Щілинний фільєрний живильник для виробництва волокон з розплавів базальтових порід

1. Щілинний фільєрний живильник для виробництва безперервних волокон з розплаву базальтових порід, що складається з пристрою для заливання розплаву, корпусу, фільтрувальної сітки, струмопідводів, фільєрної пластини і фільєр, який відрізняється тим, що корпус живильника скла 3 вильника, спрощення конструкції та зменшення ваги фільєрного живильника. Задача вирішується тим, що у щілинному фільєрному живильнику для виробництва безперервних волокон з розплавів базальтових порід, що складається з пристрою для заливання розплаву, корпусу, фільтрувальної сітки, струмопідводів, фільєрної пластини і фільєр, згідно винаходу, корпус складається з верхнього та нижнього корпусів, пристрій для заливання розплаву являє собою щілинний отвір, розміщений по центру кришки верхнього корпусу, між корпусами встановлена фільтрувальна сітка, яка є дном верхнього корпусу і має отвори по краям, по периметру з'єднання корпусів знаходиться фланець з зигзагоподібними вирізами для кріплення живильника, а струмопідводи виконані горизонтально і є подовженнями фільєрної пластини та мають вертикальні ребра, приєднані до верхнього і нижнього корпусів з їх торців. При цьому фільєри мають внутрішній діаметр 1,0-4,0мм, а співвідношення площ отворів фільєр, фільтрувальної сітки та заливного щілинного отвору становить 1:(1,1-1,2):(1,2-1,4). Виконання пристрою для заливання розплаву у формі щілини у тілі верхнього корпусу дозволяє встановити живильник безпосередньо у розплав базальту, до мінімуму скоротити шлях подачі розплаву у живильник, зменшити опір його проходженню і тепловтрати, знизити масу фільєрного живильника. Фільтрувальна сітка з отворами по краям виконує одночасно функції фільтра і розподільника розплаву, що забезпечує гомогенізацію розплаву по складу і температурі, а також спрощує конструкцію і знижує масу фільєрного живильника. Виконання фланця кріплення зигзагоподібним зменшує тепловтрати від живильника і розплаву базальту. Горизонтальне розміщення струмопідводів, які є подовженнями фільєрної пластини, з вертикальними ребрами сприяє розподіленню струму між верхнім і нижнім корпусами, фільтрувальною сіткою та фільєрною пластиною, що сприяє рівномірному нагріву цих елементів і розплаву базальтів по всьому об'єму живильника. Все це сприяє підвищенню продуктивності живильника, спрощенню його конструкції та зниженню маси. На Фіг.1, 2 зображена конструкція щілинного фільєрного живильника. Щілинний фільєрний живильник складається з: верхнього корпусу (1), заливної щілини (2), нижнього корпусу (3), фільтрувальної сітки (4), фільєрної пластини (5), фланця (6) кріплення, струмопідводів (7) з вертикальними ребрами (8) і фільєр (9). Елементи конструкції щілинного фільєрного живильника виконують наступні функції. Верхній корпус (1) забезпечує додатковий розігрів розплаву базальту по периметру живильника, конструктивно формує заливну щілину (2) і задає рівень розплаву над фільєрною пластиною (5). Заливна щілина (2) виконана у тілі верхнього корпуса (1) по центру кришки у вигляді подовженої щілини. Експериментально встановлено, що найбільш оптимальним є виконання країв щілини за 86186 4 гнутими у середину фільєрного живильника під кутом 75 - 90°. Така конструкція заливної щілини дозволяє встановити фільєрний живильник безпосередньо у розплав базальту, забезпечує мінімальний опір проходженню потоку розплаву базальту і мінімальні тепловтрати при подачі розплаву у фільєрний живильник. Фільтрувальна сітка (4) забезпечує фільтрацію розплаву базальту, розігрів нижніх шарів розплаву, організацію потоку розплаву від країв живильника до центру фільєрної пластини (5), стабілізацію температури розплаву у заданому інтервалі температур по усій площині над фільєрною пластиною. Струмопідводи (7) виконані горизонтально і є подовженнями фільєрної пластини (5). Для необхідного розподілу струму через верхній і нижній корпуси (1, 3) і забезпечення рівномірного нагріву елементів фільєрного живильника перпендикулярно між струмопідводами (7) та корпусами фільєрного живильника встановлені вертикальні ребра (8) трикутної форми. Горизонтальне розміщення струмопідводів дозволяє спростити конструкцію фільєрного живильника і також дає можливість його розміщення безпосередньо у розплаві базальту. Фланець (6) призначений для кріплення фільєрного живильника у водоохолоджуючий холодильник. Фланець (6) кріплення має поперечні зигзагоподібні вирізи для зниження тепловтрат і витрат електроенергії при роботі живильника. По такому фланцю зменшується проходження електричного струму. Фланець має меншу площу для тепловідводу. Співвідношення площ матеріалу фланця і вирізів може становити 1 : (1 - 2.5). Таким чином такий фланець (6) дозволяє знизити витрати електроенергії і тепловтрати через фланець (6) при роботі фільєрного живильника. Експериментально було встановлено, що внутрішній діаметр фільєр (9) для виробітку безперервних базальтових волокон діаметрами 6-18мкм повинен бути df=1,5-3,2мм, а довжина If=(1,4-2,1)df. Діаметр і довжина фільєр живильника визначаються в'язкістю розплаву, силою поверхневого натягу, та кутом змочування розплаву базальту. При малих діаметрах отворів філь'єр виникає великий опір проходженню розплаву, знижується продуктивність живильника, але можливо отримувати волокно малих діаметрів 5-9 мікрон. При великих діаметрах отворів фільєр виникає великий опір проходженню розплаву, продуктивність живильника зростає, але розплав може затікати на поле фільєрної пластини і виробництво волокон припиняється. Довжина фільєр впливає на охолодження і в'язкість розплаву в процесі волокноутворення. Діаметр і довжина фільєр визначаються в залежності від хімічного складу базальту, технологічних режимів виробництва волокон та потрібних діаметрів волокон. Для продуктивного виробництва безперервних волокон з розплавів базальтів оптимальне співвідношення площ отворів фільєр (9), фільтрувальної сітки (4) і заливної щілини (2) повинно складати 1:(1,1-1,2):(1,2-1,4). Фільєрний живильник для виробництва безперервних базальтових волокон виготовляють з пла 5 тино-родієвих сплавів. Удосконалення конструкції живильника знижує його вагу і суттєво впливає на його вартість. Щілинний фільєрний живильник працює наступним чином. Розплав базальту безпосередньо з фідера печі через заливну щілину (2) надходить у порожнину верхнього корпусу (1) та на фільтрувальну сітку (4). У верхній частині живильника температура розплаву базальту стабілізується у інтервалі заданих температур по усьому об'єму верхнього корпусу. Це забезпечується нагріванням стінок верхнього корпусу і фільтрувальної сітки (4) при проходжені через них електричного струму. Далі розплав базальту проходить через отвори фільтрувальної сітки (4). При цьому відбувається фільтрація і гомогенізація розплаву базальту, які необхідні для забезпечення стабільності і продуктивності виробництва волокон. Це пов'язано з тим, що базальт - природна сировина, в якій часто присутні включення інших тугоплавких мінералів: кварцу, слюди, андезитів, порфіритів та інших. Окремі включення тугоплавких мінералів, або частин непроплавленого кристалічного базальту осідають на фільтрувальній сітці (4). При роботі живильника, завдяки процесам евтектики і інтенсивному нагріву самої фільтрувальної-сітки, в зоні отворів ці частки поступово розчиняються та промиваються розплавом базальту, що сприяє стабільності та продуктивності виробництва безперервних волокон. Далі розплав через отвори фільтрувальної сітки (4) надходить до нижнього корпусу (3) та на фільєрну пластину (5). Для рівномірності температури розплаву базальту по краям і у центрі фільєрної пластини, отвори у фільтрувальній сітці (4) зроблені по її краям. Тому розплав базальту до фільєрної пластини потрапляє з початку з її країв, де тепловтрати найбільші, і тільки потім до центральної зони пластини, де тепловіддача розплаву менш інтенсивна. Завдяки такій конструкції фільтрувальної сітки в процесі виробництва волокна температура розплаву вирівнюється і стабілізується по всій площині фільєрної пластини (5). У процесі фільтрації та перетікання розплаву від країв до центру фільєрного живильника відбувається його додаткове перемішування та гомогенізація, що також сприяє підви 86186 6 щенню продуктивності виробництва базальтових волокон. На фільєрній пластині (5) через фільєри (9) відбувається перетворення розплаву базальту в безперервні волокна. На процеси волокноутворення впливають діаметри та довжина фільєр. Для забезпечення стабільного і продуктивного виробництва безперервних базальтових волокон потрібно забезпечити певні характеристики розплавів базальтів по в'язкості, температурам розплаву, температурному інтервалу вироблення волокон. Так, температурний інтервал вироблення безперервних базальтових волокон у фільєрному живильнику може складати 1220-1290°С, а різниця температур фільєрного поля фільєрної пластини не повинна перевищувати ±10°С. Таким чином, фільєрний живильник дозволяє забезпечити наступні умови стабільного і продуктивного виробництва безперервних базальтових волокон: - отримати розплав безпосередньо з фідеру печі; - організувати стабільний потік розплаву базальту через фільєрний живильник; - тримати заданий рівень розплаву над фільєрним полем; - провести фільтрацію і гомогенізацію розплаву; - підтримувати задану температуру розплаву по усьому об'єму живильника; - забезпечити потрібну в'язкість розплаву перед виробленням і в процесі вироблення волокон; - підтримувати заданий температурний інтервал вироблення волокон по усьому полю фільєрної пластини. Це дозволяє забезпечити стабільність вироблення безперервних волокон, підвищити продуктивність живильника, вдосконалити конструкцію та зменшити вагу фільєрного живильника. Приклад. Щілинний фільєрний живильник на 300 фільєр. Фільєрний живильник виготовлено з платинородієвого сплаву: 90% - платина, 10% - родій. Продуктивність фільєрного живильника складає 15 - 25 кілограмів безперервного базальтового волокна за годину. 7 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 86186 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601