способ получения непрерывного волокна из расплава базальтовых горных пород

Формула изобретения

Способ получения непрерывного волокна из расплава базальтовых горных пород, включающий плавление породы, подачу расплава в зону выработки к фильерам, отличающийся тем, что выработку ведут на высоте расплава над фильерами не более 60 мм, забор расплава осуществляют с уровня расплава над заборным отверстием при соотношении уровня расплава над заборным отверстием к общей высоте расплава над фильерами от 0,15 до 0,65, при этом соотношение суммарной площади заборных отверстий к суммарной площади поперечных сечений фильер составляет 0,25 - 0,5.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства непрерывных волокон из расплава базальтовых горных пород, которые могут быть использованы для получения тканых и нетканых материалов, конструкционных базальтопластиков и композитов, для фильтрации жидких и газообразных сред, как облицовочный материал при изготовлении прошивных теплоизоляционных изделий, как наполнитель в пластиках и армирующий материал в бетоне.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ изготовления непрерывных минеральных волокон, заключающийся в том, что расплавляют базальт и подают базальтовый расплав в зону выработки в фидере. В зоне выработки образуют область отбора базальтового расплава для струйной подачи к фильерам. Согласно изобретению область отбора базальтового расплава поддерживают в границах от 0,2 до 0,8 высоты уровня расплава в зоне выработки. [Патент Украины 3, С 03 В 37/00, 1993]. Это позволяет отбирать расплав с оптимальными температурами и вязкостью из зоны выработки к фильерам и снизить удельную обрывность получаемых непрерывных минеральных волокон.

Недостатком данного способа является сложность процесса и высокие затраты материальных и энергетических ресурсов: платинородия, электрооборудования, электроэнергии. Струйная подача из фидера к фильерам требует применения специального устройства - струйного питателя, изготовленного из сплава драгоценных металлов - платинородия и имеет свою отдельную систему электронагрева. Наличие трубчатого струйного питателя продлевает путь прохождения расплава от места забора его в фидере к фильерам в пределах 700-750 мм. Такая конструкция выработочного устройства, состоящего из струйного и фильерного питателей, каждый из которых имеет индивидуальную систему электронагрева, усложняет их взаимодействие по дебиту расплава в связи со значительной зависимостью вязкости расплава от температуры.

В основу изобретения поставлена задача создания способа получения непрерывного волокна из расплава базальтовых горных пород, в котором путем обеспечения оптимального уровня расплава над крышкой питателя до высоты расплава над фильерами достигается упрощение процесса выработки непрерывного волокна и уменьшение затрат материальных и энергетических ресурсов при сохранении качественных показателей получаемого волокна.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения непрерывного волокна из расплава базальтовых горных пород, включающем плавление породы, подачу расплава в зону выработки к фильерам, согласно изобретению выработку ведут при высоте расплава над фильерами не более 60 мм, забор расплава проводят с его тонкого слоя над крышкой питателя при соотношении высоты тонкого слоя к общей высоте расплава над фильерами от 0,15 до 0,65.

Основным условием возможности применения способа производства непрерывного волокна без струйного питателя является обеспечение температурной, а следовательно, и вязкостной однородности расплава, поступающего в зону выработки в фидере к фильерам. В заявляемом способе это достигается такими путями:

- установлением общей высоты столба расплава над фильерами не более 60 мм;

- проведением забора расплава с его тонкого слоя до 25 мм над заборным отверстием, что обуславливает минимальный температурный градиент по его высоте;

- осуществлением забора расплава через отверстия в крышке питателя, установленной на уровне дна фидера, т.е. с его нулевого обозначения;

- установлением заборных отверстий, суммарная площадь которых должна быть меньше суммы площадей поперечных сечений фильер при соотношении 0,25-0,5, что позволяет осуществлять забор расплава из минимальной площади фидера.

Без наличия в питателе крышки с заборным отверстием температурно неоднородный расплав по ширине фидера поступал бы на всю площадь фильерного поля, обуславливая повышенную обрывность. Забор расплава через отверстия дает возможность направлять к фильерам однородный по температуре расплав. При слишком малом отверстии не обеспечивается поступление к фильерам необходимого количества расплава, а при чрезмерном увеличении отверстия увеличивается его температурная неоднородность.

В отличие от взятого за прототип способа изготовления непрерывного минерального волокна, в котором для подачи расплава к фильерам питателя используется трубчатый струйный питатель, в заявленном способе последний отсутствует. Забор расплава в нем осуществляют непосредственно их фидерного канала через заборные отверстия в крышке питателя, которых может быть одно, расположенное в центре крышки, или несколько, расположенных в продольных ее краях.

Устройство для осуществления способа получения непрерывного волокна из расплава базальтовых горных пород схематически изображено на фиг. 1 и 2:

фиг. 1 - питатель с емкостью над фильерами, высота которой ₂ равна 30 мм;

фиг. 2 - питатель с емкостью над фильерами, высота которой ₂ равна 15 мм.

В отличие от способа-прототипа, в котором для достижения основного показателя стабильности процесса - удельной обрывности, которая равна 0,9 обр. /кг, забор расплава проводят в зоне расположения верхнего конца струйного питателя на высоте 0,8-0,2 от высоты уровня расплава в фидере, в заявляемом способе забор расплава 3 проводят в месте расположения заборного отверстия 5 в крышке 4 питателя 1 на уровне его нулевого обозначения в фидере 2.

Основным фактором уменьшения обрывности является температурная однородность расплава, поступающего из фидера 2 к фильерам 6. С увеличением температурной неоднородности увеличивается обрывность. С точки зрения лучевой непрозрачности расплава базальта с увеличением высоты расплава в фидере растет его температурный градиент по высоте и, следовательно, его температурно-вязкостная неоднородность. Поэтому заявляемый способ предусматривает как можно меньший столб расплава над заборным отверстием 5, обеспечивающий устойчивое заполнение емкости 7 питателя 1 расплавом 3. Экспериментальным добором высоты h₁ уровня расплава над заборным отверстием 5 установлено, что максимальное его значение равно 25 мм. При этом общая высота Н столба расплава при высоте емкости 7 питателя 1 h₂=30 мм не должна превышать 60 мм.

Таким образом, в сравнении с прототипом путь поступления расплава из фидера 2 к фильерам 6 уменьшается до 60 мм, т.е. на 650-700 мм. При высоте емкости 7 питателя 1 h₂=15 мм общая высота Н расплава не должна превышать 45 мм.

Результаты проведенных исследований по определению высотных параметров расплава в фидере над фильерами для питателей с высотой емкости h₂=30 мм и h₂=15 мм приведены в таблицах 1 и 2.

При проведении экспериментов с добором оптимальной высоты слоя расплава h₁ над заборным отверстием выявлено, что при высоте менее 5 мм емкость питателя не успевает наполняться расплавом, что приводит к интенсивной обрывности. При дальнейшем увеличении высоты слоя расплава до 5 мм и выше, как видно из таблиц 1 и 2, наблюдается наименьшая обрывность, что при ₁=10-15 мм составляет 0,7-0,8 обр./кг.

Установлено, что удовлетворительная обрывность наблюдается при высоте h₁ в пределах 5-25 мм. Дальнейшее увеличение высоты h₁, например, до 40 мм и более приводит к возрастанию обрывности.

Отсутствие в заявленном способе струйного питателя упрощает ведение процесса, поскольку отпадает необходимость в регулировании лишнего параметра - силы электрического тока для нагревания его трубки. Кроме того, в заявляемом способе уменьшаются затраты платинородия, электроэнергии и потребность в электрооборудовании, как видно из таблицы 3.

Как видно из таблицы 3, в заявляемом способе установленные затраты платинородия уменьшены в 1,7-2,0 раза, электроэнергии 1,4-1,6 раза, а потребность в электрооборудовании уменьшена вдвое.

Таким образом, использование способа получения непрерывного волокна из расплава базальтовых горных пород позволяет упростить технологический процесс изготовления волокна, уменьшить затраты материальных и энергетических ресурсов при сохранении качественных показателей получаемого волокна.