УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАБОТКИ НЕПРЕРЫВНОГО ВОЛОКНА ИЗ БАЗАЛЬТОВОГО СЫРЬЯ
DEVICE FOR PRODUCING CONTINUOUS FIBRE FROM BASALT STOCK

Изобретение относится к производству непрерывного волокна из базальтового сырья, в частности к конструкции фильерного питателя, и может быть использовано на заводах отрасли по производству волокна.
Известно устройство для выработки непрерывного волокна из базальтового сырья (см. патент РФ №2107046, МПК С03В 37/09, 1998), включающее питатель, содержащий электрообогреваемую фильерную пластину с фильерами в его донной части, при этом толщина стенки фильеры находится в пределах 0,4-1,0 мм.
Недостатком устройства является наличие локальной температурной неоднородности поступающего в фильер базальтового расплава, при высокой вязкости и малой теплопроводности способствует кристаллизации с последующим налипанием частиц на внутренней поверхности каналов и, как следствие, наблюдается повышение обрывности вырабатываемого волокна.
Известно устройство для выработки непрерывного волокна из базальтового сырья (см. патент РФ №2366621, МПК С03В 37/09, 2008), включающее питатель, содержащий электрообогреваемую фильерную пластину с фильерами в его донной части, имеющими толщину стенки в заданных пределах, причем стенка фильера выполнена из биметалла, при этом коэффициент теплопроводности материала биметалла со стороны внутренней поверхности фильера в 2,0-2,5 раза превышает коэффициент теплопроводности материала биметалла со стороны его наружной поверхности.
Недостатком устройства является практическая невозможность поддержания температурного режима фильерной пластины с фильерами в донной части питателя при электрообогреве из-за постоянства толщины за счет плоского профиля как внутренней поверхности фильерной пластины со стороны расплава базальта, так и наружной поверхности со стороны фильеров.
Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение температурной однородности по поверхности фильерной пластины при электрообогреве путем выполнения ее выпуклой со стороны расплава базальта и прямой со стороны фильеров, при этом профиль выпуклой поверхности выполнен по линии быстрейшего перехода расплава базальта из верхней точки в нижнюю точку фильерной пластины.
Технический результат по повышению производительности и эксплуатационной надежности устройства, заключающийся в снижении обрываемости вырабатываемого волокна, достигается тем, что устройство для выработки непрерывного волокна из базальтового сырья, включающее питатель, содержащий электрообогреваемую фильерную пластину с фильерами в его донной части, имеющими в заданных пределах толщину стенки, при этом стенка фильера выполнена из биметалла, причем коэффициент теплопроводности материала биметалла со стороны внутренней поверхности фильера в 2,0-2,5 раза превышает коэффициент теплопроводности материала биметалла со стороны его наружной поверхности, при этом электрообогреваемая фильера со стороны расплава базальта выполнена выпуклой, а со стороны фильеров - плоской, причем выпуклая поверхность выполнена с профилем по циклоиде как линии быстрейшего перехода расплава базальта из верхней точки в нижнюю точку выпуклой поверхности.
На фиг.1 представлено устройство для выработки непрерывного волокна из базальтового сырья; на фиг.2 - распределение тепловых потоков и градиентов температур по толщине фильера.
Устройство содержит питатель 1 с фильерами 2 в его донной части 3, охлаждающие элементы 4, волокно 5, формируемое из расплава базальта 6. Фильер 2 имеет стенку 7, выполненную из биметалла, при этом коэффициент теплопроводности материала биметалла стенки 7 со стороны внутренней 8 поверхности фильера 2 в 2,0-2,5 раза превышает коэффициент теплопроводности материала биметалла стенки 7 со стороны его наружной 9 поверхности. Электрообогреваемая фильерная пластина 10 с фильерами 2 в донной части 3 питателя 1 со стороны расплава базальта 6 выполнена выпуклой поверхностью 11, а со стороны фильеров 2 - плоской 12. Причем выпуклая поверхность 11 выполнена с профилем по циклоиде 13 как брахистохрона (см., например, стр.802, Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М.: Наука), т.е. линии быстрейшего перехода расплава из верхней к нижней точке выпуклой поверхности 11 фильерной пластины 10.
Устройство работает следующим образом.
Расплав базальта поступает под действием гидростатического давления из варочной части (не показано) в питатель 1, где он распределяется по выпуклой поверхности 11, практически одновременно поступая во все фильеры 2 донной части 3, т.к. выпуклая поверхность 11 имеет профиль, описываемый циклоидой 13, линия которой обеспечивает быстрейшее перемещение расплавленной массы базальта от центра к периферии фильерной пластины 10.
Поддержание заданного температурного режима расплава базальта (около 1220°С) по площади фильерной пластины осуществляется посредством ее электрообогрева путем изменения питающего напряжения на токопроводах. Разогрев фильерной пластины 10 по ее ширине при отсутствии расплава также неравномерен вследствие большой теплоотдачи с периферии фильерной пластины 10, поэтому она более разогрета в середине и более холодная по краям. Для компенсации данных температурных градиентов расплава базальта 6 и фильерной пластины 10 толщина ее в центре по предлагаемому техническому решению превышает толщину на периферии, а это при подаче питающего напряжения на токопроводы приводит к изменению температуры по выпуклой поверхности 11 фильерной пластины 10, величина которой определяется экспериментально по количеству выделяемого тепла, зависящего от соотношения толщины фильерной пластины 10 и ее сопротивления прохождению электрического тока (см., например, стр.11-12, Бум Б.К. Основы теории электрических аппаратов М.: Наука, 1970. - 418 стр.).
В результате наблюдается стабильная температура расплава базальта 6 по выпуклой поверхности 11 фильерной пластины 10, которая между ее фильерами 2 по периферии и в центре составляет 1220±10°С при автоматизированном изменении питающего напряжения на токопроводах электрообогреваемой фильерной пластины 10.
рас
Расплав базальта 6 из донной части 3 поступает в фильеры 2 с температурой (t), отдает часть тепла внутренней поверхности 8 стенки 7, выполненной из биметалла с толщиной стенки заданных параметров (например, 0,4-1,0 мм).
рас
В связи с тем, что коэффициент теплопроводности внутренней поверхности 8 материала биметалла стенки 7 имеет значение, превышающее в 2,0-2,5 раза значение коэффициента теплопроводности наружной поверхности 9 фильера 2, то внутренняя поверхность 8 интенсивно нагревается за время прохода единицы массы базальтового раствора по фильеру 2, чем обеспечивается стабильный процесс передачи теплоты q к стенке 7 фильера 2. При этом градиент температуры  имеет равномерную эпюру распределения.
окр
окр
Воздействие теплоты окружающей среды q на внешнюю поверхность 9 материала биметалла стенки 7, имеющей значение коэффициента теплопроводности в 2,0-2,5 раза меньше, чем коэффициент теплопроводности внутренней поверхности 8 фильера 2, приводит к резкому снижению величины градиента . В результате возмущающее воздействие теплового потока окружающей среды q практически не оказывает влияние на эпюру распределения температурного градиента расплава базальтового сырья.
Кроме этого выполнение материала стенки 7 из биметалла в условиях эксплуатации с встречно-направленных, отличающихся по значению градиентных температур приводит к образованию термовибрации, а это резко снижает возможность кристаллизации расплава по мере его движения при контакте с внутренней поверхностью 8 фильера 2.
Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что обеспечение температурной однородности по площади фильерной пластины путем выполнения ее с толщиной, изменяющейся от периферии к центру с профилем в виде циклоиды как линии быстрейшего перехода расплава базальта из верхней точки в нижнюю точку фильерной пластины, приводит к стабильности образования волокна многофильерного питателя вне зависимости от расположения фильер по периферии или в центре. При этом поддержание равномерного температурного режима по площади электрообогреваемой фильерной пластины уменьшает вероятность кристаллизации базальта по толщине донной части питателя и соответственно сокращается обрывность вырабатываемого волокна.