ФИЛЬЕРНЫЙ ПИТАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области производства непрерывного волокна из расплава базальтовых пород и касается фильерного питателя для получения струи расплава базальта для переработки его в волокно.
В предлагаемой полезной модели разработан фильерный питатель, имеющий не менее 260 фильер на фильерной пластине питателя, обеспечивающий устойчивую струю расплавленного базальта из фильер в режиме круглосуточной работы для переработки расплава в непрерывное прочное волокно.
Одной из основных проблем при изготовлении непрерывных базальтовых волокон с заданными физико-механическими и геометрическими характеристиками является обеспечение равномерного распределения температуры и скорости потока расплава базальта в ванне питателя.
В соответствии с патентно-информационными исследованиями разработано достаточно большое количество питателей для выработки волокна из минеральных расплавов, особенно стекловолокон, технология получения которых близка по сути с производством непрерывного базальтового волокна.
Известен струйный питатель (см., например, заявку СССР №1136410/28-12, авт. свид. 238737 по классу 32а 5/26 за 1969 г.), который выполнен в виде конусного сосуда с выпускным отверстием. Питатель
вмонтирован в газовую топку, в огневом пространстве которой имеется решетчатая стенка для стабилизации процесса горения. Для обеспечения устойчивого и полного горения, а также для подогрева вытекающей струи расплава, топка выполнена со щелевым отверстием, образованным нижней стенкой корпуса топки и поверхностью сосуда, и стабилизаторами горения, расположенными внутри топки. Основной недостаток данного струйного питателя заключается в том, что он имеет сложную конструкцию и обладает исключительно малой производительностью из-за наличия только одного выпускного отверстия для получения волокна.
Известны также устройство для подачи стекломассы (см.. например, заявку СССР №1150741/29-3, авт. свид. 461908 по классу С03В 37/00 за 1975 г.) и струйный питатель для подачи минеральных расплавов (см., например, заявку СССР №3698924/29-33 по классу С03В 37/09, авт. свид. 1211230 за 1986 г.). В отличие от предыдущей заявки, они имеют питатель большей производительности за счет наличия определенного количества выпускных отверстий для получения волокон. Однако наличие платино-родиевой трубки с двумя конусообразными токоподводами между фидером ванны печи и фильерным питателем усложняет эти конструкции, существенно повышает энергозатраты для выработки волокна, значительно увеличивает стоимость установок из-за наличия достаточно протяженной дорогостоящей платино-родиевой трубки.
Известен также фильерный питатель (см. заявку СССР на изобретение №2944279/29-33 по классу С03В 37/09, авт. свид. 990698 за 1983 г.),
принятый авторами за прототип. Фильерный питатель состоит из корпуса, загрузочного патрубка, распределителя расплава с отверстием и краями, равноудаленными от торцов корпуса сосуда, с помощью которого расплав в виде трех потоков направляется на фильтровальную решетку, равномерно распределяясь по длине сосуда. Для обеспечения заданного количества расплава на фильерную пластину задано определенное соотношение живых сечений фильерной пластины и фильтровальной решетки.
Основным недостатком фильерного питателя-прототипа является наличие распределителя расплава и фильтровальной решетки. Они создают существенное гидравлическое сопротивление прохождению потока расплава базальтовых пород к фильерам питателя. Для уменьшения гидравлического сопротивления необходимо держать расплав базальтовых пород на предельно повышенных температурах, что приводит к дополнительному расходу энергоресурсов и удорожанию стоимости получаемого волокна. Кроме того, само наличие распределителя расплава и фильтровальной решетки усложняет конструкцию питателя в целом.
Технической задачей настоящей полезной модели является устранение указанных недостатков и создание конструкции фильерного питателя высокой производительности, обеспечивающего качественное изготовление непрерывного базальтового волокна в круглосуточном режиме работы.
Технический результат предлагаемой полезной модели состоит в том, что в нем отсутствуют распределитель расплава и фильтровальная решетка.
Расплав базальтовых пород непосредственно из фидера плавильной печи поступает напрямую на фильеры питателя.
Одним из решающих факторов для выработки непрерывного базальтового волокна с заданными физико-техническими и физико-механическими характеристиками является соблюдение температурного режима в ванне фильерного питателя и гидростатического давления расплава базальта на входные отверстия фильер питателя, что обеспечивает равномерное распределение скорости потока расплава базальта в ванне питателя.
Равномерность распределения температуры и скорости расплава базальта, влияющих на качество волокна, в ванне заявленного фильерного питателя обеспечивается корытообразной формой ванны питателя, состоящей из прямоугольной коробчатой полости со стороны фильерной пластины - дна ванны питателя и трапециидальной полости с большим основанием на открытой верхней поверхности полости ванны, примыкающей к фидеру плавильной печи, при этом отношение площади большого основания трапециидальной полости ванны на открытой ее поверхности к площади фильерной пластины, являющейся основанием коробчатой прямоугольной полости ванны составляет: Sот/Sпл=1,25, а отношение площади фильерной пластины к суммарной площади всех 265 фильер составляет: Sпл/Sф=14.
На фиг.1 изображен фильерный питатель вид сбоку, на фиг.2 - вид с торца, на фиг.3-вид сверху. Он имеет две боковые стенки 1, две торцевые
стенки 2, две центральные 3, четыре боковые косынки 7 и две накладки 5 для крепления двух токоподводов 6 к фильерной пластине 4, имеющей 265 цилиндрических фильер 8.
Работа предложенного фильерного питателя осуществляется следующим образом.
Расплав базальтовых пород подается из фидера плавильной печи непосредственно в ванну 9 питателя. Полость 10 ванны 9 питателя корытообразной формы, состоящей из прямоугольной коробчатой полости 11 и трапециидальной полости 12, обеспечивает равномерное распределение температуры и скорости потока расплава базальта через фильеры 8, что гарантирует качественное изготовление непрерывного базальтового волокна в круглосуточном режиме работы. Токоподводы 6 с центральными 3, боковыми косынками 7 и накладками 5 обеспечивают равномерный нагрев элементов фильерного питателя. Верхняя трапециидальная полость 12 ванны 9, выполняющая роль конфузора, обеспечивает равномерную скорость потока расплава базальта в нижнюю прямоугольную коробчатую полость 11 ванны 9. Нижняя прямоугольная коробчатая полость 11 ванны 9 выполняет роль накопителя расплава базальта, обеспечивает равномерную подачу расплава базальта во все фильеры 8 питателя, а также стабилизацию температуры расплава базальта в заданном режиме.
По результатам многочисленных экспериментальных данных, авторами полезной модели было установлено, что при отношении площадей большего основания трапециидальной полости ванны на открытой верхней
поверхности ее к площади фильерной пластины, являющейся основанием коробчатой прямоугольной полости ванны составляет Sос/Sпл=1,25, а отношение площади фильерной пластины к суммарной площади отверстий всех 265 фильер составляет Sпл/Sф=14, обеспечивается необходимое гидростатическое давление расплава базальта на входные отверстия фильер питателя. В результате этого обеспечивается равномерное распределение скорости потока расплава базальта через выходные отверстия всех 265 фильер питателя без образования поверхности натяжения расплава базальта на выходных отверстиях фильер, что обеспечивает требуемый метрический номер базальтового волокна на бабине наматывающего аппарата.
Предложенная конструкция фильерного питателя успешно прошла испытания при изготовлении непрерывного базальтового волокна диаметром 6-18 мкм на заводе Научно-производственного объединения «Вулкан» в режиме круглосуточной выработки расплава базальта (г.Оса, Пермский край, Россия).