ПЕЧЬ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ БАЗАЛЬТОВОГО ВОЛОКНА

Печь для выплавки базальтового волокна
Изобретение относится к печам для выплавки базальтового волокна, предназначенного для армирования материалов и изделий в строительстве и в промышленности строительных материалов.
Известна печь для выплавки штапельного базальтовоговолокна, содержащая канал фидера, в своде которого смонтированагорелка, отверстие в поде фидера для подачи расплава базальта впитатель для формирования струи расплава, изолированную отокружающей среды камеру с разрежением и с герметическивмонтированным в нее питателем, а также дутьевое устройство,соосно ее пустоты, со щелью и патрубком подачи энергоносителя.Эта печь применяется в лабораторных условиях для раздувания израсплава через единственный питатель штапельных волокон,подхватываемых потоком через кольцевую щель в дутьевомустройстве (патент RU 2254300 С2, кл. СО 3В 37/06). Такоеустройство невозможно использовать для вытягивания струй черезмногодырчатые
питатели,\tabкоторые\tabнужны\tabпри
высокопроизводительном изготовлении базальтового волокна в большом объеме, а также при производстве грубого базальтового волокна диаметром от 80 до 400 мкм. Недостатком является также отсутствие возможности чистки устья питателя и дутьевого устройства при случайной закупорке этих узлов затвердевшим расплавом.
Известен способ получения непрерывного волокна из расплава базальтов, при котором высота слоя над фильерой принимается не более 60 мм (заявка на изобретение RU 2001101090 А7 СО 3В 37/02 от 2003 г.). Недостаток этого способа заключается в большой толщине слоя расплава, в связи с чем, для разжижения расплав нужно нагревать до высокой температуры, что вызовет коррозию фильеры и огнеупорной облицовки печи, а также повышенные энергозатраты на технологический процесс.
Известна установка для получения грубого базальтового волокна, содержащая контейнер для сбора выплавляемого базальтового волокна (Д.Д. Джигирис. Основы производства базальтовых волокон и изделий, ML. 2002. рис. 3.29). Недостатком того устройства является отсутствие герметичной изоляции технологического процесса от попадания частиц базальтовых волокон в воздух рабочей зоны помещения. Это резко ухудшает санитарно-гигиенические условия на рабочих местах операторов.
Известна капсула для глушения шума, устанавливаемая снаружи узла раздува камеры вокруг группы волокнообразующих элементов для изготовления штапельного волокна (А.С. SU 958349 С 03 В37/06). Капсула снабжена всего лишь одним отверстием для слива струи, она содержит четыре форточки для смены узла раздува, но по конструктивному исполнению в такой капсуле очень трудно произвести очистку отверстия фильеры в случае затвердевания в ней капель расплава.
Наиболее близкой по технической сущности и достигнутому результату является печь для выплавки базальтового волокна, содержащая стены, свод и днище (под), загрузчик для подачи исходного базальтового щебня в печь через загрузочное окно, газовые горелки с трубопроводами для подачи к ним топочного газа и воздуха, слой базальтового расплава, фильеру в днище (поде) печи для излива через нее струи базальтового расплава под действием его собственной тяжести, узел раздува струи на выходе из фильеры, выполненный в виде двух сопел с подведенными к ним трубопроводами подачи паровоздушной смеси для вытягивания струи базальтового расплава с целью увеличения удельной прочности волокна, благодаря уменьшению диаметра и закалке волокна (см. статью: Б.И.Петраков, С.Б.Федотова. Перспективы использования в строительстве изделий из базальтофибробетона, Научные труды Военного инженерно-технического университета, вып. 88, Санкт-Петербург, 2003).
Недостаток этой печи заключается в том, что базальтовый расплав имеет на поверхности температуру 1450 °С. Для создания гидравлического напора и обеспечения возможности излива расплава через находящуюся в днище печи фильеру толщина его слоя должна быть не менее 250 мм. Температурный градиент по высоте слоя базальтового расплава изменяется от 10 до 12°С/см. На уровне верха фильеры температура базальтового расплава при указанной толщине слоя колеблется от 1150 до 1200 °С. При этих температурах расплав имеет большую вязкость, трудно изливается через фильеру, часто застывает в отверстиях фильеры, требует ручной прочистки отверстий, это снижает производительность печи и усложняет условия се эксплуатации. На поддержание высокой температуры базальтового расплава с большой толщиной слоя затрачивается излишнее количество тепла, а облицовка печи и материал фильер быстро выходят из строя. Из-за большой вязкости
II
расплава вследствие его низкой температуры на выходе из фильеры расплав не удается вытянуть в тонкие волокна. Это снижает их удельную прочность. По причине невысокой температуры истекаемых струй базальтового расплава при их закалке паровоздушной смесью не удается существенно повысить прочность базальтовых волокон (см. Д.Д. Джигирис и др. Исследование технологических особенностей процесса производства базальтовых грубых волокон Композиционные материалы на основе базальтовых волокон (Сборник научных трудов, АН УССР, Институт проблем материаловедения им. И.Н.Францевича). Киев, 1989).
Цель изобретения заключается в увеличении скорости прохождения базальтового расплава через отверстие фильеры, в увеличении производительности печи и надежности ее работы, в повышении температуры базальтовою расплава на входе в отверстие фильеры и на выходе из него, а также в повышении удельной прочности базальтового волокна за счет уменьшения толщины волокна, за счет повышения температуры волокна в момент закалки; в повышении надежности и бесперебойности работы оборудования, а также в улучшении санитарно-гигиенической комфортности рабочих мест.
Поставленная цель достигается тем, что ниже устья фильеры и днища плавильной печи герметично к днищу установлен герметичный кожух, соединенный со смонтированными снаружи него работающими на вытяжку воздуха высоконапорными вентиляторами, создающими в герметичном кожухе вакуум от 4 до 5 кПа, герметичный кожух снабжен помещенным внутрь него инвентарным контейнером для сбора и периодического удаления из герметичного кожуха осажденного в контейнер базальтового волокна, днище и стенки контейнера выполнены воздухопроницаемыми, воздухозаборное отверстие всасывающего трубопровода вентиляторов расположено под контейнером, а стенки контейнера и герметичного кожуха герметизированы по верху стенок контейнера друг с другом, например с помощью съемной мягкой липкой ленты, герметичный кожух снабжен окном для визуального контроля плавки, приспособленным для чистки по мере надобности отверстия (отверстий) фильеры, герметичный кожух оборудован герметичной дверью для вывоза через нее при выгрузке контейнера с базальтовым волокном и возвращения порожнего контейнера в герметичный кожух.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена сводчатая плавильная печь, содержащая загрузчик базальтового щебня 1 в исходном положении, загрузочное окно 2, ерез которое загрузчик 1 вводится со щебнем в печноепространство, и положение загрузчика в момент выгрузки щебня 3.Печь имеет днище (под) 4, стены 5 и верхний свод, через которыйиз печи проходит дымовая труба б и входят трубопроводы дляподачи газа 7 и воздуха 8 к горелкам 9. Печь снабжена окном 10 дляконтроля расплава как в глубокой части печи 11, гак и в фильернойчасти 12. В фильерной части 12 пода 4 установлена фильера 13 содним или несколькими отверстиями 14. через которые вытекаютвниз струи 15 расплава базальта. Эти струи раздуваются с помощьютрубопроводов с отверстиями 16 подаваемой по ним наклонно другк другу и сверху вниз паровоздушной смесью. К наружной частиднища в районе фильерной части прикреплен герметичный кожух17, так что внутри этого герметичного кожуха находи гея нижняячасть фильеры 13 и вытекающая из печи струя (струи) 15базальтового расплава и трубопроводы раздува струй 16.Герметичный кожух 17 оборудован одним или несколькимивентиляторами высокого давления 18, работающими параллельнона удаление воздуха из герметичного кожуха 17.Производительность вентиляторов превышает приток воздуха черезвозможные неплотности в-кожухе и приток паровоздушной смеси потрубопроводам 16. Они создают в кожухе вакуум от 4 до 5 кПа. Засчет вакуума расплавленный базальт втягивается через фильеру 13 ввиде струи 15 в герметичный кожух 17 так, как будто на расплав 12дополнительно действует сверху вниз давление из свода, примерноравное величине вакуума под фильерой 13. Внизу герметичногокожуха 17 помещен контейнер 19 с воздухопроницаемыми днищеми стенами для сбора производимого базальтового волокна. Стеныконтейнера 19 и герметичного кожуха. 17 герметизированы по верхуконтура стен друг с другом, например, с помощьювоздухонепроницаемой съемной мягкой липкой ленты 20.Воздухозаборное отверстие всасывающего трубопроводавентиляторов 18 расположено под контейнером 19. Съемноегерметичное окно 21 в герметичном кожухе 17 предназначено длявизуального контроля хода плавки и для чистки по мере надобностиотверстия (отверстий) 14 фильеры 13 и ее замены; герметичныйкожух 17 снабжен герметичной дверью 22 для пропуска через нееконтейнера 19 для загрузки в него и последующей выгрузки внегерметичного кожуха 17 базальтового волокна. Для улучшенияусловий сбора базальтового волокна контейнер 19 в рабочемсостоянии сверху по контуру стенок
закрыт мягкой воздухо-непроницаемой липкой лентой 20, герметично прикрепленной к стенкам герметичного кожуха 17.
Печь для изготовления базальтового волокна работает следующим образом.
При работающих газовых горелках 9 внутрь печи через загрузочное окно 2 вводится загрузчик базальтового щебня 1, поворачивается вокруг горизонтальной оси (положение 3) и выгружает щебень, постепенно заполняя глубокую часть печи 11. Щебень плавится от тепла газовых горелок 9. В первую очередь зажигается левая горелка над выгруженным щебнем. Продукты сгорания газа выходят через трубу 6 в атмосферу. После того как щебень расплавится в глубокой части печи 11, и слой расплава минимальной толщины заполнит фильериую часть печи 12. зажигается правая газовая горелка 9 и включаются вентиляторы высокого давления 18. В герметичном кожухе 17 образуется вакуум величиной от 4 до 5 кПа, в результате этого расплав через отверстие в фильере 14 в виде струи 15 всасывается в пространство кожуха 17, где подхватывается паровоздушными струями из трубопроводов 16. закаляется и в виде базальтового волокна отбрасывается вниз в контейнер 19. Мягкие воздухонепроницаемые липкие ленты 20 герметично прикреплены по контуру к кожуху 17 и уложены поверх стенок контейнера 19. Они исключают просыпание базальтового волокна мимо контейнера. Расположение воздухозаборпого отверстия всасывающего патрубка вентиляторов под контейнером 19 способствует полному сбору волокон именно в контейнер. Процесс плавления щебня в печи контролируется через окно 10 в стене 5, а процесс вытягивания струй расплава 15 через фильеру 14 контролируется с помощью прозрачного съемного герметичного люка 21. Этот люк служит для замены фильеры после ее износа, а также для чистки низа отверстия 14 фильеры 13 в случае образования там загустевшего базальта.
По мере заполнения контейнера 19 базальтовым волокном он через  открываемую герметичную дверь 22 периодически выкатывается из кожуха 17 и заменяется пустым новым контейнером. При перезагрузке контейнеров происходит разгерметизация кожуха 17. Поэтому перезагрузка производится в самые короткие сроки. Вытяжной вентилятор высокого давления выполнен в виде двух параллельных вентиляторов: большой производительности (например, ВВД № 5), работающего только во время перестановки контейнеров, и постоянно работающего вентилятора малой производительности (например, типа вентилятора бытового пылесоса «Вихрь-8А» мощностью 1000Вт).