ГАЗОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ВОЛОКНА ИЗ ГОРНЫХ ПОРОД, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО БАЗАЛЬТА
GAS-ELECTRIC FURNACE FOR PRODUCTION OF FIBRE FROM ROCKS, MAINLY BASALT ROCKS

Изобретение относится к оборудованию, предназначенному для производства волокна из горных пород, преимущественно базальта, а именно к печам для плавления базальта.
Базальтовые породы относятся к породам магматического происхождения, имеют высокую природную химическую и термическую стойкость, а также являются практически неистощимым сырьевым ресурсом. Волокна из базальтовых пород находят применение во многих отраслях народного хозяйства. В связи с этим совершенствование оборудования для производства базальтовых волокон является важной задачей промышленности.
Известна печь для выплавки базальта, содержащая днище, стены, свод, загрузочное окно для подачи в печь базальтового щебня загрузчиком, газовые горелки для плавления базальта (патент RU 61706 U1). Недостатком данного устройства является сложность конструкции, не исключена частая разгерметизация кожуха, что ведет к технологическим (аварийным) остановкам и соответственно к дополнительным материальным затратам. Недостатком данной печи также является отсутствие процесса гомогенизации в глубинных слоях расплава и контакт углеводородного источника тепла с большой площадью зеркала расплава, что приводит к зауглероженности базальтового расплава и, как следствие, - к повышенной хрупкости вырабатываемого волокна.
Известна печь для изготовления непрерывных волокон из горных пород, содержащая камеры варки и выработки, оснащенные средствами нагрева (патент RU 2203232 С1). Недостатком данного устройства является также отсутствие глубинной гомогенизации расплава, зауглероженность волокна, интенсивное вымывание материала перегородки внутри печи и, как следствие, - частое засорение питателя, что приводит к остановкам производственного процесса.
Наиболее близким техническим решением является устройство для выработки непрерывного волокна из термопластичного материала, в частности базальта, содержащее узел загрузки, камеры варки и выработки, электрические нагревательные элементы и газовые горелки, питатель (патент RU №2204534 С1).
Однако данное устройство не обеспечивает требуемую степень гомогенности расплава базальта, а донное расположение электродов затрудняет их замену при профилактических и ремонтных работах.
Задачей заявляемого решения является получение гомогенного базальтового расплава с низкой зауглероженностью, позволяющего получить базальтовое волокно высокой степени пластичности.
Поставленная задача достигается тем, что в газоэлектрической печи для выработки волокна из горных пород, преимущественно из базальта, включающей узел загрузки, камеры варки и выработки, электрические нагревательные элементы и газовые горелки, питатель, согласно изобретению питатель и нагревательные элементы выполнены из жаропрочной высокохромистой стали, при этом нагревательные элементы расположены симметрично по восходящей кривой вдоль горизонтальной оси печи на расстоянии друг от друга 300-350 мм в количестве не менее 10 штук, а газовые горелки минимальной мощности установлены в печи под углом к зеркалу расплава.
Выполнение электрических нагревательных элементов (далее - электроды) из жаропрочной высокохромистой стали обеспечивает длительность их эксплуатации, кроме того, их стоимость значительно ниже стоимости электродов из молибдена, используемых в подобных печах в настоящее время на предприятиях.
Расположение электродов симметрично по восходящей кривой в камерах варки и выработки вдоль горизонтальной оси печи позволяет управлять температурным режимом плавки базальта с температурой до 1800°C в около- и межэлектродном пространстве и обеспечивает прогревание глубинных слоев на всем протяжении течения расплава, что позволяет получить однородный и стабильный по химическому составу и физическим свойствам расплав требуемой вязкости и гомогенности. Электрический ток, протекающий в расплаве, образует барботаж жидкой фазы, создавая однородную дегазированную массу. При этом облегчается проведение профилактических и ремонтных работ, а также работ по замене электродов.
Применение электродов в количестве не менее 10 штук исключает выход за пределы температурных показателей расплава и, как следствие, - ухудшение его качества. Меньшее количество электродов не обеспечивает качественно устойчивый процесс плавки базальта, большее количество ведет к необоснованному увеличению энергозатрат. Электроды в камере варки расположены симметрично на расстоянии друг от друга 300-350 мм.
Процесс плавки базальта обеспечивается в основном электродами, газовые горелки минимальной мощности поддерживают необходимый температурный режим в верхних слоях расплава и подавляют образующуюся каменную пену, приводящую к неконтролируемой кристаллизации верхнего слоя расплава.
Расположение газовых горелок под углом к зеркалу расплава обеспечивает прогрев его верхнего слоя, их малая мощность обеспечивает низкую степень зауглероженности волокна, а также способствует увеличению срока эксплуатации керамических элементов печи плавления базальта.
Заявляемая газоэлектрическая печь представлена на фиг.1.
Печь содержит узел загрузки 1, камеру варки 2, камеру выработки 3, электрические нагревательные элементы 4, газовые горелки 5, питатель 6.
Газоэлектрическая печь работает следующим образом.
Базальтовое сырье через узел загрузки 1 подается в камеру варки 2, где осуществляется плавление твердой фазы базальта нагревательными элементами 4. Газовые горелки 5 под углом прогревают верхний слой расплава, поддерживая его необходимый температурный режим и подавляя кристаллизацию верхнего слоя расплава.
Основную плавку базальта выполняют 8 электродов, которые расположены попарно на противоположных стенках во внутреннем объеме камеры варки 2, и 2 электрода в камере выработки 3 поддерживают температуру расплава и уровень его вязкости. Электроды работают перекрестными и продольными токами, сопровождая жидкотекущий расплав от точки загрузки сырья до точки слива. При движении расплава к точке слива под воздействием электрического тока происходит глубинная гомогенизация, т.е. все тугоплавкие химические элементы равномерно распределяются в общей массе расплава, а не оседают в местах с низкой скоростью его протекания.
Перетекающий расплав самотеком попадает в сторону меньшего уровня, в камеру выработки 3, а далее в питатель 6, температура которого поддерживается в пределах от 1350°C до 1400°C.
Заявляемая газоэлектрическая печь обеспечивает получение гомогенного, стабильного по химическому составу и физическим свойствам базальтового расплава, требуемой вязкости, обеспечивающего получение базальтового волокна высокой степени пластичности, используемого для получения непрерывного волокна и тонкого волокна. При этом качество тонкого волокна позволяет не использовать связующее, в том числе фенолформальдегидные и карбамидные смолы, при производстве теплоизоляционных материалов.