Печь для выплавки базальтового волокна
Печь используется для выплавки базальтового волокна для строительства и промышленности строительных материалов. Печь содержит днище, стены и свод, загрузочное окно для подачи в печь базальтового щебня загрузчиком, газовые горелки для плавления базальта. Слой расплава базальта толщиной 40 мм вытекает из печи через фильеру вниз под действием как силы тяжести слоя расплава базальта, так и вакуума, величиной от 4 до 5 кПа, действующего на расплав базальта снизу, через днище печи. Снизу к днищу печи прикреплен герметичный кожух, в котором вентиляторами высокого давления, работающими на отсос, создается вакуум величиной от 4 до 5 кПа. Этот вакуум затягивает через фильеру расплав, благодаря чему не нужно увеличивать толщину слоя расплава для преодоления сопротивления трению истекающей через фильеру струе. Увеличение толщины слоя расплава над фильерой не давало заметного эффекта, так как из-за плохой теплопроводности базальтового расплава у низа слоя расплав становился очень вязким и даже застывал в отверстии фильеры. Это усложняло технологию выплавки, уменьшало производительность печи и удорожало продукцию.
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 базальтового волокна, содержащая канал фидера, в своде которого смонтирована горелка, отверстие в поде фидера для подачи расплава базальта впитатель для формирования струи расплава, изолированную отокружающей среды камеру с разрежением и с герметически вмонтированным 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 дутьевом устройстве (патент RU 2254300 С2, кл. СО 3В 37/06). Такое устройство невозможно использовать для вытягивания струй через многодырчатые | 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
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 II 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 печное пространство, и положение загрузчика в момент выгрузки щебня 3. Печь имеет днище (под) 4, стены 5 и верхний свод, через который из печи проходит дымовая труба б и входят трубопроводы для подачи газа 7 и воздуха 8 к горелкам 9. Печь снабжена окном 10 для контроля расплава как в глубокой части печи 11, гак и в фильерной части 12. В фильерной части 12 пода 4 установлена фильера 13 с одним или несколькими отверстиями 14. через которые вытекают вниз струи 15 расплава базальта. Эти струи раздуваются с помощью трубопроводов с отверстиями 16 подаваемой по ним наклонно друг к другу и сверху вниз паровоздушной смесью. К наружной части днища в районе фильерной части прикреплен герметичный кожух 17, так что внутри этого герметичного кожуха находи гея нижняя часть фильеры 13 и вытекающая из печи струя (струи) 15 базальтового расплава и трубопроводы раздува струй 16. Герметичный кожух 17 оборудован одним или несколькими вентиляторами высокого давления 18, работающими параллельно на удаление воздуха из герметичного кожуха 17. Производительность вентиляторов превышает приток воздуха через возможные неплотности в-кожухе и приток паровоздушной смеси по трубопроводам 16. Они создают в кожухе вакуум от 4 до 5 кПа. За счет вакуума расплавленный базальт втягивается через фильеру 13 в виде струи 15 в герметичный кожух 17 так, как будто на расплав 12 дополнительно действует сверху вниз давление из свода, примерно равное величине вакуума под фильерой 13. Внизу герметичного кожуха 17 помещен контейнер 19 с воздухопроницаемыми днищем и стенами для сбора производимого базальтового волокна. Стены контейнера 19 и герметичного кожуха. 17 герметизированы по верху контура стен друг с другом, например, с помощью воздухонепроницаемой съемной мягкой липкой ленты 20. Воздухозаборное отверстие всасывающего трубопровода вентиляторов 18 расположено под контейнером 19. Съемное герметичное окно 21 в герметичном кожухе 17 предназначено для визуального контроля хода плавки и для чистки по мере надобности отверстия (отверстий) 14 фильеры 13 и ее замены; герметичный кожух 17 снабжен герметичной дверью 22 для пропуска через нее контейнера 19 для загрузки в него и последующей выгрузки вне герметичного кожуха 17 базальтового волокна. Для улучшения условий сбора базальтового волокна контейнер 19 в рабочем состоянии 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).
Формула полезной модели
Печь для выплавки базальтового волокна, содержащая стены, пол, свод, загрузчик для подачи исходного базальтового щебня в печь через загрузочное окно, газовые горелки с трубопроводами подачи к ним газа и воздуха, слой расплава базальта, фильеру, верх которой расположен ниже верха слоя расплава, отверстие (одно или несколько) в фильере для излива расплава фибры, узел раздува базальтовой струи или струй паровоздушной смесью, установленный ниже устья фильеры герметично к днищу герметичный кожух, окно в герметичном кожухе для визуального контроля плавки, инвентарный заменяемый контейнер для сбора выплавляемого базальтового волокна, отличающаяся тем, что толщина слоя базальтового расплава над входом в отверстие фильеры ограничена величиной до 40 мм, внутри герметичного кожуха создан постоянный вакуум от 4 до 5 кПа постоянно работающими на вытяжку воздуха из кожуха и выплавляемого базальтового волокна из отверстий фильер вентиляторами высокого давления, установленными вне кожуха, днище и стенки контейнера выполнены воздухопроницаемыми, воздухозаборное отверстие всасывающего трубопровода вентиляторов расположено под контейнером, а стенки контейнера и герметичного кожуха герметизированы по верху контура стенок друг с другом, например, с помощью мягкой липкой ленты, окно для визуального контроля плавки оборудовано для чистки, в случае необходимости, отверстия (отверстий) фильеры, герметичный кожух снабжен герметичной дверью для пропуска через нее контейнера для загрузки базальтового волокна и последующей его выгрузки после заполнения.
