Установка для виробництва високосилікатних волокон з гірських порід “модуль кібол-s”

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 корпуса перехідної камери є вироблювальний отвір, в якому встановлений фільєрний живильник, а на виході з вироблювального отвору встановлений механізм для одержання волокон, яка відрізняє ться тим, що між піччю для одержання розплаву і фідером установлений гомогенізатор, виконаний у вигляді двох вертикально і співвісно встановлених із зазором один в одному стаканів, що утворюють внутрішню - приймальну камеру, і 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. 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 Пропонована корисна модель відноситься до установок для виробництва безперервних, рублених, гр уби х, 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 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, ви хід з якої з'єднаний із входом фідера, на виході якого встановлена перехідна камера, у стінці корпуса перехідної камери є вироботочний отвір, в якому встановлений фільєрний живильник, (19) UA (11) H= 5K7 D від осі гомогенізатора, де D діаметр сопла форсунки, призначених для спрямовування факела на зовнішню - приймальну камеру гомогенізатора. 4. Установка за пп. 1, 3, 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. U ) до вертикалі і розташованих по ша ховому порядку на відстані (13) ( в 27982 α = 3K 65° радіусу 3 27982 4 а на виході з вироботочного отвору встановлений Основне завдання пропонованого рішення механізм для одержання волокон [Патент РФ створення однорідного за складом розплаву і, як №62924 U1, МПК6 С03В37/02, опубл. 10.05.2007]. наслідок, однорідного за складом волокна. Термін Недолік описаної установки полягає у "гомогенний" походить від грецького "homogenes" недостатній міцності і хімічній стійкості однорідний за складом [див. Словарь иностранных одержуваних у ній безперервних волокон через слов и выражений / Авт.-сост. Е. С. Зенович. - М: наявність у них сторонніх, зокрема, газоподібних ООО "Издательство "Астрель": ООО включень. "Издательство ACT", 2004. - С.158]. Тому В основу пропонованої корисної моделі використання терміну "гомогенізатор" в якості поставлена задача створення такої установки для назви ключового пристрою пропонованої виробництва високосилікатних волокон з гірських установки є правомірним. порід, яка б дозволила істотно підвищити міцність і Одержання потоку розплаву у вигляді смуги хімічну стійкість одержуваних волокон за рахунок більш технологічно, чим, наприклад, у вигляді створення умов для зменшення в них кількості циліндричного потоку. Крім того, саме форма домішок і газоподібних включень. смуги дозволяє знизити градієнт температур по Поставлена задача досягається шляхом товщині - по поперечному перерізу потоку створення у пропонованій установці умов для зробити його рівномірним. Товщина смуги видалення з розплаву газоподібних включень на залежить від в'язкості розплаву і швидкості потоку. шляху потоку розплаву до фільєри за рахунок Чим менше товщина і вище швидкість потоку, тим доповнення установки пристроєм для одержання більш якісним одержується в кінці процесу тонкого шару розплаву і створення зони волокно, оскільки дозволяє видалити зі смуги в розрідження повітря над тонким шаром розплаву в зоні розрідження більшу кількість пухирців газів. порожнині цього пристрою. З огляду на обмеженість простору система Пропонована, як і відома установка для нагрівання гомогенізатора виконана у вигляді двох виробництва високосилікатних волокон з гірських рядів газоповітряних форсунок, закріплених під порід, містить піч для одержання розплаву, вихід з кутом a=3…65° до вертикальної вісі якої з'єднаний із входом фідера, на виході якого гомогенізатора і розташованих по радіусу в встановлена перехідна камера, у стінці корпуса шаховому порядку на відстані H=(5…7)D від перехідної камери є вироботочний отвір, в якому вертикальної осі гомогенізатора, де D - діаметр встановлений фільєрний живильник, а на виході з сопла форсунки, призначених для спрямовування вироботочного отвору встановлений механізм для факела на приймальну камеру гомогенізатора. одержання волокон, а, відповідно до пропозиції, Така конструкція системи нагрівання між піччю для одержання розплаву і фідером гомогенізатора забезпечує його рівномірне установлений гомогенізатор, виконаний у вигляді нагрівання. двох вертикально і співвісно встановлених із Суть пропонованої корисної моделі зазором один в одному стаканів, що утворюють пояснюється схематичним кресленням внутрішню - приймальну камеру, і зовнішню пропонованої установки. камеру освітлення, в якій установлена Установка для виробництва високосилікатних вертикальна перегородка, призначена для волокон з гірських порід «Модуль Кібол - S» одержання на її верхньому ребрі потоку розплаву містить завантажник сировини 1, вихід якого у вигляді смуги, камера освітлення забезпечена з'єднаний з ємністю електричної печі опору 2, засобом для створення розрядження повітря в її призначеної для одержання розплаву. Вихід печі 2 порожнині, а між дном одного стакану і вільним з'єднаний зливальним теплостійким пристроєм 3 із торцем іншого стакану є зазор для проходу потоку входом зовнішньої приймальної камери 4 розплаву. гомогенізатора 5. Гомогенізатор 5 складається з Особливістю пропонованої установки є і те, зовнішньої приймальної камери 4 і внутрішньої що вертикальна перегородка в камері освітлення камери освітлення 6. Приймальна камера 4 гомогенізатора виконана у вигляді набору забезпечена системою нагрівання у вигляді співвісних кілець, установлених з можливістю газоповітряних форсунок 7, розташованих у два регулювання її висоти. ряди і закріплених під кутом a=45° до вертикальної Особливістю пропонованої установки є і те, осі гомогенізатора 5 і розташованих по радіусу та що гомогенізатор забезпечений системою у ша ховому порядку на відстані H=6D від осі нагрівання, виконаною у вигляді, принаймні, двох гомогенізатора 5, де D - діаметр форсунки 7. рядів газоповітряних форсунок, закріплених під Форсунки 7 призначені для створення і кутом a=3…65° до вертикалі і розташованих по спрямовування факела на зовнішню - приймальну радіусу в ша ховому порядку на відстані H=(5…7)D камеру 4 гомогенізатора 5. Установка забезпечена від вертикальної осі гомогенізатора, де D - діаметр системою барботожа, що включає барботажні сопла форсунки, призначених для спрямовування сопла 8, призначені для подання через них факелу на зовнішню - приймальну камеру підігрітого повітря для підвищення інтенсивності гомогенізатора. перемішування розплаву, з метою підвищення Особливістю пропонованої установки є і те, його однорідності по хімічному складу і по що гомогенізатор забезпечений пристроями для температурі. Вихід приймальної камери 4 здійснення донного і бічного барботожа. з'єднаний із входом камери освітлення 6. Камера Особливістю пропонованої установки є і те, освітлення 6 забезпечена пристроєм для що вхід у гомогенізатор розташований нижче дна створення розрядження повітря в порожнині над печі. шаром розплаву /не показано/. Пристрій для 5 27982 6 створення розрядження повітря в порожнині В якості гірської породи для одержання камери освітлення 6 над шаром розплаву волокна використовували наступні піски: виконано у вигляді ротаційного механічного насоса - Безмеїнського родовища пустелі Каракум з з масляним ущільненням типу ВН-1МГ [Лозинский Туркменістану, М. Г. Тепловая микроскопия материалов. - М.: - Марийського родовища пустелі Каракум з Металлургия. - 1976. - С.30-67], що з'єднаний з Туркменістану, верхньою частиною порожнини камери освітлення - грандіоритові піски Корфовського кар'єру 6. У камері освітлення 6 установлена вертикальна (Хабаровський край, Росія). перегородка 9, призначена для одержання на її Перед завантаженням у піч 2, пісок повністю верхньому ребрі смуги розплаву потрібної заливають водою, перемішують, залишають пісок товщини. Перегородка 9 виготовлена складеною зі у такому положенні 5-10 хвилин до появи на співвісно встановлених кілець з можливістю поверхні води легких забруднень, видаляють легкі регулювання її висоти в залежності від в'язкості забруднення, зливають воду і завантажують розплаву. Рівень розплаву в камері освітлення 6 очищений пісок у піч 2 окремими порціями. вищий, ніж у приймальній камері 5 і у фідері 10. Операції заливання вихідного піску водою, Вихід камери освітлення 6 з'єднаний з фідером 10. перемішування, витримування в такому положенні Установка забезпечена чотирма перехідними 5-10 хвилин до появи на поверхні води легких камерами 11, 12, 13, 14. Між фідером 10 і забруднень, видалення легких забруднень і гомогенізатором 5 встановлений поріг 15. Фідер 10 зливання води виконують 3-5 разів. Легкі має виходи в кожну перехідну камеру 11, 12, 13, забруднення, які знаходяться в масі піску, при 14. Кожна перехідна камера 11, 12, 13, 14 має попаданні у воду в процесі перемішування маси власний вироботочний отвір 16, і обігріваний піску відокремлюються від неї і під дією живильник з фільєрами 17, розташований нижче архімедової сили спливають на поверхню води, де вироботочного отвору 16. Кожна перехідна камера легко видаляються шляхом зливання 11, 12, 13, 14 призначена для створення тонкого поверхневого шару води з легкими шару потоку розплаву. Кожна перехідна камера забрудненнями. Потім пісок піддають 11, 12, 13, 14 забезпечена нагрівачем 18. Дно висушуванню і направляють на завантажник перехідних камер 11, 12, 13, 14 має нахил, сировини 1, який безперервно і рівномірно тонким спрямований у бік вироботочного отвору 16. При шаром розподіляє пісок по всій площі електричної цьому значення кута нахилу для кожної камери 11, печі опору 2. Розподілення піску по нагрітій 12, 13, 14 вибирають експериментально з умов поверхні порожнини печі 2 тонким шаром дозволяє виробництва того або іншого виду волокна і інтенсифікувати процес плавлення і одержати виробів та від в'язкості розплаву. Перехідні камери розплав при більш високому питомому його зйомі, 11, 12, 13, 14 мають різні об'єми, що дозволяє скоротити час змушених простоїв печі 2, одержувати з кожної камери необхідну кількість пов'язаних з виведенням на робочий режим та її (об'єм) від 1 тони до 1000 тон волокна на рік і розхолоджуванням при зупинках. Надзвичайно здійснювати їх роботу в незалежному одна від висока теплова напруга плавильної печі 2 одної режимі. На вході в кожну перехідну камеру дозволяє плавити гірські породи при донній видачі 11, 12, 13, 14 встановлений поріг, відповідно, 15, розплаву у вигляді безперервного струменя з 19, а вище порогу - регульований шибер 20, які регульованим дебітом за рахунок оптимізації призначені для одержання потоку розплаву діаметра зливального обігріваного пристрою 3. необхідної товщини і якості. Кожний регульований При цьому час перебування розплаву у печі 2 шибер 20 виконаний у вигляді гільйотини, робоча також можна регулювати шля хом зміни висоти кромка ножа якої горизонтальна і забезпечує, за обігріваного зливального пристрою 3. Пісок необхідності, повне перекриття потоку розплаву до безперервно плавиться в електричній печі 2 при відповідної перехідної камери 11 або 12, або 13, температурі між 1750...1850°С. При цьому для або 14. Кожний регульований шибер 20 різних, перелічених вище пісків оптимальними встановлений з можливістю під час перекриття температурами плавлення були встановлені входу до перехідної камери або 11, або 12, або 13, наступні: або 14 торкатися своєю бічною площиною бічної - Безмеїнського родовища пустелі Каракум з поверхні порогу 15, 19. Дно приймальної камери 4, Туркменістану - 1750......1800°С, камери освітлення 6 і фідера 10 облицьовані - Марийського родовища пустелі Каракум з тугоплавкими і електропровідними матеріалами з Туркменістану - 1750......1780°С, жаростійкого сплаву або карбіду кремнію. Кожний - грандіоритові піски Корфовського кар'єру канал фідеру 10 обігрівається факелами (Хабаровський край, Росія) -1830...1850°С. газоповітряних форсунок 21. У кожній перехідній Розплав, що утворюється, по зливальному камері 11, 12, 13, 14 також встановлена теплостійкому пристрою 3 постійним потоком газоповітряна форсунка 21. Нижче вироботочного безперервно виливався з низу печі 2 і під впливом отвору 16 встановлені фільєрні живильники 17, сили ваги надходив до приймальної камери 4 призначені для витягування через них волокон 22. гомогенізатора 5, де його температуру Для обробки волокон 22 замаслювачем, установка підтримували постійною за допомогою полум'я забезпечена ємністю з замаслювачем (не газоповітряних форсунок 7, встановлених у показано), що подається на замаслюючий пристрій верхній частині приймальної камери 4, у два ряди. 23. При цьому кожна з форсунок 7 закріплена під Пропонована установка працює так. кутом a=3…65° до вертикалі, і на відстані H=(5…7)D від осі гомогенізатора, де D - діаметр 7 27982 8 сопла форсунки. Форсунки 7 у рядах розташовані 15 надходить у фідер 10, де, завдяки малій по відношенню одна до одної в шаховому порядку. товщині потоку розплаву вдається уникнути Крім того, нахил форсунок в одному ряду утворення градієнта температур по товщині протилежний нахилу форсунок в іншому ряду, розплаву та некерованих конвекційних потоків і тобто вони нахилені під гострим кутом щодо пов'язаних з ними втрат тепла. Піч 2 має невеликі габарити, тому дозволяє форсунок першого ряду. Значення кута a=3…65° легко здійснювати строгий контроль за вибрані з наступних розумінь: зменшення кута дотриманням теплового режиму. Коефіцієнт менше 3° приводить до збільшення швидкості корисної дії печі 2 складає не менше 65%, а час переміщення потоків розплаву, однак, при цьому перебування розплаву в печі 2 скорочується форсунки швидко стають непридатним через порівняно з традиційною ванною скловареної печі збільшення поверхні їх обігріву. Збільшення ж кута більше ніж у 50 разів. більше 65° веде до зменшення швидкості Фідер 10 зверху обігрівають факелами газу, переміщення потоків розплаву а, отже, до який горить, що надходить з газоповітряних зменшення ступеня його гомогенізації. Крім форсунок 21, і електричними нагрівальними спрямованого впливу високотемпературними елементами 18, які разом з високоточним газовими потоками на дзеркало розплаву для регулятором температури (не показано) і підвищення якості гомогенізації має значення датчиками температури - термопарами типу відстань H=(5…7)D установки форсунок. платина-платина-родій (не показано) Зменшення цього значення менше 5D дає забезпечують у фідері 9 підтримання температури незначний ефект і, крім того, зменшує термін розплаву з точністю ±0,5°С. Далі розплав, через служби форсунок. Збільшення відстані на поріг 19 і регульований шибер 20, встановлені на величину більшу за 7D приводить до того, що виході з фідера 10 до перехідної камери 11, ефект перемішування шарів розплаву по глибині направляється на виробку через вироботочні зменшується. Значення кута a і відстані H отвори 16 до фільєрних живильників 17. Завдяки визначені експериментально і є оптимальними для обігріванню перехідної камери 11, підтримується досягнення технічного результату - інтенсифікації досягнутий раніше стан гомогенізованого процесу гомогенізації розплаву. Крім того, розплаву, що дозволяє одержувати міцні тонкі форсунки встановлені в два ряди і напрямок волокна. Підігрітий розплав надходить на фільєрні одного ряду протилежний напрямку форсунок живильники 17, з яких витягають безперервні іншого ряду. В результаті на розплав впливають волокна 22. Волокна 22 обробляються двома потоками в протилежних напрямках, що замаслювачем, який подається з ємності, за значно інтенсифікує гомогенізацію розплаву і допомогою замаслюючого пристрою 23. Волокна забезпечує підтримання в гомогенізаторі 5 робочої 22 після замаслювання подаються через систему температури. Одночасно відбувалося механізмів на намотуючий апарат 28, де вони перемішування верхніх шарів розплаву за рахунок намотуються на бобіну, а потім на переробку у полум'я газоповітряних форсунок 7, встановлених відповідні вироби. під різними кутами і назустріч одна одній. Для В результаті з названих вище пісків перемішування розплаву в середній і в нижній одержували високосилікатні безперервні волокна, частині приймальної камери 4 встановлені бічні основні властивості яких наведені в таблиці 1. (не показано) і донні 8 барботажні сопла, через які Міцність елементарних безперервних волокон подавали підігріте повітря. При цьому через визначали на динамометрі вагового типу при «коротку витримку» розплаву в приймальній робочій довжині зразка 10мм, а грубих волокон камері 4 гомогенізатора 5 розплав виявляється на розривній машині РМ-3 при довжині зразка досить загазованим, турбулентним, відносно 50мм. неосвітленим (неочищеним) і, в основному, непридатним для філаментації через наявність Таблиця 1 грудок сирої ши хти, що непроплавилися, і газових пухирців, що не дозволяє одержати з такого Межа міцності безперервних волокон, розплаву тонку і міцну безперервну нитку. Для виготовлених з гірських порід на основі пісків. освітлення розплаву його самопливом подають до камери освітлення 6, де тиск повітря в зоні Діаметр, Межа міцності при розрідження над потоком розплаву підтримують у Родовища мкм розтягненні, МПа межах 0,10...0,30Па за допомогою вакуумного Безмеїнське 9,0 2090 насоса /не показаний/. При цьому з розплаву Марийське 11,1 1990 виходять, випаровуються та виходять в атмосферу газоподібні включення. У камері Корфовське 10,1 2010 освітлення 6 встановлена перегородка 9. Потік Базальт розплаву, що знаходиться під розрядженням у зоні 9,5 1800 (найближчий перетікання через перегородку 9, утворює на її аналог) верхньому ребрі тонкий шар, який в процесі перетікання звільняється від пухирців газу Рублені високосилікатні волокна з названих газоподібних включень і грудок сирої шихти, що пісків одержували з розплаву, який пройшов через непроплавилися, які опускаються перед перехідну камеру 12. Формування струменів перегородкою 9 вниз, і, таким чином, розплав розплаву здійснювалося щілинним 2000освітлюється. З камери освітлення 6 потік фільєрним живильником, з якого безперервні розплаву витікає по спадній протоці і через поріг волокна подавалися на рубочну машину 25. 9 27982 10 Характеристики високосилікатних рублених Безмеїнське волокон, одержаних з названих вище пісків Марийське наведені в таблиці 2. Корфовське Базальт (найближчий аналог) Довжина відрізка, мм Діаметр волокна, мкм Непроруб, не більше, % 94,5 94,6 94,4 8 8 8 0,72 Таблиця 2 94,0 5 Базальт Високосилікатне безперервне волокно, Марийське Корфовське високосилікатне рублене волокно,(найближчий високосилікатне родовище родовище грубе волокно, високосилікатнеаналог) штапельне 6,2 6,0 6,1 волокно, одержані в пропонованій установці з 10,9 10,1 9,9 названих вище пісків, як показали дослідження, по 3,0 3,2 3,5 хімічній стійкості перевершують базальти. Безмеїнське родовище Найменування показника 0,85 0,83 0,82 6,0 11,2 3,0 Грубі високосилікатні волокна з названих пісків одержували з розплаву, який пройшов через перехідну камеру 13. Формування струменів розплаву здійснювалося щілинним 600-фільєрним живильником, 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 груби х високосилікатних волокон наведені в таблицях 3 і 4. Таблиця 3 155,3 160,3 157,4 Безмеїнське Марийське Корфовське Базальт (найближчий аналог) Межа міцності на розрив, кг/мм 2 22,9 23,1 22,8 155,5 Родовища 22,0 Діаметр, мкм Таблиця 4 Хімічна стійкість грубих високосилікатних волокон. Родовища Безмеїнське Марийське Корфовське Базальт аналог) Діаметр, мкм 160,5 165,5 163,4 (найближчий Н2О 99,5 99,6 99,4 159,5 99,3 Стійкість, % до середовищ 0,5нNaOH 2,0н NaOH 99,3 98,9 99,4 98,9 99,2 98,4 99,1 98,0 2нHCL 99,5 99,7 99,4 99,1 Штапельні високосилікатні волокна з названих пісків одержували з розплаву, що пройшов через перехідну 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 штапельного високосилікатного волокна представлені в таблиці 5. Таблиця 5 Родовища Діаметр, мкм Н2О Стійкість, %, до середовищ 0,5н NaOH 2,0н NaOH 2нHCL