АГРЕГАТ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БАЗАЛЬТОВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА

Полезная модель относится к средству производства нетканого волокнистого материала из различного типа минеральных волокон, в частности, из композиции базальтового базальтового тонкого волокна (БТВ) и базальтового супертонкого волокна (БСТВ), равномерно распределенных между собой по объему.
Получаемый базальтоволокнистый материал может быть использован в качестве теплозвукоизоляционных изделий и фильтров, которые применяются в промышленном и гражданском строительстве, в металлургической, химической, энергетической и других отраслях промышленности.
Известны центробежно-валковая и центробежно-дутьевая центрифуги (Джигирис Д.Д., Махова М.Ф. Основы производства базальтовых волокон и изделий. М., «Теплоэнергетик», 2002 г. стр.286) для получения ковра из смеси минеральных волокон различного диаметра от 1 до 20 мкм, путем вытягивания волокон центробежными силами.
Центрифуги отличаются высокой производительностью и низкой себестоимостью волокна. К недостаткам относится то, что в волокнах содержится до 50% неволокнистых включений, что существенно снижает теплофизические, прочностные, эксплутационные характеристики и показатели химической стойкости материала. При этом, формирование плитного материала из волокон возможно только на основе экологически вредных, органических типов связующих, имеющих к тому же низкий предел температуроустойчивости. Вторым недостатком указанных устройств является невозможность использования базальтовых, железосодержащих горных пород без добавления минеральной подшихтовки.
Известна печь для плавления базальтовых горных пород с системой раздува первичного базальтового волокна до супертонкого, диаметром 0.5-3 мкм (Джигирис Д.Д., Махова М.Ф. Основы производства базальтовых волокон и изделий. М., «Теплоэнергетик», 2002 г. стр.282). Получаемые волокна по своим характеристикам наиболее подходят для производства плитных изделий. В основе этого устройства печи реализован патент установки по получению ультра супертонких стеклянных волокон (патент DE №809845, 1944). Согласно этому патенту, большое число первичных волокон диаметром до 200 мкм, раздувается потоком раскаленных газов до заданного диаметра.
Существенным недостаткам вышеуказанной печи плавления с системой раздува первичного волокна является горизонтальное расположение системы раздува, что не позволяет получение длинномерных ковров и затрудняет дальнейшую переработку волокна в теплозвукоизоляционные изделия.
Известно, что с помощью вертикального волокноосаждения можно получить длинномерный волокнистый ковер (Джигирис Д.Д., Махова М.Ф. Основы производства базальтовых волокон и изделий. М., «Теплоэнергетик», 2002 г. стр.132). Однако, известные устройства предполагают использование сложной конструкции системы раздува с большим потреблением энергоносителей. Получаемый материал имеет узкий диапазон диаметров волокна и чрезмерно высокую удельную поверхность, что снижает химическую стойкость. Высокое гидравлическое сопротивление такого базальтоволокнистого материала не позволяет использовать его в качестве фильтров. Указанное устройство обладает также низкой производительностью, что приводит к высокой себестоимости материала.
Наиболее близким техническим решением является печь для плавления базальтовых горных пород с системой раздува струи расплава до базальтового тонкого волокна БТВ диаметром 8-20 мкм (Волокнистые материалы из базальтов Украины. Издательство «Техника», Киев. 1971 г.
стр.13) (прототип), снабженная камерой волокноосаждения и приемно-формующим конвейером.
Устройство по прототипу обладает высокой производительностью, до 2000 т/год, и малой себестоимостью: 1-2 тыс. руб. за тонну.
Недостатком этого устройства является то, что получаемые базальтовые тонкие волокна имеют небольшую длину, а их низкие удельная поверхность и прочностные характеристики не позволяют использовать получаемый базальтоволокнистый материал для формование плитного материала на наиболее распространенных типах неорганических связующих, таких как бентонитовые глины, соли Мg, Al и т.д.
Технической задачей является получение базальтоволокнистого нетканого материала на основе композиции базальтового тонкого волокна БТВ и базальтового супертонкого волокна БСТВ, обладающего расширенными потребительскими свойствами, что делают его пригодным для применения как в качестве фильтров, так в теплозвукоизоляционных изделиях с применением неорганических, экологически безопасных типах связующих.
Целью полезной модели является создание агрегата для получения базальтоволокнистого материала, представляющего собой композицию из различных базальтовых волокон диаметром от 1 до 15 мкм, с долей неволокнистых включений 3-7%, с повышенными теплофизическими, прочностными характеристиками, с высокими значениями удельной поверхности, термовиброустойчивости и низкими показателями гигроскопичности. Второй целью является снижение себестоимости базальтоволокнистого материала.
Указанная цель достигается тем, что предлагается агрегат для получения базальтоволокнистого материала, включающий печь для плавления базальтовых горных пород с системой раздува струи расплава до базальтового тонкого волокна, соединенную с камерой волокноосаждения, снабженной приемно-формующим конвейером, отличающийся тем, что агрегат дополнительно содержит печь для
плавления базальтовых горных пород с системой раздува первичного базальтового волокна до супертонкого, при этом, система раздува первичного базальтового волокна до супертонкого соединена с той же камерой волокноосаждения, снабженной приемно-формующим конвейером, а между обеими системами раздува и камерой волокноосаждения дополнительно располагают камеру смешения неоднородных волокон, при этом камера смешения представляет собой турбулизатор с патрубками для ввода вентиляторного воздуха.
Целесообразно, что на одну печь для плавления базальтовых горных пород с системой раздува струи расплава до базальтового тонкого волокна приходится 1-4 печи с системой раздува первичного базальтового волокна до супертонкого.
Наиболее эффективно, что патрубки для ввода вентиляторного воздуха располагают на 2-4 горизонтальных уровнях турбулизатора, при этом один уровень патрубков обеспечивает рассеивание базальтового тонкого волокна, а остальные служат для смешение базальтовых тонкого и супертонкого волокон.
Предпочтительно, что патрубки для смешение базальтовых тонкого и супертонкого волокон располагают коаксиально и под углом 85-95° относительно вертикальной оси камеры смешения.
Предлагаемый агрегат работает следующим образом (Фиг.1.)
Из печи для плавления базальтовых горных пород 1 струя расплава попадает в систему раздува тонкого волокна 2. Из печи 3 для плавления базальтовых горных пород, первичные волокна диаметром 150-220 мкм. попадают в систему раздува первичного волокна 4, где потоком высокотемпературных газов раздуваются до диаметра 0.5-3 мкм. Потоки из систем раздува 2 и 4 попадают в камеру смешения 5, представляющую собой турбулизатор с патрубками для ввода вентиляторного воздуха 6. Затем однородная масса поступает в камеру волокноосаждения 7 и далее на сетку приемно-формующего конвейера 8.
Получаемый на конвейере базальтоволокнистый материал представляет собой ковер из смеси двух типов волокон, равномерно распределенных между собой по объему и толщиной от 50 до 200 мм.
Для увеличения номенклатуры производства базальтоволокнистых материалов с расширенным диапазоном содержания БСТВ от 10-40 масс.% на одну печь для плавления базальтовых горных пород с системой раздува струи расплава до базальтового тонкого волокна приходится 1-4 печи с системой раздува первичного базальтового волокна до супертонкого.
Относительное количества печей свыше 4-х нецелесообразно из-за резкого увеличения себестоимости конечного базальтоволокнистого материала.
Количество горизонтальных уровней расположения патрубков для подвода вентиляторного воздуха подбирают по следующим соображениям:
уровней должно быть не менее двух, т.к. один из уровней патрубков обеспечивает рассеивание базальтового тонкого волокна, а остальные служат для смешение базальтовых тонкого и супертонкого волокон. Общее количество горизонтальных уровней турбулизатора больше 4-х не позволяет осуществлять технологический контроль за процессом смешения.
Патрубки для смешение базальтовых тонкого и супертонкого волокон располагают коаксиально для придания круговых завихрений потоков, а угол 85-95° выбирают из того соображения, что вентиляторные потоки с разных уровней турбулизатора не должны перекрещиваться.
Ниже приведены примеры реализации полезной модели:
Пример 1. Одна печь БТВ производительностью 600 т/год и одна печь БСТВ производительностью 60 т/год.
Получаемый базальтоволокнистый материал содержит БТВ-90 и БСТВ-10 масс.% и характеризуется уменьшением теплопроводности по отношению к БТВ на 8%. Содержание неволокнистых включений - 7%. Плитные изделия на основе этого состава можно получить на органических видах связующих и ПВА-эмульсии методом впрыска в камеру волокнообразования. Плотность получаемого базальтоволокнистого
6. материала на выходе из установки 35-40 кг/м3. Этот состав также подходит для изготовление фильтровальных материалов жидких и газовых сред в системах, где имеет значение низкое гидравлическое сопротивление.
Пример 2. Одна печь БТВ производительностью 600 т/год и две печи БСТВ производительностью по 60 т/год.
Получаемый базальтоволокнистый материал содержит БТВ-80 и БСТВ-20 масс.%. Уменьшение теплопроводности по отношению к БТВ на 20%. Содержание неволокнистых включений - 5%. Плотность материала на выходе из агрегата составляет не более 35 кг/м3. Фильтрующая способность увеличивается на 3-4% по сравнению с БТВ и составляет 98%. Термовиброустойчивость возрастает на 10% по отношению к БТВ. Значение гигроскопичности уменьшается до 1,5%. Такой состав позволяет получать плиты различными способами. После термообработки плиты не расслаиваются. Достигается плотность плит на бентонитовой глине 100 кг/м3. Средняя прочность волокнистого ковра по отношению к материалу из волокон БТВ возрастет в 2,5 раза. Состав для изготовления плитных теплоизоляционных материалов на неорганических и органических видах связующего с плотностью от 100 до 220 кг/м3.
Пример 3. Одна печь БТВ производительностью 600 т/год и три печи БСТВ производительностью по 60 т/год.
Получаемый базальтоволокнистый материал содержит БТВ-70 и БСТВ-30 масс.%. Уменьшение теплопроводности на 30% по сравнению с БТВ. Содержание неволокнистых включений - 4%. Плотность материала на выходе из установки менее 30 кг/м3. фильтрующая способность увеличивается на 7% по отношению к БТВ и составляет 98,5%, а Термовиброустойчивость возрастает на 15%. Значение гигроскопичности уменьшается до 1%. Формование плит осуществляется хорошо. Достигается плотность плит на бентонитовой глине 80 кг/м3. Расширен диапазон формование плит на бентонитовой глине по толщине (30-80 мм). Средняя прочность волокнистого ковра по отношению к материалу на основе БТВ возрастет в 4 раза. Применяется для изготовление материалов, применяемых в системах с повышенной температурой и вибрацией.
Пример 4. Одна печь БТВ производительностью 600 т/год и четыре печи БСТВ производительностью по 60 т/год. Получаемый базальтоволокнистый материал содержит БТВ-60 и БСТВ-40 масс.%. И характеризуется уменьшением теплопроводности на 35% по сравнению с БТВ. Содержание неволокнистых включений - 3%. Значение гигроскопичности уменьшается до 0.75%. Плотность холста на выходе из установки менее 30 кг/м3. Оптимальная плотность волокнистого ковра уменьшается до 95 кг/м3. Фильтрующая способность без изменений по сравнению с примером 3. Параметры формования плит не изменяются по сравнению с примером 3. Применяется для изготовление высокотемпературных газовых фильтров, работающих при высоких давлениях, звукоизоляторов и для теплоизоляции криогенных установок.
Дальнейшее увеличение количества установок по получению БСТВ нецелесообразно из-за резкого возрастания затрат на производство и незначительного улучшения характеристик материала.