УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БАЗАЛЬТОВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА

Полезная модель относится к оборудованию для производства минерального штапельного волокна из расплава базальтовых горных пород типа диабаза, габбро, порфирита, одностадийным методом, или базальтового тонкого волокна (БТВ), или базальтового супертонкого волокна (БСТВ), или одновременно этих волокон с необходимой между ними пропорцией.
Известно устройство для получения базальтоволокнистого материала, включающее бункер для сырья, индукционную печь, приспособление для снижения температуры расплава и раздувочную головку (реализовано в способе по патенту РФ 2105734 от 24.02.1995 г.).
Недостатком устройства является невозможность одновременного производства БТВ и БСТВ одностадийным методом с необходимой между ними пропорцией, что сужает технологические возможности устройства.
Известно устройство для получения базальтоволокнистого материала, содержащее бункер-дозатор для сырья, индукционную печь, состоящую из индуктора и охлаждаемого тигля, приспособление для снижения температуры расплава в виде копильника с выпускным каналом установленного с возможностью наклона и раздувочную головку (см. патент РФ 2175955 от 14.12.1999 г.).
Недостатком устройства является невозможность одновременного производства БТВ и БСТВ одностадийным методом с необходимой между ними пропорцией, что сужает технологические возможности устройства.
Задача предлагаемой полезной модели - устранение указанного недостатка, а именно: расширение технологических возможностей устройства благодаря одновременному изготовлению БТВ и БСТВ одностадийным методом с необходимой между ними пропорцией, повышение универсальности устройства.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для получения базальтоволокнистого материала, содержащем бункер-дозатор для сырья, индукционную печь, состоящую из индуктора и охлаждаемого тигля, приспособление для снижения температуры расплава в виде копильника с выпускным каналом, установленного с возможностью наклона и раздувочную головку, в соответствии с техническим решением задачи, приспособление для снижения температуры расплава выполнено в виде распределительного копильника с двумя выпускными каналами, устройство снабжено двумя направляющими лотками смонтированными ниже распределительного копильника и двумя раздувочными головками, над одной из которых установлен дополнительный охладитель расплава.
Достигаемый технический результат полезной модели, выражается в реализации возможности одновременного изготовления БТВ и БСТВ одностадийным методом с требуемым пропорциональным соотношением этих волокон в получаемой композиции после их смешения. Расширяются технологические возможности устройства и повышается универсальность, благодаря тому, что возможно получение или БТВ, или БСТВ, или одновременно БТВ и БСТВ в заданной пропорции, причем при этом используется однотипная технология процесса волокнообразования из расплава базальта, получаемого в одном плавильном агрегате (одной индукционной печи).
Сущность полезной модели, поясняется графически.
На фиг. 1, изображена общая принципиальная схема устройства, на фиг. 2, изображен дополнительный охладитель расплава, совмещенный с раздувочной головкой.
Устройство для получения базальтоволокнистого материала (см. фиг. 1), содержит бункер 1 с дозирующим механизмом 2, то есть бункер-дозатор, охлаждаемый тигель 3 с расплавом 4 базальта, индуктор 5. Тигель 3 снабжен выпускной леткой 6, под которой расположено приспособление для снижения температуры расплава базальта 4, выполненное в виде распределительного копильника 7 с двумя выпускными (переливными) каналами (позицией не выделены). Распределительный копильник 7 с двумя выпускными (переливными) каналами, установлен с возможностью наклона в вертикальной плоскости относительно горизонтальной оси, расположенной в одной вертикальной плоскости с центром (или направляющей осью) одного из двух переливных каналов. Наклон распределительного копильника 7, позволяет изменять соотношение дебитов двух струй расплава вытекающих через два выпускных канала, так как при его наклоне будет изменяться положение нижних кромок выпускных каналов друг относительно друга. Если нижняя кромка одного канала будет располагаться выше нижней кромки другого канала, то через этот канал дебит струи расплава будет меньше чем через другой канал, а если ниже, то больше. При определенном максимальном наклоне распределительного копильника 7, расплав будет вытекать только из какого-то одного выпускного канала, так как нижняя кромка другого канала при этом, окажется выше уровня расплава в копильнике 7 и соответственно возможно изготовление только тонкого (БТВ) или только супертонкого (БСТВ) волокна. Возможность наклона распределительного копильника 7, обеспечивается связью с исполнительным механизмом 8, посредством рычага 9. Исполнительный механизм 8, в свою очередь электрически связан с управляющим процессором 10, на котором задается требуемая величина соотношения тонкого (БТВ) и супертонкого (БСТВ) волокна в будущей выпускаемой композиции базальтоволокнистого материала. Ниже распределительного копильника 7, под его выпускными каналами, смонтированы два направляющих лотка 11 и 12 обеспечивающих разведение потоков расплава в конструктивных (для возможности размещения последующих элементов устройства) и технологических (разные величины вязкости и температуры расплава) целях. Кроме того, лотки 11 и 12 предназначены для дополнительной студки расплава и точной правильной ориентации подачи одной струи в раздувочную головку 13, а второй струи в дополнительный охладитель 14 (теплообменник) расплава, независимо от колебаний струй вызванных, например, вибрацией оборудования при эксплуатации. Дополнительный охладитель 14 (теплообменник) расплава (см. фиг. 2), конструктивно совмещен с раздувочной головкой 15 и представляет собой полый цилиндр (стакан) с полусферическим верхним сводом, на который из направляющего лотка 12 попадает струя 16 расплава. Во внутреннюю полость охладителя 14, по подводящим трубкам 17, подается суспензия в виде сжатого воздуха и воды, а в нижней части охладителя 14, имеется участок с нагревательным элементом 18 для исключения образования гарнисажа или настыля по краю стакана охладителя 14.
Контроль параметров высокотемпературных струй расплава, выполняется электронно-оптическим прибором 19, выполненным в виде матричных фотоэлектрических устройств.
Устройство для получения базальтоволокнистого материала работает следующим образом.
Исходное сырье фракцией 1…6 мм из бункера-дозатора 1,2 (см. фиг. 1) непрерывно подается в тигель 3. Электромагнитным полем, создаваемым индуктором 5, образуется расплав 4 базальта, температура которого поддерживается в пределах 1950-2000°С. Высокая температура расплава в тигле, способствует высокой производительности плавления сырья, обеспечивает высокую степень гомогенизации расплава и на выходе получается расплав с высокой степенью однородности. Перегретый и гомогенизированный расплав 4 базальта, поступает в зону выработки тигля, которая отделена от плавильной зоны водоохлаждаемой перегородкой (на рисунке не показана). Через выпускную летку 6 тигля 3, расплав 4 струей непрерывно подается на распределительный копильник 7 и температурная однородность расплава изменяется за счет охлаждения наружной поверхности струи при контакте с выпускной водоохлаждаемой леткой 6 и атмосферой.
В распределительном копильнике 7, создается объем расплава и температурная неоднородность расплава 4 базальта в нем, усредняется.
Далее, часть расплава 4, через два выпускных канала распределительного копильника 7, двумя струями сливается вниз.
Заранее установив копильник 7 в наклонное положение, обеспечивается одновременный слив различных объемов расплава 4 через два выпускных канала копильника 7. Распределение расплава базальта на две струи с обеспечением в них разных величин вязкости и температуры из-за различия струй в сечении, необходимо для получения из одной струи расплава 4 тонкого волокна (БТВ), а из другой струи, супертонкого волокна (БСТВ) в соотношении пропорциональном дебиту этих струй.
Струи расплава 4 из копильника 7 попадают на два отдельных направляющих лотка 11 и 12, смонтированных ниже распределительного копильника 7.
Затем, из лотка 11, одна струя попадает в раздувочную головку 13, где создается один тип волокна. Из лотка 12, струя 16 попадает в дополнительный охладитель 14 (см. фиг. 2), в виде полого цилиндра (стакана) с верхним сводом в виде полусферы, конструктивно совмещенный с раздувочной головкой 15. Струя 16 расплава базальта, попадая на сферическую поверхность растекается в виде пленки по ней и цилиндрической поверхности цилиндра. За счет уменьшения толщины слоя в пленке расплава и интенсивного охлаждения стенок полого цилиндра суспензией поступающей по трубкам 17, достигается увеличение коэффициента тепло- и массообмена. Охлажденный до требуемой температуры расплав базальта в виде пленки подается в раздувочную головку 15, где образуется другой тип волокна.
Расплав базальта, стекая и соприкасаясь с поверхностью охладителя 14, может покрывать поверхность соприкосновения коркой застывшего расплава, образуя слой гарнисажа или настыль. В процессе непрерывной работы устройства, гарнисаж, частично размываясь, сползает вниз и не исключено образование неволокнистых включений при последующем раздуве расплава. Для уменьшения влияния этого явления при его возникновении, нижняя часть охладителя может подогреваться на 20-50°C выше верхнего предела кристаллизации расплава, нагревательным элементом 18.
В процессе работы устройства, контроль параметров высокотемпературных струй расплава, выполняется электронно-оптическим прибором 19 установленным фронтально и выполненным в виде матричных фотоэлектрических устройств, например, цифровой фотокамерой EX-Z12, которая позволяет получать стандартное цифровое изображение и передавать его по каналу USB в управляющий процессор 10. Для оптимизации процесса волокнообразования, необходима постоянная информация о температуре и диаметре струи (если одна) или струй (если две) расплава базальта поступающего в раздувочные головки 13 и 15. Контролируя диаметр струи, подаваемой в раздувочную головку, по известным зависимостям определяется дебит каждой струи расплава базальта. В соответствии с сигналом электронно-оптического прибора 19, процессор 10 на одном горизонтальном уровне определяет диаметр каждой струи расплава, вычисляет и сравнивает их дебиты. Если соотношение фактических дебитов струй не соответствует ранее заданной требуемой величине соотношения тонкого и супертонкого волокон, то процессор подает команду на исполнительный механизм 8 и посредством рычага 9 осуществляется пошаговое изменение наклона распределительного копильника 7 в необходимую сторону для получения требуемого соотношения.
Таким образом осуществляется работа устройства.
Основным преимуществом устройства, является возможность реализации ранее неизвестной новой технологии получения базальтоволокнистого нетканого холста с различными по толщине холста диаметрами базальтовых волокон.
Например, поступление струи расплава 4 базальта в распределительный копильник 7 начинается при максимальном угле наклона копильника 7 вниз. Тогда из него расплав будет вытекать только через второй (правый) (см. фиг. 1) выпускной канал и попадать на направляющий лоток 12, а с него струей 16, на охладитель 14 и пленкой подаваться в раздувочную головку 15, то есть, охлаждаясь до вязкости и температуры выработки тонкого (БТВ) волокна. Нижняя кромка первого (левого) выпускного канала копильника 7, в этот момент будет выше уровня расплава в копильнике 7 и расплав через этот канал вытекать не будет. Далее, волокно содержащее масс. 100% БТВ, осаждается требуемым слоем на вращающийся сеточный отводящий конвейер барабанного типа (на рисунке не показан). Когда слой БТВ покроет всю сетку конвейера, процессор 10 подает команду на исполнительный механизм 8 для изменения наклона распределительного копильника 7 рычагом 9, чтобы получить базальтоволокнистый материал содержащий БТВ-90 и БСТВ-10 масс.%. Затем БТВ-80 и БСТВ-20 и так далее. В результате получается базальтоволокнистый холст, состоящий с одной стороны на 100% из БТВ, а с другой стороны на 100% из БСТВ. Далее, после получения холста требуемой толщины и состава, он разрезается по образующей барабана, развертывается и снимается с конвейера.
Таким образом, можно получать базальтоволокнистый, минераловатный нетканый материал с различным сочетанием по диаметру слоев волокон и следовательно с переменными по толщине коэффициентами теплопроводности, фильтрующими свойствами, влагоемкости и т.д.
Степень раскрытия устройства для получения базальтоволокнистого материала, достаточна для реализации предложенной полезной модели в промышленности с достижением заявленного технического результата.