ФИЛЬЕРНЫЙ ПИТАТЕЛЬ ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ВОЛОКНА ИЗ ГОРНЫХ ПОРОД

ФИЛЬЕРНЫЙ ПИТАТЕЛЬ ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ВОЛОКНА ИЗ ГОРИЫХ ИОРОД
Изобретение относится к области строительных материалов, в частности, к производству волокнистых строительных материалов, а именно: к устройствам для получения волокна из расплава горных пород.
Использование в качестве исходного сырья горных пород - базальтов, габбро-диабазов, порфиритов, анфиболитов и других создает определенные трудности, связанные со специфическими особенностями этих высокотемпературных материалов. Ими являются: резкое возрастание скорости и полноты кристаллизации с уменьшением температуры расплава, быстрое охлаждение поверхностного слоя расплава по сравнению с его объемом на глубине, высокая вязкость расплава и крутая кривая вязкости в зависимости от температуры. Кроме того, наблюдается высокая смачиваемость платиновых сплавов, применяемых в питателях для получения минерального волокна.
Тенденции конструирования рассматриваемых питателей для обеспечения их необходимой производительности направлены на стабильное поддержание ими двух важнейших технологических параметров выработки волокна - уровня и температуры расплава горных пород.
Одно из направлений создания нитателей для выработки волокна из горных пород связано с попыткой обеспечения однородности выработочного материала путем обеспечения необходимого уровня и выравнивания температуры расплава, поступаюш;его непосредственно к фильерам питателя.
Известны упомянутые питатели, в которых конструктивные особенности связаны с усовершенствованием именно фильерной пластины ( а.с. СССР № 966049, СОЗВ 37/09, пр.30.12.80., №1335541, СОЗВ 37/09, пр.08.08.85., №1351892, СОЗВ 37/09, пр.08.02.85., №1449549, СОЗВ 37/09, пр.02.07.86., №1544729, СОЗВ 37/09, пр.17.05.88., №1573006, СОЗВ 37/06, пр.25.02.88., №1749190, СОЗВ 37/08, пр.22.05.90., п. РФ №2107046, СОЗВ 37/09, опубл.20.03.98.).
Однако, конструкция известных питателей рассчитанная на прямую подачу расплава на выработку, в случае наличия в нем шликеров, свилей, не проплавленных включений и локальных объемов повышенной вязкости, которые способны закупорить фильеры, не исключает заплывы фильерной пластины и остановку технологического процесса. Вопрос повышения производительности таких питателей решается путем влияния на расплав непосредственно в зоне выработки волокна - только в плоскости фильерной пластины.
Известны та1сже фильерные питатели для выработки волокна из горных нород с конструктивными элементами, размещенными над фильерной пластиной, распределяющие расплав и предварительно влияющие на его технологические свойства в верхних частях питателя - в зоне подачи расплава, подготавливая его к последующей выработке в донной части питателя (а.с. СССР №562518, СОЗВ 37/02, пр.ОЗ.11.75., №998399, СОЗВ 37/09, пр.03.09.81., п. РФ №2016854, СОЗВ 37/02, опубл.30.07.94., п. США №3556758, СОЗВ 37/10, опубл. 19.01.71).
Однако, рассекающие поверхности, разбивающие поток расплава на равные по толщине струи для получения однородного по толщине волокна, либо продольные перегородки для выравнивания температуры расплава по длине фильерной зоны, расположены на достаточно большом и четко не регламентированном удалении от фильерной пластины. Эти условия получения волокна из горных пород с упомянутыми специфическими, резко меняющимися по глубине расплава свойствами, не могут обеспечить его постоянный уровень и одинаковую температуру непосредственно на фильерной пластине - в зоне выработки волокна.
Известен также многофильерный питатель для выработки непрерывного волокна из расплава горных пород (п. РФ №2087435 СОЗВ 37/09, опубл.20.08.97), который реализует другое направление конструирования фильерных питателей. Наличие выпуклого перфорированного нагревательного экрана, установленного на большем удалении от продольной оси симметрии фильерной пластины и на меньшем - от крайних фильер, позволяет специально неравномерно прогревать сам расплав по ширине фильерной пластины. За счет компенсации неравномерного нагрева пластины неравномерностью нагрева поступающего на нее расплава в известном питателе удается получить достаточно однородный но температуре и вязкости расплав в зоне формования волокна.
Однако, обеспечить стабильную и высокопроизводительную работу питателя не удается, т.к. форма экрана не позволяет компенсировать температурную неоднородность фильерной пластины по ее длине.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по совокупности существенных признаков является фильерный питатель для выработки волокна из горных пород (а.с. СССР №990698, СОЗВ 37/09, пр. 16.06.80.)
Фильерный питатель для выработки волокна из горных пород включает корпус, электрообогреваемые фильерную пластину с фильерами в его дне и размещенный на равном расстоянии над ней фильтровальный экран с отверстия - фильтровальную решетку.
Питатель имеет распределитель расплава с отверстиями, с помощью которого расплав в виде трех потоков направляется на фильтровальный экран, в определенной мере равномерно распределяясь по длине питателя. В фильтровальном экране имеются отверстия, которые фильтруют расплав и создают гидростатическое сопротивление при поступлении его на фильерную пластину. Недостатком данного питателя является невозможность его стабильной работы и получения достаточно высокой производительности из-за неопределенности соотношения  размеров конструктивных элементов  питателя, а также деформации фильерной пластины, которая прогибается под тяжестью минерального расплава. Отсутствие корреляции размеров отверстий фильтровального экрана с их расположением по его длине, даже при наличии распределителя расплава не позволяет сформировать расплав одного уровня и одинаковой температуры по длине фильерной пластины.
Неопределенность размещения фильтровального экрана по высоте над фильерной пластиной не дает возможности осуществлять его регулирующее воздействие на температуру минерального расплава непосредственно над фильерной пластиной и поддерживать ее постоянной и равной по всему фильерному полю на протяжении всего процесса формования волокна. Отсутствие рекомендаций по соотношению размеров отверстий фильтровального экрана и фильерной пластины не обеспечивает стабильные уровень и температуру расплава непосредственно на фильерной пластине и приводит к его не постоянному дебиту в зоне выработки, а образование ее термических деформаций в процессе формирования волокна не дает возможности поддерживать эти параметры стабильными.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение производительности фильерного питателя при получении непрерывного волокна из расплава горных пород.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявляемой полезной модели, выражается в повышении стабильности гомогенного потока расплава через зону формования волокна путем создания и поддержания одного уровня и одинаковой температуры расплава непосредственно на поверхности фильерной пластины.
Ноставленная задача достигается тем, что в фильерном питателе для выработки волокна из расплава горных пород, включающем корпус, электрообогреваемые фильерную пластину с фильерами в его дне и размещенный на равном расстоянии над ней фильтровальный экран с отверстиями, согласно полезной модели, фильерная пластина снабжена не менее чем одним элементом жесткости и соединена им с фильтровальным экраном, отверстия которого на площади от его поперечных краев до 1/24- -1/12 длины имеют диаметр, меньший диаметра фильеры d на величину //36, а на остальной площади экрана они уменьшены до диаметра 0,904-0,96 диаметра упомянутых краевых отверстий, при этом, отношение высоты фильтровального экрана над фильерной пластиной к высоте корпуса составляет 0,,4.
Элемент жесткости фильерного питателя может быть выполнен в виде жестко закрепленных на фильерной пластине и перпендикулярных ей ребер.
При этом, ребра могут быть выполнены перфорированными, электрообогреваемыми, жестко закрепленными на корпусе питателя.
Выполнение фильтровального экрана с экспериментально найденным соотношением размеров отверстий к его длине позволяет компенсировать уменьшение упомянутых отверстий от концов экрана по направлению к его центру увеличением температуры, снижением вязкости подаваемого по центру расплава, а значит увеличением его скорости истечения через отверстия. Это приводит к формированию расплава одной массы и объема в любой точке фильерной пластины, а значит - к получению расплава одного уровня и температуры по всему фильерному полю.
Соотношение величины отверстий фильтровального экрана и фильерной пластины, также определенные экспериментально, позволяют создать требуемое и постоянное соотношение расходов расплава через экран и пластину. В случае, если диаметр отверстий фильтровального экрана будет больше, чем определяемый из предлагаемого соотношения, расплав будет с избытком поступать к фильерам. При этом не происходит образования луковиц, что нарушает стабильность процесса выработки волокна и снижает производительность питателя. При переходе диаметра отверстий экрана за нижний размер, определяемый из указанного соотношения, фильтровальный экран не обеспечивает фильеры количеством расплава, необходимого для стабильного истечения струй из фильер. В результате образуется разрыв подачи расплава на выработку, не формируется требуемый уровень расплава, происходит колебание диаметра и обрыв волокна, снижается производительность установки.
Предлагаемый питатель имеет определенное соотношение высоты фильтровального экрана над фильерной пластиной и высоты корпуса питателя, которая введена для указания на максимальный уровень заполнения питателя расплавом, т.е. создания наибольшего столба расплава над фильерной пластиной.
При меньшей, чем указано в соотношении, высоте экрана над фильерной пластиной, т.е. при соотношении высот менее 0,2, последняя перегревается, а упомянутый экран не успевает оказывать регулируюш;ее воздействие на технологические характеристики расплава в связи с высокой скоростью его истечения через фильеры. При слишком большой высоте фильтровального экрана над фильерной пластиной, т.е. при соотношении высот более 0,4, регулирующее воздействие фильтровального экрана на температуру расплава будет затрагивать слои расплава только в верхней части питателя и не будет обеспечивать его технологические характеристики непосредственно в зоне выработки волокна - на фильерной пластине.
Фильерная пластина снабжена и укреплена посредством не менее чем одного элемента жесткости, присоединенного к ней на внутренней поверхности. Эта жесткая структура проходит поперек плоскости вытягивания волокон, что исключает продольный и поперечный прогибы фильерной пластины под тяжестью расплава горных пород. Элемент жесткости обеспечивает достаточную прочность фильерной пластины, ее деформация не происходит, а рекомендуемые соотношения конструктивных элементов питателя в этих условиях обеспечивают требуемые для его стабильной работы уровень и температуру расплава непосредственно на поверхности фильерной пластины.
Таким образом, фильерная пластина, фильтровальный экран и связывающий их элемент жесткости формируют условную камеру для создания определенного потока расплава перед его непосредственным попаданием в отверстия фильерной пластины. Это обеспечивает расплаву горных пород с неустойчивыми специфическими свойствами гомогенность по температуре, составу и один уровень непосредственно в зоне формования волокна, его постоянный и одинаковый дебит через фильерное поле, а значит безобрывность и связанную с этим высокую производительность питателя.
В частных случаях выполнения устройства для лучшего обеспечения рассмотренных процессов фильтровальный экран жестко закреплен на корпусе, а элемент жесткости выполнен в виде жестко закрепленных на фильерной пластине и перпендикулярных ей ребер, которые имеют прочные тавровые сечения в вертикальной плоскости питателя. При этом, ребра могут быть также жестко закреплены на корпусе питателя. Благодаря отверстиям, в частном случае предусмотренных в ребрах, может происходить неограниченное перетекание расплава по длине питателя из одной его части в другую и обратно, что способствует гомогенизации, созданию одного уровня расплава и гарантирует его попадание на фильерную пластину даже в случае блокирования части отверстий фильтровального экрана. Выполнение ребер жесткости электрообогреваемыми позволяет в большей степени поддерживать постоянной температуру расплава по всему фильерному полю.
Рассмотренные отличительные признаки являются суш,ественными, а их совокупность не известна из уровня техники, следовательно, полезная модель является новой.
На чертежах:
фиг.1 - предлагаемое устройство, общий вид с фронтальным разрезом; фиг.2 - предлагаемое устройство, вид сверху со сложным разрезом; фиг.З - предлагаемое устройство, вид сбоку и разрез.
Для подтверждения возможности осуществления полезной модели приводим описание устройства в статическом состоянии (фиг. 1,2,3) и способ его использования.
Фильерный питатель для выработки волокна из горных пород включает корпус 1, электрообогреваемую фильерную пластину 2 с фильерами 3 диаметром 1,3 мм в дне питателя. На равном расстоянии над фильерной пластиной 2 размещен электробогреваемый фильтровальный экран 4 в отверстиями 5. Фильерная пластина 2 снабжена не менее чем одним элементом жесткости 6 и соединена им с фильтровальным экраном 4. Отверстия 5 фильтровального экрана 4 на его площади от поперечных краев до 1/18 его длины имеют диаметр, меньший диаметра d фильеры 3 на величину  и равный 1,24 мм, а на остальной площади фильтровального экрана 4 они уменьщены до диаметра, составляющего 0,90 диаметра упомянутых краевых отверстий, т.е. до размера диаметром 1,15 мм. Отнощение высоты фильтровального экрана 4 над фильерной пластиной 2, к высоте корпуса составляет 0,33, при этом, высота указанного экрана 4 над фильерной пластиной 2 равна 10 мм, а высота корпуса - 30 мм.
В конкретном, но не ограничивающем настоящую полезную модель варианте выполнения фильерного питателя, фильтровальный экран 4 жестко закреплен на корпусе 1, элемент жесткости выполнен в виде жестко закрепленных на фильерной пластине 2 и перпендикулярных к ней ребер, размещенных поперек фильерной пластины 2. При этом, ребра выполнены перфорированными, жестко закреплены на корпусе 1. Электрообогрев фильерной пластины 2, фильтровального экрана 4, а в частном случае выполнения устройства - и ребер элемента жесткости 6, обеспечивается токоподводами 7, размещенными по продольной оси симметрии фильерной пластины 2.
Устройство работает следующим образом. Расплав горных пород базальта Ново-Ужгородского месторождения поступает в корпус 1 фильерного питателя от устройства для подачи расплава из плавильной печи. Поток расплава попадает на участки фильтровального экрана 4, по разному отстоящие от его поперечных краев. Размеры отверстий 5 фильтровального экрана 4 по его длине также различны. Наиболее нагретый расплав базальта из центральной части его потока с меньщей вязкостью, а поэтому с более высокой скоростью, проходит через центральные более мелкие отверстия 5 экрана 4 к фильерной пластине 2 и формирует на ней необходимый объем расплава определенного уровня. В отверстия 5 фильтровального экрана 4 на его площади, соответствующий расстоянию от каждого из его краев до 1/18 его длины и имеющие больщий размер, чем по центральной части экрана, менее нагретый расплав из периферийной части общего потока в связи с повышенной вязкостью проходит с меньшей скоростью. На концевых участках фильерной пластины 2 этот периферийный расплав формирует тот же объем и уровень расплава, что и по ее центру.
Соотношение высот фильтровального экрана 4 и корпуса 1 питателя над фильерной пластиной 2 способствует подаче нагретого фильтровальным экраном 4 расплава непосредственно на фильерную пластину 2 практически без изменения его температуры. Это позволяет сформировать гомогенный по температуре, а за счет фильтровальной способности экрана 4 и по составу, слой расплава непосредственно на поверхности фильерной пластины 2. За счет выполнения элемента жесткости 6 в виде перфорированных и электрообогреваемых ребер, расплав базальта, не изменяя своей температуры, беспрепятственно перераспределяется по длине фильерной пластины 2, формируя его одинаковый уровень независимо от случайного перекрытия какого-либо отверстия фильтровального экрана 4.
В следствие описанных процессов уровепь расплава базальта над фильерной пластиной 2 составляет 0,04-:-0,05 м, а его температура, замеряемая термопарой, одинакова по всему фильерному полю и равна 1320±20°С. При этом, регулировка температуры фильерной пластины 2, фильтровального экрана 4, а в частном случае - и элемента жесткости 6 в форме ребер, ведется автоматически путем изменения питающего напряжения на токоподводах 7, Жестко закрепленные: фильтровальный экран 4 на корпусе 1, элемент жесткости 6 - на фильерной пластине 2, а при его выполнении в форме ребер - на корпусе 1 питателя, способствуют распределению потоков базальта и поддержанию необходимого уровня и температуры его расплава по всему фильерному полю.
Получаемая из волокна нить поступает на намоточное устройство.
В таблице приводим пример показателей работы предлагаемого уст M/-v-  м,фаботки полгсча Il V чп, имеющего г  ,,,...
соотношения размеров. Технические преимуш,ества заявляемого питателя выявляем по сравнению с известными техническими решениями той же задачи с указанием имеюш:ихся в наличии их конкретных данных, в т.ч. с наиоолее олизким аналогом. Заявляемый ииштель является одним из лучших в ряду известных устройств. Из таблицы видно, что наличие нового конструктивного элемента и нового соотношения размеров питателя позволяют стабилизировать его работу и повысить производительность устройства. Выполнение в предлагаемом питателе одним фильтровальным экраном нескольких функций: фильтровальной, нагревательной и распределительной, позволяет заменить им несколько элементов известного питателя, по отдельности выполняющих эти функции: распределителя расплава и фильтровальной решетки, что позволят сэкономить драгоценный металл, идущий на изготовление питателя.
Показатели заявляемого и известных фильерных питателей
--mf ATKit -41 ; ; Примечание: 1аолицапитатель по а.с. СССР №990698 - наиболее близкий аналог; питатель марки 2ПФТБ используется в ОАО Судогодское стекловолокно