не містять скла, від тих, що містять скло, матеріали, що містять скло, з розміром часток не більше 80 мм розплавляють у плавильній печі при температура х від 1050 до 1480°С, причому плавильна піч сполучається з фідером таким чином, що у зоні поверхневого шару розплаву між плавильною піччю та фідером забезпечується протікання розплаву з плавильної печі у фідер, при цьому з фідера розплав спрямовується підживлюючим пристроєм, причому з підживлюючого пристрою розплав надходить у фільєрний пристрій, розташований нижче, з якого він при одночасному застиганні витягується у нитки, який відрізняється тим, що подача розплаву до підживлюючого пристрою здійснюється з зони відбору розплаву, причому розплав відповідає таким умовам: зона вироблення розплаву становить від 40 до 100 К, в'язкість розплаву при температурі 1450°С становить від 30 до 160 дПа·с, в'язкість розплаву при температурі 1300°С становить від 200 до 1500 дПа·с, співвідношення в'язкості (у дПа·с) та поверхневого натягу (у Н/м) лежить у межах від 10 до 100, енергія активації в'язкого протікання розплаву становить не більше 290 кДж/моль, співвідношення висоти розплаву у фідері (hs) та висоти розплаву у плавильній ванні (hw) становить (hs) : (hw) = (0,8 ÷ 1,1) : (2 ÷ 6), співвідношення площі поверхні розплаву у плавильній печі Fw та площі поверхні розплаву у фідері Fs становить від 0,5 до 1,5. C2 (54) СПОСІБ ВИРОБНИЦТВА МІНЕРАЛЬНИХ ВОЛОКОН ( ВАРІАНТИ ) ТА ПРИСТРІЙ ДЛЯ ЙОГО ЗДІЙСНЕННЯ 40669 яке регулюють станом окиснювально-відновних умов у плавильному агрегаті. 12. Спосіб по одному з пп. 1-11, який відрізняється тим, що волокна витягують у вигляді безперервних волокон з діаметром волокна у межах від 2 до 400 мкм, краще - від 5 до 150 мкм, і найкраще - від 5 до 25 мкм. 13. Спосіб виробництва мінеральних волокон з гірських порід, промислових або технічних відходів, що містять скло, згідно з яким після механічного відокремлення матеріалів, що не містять скла, від матеріалів, що містять скло, матеріали, що містять скло, з розміром часток не більше 80 мм розплавляють у плавильній печі при температурах від 1050 до 1480°С, причому плавильна піч сполучається з фідером таким чином, що у зоні поверхневого шару розплаву між плавильною піччю та фідером забезпечується протікання розплаву з плавильної печі у фідер, при цьому з фідера розплав спрямовують підживлюючим пристроєм, а з підживлюючого пристрою розплав надходить у фільєрний пристрій, розташований нижче, з якого він при одночасному застиганні витягується у нитки, який відрізняється тим, що подачу розплаву до підживлюючого пристрою здійснюють з зони відбору розплаву, причому розплав відповідає таким умовам: зона вироблення розплаву становить від 40 до 100 К, в'язкість розплаву при температурі 1450°С становить від 30 до 160 дПа·с, в'язкість розплаву при температурі 1300°С становить від 200 до 1500 дПа·с, співвідношення в'язкості (у дПа·с) та поверхневого натягу (у Н/м) лежить у межах від 10 до 100, енергія активації в'язкого протікання розплаву становить не більше 290 кДж/моль, співвідношення висоти розплаву у фідері (hs) та висоти розплаву у плавильній ванні (hw) становить (hs) : (hw) = (0,8 ÷ 1,1) : (2 ÷ 6), співвідношення площі поверхні розплаву у плавильній печі Fw та площі поверхні розплаву у фідері Fs становить від 0,5 до 1,5, різниця між нижньою температурою вироблення та температурою ліквідусу розплаву ста новить не менше 50°С, причому елементарні волокна витягують з-під фільєрного пристрою гарячим потоком газу, спрямованим горизонтально або під кутом до напрямку витягування у короткі волокна з діаметром від 0,5 до 7 мкм. 14. Пристрій для виробництва мінеральних волокон з гірських порід, промислових або технічних відходів, що містять скло, який складається з плавильної печі з підігрівом, фідера, сполученого з плавильною піччю, який впорядковано таким чином, що дзеркало розплаву у плавильній печі перебуває практично на тому ж рівні, що й дзеркало розплаву у фідері, підживлюючого пристрою, встановленого у розплаві фідера, що має стік, перпендикулярний дну фідера, та фільєрний пристрій у кінці стоку, оснащений пристроєм для витягування ниток, який відрізняється тим, що плавильна піч влаштована таким чином, що співвідношення висоти розплаву у фідері (hs) та висоти розплаву у плавильній ванні (hw) може регулюватися у межах (hs) : (h w) = (0,8 ÷ 1,1) : (2 ÷ 6) і струменевий підживлювач утворено трубочками або одним чи кількома фідерними брусами,у разі з трубочками, вони можуть бути р ухомими по масі через отвори у дні фідера таким чином, що частка від ділення ступеня заглиблення (hЕТ) на висоту розплаву над верхньою крайкою трубочки (hо) становить від 0,25 до 4, і трубочки струменевого підживлювача під фідером сполучаються між собою. 15. Пристрій за п. 14, який відрізняється тим, що плавильну піч оснащено дном, яке пересувається у вертикальному напрямі. 16. Пристрій за п. 14, який відрізняється тим, що фідерний брус є плитою, вмонтованою у дно фідера, і має отвір для протікання у її центральній частині, причому отвір для протікання практично повністю огороджено пропускним поріжком. 17. Пристрій за п. 16, який відрізняється тим, що співвідношення площі поперечного перерізу (FÖ) отвору для протікання та суми площ поверхонь перерізів фільєрних отворів (ΣFD) у фільєрному пристрої (FÖ) : (ΣFD) становить 10-50. 18. Пристрій за п. 14, який відрізняється тим, що у зоні розплаву між плавильною піччю та фіде ром розташовано поріжок, що проходить від дна фідера, та загородний брус, розташований на рівні дзеркала розплаву. 19. Застосування безперервних волокон, отриманих згідно з одним з пп. 1-12, для виробництва тканин, нетканих виробів та композиційних матеріалів. 20. Застосування безперервних волокон за п. 19 для виробництва коротких во локон з визначеними геометричними розмірами. _______________________ Винахід стосується способу ви робництва мінеральних во локон, зокрема, безперервних мінеральних во локон з гірських порід, промислових та технічних відходів, що містять скло, а також пристрою для здійснення цього способу. З WО97/21628 відомий спосіб виробництва мінеральних волокон, згідно з яким зона відбору розплаву береться у межах 0,8-0,2 висоти розплаву. Під мінеральними волокнами звичайно розуміють склоподібні затверділі силікатні волокна, до яких належать скляні волокна та волокна, отримані з силікатних си ровинних матеріалів. Розрізняють два види волокон: короткі волокна (шта пельні волокна, вата з гірських порід і т. п.) та безперервні волокна. Мі неральні волокна широко використовують у різних га лузях техніки, і безперервно з'являються нові можливості їх застосуван ня. Безперечно, досліджено ще далеко не всі можливості по одержанню мінеральних во локон з оптимальними властивостями. Це пов'язано з різноманіттям галузей їх застосування й, відповідно, особливими вимогами що до якості во локна. Технологія виробництва мінеральних волокон також набула ши рокого розвитку. При цьому склади стекол і властивості волокон підбирають залежно від галузі їх застосування. Розробка но 2 40669 вих скуп них мінеральних во локон для промислового виробництва та переробки являє собою надзвичайно багатогранну проблему, яка передбачає розв'язання великої кількості задач з оптимізації. Насамперед, до них належать визначення таких важливих параметрів як кількість та вид вихідної сировини, однорідність, температур ний режим, температурна залежність в'язкості розплаву, схильність до кристалізації, зона виробітку, поверхневий натяг, властивості волокон і т.д. Розв'язання цих задач можливе з технологічної точки зору, однак часто нездійсненне через великі економічні витрати. Найбільш поширеним/засто совуваним видом мінеральних волокон, безсумнівно, є скляні волокна, особливо безперервні скляні волокна. При виробництві ві домих скляних во локон використовують ся вихідні компоненти, ви добування та переробка яких шкідливо впливає на довкілля. Крім того, окремі компоненти, необхідні для складання шихти, є в обмеженій кількості, що викликає постійне зростання цін на них. Одержання скла з шихти пов'язане з високим споживанням енергії й вимагає проведення відповідних заходів з очищення газів, що утворюються й відхо дять під час варення. З іншо го боку, ві домо, що окремі види поширених гірських порід або промислові відходи, такі, як, наприклад, шла ки, золи, пил, мають такий хі мічний склад, який дозволяв би засто совувати їх для виробництва скла. Відходи технічних сте кол, наприклад, телевізійні трубки, комп'ютерні монітори, люмінесцентні лампи та інші, застосовувані в електроніці скла, і досі здебільшо го поміщаються у спеціальні відвали як особливі відходи; це нерідко стосуєть ся також відходів, що утворюються при виробництві й переробці технічних сте кол. З іншого боку, ці відхо ди містять компоненти, які можуть справити позитивний вплив на фі зико-хімічні властивості виготовлених з них скляних волокон і, відповідно, сталок. Відомо застосування гірських порід для виробництва різних видів мінеральної вати. Дійсно, відповідні розплави гірських порід мають високу схильність до кристалізації й низьку в'язкість, що дозволяє здійснювати формування волокон у дуже вузькому інтервалі температур. Через інтенсивне темне забарвлення розплаву з гірських порід теплопровідність його є дуже низькою порівняно з розплавами, що використовуються для виробництва скловолокна, випромінювання тепла і, як результат, розподіл потоків тепла й розплаву відрізняються від звичайного прозорого скла. Розплави гірських порід відрізняються від скла також стосовно змочування підживлювачів, що виготовляються зі сплавів Pt та PtRh. Для запобігання запливання підживлювачів необхідно використовува ти розплави з високою в'язкістю, тобто низькою температурою. При цьому зростає ризик кристалізації розплаву, і продуктивність знижується. Звичайно гірські породи, що ви користовуються для виробництва безперервного во локна, підши хтовують іншими компонента ми, щоб властивості отримува ного розплаву відповідали вимогам технологічного процесу формування волокон. Відомим є спосіб отримання безперервних мі неральних волокон з базальтової гірської породи, згідно з яким як додаток вводять до 4% TiO2. Властивості во локон та досягнута ста більність процесу формування волокна обмежують можливості його подальшої переробки й застосування (Патент Чехословаччини 248881). Крім цього, відомо багато способів виробництва безперервних волокон з гірських порід у ла бораторних умовах. Наприклад, у патенті США 4.199.336 описується спосіб виробництва базальтокерамічних во локон, згідно з яким матеріал, що містить переважно базальт, розплавляється, і з розплаву через фільєру ви тягується елементарне волокно. Шляхом додаткової термообробки це волокно згодом ще кристалізується. Відомо також застосуван ня промислових відхо дів, наприклад, металур гійних шла ків, зол, пилу для виробництва мінеральних волокон. Зокрема, вищезазначені для гірських порід проблеми спостерігаються також для відхо дів у процесах їх плавлення та утворення волокон. Крім усього іншого, ці сировинні матеріали відрізняються значними коливаннями хімічного складу, то му отримання гомогенного розплаву, придатного для виробництва во локна, значно ускладнюється. З цих матеріалів виробляють переважно штапельні/мінеральні волокна. Промислові відхо ди використовуються також як один із сировинних компонентів скляної шихти або як різні добавки. Відходи технічних сте кол, наприклад, телевізійні трубки, комп'ютерні монітори, люмінесцентні лампи, після видалення складових, що не містять скла або не розчиняються у розплаві, можуть бути використа ні для виробництва безперервних або шта пельних во локон. На практи ці хімічний склад таких відхо дів є неоднорідним і має тенденцію до коливань. Ці відхо ди містять екологічно шкідливі елементи, наприклад, сви нець, стронцій, барій і т. п., тому вони підлягають схороненню як спеціальні відхо ди. За допомогою дорогих фі зико-хімічних методів можна перевести шкідливі для довкілля компоненти у без печний або зв'язаний стан, однак утворені в результаті та кої обробки рештки матеріалу не придатні для переробки у високоякісні продукти. Задачею винаходу є створення такого способу, який би забезпечив одержання з вищевказаної групи вихідних матеріалів ста більного розплаву для ви робництва волокон, особливо безперервних, і при цьому поліпшення як якості мінеральних волокон, так і їх текстильної переробки, а також пристрою для здійснення цього способу. Згідно з винаходом, ця задача досягається тим, що після механічного відокремлення матеріалів, що не містять скла і тих, що переважно містять скло а) матеріали, що переважно містять скло, з розмірами частинок не більше 80 мм розплавляються в плавильній печі, причому плавильна піч сполучається з фідером таким чином, що в зо ні поверхневого ша ру розплаву між плавильною піччю та фідером забезпечується протікання розплаву з плавильної печі у фі дер; б) з фідеру розплав надходить у підживлювач; с) з підживлювача розплав надхо дить у фільєрний пристрій, розта шований нижче, з якого він при одночасному застиганні витягуєть ся у вигляді ниток; 3 40669 причому д) подача розплаву до підживлювача відбувається з зони виробітку розплаву, у якій розплав має такі параметри: д1) температура розплаву перебуває у межах від 1050 до 1480°С, д2) зона виробітку розплаву ста новить від 40 до 100 К, д3) в'язкість розплаву при температурі 1450°С становить від 30 до 160 дПа×с, д4) в'язкість розплаву при температурі 1300°С становить від 200 до 1500 дПа×с, д5) співвідношенняв'язкості (в дПа×с) та поверхневого натягу (в Н/м) ле жить у межах від 10 до 100, д6) енергія акти вації в'язкого протікання розплаву становить не більше 290 кДж/моль; і е) співвідношення висоти розплаву у фідері (hs) та ви соти розплаву у плавильній ванні (hw) становить (hs) : (h w) = (0,8 ¸ 1,1) : (2 ¸ 6). Крім того, в оптимальному варіанті співвідношення площі поверхні розплаву у плавильній печі (Fw) та площі поверхні розплаву у фідері (Fs) становить (Fw) : (Fs) від 0,5 до 1,5. Крім того, в оптимальному варіанті співвідношення ширини фідера (Bs) та ширини плавильної ванни (Bw) ста новить (Bs) : (Bw) = (0,8 ¸ 1) : :(5 ¸ 12). Оптимальне значення вищезгаданого співвідношення (hs) : (h w) становить (0,8 ¸ 1) : (2,5 ¸ 5). Оптимальне значення вищезгаданого співвідношення (Fw) : (Fs) становить від 0,6 до 1,3. Під використовува ним нами терміном "гірська порода" слід розуміти основні та ультраосновні гірські породи, такі, як базальт, діабаз, андезит, амфіболіт, піроксен, порфірит і т. п., які утворилися внаслідок затвердіння і кристалізації магми (вивержені вулканічні гірські породи), які являють собою складну си лікатну систему, що містить оксиди лужних та лужноземельних металів і характеризується високим вмістом оксидів заліза (до 15%). Під "промисловими відхо дами, що містять скло" слід розуміти тверді промислові відхо ди, здебільшого ті, що складаються зі склоподібної фази або здатні утворювати склоподібний розплав чи розчинятись у ск лоподібному розплаві. До ни х належать шлаки, золи та пил. Технічне скло засто совується у багатьох продуктах сучасної техніки, наприклад, в електротехніці, електроніці та хімічній промисловості. Відхо ди, що утворюються як при виробництві таких продуктів, так і після завершення терміну їх експлуа тації (лампи, трубки і т. п.), містять важливу складову частину - скло (крім цього, во ни містять також метали, пластмаси та ін.). Згідно з винаходом, відхо ди цього виду позначаються як "технічні скляні відходи". До цієї гр упи належать також скляні відхо ди, що утворюються при виробництві скла, але не завжди придатні для повторного використання у те хнологічному процесі. Широкі дослідження показали, що для переробки у мінеральні волокна, особливо безперервні, придатним є розплав, реологічна поведінка (наприклад, в'язкість, температур на залежність в'язкості, енергія активації) та комплекс фізико-хімічних властивостей якого (наприклад, поверхне вий натяг, змочування) відповідають вищезгаданим параметрам. Оптимальні значення цих параметрів лежать у та ких межах: а) зона вироблення розплаву ста новить від 60 до 80 К, б) в'язкість при 1450°С становить 40-150 дПа×с, з) в'язкість при 1300°С становить 200-1000 дПа×с, д) енергія активації в'язкого протікання становить не більше 270 кДж/моль, причому, згідно з винаходом, співвідношення в'язкості та поверхневого натягу ста новить від 10 до 100 (с/м). При цьому температура розплаву лежить у межах від 1050 до 1480°С, і різниця між нижньою температурою інтервалу виготовлення та температурою ліквідусу розплаву ста новить не менше 50 К. Під інтервалом вироблення слід розуміти температурний інтервал на залежності в'язкості від температури, у межах якого можливе формування волокна з розплаву. Розплави гірських порід та промислових відхо дів відрізняються інтенсивним забарвленням через високий вміст оксидів заліза порівняно з розплавами, застосовуваними у виробництві скловолокна, що спричинює значний градієнт температур по висоті розплаву у ванній печі та фі дері. Швидкість охолодження розплаву у поверхневому шарі розплаву є значно вищою за швидкість охолодження "середньої" скломаси, що використовується для виробництва волокна. Процеси теплота масообміну у "чор них" розплавах (ступінь чорноти до 0,9) істотно відрізняються від закономірностей, відомих з досвіду переробки скла. Таким чином, через сильне теплове випромінювання на поверхні розплаву утворюється так звана "шкаралупа" у вигляді затверділого розплаву, яка перешкоджає теплообмінові між гарячим топковим газом та глибоко розта шованими шарами розплаву. Внаслідок цього поверхнева зона ха рактеризується більш високим градієнтом температур по висоті. Для скляних відхо дів це виявляється у відносній неоднорідності розплаву порівняно з традиційною скломасою. Встановлено, що стабільність процесу волокноутворення може бути забезпечена шляхом відбору розплаву з певними властивостями через пристрій певної конструкції у чітко визначеній зоні. Зона відбору розміщується у межах розплаву, що перебуває у фі дері. При цьому реологічна поведінка та комплекс фізико-хімічних властивостей розплаву умежах зони відбору визначаються описаними вище параметрами розплаву. Згідно з винаходом, відбір розплаву для процесу волокноутворення відбувається через струменевий підживлювач. Цей струменевий підживлювач складається з однієї або кількох трубочок. Зокрема, трубочка (трубочки) проходить через дно фі дера і розміщуєть ся у розплаві та ким чином, щоб розплав надхо див у тр убочку (трубочки) з зони відбору. З верхн ьої частини трубочки розплав практично в ізотермічному стані перетікає в Pt-Rh фільєрну судину (далі позначається як фільєрний пристрій). У фільєрному пристрої розплав формується у во локна, які витягують ся за допомогою 4 40669 обладнання для витягування ниток. Звичайно діаметр волокон становить від 2 до 35 мкм. Для текстильної переробки більш придатними є волокна діаметру від 5 до 25 мкм. На завершення способу на волокна наноситься замащувач при проходженні через пристрій по нанесенню замащувача. Зниження обривності та поліпшення якості мінеральних волокон, а отже, й текстильної переробки, досягається тим, що, згідно з запропонованим способом, для виробництва мінеральних волокон відбір розплаву відбувається через підживлювач, ступінь заглиблення якого, заміряний від дна фідеру, обирається таким чином, щоб співвідношення ступеня заглиблення (hET) та висоти розплаву над верхн ьою крайкою підживлювача (hO) становило hЕT/hO= 0,25-4. Збільшення ступеня заглиблення (співвідношення hET/hO> 4) призводить до того, що у тр убочку надхо дить перегрітий розплав, що має знижену в'язкість. Це призво дить до коливань діаметру волокна, а отже - до збільшення обривності. Розплав, що відбирається при низькому ступені заглиблення, має нижчу температуру й вищу в'язкість, ніж це необхідно для формування волокна. Крім того, у розплаві можуть утворюватись кристали, що сприяють підвищенню обривності при виробленні волокна. Завдяки оптимальному варіантові вті лення способу, розплав може додатково надходити через отво ри у кожусі (відповідно трубочках) струменевого підживлювача до внутрішньої частини трубочок. Це забезпечує надходження гомогенного розплаву у зону фор мування волокна, знижує вплив процесу заванта ження сировинних матеріалів на коливання температур та температурний розподіл у плавильній печі, а також практично повністю виключає кристалізацію у фільєрній цибулині. Внаслідок цього можуть бути виготовлені безперервні волокна високої якості з обривністю, що дорівнює 0,9 обривів елементарного волокна на кілограм волокон. Продуктивність становить 150 кг/день на один формуючий агрегат. Оптимальний розвиток способу може полягати у ви користанні кількох струменевих підживлювачів, які поодинці або усі разом можуть переміщува тись для забезпечення вищезгаданого співвідношення. Після того розплав може надходити у струменевий підживлювач не лише че рез верхній отвір, але й разом з ним і через бокові отвори у кожусі трубочок (струменевого підживлювача). Перевага способу полягає в то му, що мінеральні волокна можуть бути одержані з гірських порід (наприклад, базальту) за один етап без введення додаткових добавок. Оскільки застосовувані гірські породи в межах одного родовища мають відносно стабільний хімічний склад, їх можна безпосередньо використовува ти для одержання волокна. При цьому знижуються енерговитрати порівняно з процесом варення багатокомпонентної шихти, оскільки гірська порода являє собою затверділий розплав. Ста дії силікатоутворення, гомогенізації та освітлення розплаву, що є необхідними при одержанні розплаву з шихти й споживають багато енергії, у ви падку з заявленими згідно з винаходом сировинними матеріалами є незначними або взагалі не мають місця. Засто суван ня багатокомпонентної шихти для отримання скломаси виявляє також проблеми, пов'язані з досягненням однорідності при змішуван ні компонентів та ста більності ши хти (розшаруван ня). Цей недолік усувається при використанні однокомпонентної шихти. Вибір розмірів частинок сировинних матеріалів випливає з можливостей рівномірного дозування та подачі в плавильну піч та обмежень, які необхідно передбачати у зв'язку з впливом процесів завантаження сировини на коливання температури у плавильній печі. Використання тонкозернисто го матеріалу спричинює збільшення витрат енергії та часу на видалення повітря, втягненого з дрібними частинками, і гомогенізацію розплаву. Гомогенний розплав, готовий для формування волокна з вищезгаданих сировинних матеріалів, краще отримати у плавильній печі та фі дері, геометричні розміри яких попередньо обирають і уз годжують таким чином, що розплав має стабільне протікання без пульсації та коливань. Зокрема, розплав відбирається в описаній вище зоні відбору і у відносно ізотермічному ста ні подається підживлюючим пристроєм (струменевий підживлювач або пласти на) до фільєрного пристрою (фільєрна посуди на або фільєрна пластина). При цьому геометрія впливає на те, щоб стан розплаву відповідав вимогам складного процесу витягування волокна. У зв'язку з особливостями хімічного складу та власти востями "чорних" розплавів, зокрема, низькою теплопрозорістю, ви користання плавильних агрегатів скловолокнистого виробництва є неможливим через їхні геометричні розміри та пропорції. У виробництві скловолокна розрізняють одно- та двоетапний способи. Згідно з одноетапним способом розплав отримують з багато компонентної шихти і витягують у во локно через фільєрний пристрій. Плавильна піч має зони плавлення, освітлення та студіння. Зона студіння може розміщува тись також у фідері. Подібного вигляду плавильні печі для розплавів, що їх захи щає винахід, є надто великими, оскільки умови для гомогенізації розплаву з використовуваних сировинних компонентів є більш сприятливими порівняно з багатокомпонентною шихтою. Причому стадії силікато-, склоутворення і освітлення протікають швидше, з незначними витратами енергоресурсів або відсутні взагалі. Згідно з двоетапним способом виробництва скловолокна, на першо му етапі плавиться скло, яке потім формується у вигляді кульок. На другому етапі кульки розплавляються у плавильному агрегаті й витягуються у волокно через фільєрний пристрій. Ці агрегати є непридатними для розплавлення заявлених сировинних матеріалів, оскільки у ни х неможливо гарантувати достатню однорідність відповідних розплавів. Для забезпечення доступу однорідного розплаву у фідер необхідно, щоб співвідношення площі дзеркала розплаву у плавильній печі та площі дзеркала розплаву у фі дері становило від 0,5 до 1,5. Застосування такого пристрою гарантує стабільне надходження гомогенного розплаву у фі дер та підживлювач при оптимальному споживанні палива й оптимальних температурних умовах у розп 5 40669 лаві, а, відтак, і стабільний процес волокноутворення зі зниженою обривністю. При співвідношенні площі дзеркала розплаву у плавильній печі та площі дзеркала розплаву у фі дері, яке є меншим за 0,5, у плавильній печі можуть з'являтись кристалічні утворення, які спричинюють значні порушен ня процесу во локноутворення або повне його припинення. Якщо співвідношення площі дзеркала розплаву у плавильній печі та площі дзеркала розплаву у фі дері є вищим за 1,5, це вимагає підви щеного споживання палива, оскільки зростає площа дзеркала розплаву у плавильній печі порівняно з площею у фідері. Продуктивність пристрою істотно залежить від розмірів зони формування. Тому при однаковій продуктивності плавильної печі можуть споживатись більше си ровинних матеріалів і зростати витрати енергії. Важливу роль у здійсненні процесу рівномірної подачі розплаву на фор мування відіграє співвідношення ширини плавильної печі та ширини фідера. При цьому під ши риною слід розуміти січну, проведену перпендикулярно до напрямку головного потоку розплаву у плавильному агрегаті, що складається з плавильної печі та фідера, і розташованого у го ризонтальному напрямі. При дотриманні співвідношення ширини фідера (Bs) та ширини плавильної печі (Bw) як (0,8 ¸ 1):(5 ¸12) гарантується рівномірна подача розплаву у фі дер, і пульсації розплаву не буде, причому відбір розплаву через підживлюючий пристрій стабілізуєть ся. У випадку, якщо плавильна піч буде вузькою (Вw
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюProcess of production of mineral fibres (variants) and a device for realizing the same
Автори англійськоюGorobinska Valentyna, Tamm Dirk, Kravchenko Iryna, Zoiref Dalik, Medvediev Aleksandr
Назва патенту російськоюСпособ производства минеральных волокон (варианты) и устройство для его осуществления
Автори російськоюГоробинска Валентина, Тамм Дирк, Кравченко Ирина, Зойреф Далик, Медведев Александр
МПК / Мітки
МПК: C03B 37/08, C03B 5/00
Мітки: волокон, виробництва, варіанти, мінеральних, спосіб, здійснення, пристрій
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/11-40669-sposib-virobnictva-mineralnikh-volokon-varianti-ta-pristrijj-dlya-jjogo-zdijjsnennya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб виробництва мінеральних волокон ( варіанти ) та пристрій для його здійснення</a>
Попередній патент: Кімнатний обігрівач електроламповий
Наступний патент: Багатоступеневий осьовий компресор авіаційного двигуна
Випадковий патент: Спосіб отримання метилових ефірів з олії бавовнику