Многофильерный питатель для изготовления непрерывного волокна из расплава горных пород
Владельцы патента RU 2407711:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет"(ЮЗГУ) (RU)
Изобретение относится к устройствам для выработки волокон из минеральных расплавов, а именно к многофильерным питателям для изготовления волокон. Техническим результатом изобретения является обеспечение стабильности температурного режима образования волокон и снижение их обрывности. Многофильерный питатель для изготовления непрерывного волокна из расплава горных пород включает корпус, соединенную с ним фильерную пластину и токоподводы, размещенные по продольной оси симметрии фильерной пластины, выпуклый перфорированный нагревательный экран, соединенный с токоподводами и установленный над фильерной пластиной с наибольшим удалением от ее продольной оси симметрии и наименьшим расстоянием до наиболее удаленных от этой оси фильер и определенным расстоянием между крайними фильерами. Выпуклый перфорированный нагревательный экран выполнен в поперечном сечении в форме перевернутой циклоиды, при этом перфорированные отверстия выполнены в виде усеченного конуса с углом конусности 8-12 градусов. 4 ил.
Изобретение относится к устройствам для выработки волокон из минеральных расплавов, а именно к многофильерным питателям для изготовления непрерывного волокна из расплава горных пород, например базальта.
Известен многофильерный питатель для изготовления непрерывного волокна из расплава горных пород (см. а.с. СССР №1449549 МКИ С03В 37/09, опубл. 07.01.89. Бюл. №1), включающий корпус, соединенную с ним фильерную пластину и токоподводы, размещенные по продольной оси симметрии пластины и для выравнивания температуры расплава, поступающего к фильерам, она выполнена с продольным осевым сечением в виде симметричного пятиугольника и продольными пазами, расположенными над фильерами каждого ряда.
Недостатком является невозможность обеспечения стабильности выработки непрерывного волокна из расплава горных пород. Это связано с попыткой обеспечения однородности выработанного материала путем выравнивания температур расплава, поступающего к фильерам питателя.
Известен многофильерный питатель для изготовления непрерывного волокна из расплава горных пород (см. патент РФ №2087435 МПК С03В 37/09, опубл. 20.08.1997), включающий корпус, соединенную с ним фильерную пластину и токоподводы, размещенные по продольной оси симметрии пластины, выпуклый перфорированный нагревательный экран, соединенный с токоподводами и установленный над фильерной пластиной с наибольшим удалением от ее продольной оси симметрии и наименьшим расстоянием до наиболее удаленных от этой оси фильер и определенным расстоянием между крайними фильерами.
Недостатком технического решения является неравномерность распределения температуры по высоте выпуклого перфорированного нагревательного экрана в форме перевернутого V из-за разности скорости перемещения нагретого расплава базальта между перфорированными отверстиями по прямой наклонной поверхности. При этом изменяющееся время заполнения перфорированных отверстий от верха до основания нагревательного экрана приводит к интенсификации налипания на их внутренние поверхности расплава базальта, особенно на выходе. Все это в конечном итоге приводит к невысокой стабильности образования волокна нормированного параметра по толщине, а это способствует увеличению обрывности вырабатываемого волокна.
Технической задачей является обеспечение стабильности температурного режима образования волокон и снижение их обрывности за счет выполнения выпуклого перфорированного нагревательного экрана в поперечном сечении в форме перевернутой циклоиды, обеспечивающей минимизацию временного различия поступления расплава базальта в перфорированные отверстия при перемещении от верха к основанию нагревательного экрана.
Технический результат по повышению стабильности образования волокон и снижение их обрывности достигается тем, что многофильерный питатель для изготовления непрерывного волокна из расплава горных пород, включающий корпус, соединенную с ним фильерную пластину и токоподводы, размещенные по продольной оси симметрии фильерной пластины, выпуклый перфорированный нагревательный экран, соединенный с токоподводами и установленными над фильерной пластиной с наибольшим удалением от ее продольной оси симметрии и наименьшим расстоянием до наиболее удаленных от этой оси фильер и определенным расстоянием между крайними фильерами, причем выпуклый перфорированный нагревательный экран выполнен в поперечном сечении в форме перевернутой циклоиды, при этом перфорированные отверстия выполнены в виде усеченного конуса с углом конусности 8-12 градусов.
На фиг.1 изображен продольный разрез могофильерного питателя; на фиг.2 - поперечный разрез по А-А; на фиг 3 - разрез перфорированного отверстия нагревательного экрана; на фиг.4 - вид сверху нагревательного экрана с рядами перфорированных отверстий.
Многофильерный питатель для изготовления непрерывного волокна из расплава горных пород включает корпус 1 с торцевыми и боковыми стенками, соединенную с корпусом 1 и установленную в его днище фильерную пластину 2 с фильерами 3. Питатель включает также токоподводы 4, размещенные по продольной оси симметрии фильерной пластины 2 и соединенные с торцевыми стенками корпуса 1, выпуклый перфорированный нагревательный экран 5, установленный над фильерной пластиной 2 в придонной зоне питателя. Выпуклый перфорированный нагревательный экран 5 выполнен в поперечном сечении в форме перевернутой циклоиды (см., например, М.Я. Выгодский. Справочник по высшей математике, стр.802, «Некоторые замечательные кривые»). В результате под действием силы тяжести (это заложено по технологическому процессу изготовления непрерывного волокна на многофильерном питателе из расплава горных пород) происходит быстрое перемещение массы горячего расплава горных пород от одного, например самого верхнего, к следующему, ниже расположенному перфорированному отверстию. Выпуклый перфорированный нагревательный экран 5 размещен над фильерной пластиной 2 с наибольшим удалением от ее продольной оси симметрии и с наименьшим расстоянием до наиболее удаленных от этой оси фильер. Многофильерный питатель снабжен пластиной 6 для его установки в дно устройства для подачи расплава горных пород. Выпуклый перфорированный нагревательный экран 5 соединен для электрического контакта с токопроводами 4 посредством торцевых стенок корпуса 1 и имеет перфорированные отверстия 7, выполненные в виде усеченного конуса с углом конусности 8-12 градусов и расположенные рядами, симметричными относительно продольной оси симметрии фильерной пластины 2.
Многофильерный питатель для изготовления непрерывного волокна из расплава горных пород работает следующим образом.
Расплав горной породы поступает в корпус 1 многофильерного питателя от устройства для подачи расплава (фидера) из плавильной печи, где плавление горной породы осуществляется факельным нагревом. Расплав горной породы с температурой 1520°С поступает через вертикальный канал фидера на многофильерный питатель, при этом высота столба расплава составляет 0,12-0,2 м от плоскости фильерной пластины 2 с фильерами 3. Поток расплава горной породы обтекает выпуклый перфорированный нагревательный экран 5 в поперечном сечении в форме перевернутой циклоиды, нагревается его поверхностью и через перфорированные отверстия 7 поступает на фильерную пластину 2. Вследствие выполнения выпуклого перфорированного нагревательного экрана 5 в поперечном сечении в форме перевернутой циклоиды обеспечивается минимизация временного различия поступления расплава горных пород в ряды перфорированных отверстий 7 при перемещении от верха к основанию выпуклого перфорированного нагревательного экрана 5, и температура расплава, и соответственно, вязкость в каждом ряду перфорированных отверстий 7 будет постоянна. Следовательно, устраняются и различия в количестве налипающего расплава горных пород на внутренние поверхности перфорированных отверстий 7. Это приводит к равномерности поступления расплава горных пород с каждого ряда перфорированных отверстий 7 выпуклого перфорированного нагревательного экрана 5 с температурой, соответствующей процессу его нормированного охлаждения.
Благодаря этому при различном пути, проходимом расплавом горных пород от перфорированных отверстий 7, расположенных в разных рядах выпуклого перфорированного нагревательного экрана 5, до фильерной пластины 2, он поступает к фильерам 3, нагретым до различных значений температур, но равных по рядам перфорированных отверстий 7 (с учетом процесса охлаждения на внешней поверхности выпуклого перфорированного нагревательного экрана 5 при минимальном времени прохождения расплава горных пород от одного до другого ряда перфорированных отверстий 7).
Выполнение перфорированных отверстий 7 выпуклого перфорированного нагревательного экрана 5 в виде усеченного конуса с углом конусности 8-12 градусов обеспечивает оптимальную максимальную скорость их прохождения расплавом горных пород (см., например, с.191, Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача - М.: Высшая школа, 1980, 409 с.), что приводит к практическому отсутствию налипания расплава горных пород на внутренних поверхностях перфорированных отверстий 7.
В результате получаем не случайный разброс градиентов температур расплава горных пород на фильерной пластине 2 (по прототипу), а равномерно распределенный в соответствии с симметричными (относительно продольной оси выпуклого перфорированного нагревательного экрана 5) рядами перфорированных отверстий 7, выполненных в виде усеченного конуса с углом конусности 8-12 градусов. Тогда при взаимной компенсации градиентов температур расплава горных пород и в выработочной зоне, а также на нижней поверхности фильерной пластины 2 наблюдается стабильная температура расплава горных пород по ширине фильерной пластины 2 в пределах нормированных значений для конкретного типа сырья по производству волокон.
Через отверстия фильер 3 расплав горных пород поступает на нижнюю часть, где происходит формирование волокна в нить. Нить через устройство замасливания поступает в намоточное устройство, где сматывается на бобины. Температура расплава горных пород в рабочем режиме измеряется термопарой. Регулировка температуры фильерной пластины 2 производится автоматически путем изменения питающего напряжения на теплопроводах 4.
Оригинальность предлагаемого технического решения по повышению стабильности температурного режима образования волокон и снижения их обрывности заключается в выполнении выпуклого перфорированного нагревательного экрана таким образом, что в поперечном сечении он имеет форму перевернутой циклоиды, а это и обеспечивает минимизацию временного различия при заполнении расплавом горных пород перфорированных отверстий нагревательного экрана, расположенных рядами на разных уровнях, при этом выполнение перфорированных отверстий в виде усеченного конуса уменьшает налипание расплава горных пород на их внутренние поверхности. Все это способствует планомерному распределению разнонаправленных температурных градиентов расплава горных пород и фильерной пластины, что обеспечивает более однородный по температуре расплав на выходе из фильер, улучшая выработку волокна и снижая их обрывность.
Многофильерный питатель для изготовления непрерывного волокна из расплава горных пород, включающий корпус, соединенную с ним фильерную пластину и токоподводы, размещенные по продольной оси симметрии фильерной пластины, выпуклый перфорированный нагревательный экран, соединенный с токоподводами и установленный над фильерной пластиной с наибольшим удалением от ее продольной оси симметрии и наименьшим расстоянием до наиболее удаленных от этой оси фильер и определенным расстоянием между крайними фильерами, отличающийся тем, что выпуклый перфорированный нагревательный экран выполнен в поперечном сечении в форме перевернутой циклоиды, при этом перфорированные отверстия выполнены в виде усеченного конуса с углом конусности 8-12°.
