Способ получения непрерывных волокон из горных пород и печь для изготовления непрерывных волокон из горных пород

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к области производства непрерывных минеральных волокон из основных горных пород типа базальта, и может быть использовано в ванных и прямоточных печах при производстве базальтовых волокон, а также волокон на основе других горных пород и материалов. Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения непрерывных волокон из горных пород, включающем плавление твердой фазы породы в варочном бассейне печи и подачу расплава в зону выработки, с промежуточным подогревом его через зеркало под сводом выработочной зоны, и подачу расплава к фильерам через питатель, промежуточный подогрев расплава в выработочной зоне ведут через тонкий слой расплава, перетекающего из варочного бассейна в выработочную зону. При этом в устройстве (печи), реализующем способ, тепловой экран, отделяющий зеркало расплава выработочной зоны от нагревательных горелок, расположенных у свода печи, установлен на отметке переливного порога, не превышающей высоту верхней кромки переливного порога, герметично соединен с ним и имеет проточное отверстие у противостоящей порогу стенки корпуса печи. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к области производства непрерывных минеральных волокон из основных горных пород типа базальта, и может быть использовано в ванных и прямоточных печах при производстве базальтовых волокон, а также волокон на основе других горных пород и материалов.

Известен способ получения минеральных волокон из расплавов горных пород, при котором предварительно подготовленный расплав горной породы нагревают в выработочной зоне через зеркало расплава (для подачи к фильерам) газовыми горелками, а отбор расплава производят без принудительной гомогенизации в диапазоне 0,2-0,8 высоты уровня расплава в этой зоне (патент СССР 1823958, кл. С 03 В 37/00, 1991).

Отбор расплава в указанном диапазоне предполагает температурную стабильность расплава независимо от стабильности параметров средств нагрева, а также от наличия или отсутствия средств гомогенизации отбираемого расплава. Отсутствие в этом способе каких-либо мер (шагов, средств) по температурной и вязкостной гомогенизации расплава в выработочной зоне хотя и упрощает технологию и конструкцию печи, но делает показатели этого способа чрезмерно зависящими от конструктивных и физических параметров устройств (печей), реализующих способ, даже от таких как стабильность параметров газовых горелок и их схема размещения над зеркалом расплава. О неопределенности показателей известного способа свидетельствует и неоправданно завышенный диапазон высот отбора расплава для подачи к фильерам (0,2-0,8 Н), при том, что эффективный нагрев базальтового расплава черев зеркало его достигается, как известно, лишь на величину 50-100 мм. При таком раскладе обстоятельств работоспособность указанного способа, устойчивость его показателей может быть обеспечена лишь при условии наличия системы автоматического регулирования высоты точки отбора расплава в зависимости от температуры.

Известен также способ получения непрерывных волокон из расплавов горных пород, включающий плавление твердой фазы породы в варочном бассейне печи и подачу расплава в зону выработки, с промежуточным подогревом его через зеркало под сводом выработочной зоны, подачу расплава к фильерам через питатель (патент РФ 2039715, кл. С 03 В 37/02, 1992). Согласно способу нагрев расплава в выработочной зоне печки газовыми горелками производят как через зеркало расплава, так и через дно зоны (камеры) отбора при принудительном перемешивании расплава лопастями мешалок, располагаемых над каждым питателем.

В устройстве, реализующей этот способ, для выравнивания неравномерного температурного поля, создаваемого газовыми горелками, и устранения быстрых и медленных пульсаций его, обусловленных различием параметров горелок и непостоянством теплотворной способности теплоносителя, горелки отделены от расплава толстостенным теплопроводящим экраном. Нагрев расплава в выработочной бассейне одновременно сверху и снизу способствует уменьшению градиента температур по высоте расплава, этому способствует и дополнительное перемешивание расплава лопастями мешалок непосредственно в зоне отбора его питателями к фильерам. Однако оснащение каждого питателя мешалкой лопастного типа с приводом, как и организация нагрева снизу, существенно усложняет не только саму печь, у которой таких питателей множество, но и технологический процесс и его обслуживание.

В основу изобретения положена задача упрощения технологического процесса производства непрерывных волокон и его аппаратурного обеспечения при сохранении стабильности показателей.

Решение поставленной задачи в способе получения непрерывных волокон из горных пород, включающем плавление твердой фазы породы в варочном бассейне печи и подачу расплава в зону выработки, с промежуточным подогревом его через зеркало под сводом выработочной зоны, и подачу расплава к фильерам через питатель, обеспечивается тем, что промежуточный подогрев расплава в выработочной зоне ведут через тонкий слой расплава, перетекающего из варочного бассейна в выработочную зону.

Таким ведением процесса достигается равномерное распределение температуры средств нагрева, осветление расплава перед поступлением его в зону отбора питателем и усреднение температуры расплава в зоне отбора.

Решение задачи обеспечивается также тем, что подачу расплава к фильерам через питатель ведут из выработочной зоны, атмосферу которой в процессе отбора расплава к фильерам частично или полностью изолируют от атмосферы подсводового пространства выработочной зоны.

Изоляцией атмосферы выработочной зоны от атмосферы подсводового пространства этой зоны исключается влияние пульсаций, создаваемых средствами нагрева (газовых горелок, находящихся под сводом выработочной зоны, а также обеспечивается температурная стабилизация непосредственно в зоне отбора расплава.

Решение поставленной задачи в печи для изготовления непрерывных волокон из горных пород, содержащей расположенные в теплоизолированном корпусе варочный бассейн и выработочную зону, оснащенные средствами нагрева и разделенные между собой переливным порогом, а также тепловой экран, установленный над зеркалом расплава в выработочной зоне, сообщающейся через питатель с фильерной камерой, достигается тем, что тепловой экран установлен на отметке, не превышающей высоту верхней кромки переливного порога, герметично соединен с ним и имеет проточное отверстие у противостоящей порогу стенки корпуса печи.

Таким расположением экрана обеспечивается сообщение ему дополнительных функций осветлителя с подогревом и термостабилизатора, изолирующего объем выработочной зоны непосредственно прилегающей к питателю, от подсводовой атмосферы этой зоны. Тем самым создаются условия для стабилизации вязкости расплава, отбираемого к фильерам.

При этом проточное отверстие для падающей с поверхности экрана ленты расплава может быть выполнено как в виде П-образного выреза по кромке экрана, обращенной к стенке корпуса печи, так и может быть образовано в виде щели между кромкой экрана и стенкой корпуса печи.

Решение поставленной задачи обеспечивается также тем, что печь оснащена фартуком из жаростойкого материала, установленным под кромкой теплового экрана, у противостоящей порогу стенки корпуса, с погружением в расплав выработочной зоны.

Таким дополнением экрана между свисающим фартуком и стенкой корпуса создается как бы успокоительная камера, препятствующая всплытию с дна выработочной зоны случайно оказавшихся в ней осадков и обеспечивающая в то же время перемешивание расплава перед отбором его к фильерам.

Эффективность процесса перемешивания расплава в этой камере повышается тем, что на погруженном в расплав конце фартука выполнен загиб в виде цилиндрического лотка, открытого со стороны ниспадающего потока расплава и расположенного с зазором относительно стенки корпуса печи. При таком выполнении фартука ленточный поток расплава, падающий с кромки экрана, закручивается в лотке, что способствует усреднению температуры и вязкости расплава, поступающего в питатель.

Но при любой форме фартука он обеспечивает изоляцию газовой атмосферы выработочной зоны от подсводового пространства этой зоны, тем самым создавая термостабильные условия в зоне отбора расплава к фильерам.

Решение поставленной задачи обеспечивается и тем, что печь дополнительно снабжена разделительной перегородкой, установленной между варочным бассейном и выработочной зоной, перед переливным порогом, нижний конец которой погружен в расплав, с образованней вертикального пере точного канала в выработочную зону.

Таким дополнением печи завершается разделение атмосфер варочного бассейна и выработочной зоны, что также способствует стабилизации параметров расплава, отбираемого к фильерам, его температуры, вязкости и гидростатического давления.

Изобретение иллюстрируется конструкционной схемой печи, представленной на чертеже.

Печь для изготовления непрерывных волокон содержит корпус 1 с загрузочным люком 2, варочным бассейном 3 для приготовления расплава 4 из твердой фазы горных пород. В качестве средств нагрева могут использоваться как электродные, так и факельные нагреватели (не показано). Варочный бассейн 5 отделен от выработочной зоны, занимающей вторую половину печи, разделительной перегородкой 5, закрепленной под сводом печи, и переливным порогом 6. При этом между разделительной перегородкой 5 и переливным порогом 6 образован вертикальный переточный канал 7. На уровне переливного порога, не превышающем высоту его верхней кромки, закреплен тепловой экран 8 из жаропрочного материала, над которым под сводом выработочной зоны печи расположены газовые горелки 9, предназначенные в такой конструкции для разогрева тонкой ленты расплава 10 вместе с телом теплового экрана 8, переизлучающего тепловой поток в локализованную им выработочную зону 11 с бассейном расплава 12. На конце теплового экрана 8 под его сливной кромкой расположен (закреплен или выполнен за одно целое с ним) фартук 15 из того же материала, заканчивающийся в своей нижней части плавно сопряженным с его поверхностью желобом в виде полуцилиндра 14, выполняющим функции завихрителя для перемешивания поступающего ленточного расплава с массой расплава 12 в выработочной зоне. Желоб 14 может быть выполнен с отверстиями для интенсификации такого процесса. В случае необходимости фартук 13, тепловой экран 8 и разделительная перегородка 5 могут быть использованы в качестве электродов для разогрева ленты 10 расплава, подаваемого в выработочную зону, а следовательно, и самого экрана. Тогда окажется возможным частично или полностью отказаться от газовых горелок 9. Для отбора расплава печь имеет струйные питатели 15, конструктивное выполнение которых не регламентируется, т.е. может быть различным, выбранным из большого арсенала известных решений.

Печь содержит также фильерную камеру 16, которая может быть и выносной.

Способ реализуют следующим образом.

Загружаемый в варочный бассейн 3 кусковый материал нагревают теплоносителем до температуры плавления и по достижении необходимой вязкости подают через канал 7 и переливной порог 6 на поверхность теплового экрана 8 тонким слоем. Под действием газовых горелок 9 тонкая лента расплава вместе с тепловым экраном разогревается, при этом тепло ее переизлучается тепловым экраном 8 в локализованную им (и фартуком 13) выработочную зону 11, нагревая расплав 12, а разогретая лента 10 расплава падает вдоль фартука 15 в его желоб 14 и перемешивается с основной массой расплава 12 в выработочном объеме локализованной зоны отбора расплава питателями 15 к фильерам в камеру 16.

Таким образом, промежуточный нагрев расплава в выработочной зоне осуществляется через тонкий слой расплава, перетекающего из варочного бассейна в выработочную зону, что способствует более равномерному теплопереносу как за счет потока самого расплава, так и за счет переизлучения тепла экраном.

Описанный способ может найти применение и при производстве непрерывных волокон или пленки из других природных материалов.

Формула изобретения

1. Способ получения непрерывных волокон из горных пород, включающий плавление твердой фазы породы в варочном бассейне печи и подачу расплава в зону выработки, с промежуточным подогревом его через зеркало под сводом выработочной зоны, и подачу расплава к фильерам через питатель, отличающийся тем, что промежуточный подогрев расплава в выработочной зоне ведут через тонкий слой расплава, перетекающего из варочного бассейна в выработочную зону.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу расплава к фильерам через питатель ведут из выработочной зоны, атмосферу которой в процессе отбора расплава к фильерам частично или полностью изолируют от атмосферы подсводового пространства выработочной зоны.

3. Печь для изготовления непрерывных волокон из горных пород, содержащая расположенные в теплоизолированном корпусе варочный бассейн и выработочную зону, оснащенные средствами нагрева и разделенные между собой переливным порогом, а также тепловой экран, установленный над зеркалом расплава в выработочной зоне, сообщающейся через питатель с фильерной камерой, отличающаяся тем, что тепловой экран установлен на отметке, не превышающей высоту верхней кромки переливного порога, герметично соединен с ним и имеет проточное отверстие у противостоящей порогу стенки корпуса печи.

4. Печь по п.3, отличающаяся тем, что проточное отверстие теплового экрана выполнено в виде П-образного выреза его кромки.

5. Печь по п.3, отличающаяся тем, что проточное отверстие выполнено в виде щели, образованной кромкой экрана и противостоящей стенкой корпуса печи.

6. Печь по любому из пп.3-5, отличающаяся тем, что она оснащена фартуком из жаростойкого материала, установленным под кромкой теплового экрана, у противостоящей порогу стенки корпуса, с погружением в расплав выработочной зоны.

7. Печь по п.6, отличающаяся тем, что фартук, установленный под сливной кромкой теплового экрана, своей верхней частью герметично соединен с ним, а оба его торца заделаны в стенках корпуса.

8. Печь по любому из пп.6 и 7, отличающаяся тем, что на погруженном в расплав конце фартука выполнен загиб в виде цилиндрического лотка, открытого со стороны ниспадающего потока расплава и расположенного с зазором относительно стенки корпуса.

9. Печь по любому из пп.3-8, отличающаяся тем, что она дополнительно оснащена разделительной перегородкой, установленной между варочным бассейном и выработочной зоной, перед переливным порогом, нижний конец которой погружен в расплав, с образованием вертикального переточного канала в выработочную зону.

РИСУНКИ

Рисунок 1