Способ получения минерального волокна плазменным нагревом

 

Использование: производство звуко- и теплоизоляционных негорючих материалов. Сущность изобретения: получение минерального волокна путем нагрева и расплавления дисперсного стеклообразующего материала во вращающемся со скоростью 4500 - 5000 об/мин плазменном реакторе. При этом массовый расход дисперсного материала устанавливают на 3 - 6% больше, чем массовый расход расплава, а температуру на внутренней поверхности сосуда на 300 - 600 К больше температуры плавления дисперсного стеклообразующего материала. Предлагаемый способ позволяет перенести процесс варки стекла в тонкую пленку, образующуюся по всей внутренней поверхности емкости. Это дает эффект возврастания производительности установки и улучшения качества волокна с одновременным удовлетворением экологических требований. 1 ил., 5 табл.

Изобретение касается способа получения минерального волокна как тепло- и звукоизоляционного материала и может быть использовано в производстве огнезащитных материалов для спецмашиностроения.

Известен способ получения минерального волокна, включающий подачу дисперсного минерального материала в зону обработки, его плавление и раздув расплава в приемосборник [1] При реализации этого способа плавление дисперсного минерального материала осуществляют в вагранках в присутствии кокса, что приводит к необходимости частой замены футеровки и неоправданному сужению сырьевой базы, так как плавящийся материал должен обладать как можно меньшей температурой плавления.

Известен способ получения минерального волокна, включающий подачу дисперсного минерального материала в зону обработки, его плавление путем воздействия потоком низкотемпературной плазмы и раздув расплава в приемосборник [2] При реализации этого способа вследствие того, что температура плазменного факела составляет не менее 3500 К, сырьевая база существенно расширяется, и в качестве волокнообразующего материала можно брать золу, шлаки, отходы горнодобывающей промышленности и их сочетания. Кроме того, отпадает необходимость применения футеровки. По количеству общих признаков и достигаемому результату это техническое решение наиболее близко к заявляемому и выбрано в качестве его прототипа.

Недостаток состоит в необходимости излишних энергозатрат, отнесенных к массе готовой продукции, т. е. удельных энергозатрат, прежде всего из-за малости коэффициента использования энергии плазменного потока.

Задача изобретения снижение удельных энергозатрат и повышение качества конечного продукта при реализации способа.

Это достигается тем, что в способе получения минерального волокна, включающем подачу дисперсного минерального материала в зону обработки, его плавление путем воздействия потоком низкотемпературной плазмы и раздув расплава в приемосборник, расплавление дисперсного минерального материала производят во вращающемся цилиндрическом открытом сосуде со скоростью не менее 4500-5000 об/мин, при этом температура на внутренней поверхности сосуда превышает температуру плавления дисперсного стеклообразующего материала на 300-600^оС, а массовый расход дисперсного материала превышает массовый расход расплава на 3-6% Предлагаемый способ позволяет перенести процесс варки стекла в тонкую пленку, образующуюся по всей внутренней поверхности емкости. Это дает эффект возрастания производительности установки и улучшения качеств волокна.

На чертеже представлена технологическая схема реализации заявляемого способа.

П р и м е р. Дисперсный стеклообразующий минеральный материал 1 с температурой плавления 1500 К (золу из золоотвала ГРЭС, химический состав которой представлен в табл. 1) дозированно с массовым расходом 10 г/с подают в цилиндрический сосуд (реактор) 2. Сосуд 2 приводят во вращение, зажигают дугу в плазматроне 3 (мощностью 70 кВт), образующую факел 4, взаимодействующий с частично проплавленным в факеле 4 материалом 5. В результате этого взаимодействия материал 5 полностью расплавляется и образуется пленка расплава 6. Под действием центробежных сил пленка 6 принимает форму, близкую к параболической. В силу постоянной подпитки расплавом и гидростатического давления в расплаве под действием центробежных сил, эта пленка непрерывно вытесняется из сосуда 2 и под действием центробежных сил распыляется в волокна 7.

Поступлению волокон в приемосборник способствует выделяемое факелом 4 и пленкой 6 тепло. Энергию плазменного потока, скорость вращения сосуда и массовый расход исходного сырья устанавливают экспериментально при отработке технологии, фиксируя их значения. В табл. 2 приведены экспериментальные данные по определению оптимальных скоростей вращения реактора и температуры расплава, обеспечивающих функционирование предлагаемого способа.

В табл. 3 приведены экспериментальные данные по определению оптимального массового расхода сырья в отношении к массовому выходу расплава.

В табл. 4 приведены основные физико-химические свойства минерального волокна, получаемого по предлагаемой технологии в сравнении с традиционной.

Сопоставление полученных данных (табл. 5) свидетельствует о преимуществе предлагаемого способа. Это преимущество обусловлено тем, что за счет нагрева дисперсного минерального материала в замкнутом объеме, в тонкой пленке увеличивается значительно скорость процессов варки стекла и практически полностью используется тепловая энергия плазменного потока, что в свою очередь дает увеличение выхода волокна в 3,2 раза по сравнению со способом-прототипом, т. е. удельные энергозатраты существенно меньше и составляют величину 2,6 мВт ч/кг. Кроме того, в предлагаемом способе совмещены технологические операции получения расплава и его разделения на тончайшие пленки с последующим раздувом.

Эффективно утилизируется выделяемое пленкой расплава и плазмой тепло. В соответствии с этим промышленная реализация способа обеспечивает удешевление технологического процесса и его соответствие высоким экологическим требованиям.

По сравнению с традиционной ваграночной технологией получают сокращение технологического времени в 10 раз.

Формула изобретения

1. Способ получения минерального волокна плазменным нагревом,включающий подачу дисперсного стеклообразующего материала в зону обработки, его плавление воздействием потока низкотемпературной плазмы и последующий раздув расплава в приемник, отличающийся тем, что расплавление стеклообразующего материала осуществляют в цилиндрическом открытом сверху сосуде со скоростью вращения 4500 5000 об/мин, при этом температура на его внутренней поверхности превышает температуру плавления стеклообразующего материала на 300 600 К, а массовый расход дисперсного стеклообразующего материала превышант массовый расход расплава на 3 6%

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4