УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА НЕПРЕРЫВНЫХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВОЛОКОН ИЗ ГОРНЫХ ПОРОД "МОДУЛЬ KIBOL"

Предлагаемая полезная модель относится к установкам для выработки непрерывных неорганических волокон из расплавов горных пород, отличающихся узким интервалом выработки и малой теплопрозрачностью, например, базальтов. диабазов, амфиболитов, андезитов, дацитов, риолитов и других горных пород.
Наиболее успешно настоящая полезная модель может быть использована для выработки непрерывных неорганических волокон из высокотермостойких расплавов, обладающих малой теплопрозрачностью, например, базальтов, диабазов, амфиболитов, андезитов, дацитов, риолитов и др. горных пород. Эти волокна могут быть использованы для производства высокотемпературных тканых и ыетканых материалов; трикотажа, прошивных, иглопробивных, вязально-прошивных изделий, используемых как теплозвукоизоляционные и фильтрационные материалы; материалы для композиционных изделий, и других изделий.
Совершенствование и развитие промышленности выдвигает ряд новых задач, в числе которых является и дальнейшее совершенствование технологии получения новых материалов, обладающих такими свойствами как высокая термостойкость, нетоксичность, биологическая нейтральность. В изделиях из таких материалов особенно нуждаются и машиностроение, и металлургия, и химическая промышленность, и радиоэлектронная промышленность, и приборостроение, и промышленность строительных материалов. Особая потребность в настоящее время в этих материалах и изделиях из них у атомной энергетики, нефти- и газодобыче: это, прежде всего, теплоизоляция промышленных объектов и оборудования, обслуживающего персонала, это и высокотемпературная фильтрация, отделение масла от воздуха, масла от воды; нефти от воды. Этим требованиям в значительной мере удовлетворяют изделия из базальтовых и других волокон, единственным недостатком которых в настоящее время является их дороговизна. Снизить себестоимость этих волокон представляется возможным за счет увеличения производительности выработки, т.е. применяя новые агрегаты, новые технологические процессы, отличающиеся большей производительностью. Улучшить качество получаемых волокон представляется возможным за счет
улучшения обработки расплавов, так как это позволяет получать волокна уменьшенного диаметра - более гибкие, прочные и химически стойкие. Улучшить обработку расплава представляется возможным за счет улучшения оплавления кускового материала, за счет температурной и релаксационной гомогенизации расплава.
Уменьшение диаметра непрерывных волокон, получаемых из расплавов термопластичных материалов с узким интервалом выработки, представляется возможным за счет увеличения зоны выработки, за счет уменьшения времени формования луковиц из предварительно тщательно гомогенизированного расплава.
Известна стекловаренная печь прямоточного типа. содержащая плавильный лоток, поперечные углубления в дне соответственно для стеклообразования и гомогенизации, электроды, барботажные сопла, зону осветления, усреднительный бассейн и проток (а.с. СССР №881009, кл. С 03 В 5/04, 1980).
Недостатком такой печи является непригодность ее для получения расплава из горных пород, поскольку из-за плохой теплопрозрачности расплава из горных пород эффективная передача тепла для его расплавления происходит в слое толщиной 50-100 мм, в то время как известная прямоточная печь имеет гораздо большую глубину бассейна варочной части.
Известна также стекловаренная печь, содержащая соединенные протоком варочный, тонкослойный осветлительный и выработочный бассейны, газовые горелки и разделенное экраном газовое пространство (а.с. СССР №659634, кл. С 03 В 5/04, 1979).
Недостатком данной конструкции печи является то, что при уменьшении габаритов печи, путь движения расплава стекла, однако, удлинен за счет лабиринтных перегородок для того, чтобы успеть по времени провести процесс варки и осветления стекломассы по лабиринту через пережимы, что увеличивает площадь соприкосновения потока с огнеупором, и в процессе эксплуатации неизбежно вызовет загрязнение стекломассы продуктами разрушения огнеупора, и тем больше, чем больше суммарная длина контактной зоны расплава с огнеупором. К тому же, применение боковых горелок не обеспечивает равномерный температурный нагрев по всей зоне из-за различных температурных характеристик строения факела и затрудняет выход газовых пузырей из-за относительно повышенного давления в газовом пространстве каждой из секций, образованных
вертикальными поперечными перегородками.
Известно устройство для изготовления волокон из горных пород, которое содержит плавильную печь, зону выработки и фильеры. В плавильную печь, где происходит плавление, с помощью загрузочного устройства подают дробленую горную породу. Из печи расплав подают через фидер в зону выработки. Затем с помощью фильер проводят формование волокна. В таком устройстве отношение площади зоны плавления к площади зоны выработки обычно составляет 0,45-0,55. Такое устройство позволяет получать непрерывное волокно из минерального сырья. Однако, в связи с особенностями химического состава горных пород и низкой теплопроводностью их расплавов, использование известных для производства стекловолокон отношений площади зоны плавления к площади зоны выработки приводит к тому, что, при непрерывном процессе получения волокон расплав не успевает гомогенизоваться в зоне плавления и поступает в зону выработки со значительным содержанием кристаллической фазы. Это приводит к нарушению процесса формования волокон в фильерном сосуде, увеличению обрывности волокон, а, следовательно, снижению производительности устройства и не позволяет получать волокна высокого качества.
Известно также устройство для получения неорганического волокна. содержащее ванну плавильной печи, фидер, узел волокнообразования, состоящий из струйного и фильерного питателей, наматывающий механизм с бобиной и замасливатель получаемой нити (Журнал «Строительные материалы и конструкции», №3, 1986 г, стр.11-12). Печь отапливается природным газом при помощи газовоздушных горелок, которые установлены таким образом, что обогревают в основном ванну плавильной печи, где производят расплав базальтовой породы. В фидере, где происходит гомогенизация, путем выстаивания расплава, температура ниже рабочей, хотя ее и поддерживают выше верхнего предела кристаллизации (1200°С). В результате процесс гомогенизации происходит некачественный, происходит расслоение расплава, на дне фидера оседают непроплавы, например, миндалины кварца, содержащиеся в горной породе, которые со временем увеличиваются, что нарушает стабильность работы узла получения непрерывного волокна. Кроме того, известно, что базальт относится к классу "сверхкоротких" стекол, которые имеют малый температурный интервал выработки 20-60°С, в то время как для других составов этот интервал в 5 раз выше. Поэтому
очень важно поддерживать температуру в зоне формирования волокна постоянной и без локальных перегревов, что не предусмотрено в известном устройстве. По указанным причинам известное устройство не позволяет получать волокна диаметром менее 11 мкм, которые необходимы для изготовления, например для фильтров тонкой очистки.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является установка для производства неорганических волокон из горных пород, которая содержит печь для получения расплава, соединенную с фидером, выработочного отверстия соединенного с фидером, и обогреваемый фильерный питатель, расположенный ниже выработочного отверстия (Патент РФ №02118300, МПК 4 С 03 В 37/02, 1998 г.). Описанная установка, кроме того, содержит дозатор для загрузки базальта, теплообменник, соединенный с топочным пространством плавильной печи. Плавильная печь имеет стабилизирующую секцию, в которой расплавленная стекломасса стабилизируется по объему до температуры выработки волокна. Плавильная печь и стабилизирующая секция снабжены системами обогрева. Стабилизирующая секция плавильной печи соединена с фидером, где расплав стабилизируется до усреднения массы и обеспечения соотношения компонентов по составу. Фидер имеет сливные устройства и питатели, подающие расплав на фильеры, через которые происходит вытяжка нити базальтового непрерывного волокна, которую затем подают к механизму нанесения замасливателя и наматывают на бобины.
Устройство теплообменника в дозаторе описанной установки обеспечивает равномерный нагрев по всему объему базальта воздушным горячим потоком от топочного пространства плавильной печи, что позволяет утилизировать отходящие газы и сократить расход топлива. Наличие в плавильной печи стабилизирующей секции расплавленной стекломассы, выполненной высотой 0,4...0,6 от высоты бассейна плавильной печи, способствует стабилизации расплава по объему при выходе из печи с заданной температурой. Высота стабилизирующей секции определяется высотой расплава при снижении температуры, а также возможностью выхода газов и пены.
Недостаток описанной установки состоит в недостаточной прочности получаемых в этой установке волокон. Это связано, прежде всего, с неоднородностью по температуре и по составу расплава, поступающего на
фильерный узел. Как правило, такой расплав содержит такие соединения, как альбит, анортит, оливин, авгит. Названные соединения имеют существенно различные температуры фазовых переходов, поэтому процесс плавления горной породы можно рассматривать как преобразования в гетерогенной системе, элементы которой оказывают взаимное влияние друг на друга, в частности, на процессы их взаимного смачивания. Поэтому полученный расплав содержит включения в виде непроплавившихся фрагментов или даже комков. Причем относительно тяжелые включения располагаются, как правило, в нижней части потока расплава, а относительно легкие - в верхней. Наличие таких включений уменьшает прочность получаемых волокон на разрыв при растяжении и, кроме того, ведет к нестабильности процесса получения непрерывных волокон и ускоренному износу фильерного питателя.
В основу предлагаемой полезной модели поставлена задача создания такой установки для производства волокон из горных пород, которая позволила бы повысить прочность, химическую и термостойкость получаемых волокон, за счет создания в зоне выработочного отверстия условий для уменьшения количества посторонних примесей в потоке и получения однородного по составу и температуре расплава в названной зоне установки.
Поставленная задача решается в конструкции предлагаемой установки, которая, как и известная установка для производства неорганических волокон из горных пород, содержит печь для получения расплава, соединенную с фидером, выработочное отверстие и обогреваемый питатель с фильерами, расположенный ниже выработочного отверстия, а, согласно изобретению, на выходе фидера установлена переходная камера, предназначенная для создания тонкослойного потока расплава, в корпусе которой имеется выработочное отверстие, переходная камера снабженная нагревателем, на входе в переходную камеру установлен порог, выше порога - регулируемый шибер, которые предназначены для получения потока расплава требуемой толщины и качества, а дно переходной камеры имеет наклон. направленный в сторону выработочного отверстия.
Особенностью предлагаемой полезной модели является и то, что установка снабжена накопительной ванной, установленной между выходом печи для получения расплава и фидером, предназначенной для получения однородного по составу и температуре расплава.
Особенностью предлагаемой полезной модели является и то, что расстояние Т от оси фильерного питателя до оси фидера определено выражением Т=(0,95...5,0)Н, где Н ширина фидера.
Особенностью предлагаемой полезной модели является и то, что установка содержит две переходных камеры и, соответственно, два выработочных отверстия.
Особенностью предлагаемой полезной модели является и то, что переходные камеры имеют разные объемы и разные значения угла наклона дна, направленного в сторону соответствующего выработочного отверстия.
Особенностью предлагаемой полезной модели является и то, что накопительная ванна обеспечена мешалкой, предназначенной для перемешивания расплава и системой нагрева с электродами, предназначенными для нагревания расплава прямым пропусканием тока через него.
Особенностью предлагаемой полезной модели является и то, что регулируемый шибер установлен непосредственно перед входом в переходную камеру с возможностью регулирования высоты его расположения относительно порога переходной камеры.
Особенностью предлагаемой полезной модели является и то, что площадь бассейна печи, составляет 9,7...48,4 площади переходной камеры.
Особенностью предлагаемой полезной модели является и то, что установка обеспечена устройствами для осуществления донного и бокового барботажа.
Особенностью предлагаемой полезной модели является и то, что в переходной камере имеется пластина, жестко прикрепленная к регулируемому шиберу с возможностью ее перемещения вверх-вниз вместе с регулируемым шибером, а поверхность пластины параллельна дну переходной камеры.
Особенностью предлагаемой полезной модели является и то, что в верхней части переходной камеры установлено вытяжное устройство, соединенное с вытяжной трубой.
Особенностью предлагаемой полезной модели является и то, что отношение длины переходной камеры к ширине фидера составляет (2,0...5,5):1.
Особенностью предлагаемой полезной модели является и то, что в фидере и в накопительной ванне выполнены сквозные отверстия, снабженные выпускными вентилями, предназначенными для выпуска непроплавившихся частиц и элементов разрушения огнеупоров.
Особенностью предлагаемой полезной модели является и то, что дно накопительной ванны и фидера облицованы тугоплавкими и электропроводящими материалами, например, из жаростойкого сплава карбида кремния, оксида циркония.
Особенностью предлагаемой полезной модели является и то, что в центральной части фидера, в его верхней части, установлены электрические нагревательные элементы.
Особенностью предлагаемой полезной модели является и то, что нагреватель переходной камеры выполнен в виде, по меньшей мере, одной газовой форсунки. установленной с возможностью направления факела на поверхность пластины и на поверхность регулируемого шибера.
2
Особенностью предлагаемой полезной модели является и то, что отношение площади выработочного отверстия к суммарной площади отверстий фильер питателя составляет 2,0...20,5, а площадь отверстия каждой фильеры составляет 1,3...8,5 мм.
Особенностью предлагаемой полезной модели является и то, что установка снабжена устройством освобождения расплава от железосодержащих примесей. выполненная в виде источника постоянного или пульсирующего тока. электроды которого установлены на входе фидера, подключены к соответствующим полюсам источника тока и предназначены для пропускания тока через расплав.
Предлагаемая установка позволяет получить в зоне выработочного отверстия однородный по температуре и по составу поток расплава. Это достигается тем, что установленный на входе в переходную камеру регулируемый шибер не пропускает к выработочному отверстию верхний слой потока - пену, а порог, установленный ниже регулируемого шибера, не пропускает в переходную камеру тяжелые непроплавившиеся частицы породы, что существенно снижает вероятность образования концентраторов напряжений в получаемом волокне, а также вероятность забивания фильер.
Дно переходной камеры имеет наклон, направленный в сторону выработочного отверстия, что позволяет получить заданное стабильное значение давления расплава в зоне выработочного отверстия. Угол наклона и длину переходной камеры подбирают экспериментально. Названные параметры зависят от вязкости и температуры расплава, а также от требуемого диаметра фильер. Как правило, угол наклона переходной камеры составляет 8...65° к горизонтальной
плоскости, а длина переходной камеры - 1,0...1,9 м.
В процессе создания изобретения авторами было экспериментально найдено оптимальное соотношение геометрических размеров печи, накопительной ванны и переходной камеры в установке для изготовления волокон из горных пород. Найденные оптимальные соотношения геометрических размеров создают условия для получения, практически, полностью гомогенизированного расплава горной породы. Отношение площади бассейна печи составляет 9,0...50,0 к площади переходной камеры. Это соотношение обеспечивает при оптимальном расходе энергоносителей и оптимальной температуре расплава стабильность температурного диапазона и вязкости, необходимых для выработки непрерывного волокна со стабильными характеристиками. Изменение же указанных параметров как в сторону его уменьшения, так и в сторону его увеличения, ведет к резкому ухудшению качества получаемых волокон, в частности, к снижению стабильности их вытягивания.
Поступление в зону выработки волокна гомогенизированного расплава позволяет повысить производительность установки, так как, такой расплав, практически, не имеет кристаллических включений, что существенно уменьшает обрыв волокна в момент его вытягивания.
3
8
2
3
8
2
6
2
4
2
6
Известно, что горные породы характеризуются тем, что в процессе их образования из расплавленной магмы не остается отдельных частей минералов-окислов, а создаются их соединения, например альбит NaAlSiO, апортит СаAlSiO, диоксид Ca(MgFeSiO), оливин (MgFe)SiO, авгит Ca(MgFe)(SiO) и другие. Эти соединения при плавлении в процессе получения гомогенизированного расплава переходят по отдельности из одной фазы в другую. Поэтому процесс плавления горной породы можно рассматривать как гетерогенную систему, состоящую из нескольких различающихся между собой тел (кристалл, стекло). Из этого следует, что в случае выбора отношения площади ванны к площади зоны выработки менее 9,7 при непрерывном процессе получения волокон из горных пород возможно попадание кристаллических включений из зоны плавления в зону выработки, что вызывает нарушения в процессе формования волокон фильерами и приводит к обрывности волокон. Если же указанное отношение составляет более 48,4 то из-за большой разницы в площади зеркал названных емкостей неизбежно возникают температурная неоднородность расплава по слоям, что ведет к снижению
механических свойств получаемых волокон и, кроме того, ведет к увеличению удельного расхода энергоносителей при снижении производительности печей, так как при таком отношении увеличивается площадь обогреваемой ванны относительно площади переходной камеры. Однако, производительность установки определяется именно площадью зоны переходной камеры с узлом выработки, т.е. при той же выработке объем загружаемой породы увеличивается, а следовательно, увеличиваются удельные энергозатраты на получение расплава в ванне печи. Такие энергозатраты являются неоправданными, так как они не ведут к повышению производительности и не влияют на качество расплава, поступающего в переходную камеру и в фильерный питатель, а следовательно, и на качество получаемого волокна. Кроме того, при этом не будет получен достаточно гомогенизированный расплав, что ведет к ухудшению качества получаемых волокон.
Накопительная ванна снабжена мешалкой с электроприводом, предназначенной для перемешивания расплава и не допущения его расслаивания. На выходе из накопительной ванны установлен порог, который не пропускает непроплавившиеся частицы и элементы разрушения огнеупоров печи в фидер.
Переходная камера расположена между фидером и выработочным отверстием с фильерным питателем ниже уровня фидера, накопительной ванны и печи. На дне переходной камеры установлен порог, а выше порога - ограничительный регулируемый шибер (брус), предназначенные для пропускания к фильерному питателю только центральной части потока расплава, и задерживания непроплавившихся тяжелых и легких частиц. Высота каждого порога составляет 10...100 мм. С целью увеличения скорости доставки подготовленного расплава к выработочному отверстию и регулирования температуры расплава переходная камера дополнена горелками, факел которых направлен в сторону наклонной поверхности дна переходной камеры. Кроме того, авторами найдено оптимальное соотношение длины переходной камеры к ширине фидера для возможности сохранения температурной однородности расплава, которое составляет от 2,0:1 до 5,5:1. С целью сохранения стабильной температуры расплава, (фильерный питатель установлен на расстоянии Т от оси фидера Т=(0,95...5,0)Н, где Н ширина фидера. Конструкция установки, ее переходной камеры не позволяют установить фильерный питатель на расстоянии менее 0,95Н от выхода фидера. Установка фильерного питателя на расстоянии более, чем 5,0Н ведет к удлинению пути прохождения
расплава к фильерам для получения волокон и к неизбежным потерям температурной однородности расплава, а также к увеличению расхода топлива (газа), сгорающего на форсунках. Выбранные габаритные размеры и соотношения установки по длинам бассейнов и камеры, обеспечивают возможность проведения выработки волокон из горных пород с высокой производительностью, даже. например, при применении в процессе выработки от восьмисот до шести и более тысяч фильерных питателей. Предлагаемая установка для получения волокон из широкого класса горных пород позволяет получить высокопрочные, коррозионностойкое, термостойкое непрерывное волокно из горных пород широкого диапазона по составам и упростить технологию его изготовления.
Для уменьшения теплопотерь и увеличения производительности установки уменьшены габариты термонапряженных элементов установки, а последняя содержит два выработочных отверстия, оси которых могут быть расположены как перпендикулярно, так и неперпендикулярно к оси фидера. Кроме того, для уменьшения теплопотерь, увеличения КПД установки и создания стабильных адиабатических условий для подготовки расплава, элементы конструкции. контактирующие с расплавом, облицованы тугоплавкими и электропроводящими материалами, а в верхней части фидера, по его центральному каналу, установлены электрические нагревательные элементы. Установка обеспечена патрубками для слива непроплавившихся частиц и элементов разрушения огнеупоров, установленными в накопительной ванне и в конце фидера.
Используемое сырье - измельченная горная порода - имеет разнообразные включения, в том числе такие, температура плавления которых превышает 1400°С. Такие включения, попадая в зону выработочного отверстия, периодически забивают фильеры, что исключает возможность получения волокон толщиной в единицы микрон. Влияние этих включений на полученный продукт можно ощутить не только в момент выятгивания волокна, но и после получения волокна. Поэтому очень важным является удаление этих включений до получения непрерывного волокна. При нагреве до температуры 1600°С эти включения могут оставаться в составе расплава. Однако, как показали эксперименты, эти включения разрушаются при достижении температуры расплава в 2000°С и выше. Предлагаемая установка позволяет создать условия для разупрочнения кристаллической решетки измельченной горной породы-сырья - путем ее нагрева до температур в 2000°С и
выше. При этих температурах удается удалить из сырья вредные примеси, которые имеют более высокие температуры плавления, забивают фильеры, из которых идет формование волокон. Кроме того, для решения названной проблемы в накопительной ванне применен электроподогрев, основанный на ионной электропроводности жидкого расплава. При этом на высоте 40...90 мм от подины ванны установлены металлические стержни диаметром 25...55 мм. которые выступают из стены на 40...70 мм и к которым подводят электрический ток и пропускают его через расплав между электродами. Электроподогрев создает относительно равномерную температуру расплава по всему сечению накопительной ванны. Изменением величины тока, достаточно легко и оперативно регулируют температуру расплава, что очень важно при использовании предлагаемого модуля для получения волокон из различных горных пород. Металлические стержни во время ремонта выдвигаются на необходимую длину, а сгоревшие заменяют новыми. Конструкция ванны позволяет вести непрерывный отбор дегазированного и гомогенизированного расплава в фидер, с помощью мешалки, которая непрерывно вертикально перемещается в расплаве. Низкая теплопроводность расплава и его непрозрачность не позволяют добиться равномерной температуры по всему объему жидкой массы, особенно при толщине слоя свыше 100 мм, и, как правило, верхние слои имеют более высокую температуру, чем нижние, поэтому применение мешалки является необходимым.
2+
2+
2+
2
2
3
2
3
Большим препятствием для стабильного процесса получения непрерывного волокна является наличие в расплаве окисла железа FeO, который резко меняет процесс минералообразования. Катионы Fe, обладая большей энергией активации, чем катионы Са и Mg, активно вступают в соединения с кремнийкислородными анионами, замещая в пироксенах Са и даже Mg и образуя железистые пироксены типа диопсид-геденбергит и авгит. Такие замещения, как правило, приводят к созданию больших внутренних напряжений в волокне и к образованию микротрещин на его поверхности, что существенно снижает прочность волокна. Для уменьшения количества FeO в расплаве его барботируют подогретым воздухом. который переводит двух-валентное железо в трех-валентное в соответствии с формулой 4FeO+O=2FeO. Происходит сдвиг равновесия в сторону FeO, который позволяет, уменьшить вязкость расплава, например при температуре выработки 1250°С с 439 Пуаз до 319 Пуаз, при этом температура верхнего предела
кристаллизации снижается на 26...32°С, что позволяет вести более стабильную вытяжку волокна.
Поскольку оксиды металлов в расплаве горных пород находятся в состоянии диссоциации, поэтому под действием пропускаемого через расплав тока представляется возможным их осаждение с помощью устройства для освобождения расплава от железосодержащих примесей, выполненного в виде источника постоянного или однополярного тока, полые электроды которого установлены на входе фидера и подключены к соответствующим полюсам источника тока. При этом у электрода например, смонтированного в углублении на входе в фидер, в которое подведен по барботажной трубке восстановитель, например, природный газ, смешанный с воздухом в соотношении 1:10 и ниже, часть природного газа не полностью сгорает, образуя угарный газ СО. Этот газ вступает в реакцию с окислами железа, находящимися в расплаве в жидком состоянии, согласно реакции:
2
3
2
FeO+СО=2FeO+CO
2
FeO+CO=Fe+CO
Образовавшийся углекислый газ с продуктами сгорания отводят наружу, а восстановленное железо концентрируется в нижней части углубления дна фидера и по каналу в полости электрода отводится наружу. За счет восстановления железа расплав непрерывно обедняется окислами железа.
2
В результате, обедненный окислами железа расплав и обогащенный окислами SiO через порог направляется в фидер. Поскольку в расплаве нет окислов железа в обычном процентном соотношении, расширяется зона выработки волокон и улучшается их качество: повышается их жаростойкость, увеличивается эластичность, прочность.
Горную породу расплавляют в печи при температуре выше 1500°C в окислительной среде при этом увеличивается степень аморфности расплава, т.е. происходит переход из кристаллического состояния  в стеклообразное.
Плавление горной породы осуществляется в окислительной среде в газообогреваемой печи.
Коэффициент избытка воздуха (β) - отношение действительного количества воздуха в горючей смеси к теоретически необходимому для ее полного сгорания.
Для определения процентного содержания кислорода проводится химический анализ газовоздушной смеси. При стехиометрическом соотношении газ-воздух,
содержание кислорода в газовоздушной смеси определяется по следующей формуле:
;
где
A(%) - содержание кислорода в окружающем воздухе,
0
3
V (нм) _ теоретически необходимое количество воздуха (стехиометрический объем) для сжигания газа.
Стехиометрический объем воздуха для горения 1 кг твердого или жидкого топлива рассчитывают по формуле:
0
V=0,0889·[С]+0,265·[H]-0,03337·([H]-[S]),
где
0
3
V (м/кг) - стехиометрический объем воздуха,
[C], [H], [S] - содержание углерода, водорода, кислорода и серы в топливе (справочные данные).
0
При отсутствии данных о составе топлива V можно определить, приняв, что на каждый 1 мДж удельной теплоты сгорания топлива теоретически необходимо 0,27 м3 воздуха.
Стехиометрический объем воздуха для горения 1 м3 газообразного топлива вычисляют по формуле:
0
2
2
m
m
2
V=0,0476·(0.5-[СО]+0,5·[H]+1.5·[HS]+S·(m+n/4)·[СH]-[O]),
где
0
3
3
V (м/м) - стехиометрический объем воздуха,
2
2
2
m
m
[O], [H], [CO], [HS], [CH] - содержание кислорода, водорода, окиси углерода, сероводорода и газа, состоящего из m атомов углерода и n атомов водорода в топливе;
2
4
При отсутствии данных о составе непредельных углеводородов их принимают состоящими из [CH].
Фактический объем воздуха для горения определяют экспериментально с помощью анемометра и секундомера.
Коэффициент избытка воздуха для горения рассчитывают по формуле:
,
где
β - коэффициент избытка воздуха,
0
3
3
3
V, (м/кг), (м/м) - стехиометрический объем воздуха для горения,
ф
3
3
3
V, (м/кг), (м/м) - фактический объем воздуха для горения.
2
2
При эксплуатации установки, работающей на газе, большое внимание уделяется контролю процесса горения. Нарушение этого процесса приводит к появлению в топочных газах продуктов неполного сгорания или большого избытка воздуха. Анализ состава дымовых газов дает возможность определить степень полноты сгорания, величину избытка воздуха, характер газовой среды. Отбор проб дымовых газов производится в различных зонах при помощи газоанализатора, определяется содержание [CO], [O], [CO] и других продуктов сгорания.
Коэффициент избытка воздуха для горения по результатам газового анализа определяют по формуле:
,
изб
2
2
4
O=[O]-0.5·[СО]-0.5·[Н]-2·[СН]
где
2
2
4
[O], [CO], [H], [CH] - концентрации соответствующих газов, % (об.), по результатам газового анализа продуктов сгорания.
В таблице 1 приводится состав дымовых газов, по его анализу определялась степень полноты сгорания, величина избытка воздуха, характер газовой среды.
Таблица 1
β
[O<sub>2</sub>]
[CO<sub>2</sub>]
[CO]
1
1,11
2,5
10,6
0,8
2
1,18
3,7
1,6
0,5
3
1,25
4,8
10,4
0,2
4
1,28
5,2
11,3
0
Увеличение коэффициента избытка воздуха резко уменьшает тепловой поток на стекломассу, что влечет за собой появление кристаллов, которые не позволяют осуществить вытяжку волокон, а снижение этого коэффициента приводит к неполному сгоранию топлива, что фиксируется газовым анализатором по появлению значительного количества СО в составе дымовых газов. Эти количества будут восстанавливать двухвалентное железо, которое повысит температуру верхнего предела кристаллизации и тем самым затруднит процесс вытяжки волокон.
2
3
2
3
2
3
Экспериментами было установлено, что для плавления основного класса горных пород, коэффициент избытка воздуха должен быть в пределах β=1,11...1,28 при этом содержание FeO в волокне увеличивается и достигает соотношения FeO/FeO≥0,4. Такое соотношение оксидов железа позволяет в условиях эксплуатации при высоких температурах, когда происходит кристаллизация материала волокон, уменьшить потери прочности. Объясняется это тем, что вначале образуется мелкокристаллический гематит, вокруг которого кристаллизуются пироксены. При соотношении FeO/FeO≥0,4 первой фазой образуется крупнокристаллический магнетит (при более низких температурах, чем гематит), а затем пироксены. Остаточная прочность волокон при кристаллизации гематита выше, особенно при высоких температурах.
2
3
Анализ экспериментальных данных показывает, что снижение прочности на растяжение для волокон с соотношением FeO/FeO≥0,4 составляет примерно 20% при температуре 600°С.
2
3
Таким образом, проведение процесса в предлагаемом режиме (температура в печи 1600°С, накопительной ванне 2000...2200°С в окислительной среде) позволяет сохранить и повысить исходную прочность волокон. Обеспечение оптимального соотношения FeO/FeO≥0,4 позволяет повысить температуру применения более чем на 120°С.
Указанные параметры ведения процесса изготовления непрерывною волокна установлены в результате экспериментальных исследований широкого класса торных пород от основного до кислых, характеризующихся различным химическим составом и текстурно-структурными особенностями.
Горную породу загружают в печь, где происходит ее плавление. Затем расплав через протоки перетекает сначала в накопительную ванну, после в фидер, где происходит отбор расплава и в переходную камеру для подачи его к фильерам.
В накопительной ванне, фидере расплав в зоне контакта с теплоносителем перегрет, следовательно, вязкость его. ниже. Вязкость по глубине расплава постепенно увеличивается, а его температура уменьшается. Перегрев вверху расплава приводит к колебаниям диаметра формируемых волокон, что вызывает рост обрывности волокон. Отбор расплава, расположенного ниже определенного уровня, приводит к появлению в волокнах центров кристаллизации и ухудшению его прочностных характеристик. Для получения расплава с постоянной температурой по всей его глубине в зоне выработки переходной камеры ведут дополнительный нагрев расплава.
Нагрев расплава в переходной камере осуществляют с помощью газовых форсунок, установленных в верхней части переходной камеры. При этом пламя из газовых форсунок направляют на регулируемый шибер и жестко прикрепленную к нему подвижную пластину параллельную дну переходной камеры, которые служат экранами, что позволяет уменьшить влияние компонентов природного газа на расплав. Тем самым расплав подвергается интенсивной окончательной доводке в тонком слое расплава. Названные экраны изготавливают из материалов с температурой плавления, превышающей 1300°С, например, из жаростойкого сплава, карбида кремния, оксида циркония и др.
Одновременно с нагревом расплава производят перемещение регулируемого шибера по глубине расплава для получения расплава с постоянной вязкостью и толщиной.
Таким образом, данный способ получения волокон позволяет увеличить границу отбора по высоте уровня расплава из горных пород за счет сохранения постоянной вязкости и температуры по всей глубине его, что приводит к уменьшению обрывности волокон, а следовательно, к повышению их качества и стабильности процесса их получения.
Техническая задача решается таким образом, что нагрев расплава в накопительной ванне ведут до получения его с соотношением основных компонентов
после чего стабилизируют в фидере при температуре, как минимум, на 100°С выше его температурного интервала выработки. При этом объем стекломассы стабилизируется, поверхность становится ровной и гладкой и температура расплава равномерно снижается по всему объему до температуры выработки волокна, что позволяет сократить время стабилизации его в фидере и осуществить усреднение массы и обеспечить выше указанные соотношения компонентов.
Эти соотношения обеспечивают стабильность температурного диапазона и вязкости, необходимых для выработки волокна.
Примеры составов четырех типов вулканических пород, принадлежность к которым устанавливается по содержанию в породах диоксида кремния: Базальт - 48...53%; Андезит - 54...62%; Дацит - 63...70%; Риолит - 70...76%, физико-механические и химические свойства волокон приведены в таблице 2. Данные взяты из российских патентов на изобретения №№2120423, 2233810.
Таблица 2
Оксиды, вес.%; усредненные соотношения; свойства
Базальт/ Патент RU 2120423
Андезит/ Патент RU 2120423
Дацит/ Патент RU 2233810
Риолит/ Патент RU 2233810
1
2
3
4
5
SiO<sub>2</sub>
47,9
53,8
64,1
73,5
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
14,9
17,5
16,6
11,9
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
2,9
3,4
2,1
2,0
FeO
8,4
5,6
3,1
1,5
MgO
8,9
4,5
1,9
0,3
СаО
10,2
7,7
5,4
0,7
Na<sub>2</sub>O
2,5
3,9
4,1
4,4
1
2
3
4
5
K<sub>2</sub>O
0,7
1,2
1,3
4,9
Н<sub>2</sub>O
0,8
1,0
0,5
0,4
TiO<sub>2</sub>
2,2
1,2
0,7
0,2
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
0,4
1,1
0,5
0,1
MnO
0,2
0,1
0,1
0,1
<img he="11" wi="12" file="00000007.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
2,90
1,65
1,48
0,75
<img he="11" wi="29" file="00000008.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
3,29
5,84
11,05
<img he="7" wi="62" file="00000009.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
2,13
2,99
4,87
6,16
Диаметр элементарного волокна, мкм
4,0...5,5
3,9...13
5,6...12,4
4,7...12,5
Прочность при растяжении, МПа
2000
2280
2490
3115
Химическая стойкость волокна, в %, после 3-х часов кипячения в 2N HCl
77,5
90,8
92
95,2
Как видно из таблицы 2, предлагаемый "Модуль Kibol" позволяет получить высокопрочное, коррозионностойкое, температуроустойчивое непрерывное волокно из различных видов горных пород.
Такое выполнение установки для получения волокон из горных пород обеспечивает необходимое качество расплава, приготавливаемого из материала с узким температурным интервалом выработка практически не превышающем 30°С, что требует особенно четко соблюдать технологические особенности выработки: обеспечение единства расплава по химсоставу, поддержание постоянного (в пределах 1...1,5%) значения его вязкости, исключение ощутимых релаксационных явлений в расплаве, которые могут приводить к образованию зональных течений и к изменению вязкости и температуры по пластам в расплаве, образованию внутри расплава течений, отличающихся как химическим составом, так и температурой.
На фиг.1 схематически показана предлагаемая установка для производства неорганических волокон из горных пород «Модуль Kibol».
На фиг.2 схематично представлены переходные камеры с разными объемами и углами наклона дна переходных камер.
Установка для производства неорганических волокон из горных пород «Модуль Kibol» содержит печь для получения расплава 1. Выход печи 1 соединен со входом накопительной ванной 2. Выход накопительной ванной 2 соединен с фидером 3. Установка снабжена восемью переходными камерами 4, 5, 6, 7, 8. 9, 10 (восьмая переходная камера не показана). Фидер 3 имеет соответствующий выход в каждую переходную камеру 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. Каждая переходная камера 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 имеет собственное выработочное отверстие 11, и обогреваемый питатель с фильерами 12, расположенный ниже выработочного отверстия 11. Каждая переходная камера 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 предназначена для создания тонкослойного потока расплава. Каждая переходная камера 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 снабжена нагревателем. Дно переходных камер 7, 8 выполнено горизонтальным - не имеет наклона, а дно камер 4, 5, 6, 9, 10 имеет наклон, направленный в сторону выработочного отверстия 11, При этом значение угла наклона для каждой камеры 4, 5, 6, 9, 10 подбирается экспериментально, для выпуска того или иного вида волокна и изделий.
В таблице 3 приводятся экспериментальные данные угла наклона (α), и некоторые виды продукции.
Таблица 3
Количество фильер
Угол наклона дна переходной камеры α эксп. (в градусах)
Виды продукции
200
8...23
1.Кордная нить
2.Нить андезитовая
800
19...35
Ровинг РБ 13-800-76
2000
35...65
Рубленое базальтовое волокно БС 13-6р-76
Угол наклона (α), для получения определенного вида волокна, например, ровингов, предназначенных для получения базальтопластиковых труб составляет α=19...35, для рубленных волокон - для холстов α=35...65, нитей различной линейной плотностью для изготовления тканей из горных пород для печатных плат α=8...25. Причем указанные выше материалы и изделия могут вырабатываться на одной прелагаемой установке одновременно. Переходные камеры 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 имеют разные объемы, что позволяет получать из каждой камеры требуемое количество (объем) волокон - до 1 тысячи тонн волокна в год и осуществить их работу в независимом друг от друга режиме. На входе в каждую переходную камеру 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 установлен порог 13, а выше порога 13 - регулируемый шибер 14, которые предназначены для получения потока расплава требуемой толщины и качества. Каждый регулируемый шибер 14 выполнен в виде гильотины, рабочая кромка которой горизонтальна и обеспечивает, при необходимости, полное перекрытие потока расплава в соответствующую переходную камеру 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. Каждый регулируемый шибер 14 установлен с возможностью в момент перекрытия входа в каждую переходную камеру 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 касаться своей боковой плоской поверхностью боковой поверхности порога 13. Накопительная ванна 2, установленная между выходом печи 1 для получения расплава и фидером 3, предназначена для получения однородного по составу и температуре расплава. Расстояние Т от оси фильерного питателя 12 до оси фидера 3 составляет для переходных камер 4, 5, 6 - Т=4,5Н, для переходной камеры 7 - Т=2,3Н, для переходной камеры 8 - Т=1,44Н, для переходных камер 9, 10 - Т=3,65Н. Установка содержит восемь переходных камер 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 и, соответственно, восемь выработочных отверстий, оси которых лежат на плоскости перпендикулярной оси фидера 3. Оси выработочных отверстий могут лежать и на плоскостях неперпендикулярных оси фидера 3. Это определяется технологическими потребностями производства. При этом, для уменьшения длины фидера 3 переходные камеры расположены симметрично оси фидера 3 - по четыре переходных камеры с каждой стороны: 4, 5, 6, 7 - с одной стороны, и 8, 9, 10 (плюс восьмая) - с другой. Накопительная ванна 2 обеспечена мешалкой 15, предназначенной для перемешивания расплава и системой нагрева с электродами 16, предназначенными для нагревания расплава прямым пропусканием тока через него. Регулируемый шибер 14 установлен непосредственно перед входом в каждую переходную камеру 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 с возможностью регулирования высоты его расположения относительно порога соответствующей переходной камеры. Соотношение площади бассейна печи 1 и площади переходных камер 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 составило, для переходных камер 4, 5, 6 - 48,4, для переходной камеры 7 - 11,2, для переходной камеры 8 - 9,68, для переходных камер 9, 10 - 20,2.
Данные по расчету площадей бассейна печи и переходных камер представлены в таблице 4.
Таблица 4
Площадь бассейна печи, S<sub>бас.печи</sub>, м<sup>2</sup>
6,0
12,5
30,0
Площадь переходной камеры, S<sub>перх.кам</sub>, м<sup>2</sup>
0,62
0,62
0,62
Отношение S<sub>бас.печи</sub>/S<sub>перх.кам</sub>
9,68
20,16
48,39
Производительность печи, т/сут
5,76
11,52
28,8
Производительность одного узла, кг/час
120
120
120
Установка обеспечена устройствами для осуществления донного и бокового барботажа 17. Каждая переходная камера 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 снабжена подвижной пластиной 18, жестко прикрепленной к регулируемому шиберу 14, а поверхность пластины 18 параллельна дну соответствующей переходной камеры.
Каждая переходная камера 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 снабжена, установленным в ее верхней части вытяжным устройством 19, соединенным с вытяжной трубой (не показана). Отношение длины каждой переходной камеры 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 к ширине фидера 3 составляет, для переходных камер 4, 5, 6 - 5,5, для переходной камеры 7 - 2,5, для переходной камеры 8 - 2,0, для переходных камер 9, 10 - 3,6. Эти соотношение размеров от 2,0:1 до 5,5:1 обусловлено тем, что длина выработочного отверстия переходной камеры равна длине фильерного питателя, а ширина канала фидера должна быть такой, чтобы обеспечить качественным расплавом все питатели. Существуют оптимальные пределы ширины канала, которые обусловлены тем, что при меньшей ширине возрастает гидравлический уклон расплава, становится неодинаковым гидростатический напор фильерных питателей, а также возрастает неоднородность расплава по глубине у первых по ходу движения расплава фильерных питателей, при большей ширине снижается скорость течения расплава и возникает температурновязкостная неоднородность по ширине канала. При выходе за эти пределы возрастала неоднородность расплава и работа фильерных питателей становилась невозможной из-за неравномерного истечения расплава из фильер.
В фидере 3 и в накопительной ванной 2 выполнены сквозные отверстия, снабженные выпускными вентилями, предназначенными для выпуска непроплавившихся частиц и элементов разрушения огнеупоров (не показаны). Дно накопительной ванны 2 и фидера 3 облицованы тугоплавкими и электропроводящими материалами из жаростойкого сплава карбида кремния. В центральной части фидера 3, в его верхней части, установлены электрические нагревательные элементы 20, выполненные в виде печей сопротивления.
В каждой переходной камере 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 установлена газовоздушная форсунка 21 с возможностью направления факела на поверхность пластины 18 и на поверхность регулируемого шибера 14.
2
Отношение площади выработочного отверстия 11 к суммарной площади отверстий фильер питателя составляет 7,0...20,5 для разных переходных камер, а площадь отверстия каждой фильеры составляет 1,3-8,5 мм.
Эти соотношения обеспечивают оптимальные условия формования луковиц, из которых формируются волокна. Известно, что на объем луковиц оказывают влияние диаметр фильеры, температура фильерной пластины и напор стекломассы в сосуде. Учитывая, что горные породы, имеют узкий температурный интервал выработки, температуры расплава и температура электрообогреваемой пластины фактически одинаковы и вязкость расплава в выработочном отверстии 11 равна вязкости расплава на фильерной пластине 12, а также из-за низкой теплопрозрачности расплава горных пород толщина его слоя с однородными свойствами в плавильной ванне, в фидере 3 и в каждой переходной камере (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) и над фильерной пластиной 12 не превышает 10...30 мм, поэтому можно считать, что отношение расхода расплава через выработочное отверстие 11 к суммарному расходу через фильерную пластину 12 равно отношению площади выработочного отверстия 11 к суммарной площади отверстий фильерной пластины 12 (таблица 5).
Таблица 5
Площадь выработочного отверстия, S<sub>отв</sub>, мм<sup>2</sup>,
21670
41800
36000
Количество фильер в питателе, шт
800
1200
2000
Диаметр фильеры, мм
1,3
1,82
1,82
Площадь фильеры, мм<sup>2</sup>
1,327
2,600
2,600
Общая площадь фильер, S<sub>общ.</sub>, мм<sup>2</sup>
1061,36
3120,24
5200,40
Отношение, S<sub>отв</sub>/S<sub>общ</sub>
20,4
13,3
6,92
Это отношение составило от 7,0 до 20,5. В случае, если указанное отношение будет более 20,5 верхнего предела, расплав начинает с избытком поступать к фильерам, при этом не происходит образование луковиц, что нарушает стабильность процесса выработки. При переходе за нижний предел 7,0 выработочное отверстие не обеспечивает фильеры таким количеством расплава, которое необходимо для стабильного образования луковицы и стабильного истечения струи из фильеры. В результате происходит разрыв подачи расплава на выработку, колебание диаметра и отрыв капли волокна, снижается производительность установки.
2
2
В результате экспериментов удельный расход расплава через одну фильеру составил от 0,8 до 1,2 г/мин. Согласно изложенным выше положениям по механизму формования волокон объем луковицы и расход расплава через фильеру определяется площадью последней, которая составляет от 1,3 до 8,5 мм. При площади фильеры менее 1,3 мм образование луковицы затруднено, ее объем недостаточен для устойчивого получения волокна, что приводит к росту удельной обрывности волокон. При площади превышающей верхний предел процесс образования луковицы переходит в процесс образования струи расплава. Это увеличивает диаметр первичного волокна, снижает его прочность на растяжение и приводит к росту обрывности. Таким образом, при выборе вышеуказанных соотношений технологических параметров выработки волокон из расплавов горных пород можно существенно снизить обрывность волокон, что определяет более высокую технологическую устойчивость и производительность процесса выработки волокон из расплавов горных пород.
2
Установка снабжена устройством освобождения расплава от железосодержащих примесей, которое установлено в протоке фидера 3, между накопительной ванной 2 и первым рядом переходных камер. Указанное устройство выполнено в виде источника постоянного или пульсирущего тока /не показано/, электроды 22, 23 которого установлены на входе фидера 3 и подключены к соответствующим полюсам источника тока. Один из электродов - 22, подключен к отрицательному полюсу источника тока и выполнен в виде полой трубки, верхний торец которой установлен в углублении дна фидера 3. Электрод 22 предназначен для концентрирования вокруг него восстановленного железа и вывода его через полость электрода 22 наружу. Поскольку оксиды металлов в расплаве горных пород находятся в состоянии диссоциации, то под действием пропускаемого через расплав электрического тока представляется возможным их осаждение у электрода 22, смонтированного в углублении дна фидера 3, в которое подведен по барботажной трубке 24 восстановитель (газ из ряда: природный газ, угарный газ. водород и т.д.). В результате реакции в названной зоне в углублении дна фидера 3 происходит восстановление железа. За счет восстановления железа, расплав непрерывно обедняется окислами железа и обогащаться окислами SiO.
В предлагаемой конструкции установки применена ванная плавильная печь прямого нагрева 1, с фидером и выработочным отверстием. Такие печи более экономичны, производительны, легко поддаются механизации и автоматизации, в результате чего, обеспечивается возможность поддержания в них стабильной температуры по длине бассейна при постоянном составе газов над расплавом. Для отвода дымовых газов печь 1 снабжена рекуператором (не показан). В стенах печи 1 предусмотрены смотровые отверстия, отверстия для установки термопар, датчиков уровня расплава, газовых горелок (не показаны), а также карман для загрузки сырья 25. Ниже выработочного отверстия 11 установлены фильерные питатели 12, предназначенные для вытягивания через них волокон 26. Для обработки волокон 26 замасливателем, установка снабжена емкостью (не показано) с замасливателем, который подается на замасливающее устройство 27. Для сбора неиспользованного замасливателя служит емкость, снабженная насосом (не показана) для перекачки замасливателя из одной емкости в другую (не показано). В установке имеется система механизмов (не показано), предназначенных для подачи одной части волокон после замасливания на наматывающий аппарат 28, где они наматываются на бобину (не показана). Для обработки другой части волокон, вышедших из фильерного питателя 12 установка снабжена рубочной машиной (не показана), которая установлена на другом уровне, отличным от уровня установки наматывающего аппарата 28. Печь 1 для варки измельченной горной породы содержит ванну, изготовленную из огнеупорного материала с карманом для загрузки горных пород 25. В дне печи 1 имеются отверстия с барботажными соплами 17. предназначенными для интенсивного перемешивания расплава, с целью повышения его однородности по химсоставу. На дне печи 1 имеется порог 13, который предназначен для задерживания тяжелых непроплавившихся частиц, а выше порога - на выходе из печи 1 установлен заградительный брус 29, служащий для задержки грязи и гашения пены. Печь 1 снабжена средством для ее нагрева природным газом при помощи газовоздушных горелок (не показано). В установке имеется накопительная ванна 2 для усреднения расплава по температуре и химсоставу. В накопительной ванной 2 установлена мешалка 15 и барботажная система, включающую донные и боковые сопла 17. Кроме того, накопительная ванна 2 снабжена электродами 16, предназначенными для нагревания расплава прямым пропусканием тока через него. Накопительная ванна 2, через порог 13, над которым установлен регулируемый шибер 14, соединена с фидером 3.
По центральному каналу фидера 3 установлены электрические нагревательные элементы 20 и газовоздушные форсунки 21. Фидер связан, через порог 13 со всеми переходными камерами.
На дне переходной камеры установлен порог 13, а над ним регулируемый шибер 14, к которому жестко прикреплена регулирующая (подвижная) пластина 18. Регулируемый шибер 14 установлен непосредственно перед входом в фидер 3 и все переходные камеры 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 с возможностью регулирования высоты его расположения относительно дна фидера 3 и переходных камер. Порог 13 установлен на входе во все переходные камеры 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, а сверху установлена газовоздушная форсунка 21 и вытяжное устройство 19. Под выработочным отверстием 11 каждой переходной камеры установлены фильерные питатели 12, включающие от 200 до 6000 фильер каждая. Дно переходных камер 4, 5, 6, 9 и 10 имеет наклон в сторону фильерных питателей 12, причем по разные стороны фидера 3 значение угла наклона дна различно. Над дном всех переходных камер установлены газовоздушные форсунки 21, предназначенные для подогрева расплава. Соотношения длины переходных камер (П) к ширине фидера (Ф), т.е. П/Ф=(2,0...5,5):1. Фильерные питатели 12 установлены на расстоянии Т от оси фидера 3. при этом Т=3,5Н, где Н ширина фидера. Фидер 3 и накопительная ванна 2 обеспечены патрубками для выпуска непроплавившихся частиц с элементами разрушения огнеупоров. Печь 1 подвергается воздушному охлаждению с помощью вентиляторов обдува 30, предназначенных для создания на стенках бассейна печи 1 постоянного гарнисажного слоя застывшего расплава, который сохраняет тепловые характеристики печи 1, и улучшаются условия труда обслуживающего персонала.
Предлагаемая установка работает так. Предварительно в печь 1 до 1/3 высоты бассейна загружают сырье - измельченную горную породу и плотно утрамбовывают. Затем осуществляют розжиг печи и через наклонно установленный загрузочный карман 25 подают, в печь горную породу. Перемещаясь по наклонно расположенному карману 25, горная порода начинает оплавляться; используя, таким образом, лучистую энергию всего объема бассейна.
В процессе плавки, образующиеся дымовые газы отводятся, через рекуператор. Процесс плавки осуществляют при интенсивном перемешивании расплава, с целью повышения его однородности по химсоставу. Кроме того, в условиях выработки расплава с низкой теплопрозрачностью, неоплавленные куски материала, попадая на дно печи 1 в течении длительного времени находились бы в твердом  неоплавленном состоянии, что приводило бы не только к понижению производительности выработки, но также к необходимости проведения ремонтных работ, с целью удаления неоплавленного материала. Применение барботажной обработки расплава с помощью сопел 17, с узким температурным интервалом, позволяет обеспечить однородность расплава, как по вязкости, так и по химсоставу в объеме варочного бассейна. Печь 1 отапливается природным газом при помощи газовоздушных горелок (не показано). По мере плавления горных пород уровень зеркала расплава подымается выше порога 13 и поступает в накопительную ванну 2 для усреднения температуры и химсостава расплава. В это время включают в работу мешалку 15 и подачу через барботажные сопла 17 подогретого воздуха. В накопительной ванной 2 расплав подвергается термовоздействию электрическим током, пропускаемым через электроды 16. При этом добиваются незначительного перегрева расплава, относительно температуры расплава в печи, и через порог 13 и регулируемый шибер 14 расплав поступает в фидер 3. где установлено устройство для улавливания железа, куда через барботажную трубку 24 в углубление дна фидера 3 подают восстановитель. В результате неполного сгорания природного газа, образовавшийся углекислый газ с продуктами сгорания отводиться наружу, через дымовую трубу 31, а восстановленное железо концентрируется в углублении дна фидера 3, где оно разогревается электрическим током до жидкотекучего состояния и по полости электрода 22 сливается наружу из фидера 3. Фидер 3 сверху обогревают горящим газом, поступающим из газовоздушных форсунок 21 и электрическими нагревательными элементами 20, которые обеспечивают в фидере 3 поддержание температуры расплава с точностью ±0,5°С.
Использование электрических нагревателей 20 дает возможность улучшить условия труда оператора установки. Установка заградительного бруса 29 в печи 1, способствует удалению пузырьков газа и пены. Расплав из печи 1 поступает в накопительную ванную 2, где он подвергается нагреву прямым пропусканием электрического тока с помощью электродов 16, интенсивному перемешиванию с помощью мешалки 15, и барботажу через сопла 17. Обработанный таким образом расплав поступает из накопительной ванны 2 через порог 13, регулируемый шибер 14 в фидер 3. В фидере 3 из расплава удаляют железо через полость электрода 22, устройства для удаления железа. Далее расплав, через порог 13 и регулируемый шибер 14 на выходе из фидера 3 в каждую переходную камеру направляется на выработку через выработочные отверстия 11 к фильерным питателям  12. Благодаря обогреву переходной камеры, поддерживается достигнутая ранее гомогенизация расплава, что позволяет получить волокна высокого качества и необходимого диаметра. Подогретый расплав поступает на фильерные питатели 12, из которых вытягивают волокна 26. Волокна 26 обрабатываются замасливателем, который подается из емкости, с помощью замасливающего устройства 27. Неиспользованный замасливатель собирается в емкости и с помощью насоса подается обратно на замасливающее устройство 27. Одна часть волокон 26 после замасливания подается через систему механизмов на наматывающий аппарат 28, где они наматываются на бобину. Другая часть волокон 26, вышедших из фильерных питателей подается на рубочную машину, которая установлена на другом уровне, отличном от уровня установки наматывающего аппарата.
Применение предложенной установки для получения волокон из горных пород позволяет обеспечить стабильную выработку волокон из расплавов базальтов, амфиболитов, диабазов, андезитов, дацитов, риолитов и других горных пород. Полученные волокна выгодно отличаются от известных стекловолокон повышенной температуростойкостью, химической стойкостью в кислых средах, прочностными характеристиками. Однако, главное в условиях дефицита сырья и огнеупоров для выработки стекловолокон, получение неорганических волокон, становится неоценимой находкой; для получения сырья из горных пород имеется множество карьеров, стоимость сырья на несколько порядков ниже стоимости стеклошихты.
Изделия из базальтовых волокон могут быть применены для тепло- и звукоизоляции различных объектов; теплозащиты обслуживающего персонала; для фильтрации жидкостей, газов при одновременной адсорбции вредных веществ; для решения потребностей химической, нефтехимической и биохимических отраслей промышленности; в радиоэлектронике; автомобилестроении; судостроении; цементной промышленности; угледобычи, для изготовления шахтных крепей; для замены канцерогенных асбестовых изделий; и во многих других отраслях промышленности.