Способ получения минераловатного ковра из базальтового супертонкого волокна

 

Использование: для производства огнеупорных волокнистых изделий, применяемых в качестве теплоизоляционного материала в высокотемпературной технике при конструировании тепловых агрегатов для выплавки металлов. Сущность изобретения: сырье плавят в электропечи, выпускают расплав из печи через водоохлаждаемый канал, затем раздувают расплав энергоносителем и формируют минераловатный ковер. Плавление сырья производят в высокочастотной индукционной печи при температуре 1800±50^oC, раздув расплава в волокна ведут сжатым воздухом при давлении 0,45 - 0,6 МПа. 1 табл.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для производства огнеупорных волокнистых изделий, применяемых в качестве теплоизоляционного материала в высокотемпературной технике при конструировании тепловых агрегатов для выплавки металлов.

Поиск, проведенный по отечественным и зарубежным источникам информации, показал, что в технике известны различные способы получения минераловатного ковра из базальтового волокна.

Большинство известных способов в основном состоят из трех операций. Это плавление исходного сырья, раздув струи расплава энергоносителем и формирование минераловатного ковра. Плавление, как правило, осуществляется в электропечи, в качестве которых используются электродуговые, а в последнее время индукционные печи (см. например заявка РФ N 92003398/33 по кл. C 03 B 37/06). Раздув расплава осуществляют, как правило, пневматической раздувочной головкой, используя поступательное, либо поступательное и вращательное движение энергоносителя (см. например способ формования минеральных волокон по авт. св. N 1049443, кл. C 03 B 37/06). Формирование минераловатного ковра ведут в камере волокноосаждения, для уменьшения содержания неволокнистых включений в составе получаемой ваты поверхность, на которую ведется волокноосаждение, может быть выполнено перфорированной (см. например способ формирования ковра из волокнистого материала авт. св. N 1474111, кл. C 03 B 37/06).

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения ковра из минерального (базальтового тонкого и супертонкого) волокна по авт.св. N 1806104, кл. C 03 B 37/90, взятый за прототип. Способ включает в себя плавление сырья в электропечи, выпуск расплава из печи через водоохлаждаемый стакан в виде струи, последующего раздува энергоносителем и формирование ковра. Перед выпуском расплава из печи его перегревают на 200 250^oC выше температуры плавления сырья, раздув ведут энергоносителем с температурой 180 - 250^oC и скоростью истечения 600 700 м/с.

Недостатками данного способа являются недостаточно высокое качество получаемого волокна, связанное с большим содержанием неволокнистых включений и большим диаметром волокон, а также низкая производительность изготовления ваты, связанная с большим временем гомогенизации расплава в указанном интервале температуры перегрева сырья.

Задачей изобретения является разработка способа, в результате реализации которого повышается качество базальтовой ваты и производительность ее изготовления.

Задача решается предлагаемым способом. Он включает: плавление сырья в электропечи, выпуск расплава из печи через водоохлаждаемый канал, последующий раздув расплава энергоносителем и формирование минераловатного ковра, при этом плавление сырья производят в высокочастотный индукционной печи при температуре 1800±50^oC, раздув расплава в волокна ведут сжатым воздухом при давлении 0,45 0,6 МПа.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что базальтовое сырье плавят токами высокой частоты при 1800±50^oC в индукционной печи, стенки которой выполнены в виде ряда медных трубок, охлаждаемых проточной водой. В указанном интервале температур полная гомогенизация расплава происходит в течение 15 30 мин, т.е. за указанный период происходит полное расплавление входящих в исходное сырье компонентов таких как кварц (при реализации режимов, указанных в прототипе, для полной гомогенизации расплава требуется больше времени, в противном случае неполностью расплавленные частицы кварца, при последующем раздуве увеличат количество неволокнистых включений). Непрерывный слив расплава осуществляется через водоохлаждаемый лоток, обеспечивающий понижение температуры до 1450±50^oC, в раздувочную вихревую головку. Раздув струи расплава ведут сжатым воздухом, имеющим температуру окружающей среды и давление 0,45 0,6 МПа. Такое давление является оптимальным, снижение его приводит к увеличению доли неволокнистых включений, из-за недостаточного раздува струи расплава, а увеличение к очень сильному измельчению получаемых волокон. Скорость истечения при этом составляет 900 1000 м/с, расход воздуха 540 1000 м³/час. Полная гомогенизация расплава и применение указанных режимов позволяют получить волокна диаметром менее 3 мкм. Формирование минераловатного ковра происходит в камере волокноосаждения, где установлен решетчатый пол из труб, позволяющий проводить сепарацию неволокнистых включений (нераздутого стекла) от волокна и возвращать их в производство. Таким образом, в результате осуществления способа улучшается качество волокна и производительность изготовления минераловатного ковра.

Предложенный способ получения минераловатного ковра отличается от способа, описанного в прототипе, тем, что плавление сырья производят в высокочастотной индукционной печи при 1800±50^oC, раздув расплава в волокна ведут сжатым воздухом при давлении 0,45 0,6 МПа. При всем многообразии способов получения минераловатного ковра способ с такой совокупностью режимов неизвестен, это позволяет говорить о том, что предложение обладает новизной.

В результате реализации предлагаемого способа появляется возможность улучшить качество супертонкого волокна, составляющего минераловатный ковер, и одновременно сделать процесс его изготовления высокопроизводительным. В существующих способах повышения температуры плавления сырья и давления энергоносителя возможно и позволило бы несколько улучшить качество волокна и производительность процесса, однако это ведет к увеличению энергозатрат (в частности, применение в прототипе в качестве электропечи электродуговой печи, для работы которой требуется больше энергии, чем для индукционной, и к тому же может иметь место загрязнения расплава продуктами сгорания электродов, что отрицательно сказывается на качество получаемого волокна, применение в прототипе в качестве энергоносителя перегретого пара, который есть не везде, а специальное его производство также требует затрат энергии, т.е. для реализации предлагаемых режимов в способе, описанном в прототипе, необходимо дальнейшее увеличение энергозатрат). В предлагаемом способе благодаря использованию известных устройство (индукционная печь, вихревая раздувочная головка, перфорированный пол камеры волокноосаждения), применении в качестве энергоносителя сжатого воздуха в совокупности с неизвестными ранее режимами (для осуществления аналогичных процессов), удается полностью устранить указанный недостаток, т.е. при том же уровне энергозатрат получить более качественный продукт с одновременным повышением производительности его изготовления. Такое решение, как видно из анализа, прямо из существующего уровня техники не вытекает и не было очевидным для специалистов, что позволяет говорить о наличии у данного решения изобретательского уровня.

Осуществление предлагаемого способа не вызовет затруднений, так как описанный режимы на современном уровне развития техники, сравнительно легко воспроизвести на устройстве, изготовленном из стандартных материалов с применением известных технологических приемов. Необходимость в использовании высокопроизводительного и экономического способа для получения качественного минераловатного ковра не вызывает сомнений, а значит предложение обладает промышленной применимостью.

Пример. Измельченную горную породу (шихту) из приемного бункера через дозирующее устройство по пневмомагистрали подают в плавильное отделение тигля. Тигель представляет собой конструкцию, изготовленную из медных трубок, охлаждаемую водой. Плавление шихты осуществляет с помощью электромагнитного поля, наведенного индуктором, при температуре 1800^oC.

Непрерывность выработки расплава достигают за счет слива его через летку тигля. Плавильное отделение от сливного отделено водоохлаждаемой перегородкой. Шихту распыляют только над плавильным отделением (29 39 кг/ч). Размер частиц шихты менее 5 мм. Слитый расплав подают на вихревую раздувочную головку через водоохлаждаемый лоток. В установке используют вертикальный способ раздува воздухом (ВРВ), то есть струи расплава и воздуха имеют одинаковое вертикальное направление, струе воздуха дополнительно придают вращательное движение. Раздувочная головка, к которой подведен сжатый воздух под давлением 0,5 МПа, производит переработку расплава высокоскоростными воздушными потоками в отдельные волокна диаметром не более 3 мкм, которые транспортиуются воздухом на сету конвейера. Слой осажденных волокон образует ковер толщиной 20-50 мм, наматывающийся на барабан в виде рулонов, которые при достижении определенных размеров снимаются и складируются.

В результате реализации описанного способа получают минераловатный ковер из супертонкого базальтового волокна со следующими характеристиками: средний диаметр волокна 1,79 мкм, массовая доля неволокнистых включений 6,1% кажущаяся плотность 18 кг/м³, производительность по вате 22 кг/ч (см. таблицу, графа 2). Приемы выполнения остальных примеров аналогичны приведенному.

Как видно из таблицы, снижение температуры плавления приводит к снижению производительности, увеличению плотности и массовой доли неволокнистых включений (см. таблицу, графа 4).

Увеличение температуры плавления до 1900^oC нецелесообразно, так как это не улучшает качества волокна, а только увеличивает энергозатраты (см. таблицу, графа 5).

Снижение давления воздуха приводит к увеличению доли неволокнистых включений из-за недостаточного раздува струи расплава, что в конечном итоге ведет к утяжелению ваты (увеличивается плотность) (см. таблицу, графа 6).

Увеличение давления воздуха до 0,65 МПа приводит к очень сильному измельчению получаемых волокон, поэтому производительность по вате низкая за счет большого уноса пыли (сильно измельченных волокон) через вентиляционную систему камеру волокноосаждения (см. таблицу, графа 7).

Применение камеры волокноосаждения с цельным (сплошным) дном приводит к увеличению доли неволокнистых включений и соответственно к увеличению плотности ваты (см. таблицу, графы 8, 9).

Для сравнения в таблице приведены характеристики, получаемые при реализации способа, описанного в прототипе (см. таблицу, графа 10). В предлагаемом способе средний диаметр волокна уменьшается практически в 2 раза, массовая доля неволокнистых включений уменьшается в 3 5 раз.

Формула изобретения

Способ получения минераловатного ковра из базальтового супертонкого волокна путем плавления сырья в электропечи, выпуска расплава из печи через водоохлаждаемый канал, последующего раздува расплава энергоносителем и формирования минераловатного ковра, отличающийся тем, что плавление сырья производится в высокочастотной индукционной печи при температуре 1800 ± 50^oС, раздув расплава в волокна ведут сжатым воздухом при давлении 0,45 - 0,6 МПа.

РИСУНКИ

Рисунок 1