ФИЛЬЕРНЫЙ ПИТАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области производства непрерывного волокна из расплава базальта и касается фильерного питателя для получения струи расплава базальта для переработки расплава в волокно.
В предлагаемой полезной модели разработан питатель, имеющий не менее 200 фильер на фильерной пластине питателя. Каждая фильера со стороны выходного отверстия имеет насадок в виде усеченного конуса, выполняющий роль уловителя массы расплава базальта в случае образования на срезе выходного отверстия фильеры каплеобразной поверхности натяжения при нарушении технологических режимов при получении непрерывного базальтового волокна.
Волокна из базальтовых пород имеют высокую прочность, стойкость и выносливость к агрессивным средам, обладают высокими электроизоляционными свойствами. Однако широкое использование базальтовых волокон сдерживается относительной сложностью технологий их производства. Поэтому особенную актуальность приобретают разработки и усовершенствования устройств для производства базальтовых волокон.
В соответствии с патентно-информационными исследованиями разработано достаточно большое количество питателей для выработки волокна из минеральных расплавов из фидера плавильной печи, например, стекловолокон, технология получения которых близка по сути с производством непрерывного базальтового волокна.
Известен струйный питатель (см., например, заявку СССР №1136410/28-12 по авт. свид. 238737 по классу 32 а 5/26 за 1969 г.), который выполнен в виде конусного сосуда с выпускным отверстием. Питатель вмонтирован в газовую топку, в огневом пространстве которой имеется решетчатая стенка для стабилизации процесса горения. Для обеспечения устойчивого и полного горения, а также для подогрева вытекающей струи расплава, топка выполнена со щелевым отверстием, образованным нижней стенкой корпуса топки и поверхностью сосуда, и стабилизаторами горения, расположенными внутри топки. Основной недостаток данного струйного питателя заключается в том, что он имеет сложную конструкцию и обладает исключительно малой производительностью из-за наличия только одного выпускного отверстия для получения волокна.
Известны также устройство для подачи стекломассы (см., например, заявку СССР №1150741/29-3 по авт.свид. 461908 по классу С03В 37/00 за 1975 г.) и струйный питатель для подачи минеральных расплавов (см., например, заявку СССР №3698924/29-33 по классу С03В 37/09, авт. свид. 1211230 за 1986 г.). В отличие от предыдущей заявки они имеют питатель большей производительности за счет наличия определенного количества выпускных отверстий для получения волокон. Однако наличие платинородиевой трубки с двумя конусообразными токоподводами между фидером ванны печи и фильерным питателем усложняет эти конструкции, существенно повышает энергозатраты для выработки волокна, значительно повышает стоимость установок из-за наличия достаточной протяженной дорогостоящей платинородиевой трубки.
Известен также фильерный питатель (см. заявку СССР на изобретение №2944279/29-33 по классу С03В 37/09 за 1983 г.), принятый авторами за прототип. Фильерный питатель состоит из корпуса, загрузочного патрубка, распределителя расплава с отверстием и краями, равноудаленными от торцов корпуса сосуда, с помощью которого расплав в виде трех потоков направляется на фильтровальную решетку, равномерно распределяясь по длине сосуда. Для обеспечения заданного количества расплава на фильерную пластину задано определенное соотношение живых сечений фильерной пластины и фильтровальной решетки.
Основным недостатком фильерного питателя-прототипа является наличие фильер с цилиндрическим каналом на всю длину фильер. Данная форма канала способствует образованию на кромках выходных отверстий фильер каплеобразной поверхности натяжения, которая за счет вязкого трения подымается по наружной поверхности фильер и покрывает наружную поверхность питателя, что приводит к нарушению температурного режима нагрева расплава горных пород. Это влечет за собой некачественное изготовление волокна:
- возрастает разброс по диаметру волокна;
- ухудшаются прочностные свойства волокна;
- увеличивается расход расплава горных пород на изготовление волокна;
- возникает необходимость периодически чистить питатель со стороны выходных отверстий фильер.
Технической задачей настоящей полезной модели является устранение указанных недостатков и создание конструкции фильерного питателя высокой производительности, обеспечивающего качественное изготовление непрерывного базальтового волокна с заданными геометрическими параметрами и физико-механическими характеристиками.
Технический результат предлагаемой полезной модели состоит в следующем: обеспечение качественного изготовления непрерывного базальтового волокна с заданными геометрическими параметрами и физико-механическими характеристиками.
Фильерный питатель для производства непрерывных волокон из расплавов базальтовых пород, состоящий из верхнего и нижнего корпуса питателя, фильтровальной сетки, токоподводов, фильерной пластины и фильер, отличающийся тем, что фильеры со стороны выходных отверстий имеют насадок в виде усеченного конуса, высота которого равна половине длины выступающей части фильеры со стороны наружной поверхности нижнего корпуса питателя, при этом внутренний диаметр конического насадка по малому основанию равен наружному диаметру выступающей части фильеры.
На фиг.1 изображен фильерный питатель, общий вид. Он имеет верхний корпус 1, заливную щель 2 в верхнем корпусе по центру, нижний корпус 3, фильтровальную сетку 4, фильерную пластину 5 на корпусе 15, фланец 6, токоподводы 7, вертикальные ребра 8, фильеры 9 с внутренним каналом 10.
Продольный разрез фильер 9 с насадком-отражателем 11 в виде усеченного конуса представлен на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
Работа предложенного фильерного питателя осуществляется следующим образом.
Верхний корпус питателя 1 обеспечивает достаточный разогрев расплава базальта по периметру питателя, конструктивно форма заливной щели 2 задает уровень расплава над фильерной пластиной 5. Заливная щель 2 выполнена в теле верхнего корпуса 1 по центру и выглядит подобно лейке, края которой загнуты в середину фильерного питателя. Такая конструкция заливной щели 2 обеспечивает минимальное сопротивление прохождению потока расплава базальта и минимальные тепловые потери при подаче расплава в фильерный питатель.
Фильерная сетка 4 обеспечивает фильтрацию расплава базальта, организацию расплава базальта от краев питателя до центра фильерной пластины 5, стабилизацию температуры расплава в заданном интервале температур по всей площади фильерной пластины 5. Для необходимого прохождения тока через верхний и нижний корпусы 1, 3 и обеспечения равномерного нагрева элементов фильерного питателя установлены вертикальные ребра 8. Горизонтальное размещение токоподводов 7 позволяет упростить конструкцию фильерного питателя и дает возможность разместить его непосредственно у разлива базальта. Фланец 6 предназначен для крепления фильерного питателя в водоохлаждающий холодильник. Фланец 6 имеет поперечные зигзагоподобные вырезы для снижения теплозатрат и затрат электроэнергии при работе питателя. По такому фланцу проходит электрический ток. Фланец 6 имеет малую площадь для теплоподвода. Это позволяет снизить затраты электроэнергии и теплозатрат через фланец 6 при работе фильерного питателя.
Насадок-отражатель 11 в виде усеченного конуса, в случае образования на кромках выходных отверстий фильер каплеобразной поверхности натяжения, защищает наружную поверхность нижнего корпуса 3 питателя от покрытия (загрязнения) ее массой расплавленного базальта. Тем самым сохраняется заданный температурный режим расплава базальта в питателе, обеспечивающий качественное изготовление непрерывного базальтового волокна с высокой прочностью и заданным диаметром.
На основании многочисленных экспериментальных исследований авторами полезной модели было установлено, что при высоте насадка 12, равного половине длины 13 выступающей части фильеры 9 внутренний диаметр 13 конического насадка по большему основанию должен находиться в строгом соотношении с наружным диаметром 14 выступающей части фильеры.
При внутреннем диаметре насадка по большему основанию более 3 наружных диаметров выступающей части фильеры наружная боковая поверхность насадка-отражателя за счет ее теплопроводности значительно снижает температуру струи расплавленного базальта на выходном срезе фильер, что может привести к кристаллизации расплава базальта и разрыву нити при наматывании ее на бобины.
При внутреннем диаметре насадка по большему основанию менее двух наружных диаметров выступающей части фильеры насадок перестает играть роль отражателя расплава базальта при образовании на срезе фильеры каплеобразной поверхности натяжения и за счет сил вязкого трения расплав базальта поднимается по наружной боковой поверхности насадка и покрывает (загрязняет) наружную поверхность нижнего корпуса питателя.
Таким образом только при заявленных соотношениях геометрических размеров фильеры и насадка последний выполняет роль улавливателя расплава базальта при образовании на нем поверхности натяжения.