Спосіб виготовлення штапельних волокон із гірських порід

Корисна модель відноситься до промисловості будівельних матеріалів та може бути використана в металургії, хімічній, та інших галузях для виготовлення штапельних волокон із гірських порід та шихт. Відомий спосіб виготовлення штапельного волокна методом роздуву струменів розплаву термопластичних сировинних матеріалів, при якому первинні волокна подаються в струмінь високошвидкісного енергоносія із продуктів горіння газу [Школьников Я.А. Стеклянное штапельное волокно., М., „Химия", 1969, p.81]. Спосіб знайшов практичне використання. Недоліком цього способу є низька продуктивність при одночасному високому розході палива. Це обумовлено тим, що для формування первинного волокна сировина оплавляється в печі, а отриманий розплав через фільєрний живильник витягують за допомогою витягуючого пристрою в первинні волокна, які при цьому охолоджуються до нормальної температури і подаються в камеру роздуву. В камері роздуву ці первинні волокна повторно оплавляються і роздуваються струменями високошвидкісного енергоносія в штапельні волокна, що потребує дворазове оплавлення сировини. Внаслідок цього собівартість виготовлення штапельного волокна значно збільшується. Найбільш близьким за технічною сутністю та досягаємому ефекту є спосіб виготовлення скловолокон із стекла та гірських порід [Авт. Св-во СССР №967971, С03В39/06, 1982 БВ №39]. Згідно з цим способом виготовлення штапельного волокна досягається шляхом виготовлення розплаву сировини, виготовлення із сировини первинного волокна, подачу його в камеру горіння газових сумішей, оплавлення поверхні первинного волокна та роздув плівки розплаву високошвидкісним високотемпературним газом. Такий спосіб виготовлення штапельного волокна із розплавів гірських порід знайшов практичне застосування. Але йому також властиві свої специфічні недоліки. Головним з таких недоліків є те, що для виготовлення із сировини штапельних тонких волокон необхідно сировину оплавляти. Із отриманого розплаву необхідно формувати струмені розплаву, для чого використовують живильники. Використання живильників потребує застосування міцних термостійких матеріалів, здатних пропускати електричний струм та бути хімічно нейтральним в умовах взаємодії з розплавом гірських порід. Крім цього плавлення гірських порід в печах потребує значних затрат енергії, оскільки коефіцієнт корисної дії печей низький. При виготовленні супертонких штапельних волокон, ця проблема додатково ускладнюється і тим що для формування первинних волокон в печі плавиться гірська порода, з якої виготовляють первинні волокна, які охолоджуючись подаються в камери роздуву, де поверхня волокон оплавляється струменями високотемпературного газового носія. В результаті виготовлення супертонкого волокна проводиться дворазове оплавлення породи, що веде до суттєвого збільшення енергозатрат, а тому і збільшення собівартості штапельних волокон. Ціллю корисної моделі є зниження собівартості виготовлення штапельного волокна. Поставлену ціль досягнуто тим, що виготовлення штапельних волокон із гірських порід, який включає приготування сировини, виготовлення із сировини проміжного продукту, оплавлення подрібненого продукту, роздув отриманої плівки розплаву із формуванням з нього штапельного волокна, який відрізняється тим, що приготування проміжного продукту проводять подрібненням сировини до мікронних розмірів, а із подрібненої сировини формують струмінь вільно падаючих часток, які оплавляють в процесі їх падіння, при цьому отримані каплі розплаву роздувають дією на них високошвидкісного енергоносія в зоні їх оплавлення, швидкість якого на три порядки перевищує швидкість вільного падіння крапель розплаву, а температуру в зоні формування штапельного волокна поступово зменшують від перевищення температури плавлення гірських порід в 1,3-1,5 разів до поступового її зниження до температури навколишнього середовища. Використання виготовлення штапельного волокна послідовно виконуваних дій подрібнення сировини до мікронних розмірів з послідуючим формуванням струменю вільно падаючих часток, на які діють теплом до оплавлення часток сировини у вигляді вільно падаючих часток розплаву, на які діють високошвидкісним енергоносієм дає змогу уникнути як можливості використання печі для оплавлення часток гірських порід, так і застосування живильників із дорогих матеріалів та сплавів, що сприяє зниженню собівартості виготовлення штапельних волокон, а також дає змогу використання електричного струму для оплавлення над тугоплавких гірських порід, що дає змогу розширення асортименту виготовляємих виробів з послідуючою можливістю збільшення продуктивності виготовлення штапельних волокон. Оплавлення вільно падаючих подрібнених часток на які діють енергоносієм у вигляді мікроелектричних електродуг, або іншими енергодіями дає змогу швидкому оплавленню часток подрібненої сировини до мікронних розмірів, а також можливість роздуву крапель розплаву холодним високошвидкісним енергоносієм, що також сприяє підвищенню як продуктивності виготовлення штапельного волокна, так і зменшенню їх собівартості. Поступовий перехід нагріву струменя подрібнених часток гірської породи від температури оплавлення до нормальної температури дає реальну можливість підвищити якість штапельних волокон за рахунок зменшення кількості тріщин на їх зовнішній поверхні, що підвищує якість виготовляємих виробів. На Фіг. представлена схема пристрою реалізації способу виготовлення штапельного волокна, яка включає відтворення послідовності дій виготовлення штапельного волокна, де вузол 1 відтворює дію подрібнення сировини до мікронних розмірів, вузол 2 формування струменю із подрібненої сировини, вузол 3 оплавлення часток подрібненої сировини дією тепла, наприклад, від горіння мікро електричних дуг, вузол 4 роздув отриманого струменю розплаву в штапельні волокна, вузол 5 осадження отриманого штапельного волокна у вигляді поступового зниження температури розплаву від максимальної до нормальної. Реалізують спосіб, представлений на Фіг. таким чином. У вузол 1 подрібнення сировини завантажують гірську породу. Завантажена порода обробляється подрібненням її до мікронних розмірів. Отриману подрібнену сировину в неперервному режимі подають на вузол 2 формування струменю з падаючих часток, які проходять через калібруючий отвір, з якого виходить створюючи струмінь вільно падаючих подрібнених до мікронних розмірів часток сировини. Такий струмінь сировини пропускають через вузол 3 оплавлення часток сировини. Оскільки в цьому вузлі підтримується температура в 1,5-1,8 разів вища за температуру плавлення сировини, то подрібнені частки перетворюються в лічені долі секунд в краплі розплаву, які зливаються в більші частки за масою, створюючи при цьому рихлий струмінь з крапель розплаву. Цей струмінь проходячи в режимі вільного падіння через вузол 4 роздуву струменю розплаву в штапельні волокна відриває від струменю розплаву його частки, внаслідок чого створюються штапельні волокна. Такі штапельні волокна попадають у вузол 5 осадження штапельного волокна, яке ще не встигло повністю охолодитись. А оскільки в цьому вузлі підтримується температура волокноутворення, то волокна продовжують витягуватися зменшуючись в діаметрі та збільшуючись за довжиною. Тому якість отриманих при цьому штапельних волокон підвищується не тільки за рахунок зменшення їх діаметра та збільшення довжини, а й зменшується кількість зовнішніх тріщин, оскільки температура у вузлі осадження поступово зменшується, що дає зменшення градієнту температури при охолодженні сформованих волокон. Зменшення кількості зовнішніх тріщин на волокнах дає змогу збільшення їх міцності без додаткової обробки. Зменшення діаметру волокна підвищує їх гнучкість, що покращує якість отриманих штапельних волокон. Збільшення довжини окремих штапельних волокон сприяє підвищенню якості виготовляємих з них виробів за рахунок їх переплетіння між собою. Оскільки запропонований спосіб виготовлення штапельного волокна не потребує оплавлення традиційним методом - в печах, коефіцієнт корисної дії яких низький, а оплавлення проводять згідно з цим способом дією електроструму у вигляді використання ефекту дії мікроелектричних дуг, коефіцієнт корисної дії яких на порядок вище, то енерговитрати на виготовлення штапельних волокон із гірських тугоплавких порід на порядок нижчий, ніж при використанні печей з газовим обігрівом. Це також сприяє суттєвому зменшенню собівартості виготовлення штапельних волокон.