Устройство для получения минерального волокна
Изобретение относится к устройствам получения минеральных волокон, в том числе базальтового волокна, которые находят широкое применение в машиностроении, текстильной, химической, аэрокосмической промышленности, стройиндустрии и других областях хозяйства. Технический результат - создание высокоэффективного и энергосберегающего устройства для получения минерального волокна длиною до 25 см, диаметром 4-7 мкм, с содержанием твердых оксидов металлов менее 4 мас.%. Устройство содержит крышку, два полых кольца с отверстиями для выхода воздуха и диск, закрепленный на конусообразном роторе. Поверхность нижнего полого кольца профилирована таким образом, что совместно с выпуклой частью крышки образует изменяющееся кольцевое сопло для воздушного потока, выходящего из отверстий верхнего полого кольца. Отверстия для выхода воздушного потока из нижнего полого кольца выполнены под заданным углом относительно вертикальной оси устройства и расположены ниже вращающегося диска, который имеет форму усеченного конуса и насечки на рабочей поверхности. Внутренняя стенка нижней части корпуса профилирована таким образом, что совместно с поверхностями нижнего полого кольца, диска и ротора образует сопловое пространство, переходящее последовательно в цилиндрический объем, диффузор и сопловой аппарат. Привод снабжен механизмом вращения и механизмом для перемещения ротора с диском вдоль вертикальной оси. 3 ил.
Изобретение относится к устройствам для получения минерального волокна, которое находит широкое применение в машиностроении, текстильной, химической, аэрокосмической промышленности, стройиндустрии и других областях.
Известны воздушно-раздувные устройства для получения минерального волокна, в которых раздув расплава осуществляют пневматической раздувочной головкой, используя поступательное либо поступательное и вращательное движение энергоносителя (Авт. св-во СССР №1049443, С 03 В 37/06); либо устройства раздува на основе головок, работающих на сжатом воздухе при давлении 0,45-0,6 МПа (Патент РФ №2100299, С 03 В 37/06, 27.12.97).
Известны фильерные устройства на легированных сталях и платино-родиевых сплавах для получения базальтовых волокон, в которых осуществляют подачу расплава в зону выработки фидера, выработку волокна через питатель, вытягивание через фильеры, замасливание волокон и намотку их на бобины (Патент РФ №2039715, С 03 В 37/02, 20.07.95).
Общими недостатками всех известных устройств являются высокие эксплуатационные энерго- и трудозатраты (до 20 квт/кг шихты), высокие звуковые фоны (до 140 дб), большие расходы сжатого воздуха (до 10 м3 на 40-50 кг расплава), необходимость частой смены рабочих органов (валков) - через 15-22 часа работы, повышенная пожаро- и взрывоопасность, недостаточно высокое качество получаемого минерального волокна, необходимость наличия значительных производственных площадей.
Наиболее близким к заявляемому является устройство, применяемое для способа получения минерального волокна (Патент РФ №2035409, С 03 В 37/04, 20.05.1995). Устройство содержит перед камерой волокноосаждения соосно расположенные полое кольцо с отверстиями для выхода воздуха в направлении движения расплава и штуцером для подвода сжатого воздуха и тарельчатый диск с механизмом его вращения. Капли расплава, поступая на охлаждаемый тарельчатый диск, под действием центробежных сил и напора воздуха из отверстий тора, распыляются и преобразуются в волокна, поступающие далее на транспортер камеры волокноосаждения.
Недостатком известного устройства, выбранного в качестве прототипа, является невозможность управлять технологией раздува минерального расплава и, следовательно, невозможность получения высококачественного волокна.
Изобретение решает задачу создания устройства для осуществления высокоэффективного, экологически чистого и энергосберегающего способа получения высококачественного минерального волокна с высокими эксплуатационными параметрами.
Задача решается устройством для получения минерального волокна, состоящим из привода и расположенных соосно в корпусе: крышки с выпуклой нижней частью и отверстием для подачи расплава, двух полых колец с отверстиями для выхода воздуха и диска с насечками на рабочей поверхности, закрепленного на конусообразном роторе. Поверхность нижнего полого кольца, обращенная к оси его симметрии, профилирована таким образом, что совместно с выпуклой частью крышки и торцевой частью диска образует кольцевое сопло для воздушного потока, выходящего из отверстий верхнего полого кольца. Отверстия для выхода воздушного потока из нижнего полого кольца выполнены под заданным углом относительно вертикальной оси устройства и расположены ниже диска, который имеет форму усеченного конуса. Внутренняя стенка нижней части корпуса профилирована таким образом, что совместно с поверхностями нижнего полого кольца, диска и ротора образует сопловое пространство, переходящее последовательно в цилиндрический объем и диффузор, а затем в сопловой аппарат, представляющий собой усеченный конус. Привод снабжен механизмом вращения и механизмом для перемещения ротора с диском вдоль вертикальной оси.
Общий вид установки для получения минерального волокна, в которой применяется заявляемое устройство, показан на Фиг.1.
Принципиальная схема устройства приведена на Фиг.2 и Фиг.3.
Узел привода 1 смонтирован на станине 2 и включает в себя асинхронный электродвигатель 3, вращающий через клиноременную передачу 4 вертикальный водоохлаждаемый вал 5, посаженный на подшипниках во втулке 6, перемещаемой по неподвижной направляющей 7 станины 2 при помощи вращающейся рукоятки 8.
В водоохлаждаемый вал 5 оборотная вода поступает по неподвижной трубке 9 и перетекает через трубку 10 в коллектор (не показан).
В нижней части вертикального вала 5 расположен узел волокнообразования Б, схема которого приведена отдельно на Фиг.3.
Узел волокнообразования представляет собой аэродинамическое устройство, заключенное в корпус 11 с крышкой 12, имеющей выпуклую нижнюю часть 13 и отверстие для подачи расплава. Под крышкой расположено полое кольцо 14 со штуцером для подачи сжатого воздуха (не показан) и с отверстиями 17 для выхода воздуха. Ниже расположено полое кольцо 15 со штуцером для подачи сжатого воздуха (не показан) и с отверстиями 18 для выхода воздуха. Поверхность кольца 15, обращенная к оси его симметрии, профилирована таким образом, что совместно с выпуклой частью 13 крышки 12 и конической торцевой частью диска 19 образует кольцевое сопло 16 для воздушного потока, выходящего из отверстий 17 верхнего полого кольца. Отверстия 18 для выхода воздушного потока из полого кольца 15 выполнены под заданным углом относительно вертикальной оси устройства и расположены ниже диска 19, который имеет форму усеченного конуса и насечки на рабочей поверхности. Диск 19 закреплен на конусообразном роторе 20. Внутренняя стенка 21 нижней части корпуса профилирована таким образом, что совместно с поверхностями полого кольца 15, диска 19 и ротора 20 последовательно образует сопловое пространство 22, цилиндрический объем 23 и диффузор 24, переходящий затем в сопловой аппарат 25, представляющий собой усеченный конус высотой до 1 м.
Принцип работы устройства.
Минеральный расплав из плавильного узла (не показан) по лотку 26 поступает при температуре до 2000°С через отверстие в крышке в приосевую часть рабочей поверхности жаропрочного диска 19, вращающегося вместе с ротором 20 со скоростью, достигающей 4000-5600 об/мин. Под действием центробежных сил расплав растекается по указанному диску, попадая при этом в воздушный поток из десятков отверстий 17 полого кольца 14, направленный в изменяющееся при вертикальном перемещении ротора 20 с закрепленным на нем диском 19 кольцевое пространство 16, которое образовано выпуклой частью 13 крышки 12, конической торцевой частью вращающегося диска 19 и профилированной поверхностью полого кольца 15. Здесь происходит первичный раздув.
Скорость истечения сжатого воздуха, подаваемого внутрь полых колец под давлением до 1,0 МПа, превышает 100 м/с. Причем скорость потока еще более повышается за счет эффекта эжекции, возникающего при истечении сжатого воздуха из десятков отверстий 18 полого кольца 15, и достигает 200 м/с. Струйки расплава, попадающие из насечек вращающегося диска 19 в сопловое пространство 16, подвергаются воздействию пульсирующего по скорости воздушного потока. За счет этого возрастает, соответственно, интенсивность раздува и происходит измельчение оксидов металлов.
Далее первичный раздув попадает в сопловое пространство 22.
Форма соплового пространства 22 обеспечивает резкое торможение эжектирующего потока, после чего раздув попадает последовательно в цилиндрический объем 23 и диффузор 24. После этого объем раздува переходит в сопловой аппарат 25, где и происходит эффективная сепарация волокон и измельченных оксидов металлов (“корольков”). Затем объем волокон следует на формирование ковра и дальнейшую круговую очистку от оксидов металлов в камеру волокноосаждения (не показана).
Таким образом, предложенная конструкция устройства для получения минерального волокна позволяет качественно работать в широком диапазоне изменения плотности и вязкости всех минеральных расплавов за счет возможности:
- изменения кольцевого сечения между профилированным полым кольцом и конической торцевой частью вращающегося диска;
- регулируемого числа оборотов ротора;
- баланса скоростей истечения сжатого воздуха из отверстий верхнего и нижнего полых колец;
- организации регулируемого эффекта эжекции, направленного на обеспечение, в том числе, эффективного отделения мельчайших фракций оксидов металлов от волокон.
Управление процессом волокнообразования автоматизировано. Величины основных изменяемых параметров процесса задаются с помощью системы датчиков и специализированного программного обеспечения.
Устройство позволяет получать волокно длиною до 25 см, диаметром 4-7 мкм, с содержанием твердых оксидов металлов менее 4 мас.%.
Производительность устройства, несмотря на его небольшие габариты, достигает 200-500 кг минерального волокна в час.
Формула изобретения
Устройство для получения минерального волокна, состоящее из привода и расположенных соосно в корпусе крышки с выпуклой нижней частью и отверстием для подачи расплава, двух полых колец с отверстиями для выхода воздуха и диска с насечками на рабочей поверхности, закрепленного на конусообразном роторе, причем поверхность нижнего полого кольца, обращенная к оси его симметрии, профилирована таким образом, что совместно с выпуклой частью крышки и торцевой частью диска образует кольцевое сопло для воздушного потока, выходящего из отверстий верхнего полого кольца, а отверстия для выхода воздушного потока из нижнего полого кольца выполнены под заданным углом относительно вертикальной оси устройства и расположены ниже вращающегося диска, имеющего форму усеченного конуса; внутренняя стенка нижней части корпуса профилирована таким образом, что совместно с поверхностями нижнего полого кольца, диска и ротора образует сопловое пространство, переходящее последовательно в цилиндрический объем, диффузор и в сопловой аппарат, представляющий собой усеченный конус; привод снабжен механизмом вращения и механизмом для перемещения ротора с диском вдоль вертикальной оси.
РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
