RU2421408C1 - Method of producing continuous fibres from basalt rocks and device to this end - Google Patents
Method of producing continuous fibres from basalt rocks and device to this end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2421408C1 RU2421408C1 RU2009143247/03A RU2009143247A RU2421408C1 RU 2421408 C1 RU2421408 C1 RU 2421408C1 RU 2009143247/03 A RU2009143247/03 A RU 2009143247/03A RU 2009143247 A RU2009143247 A RU 2009143247A RU 2421408 C1 RU2421408 C1 RU 2421408C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- basalt
- melt
- furnace
- melting
- bath
- Prior art date
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 29
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 65
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 52
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000779 smoke Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 111
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 111
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 74
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims description 18
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims description 9
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims description 9
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 9
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 8
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 8
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 6
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000004513 sizing Methods 0.000 claims description 5
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 12
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 17
- 229920002748 Basalt fiber Polymers 0.000 description 16
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 13
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 7
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 4
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000007380 fibre production Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CQBLUJRVOKGWCF-UHFFFAOYSA-N [O].[AlH3] Chemical compound [O].[AlH3] CQBLUJRVOKGWCF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OBNDGIHQAIXEAO-UHFFFAOYSA-N [O].[Si] Chemical compound [O].[Si] OBNDGIHQAIXEAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005280 amorphization Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000012681 fiber drawing Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- CCEKAJIANROZEO-UHFFFAOYSA-N sulfluramid Chemical group CCNS(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F CCEKAJIANROZEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области производства волокон из базальтовых пород и конструкции печей для плавления базальтов.The invention relates to the production of fibers from basalt rocks and the design of furnaces for melting basalt.
Базальтовые породы, а именно базальты, андезитобазальты, амфиболиты, базаниты, диабазы, габбродиабазы, габбро, долериты, амфиболиты, порфириты, андезитовые порфириты и другие породы, относятся к породам магматического происхождения, имеют высокую природную химическую и термическую стойкость.Basaltic rocks, namely basalts, andesitobasalts, amphibolites, basanites, diabases, gabbrodiabases, gabbro, dolerites, amphibolites, porphyrites, andesitic porphyrites and other rocks, are rocks of magmatic origin, have high natural chemical and thermal resistance.
Волокна из базальтовых пород обладают высокой прочностью, химической и термической стойкостью, электроизоляционными свойствами. Базальтовые непрерывные волокна и материалы на их основе применяются в различных отраслях промышленности, строительстве, при производстве армирующих и композиционных материалов. Производство базальтовых волокон имеет доступную и практически неограниченную и сырьевую базу.Fibers from basalt rocks have high strength, chemical and thermal resistance, electrical insulation properties. Continuous basalt fibers and materials based on them are used in various industries, construction, and in the production of reinforcing and composite materials. The production of basalt fibers has an affordable and almost unlimited raw material base.
Однако широкое производство и применение базальтовых волокон сдерживается относительной сложностью технологий, низкой производительностью и высокой себестоимостью их производства. Поэтому особую актуальность представляют разработка и совершенствование технологий и технологического оборудования для производства базальтовых волокон.However, the widespread production and use of basalt fibers is constrained by the relative complexity of the technologies, low productivity and high cost of their production. Therefore, the development and improvement of technologies and technological equipment for the production of basalt fibers are of particular relevance.
Известны способ и устройство для производства базальтовых волокон РСТ. WO 98/22401 [1]. Способ состоит в измельчении базальтового сырья определенного химического состава, его подогреве и загрузке в плавильную печь, плавлении, стабилизации и выдерживании расплава в стабилизационной секции, подаче расплава в фидер и вытяжке непрерывных волокон через фильерные питатели. После плавления базальта температуру его расплава поднимают на 50-250°С до температуры изготовления волокон. Способ предусматривает проведение анализа соотношения химического состава основных компонентов базальтовой породы на стадии стабилизации расплава в фидере. Однако проведение анализа лучше выполнять предварительно на стадии выбора базальтовой породы, что соответствовало бы требованиям технологии производства непрерывных волокон и качеству волокон.A known method and device for the production of basalt fibers of the PCT. WO 98/22401 [1]. The method consists in grinding basaltic raw materials of a certain chemical composition, heating them and loading them into a smelting furnace, melting, stabilizing and maintaining the melt in the stabilization section, feeding the melt into a feeder and drawing continuous fibers through spinneret feeders. After melting of basalt, the temperature of its melt is raised by 50-250 ° C to the temperature of the manufacture of fibers. The method involves analyzing the ratio of the chemical composition of the main components of basalt rock at the stage of stabilization of the melt in the feeder. However, it is better to carry out the analysis in advance at the stage of choosing basalt rock, which would correspond to the requirements of the technology for the production of continuous fibers and the quality of the fibers.
Устройство для осуществления способа включает последовательно соединенные достаточно сложные, массивные и габаритные основные элементы: плавильную печь, стабилизирующую секцию, фидер со сливными устройствами и фильерными питателями. Путь расплава от места загрузки и плавления базальта до места изготовления расплава длинный и проходит через плавильную печь, стабилизационную секцию и длинный фидер, что требует значительных расходов энергии для поддержания высоких температур расплава по всему пути его следования.A device for implementing the method includes series-connected rather complex, massive and dimensional main elements: a melting furnace, a stabilizing section, a feeder with drain devices and die feeders. The path of the melt from the place of loading and melting of basalt to the place of manufacture of the melt is long and passes through a melting furnace, stabilization section and a long feeder, which requires significant energy consumption to maintain high temperatures of the melt along its route.
Как результат, такие технологическое и конструктивное решения способа и устройства не удовлетворяют требованиям экономичности производства базальтового волокна, обусловливают сложную, габаритную и массивную конструкцию устройства, которая требует значительных расходов энергоносителей, так как печь должна иметь несколько зон для плавления базальта, стабилизации и подготовки расплава, а фидер печи для выработки волокон значительно удален от печи плавления базальта.As a result, such technological and constructive solutions of the method and device do not meet the requirements of economical production of basalt fiber, determine the complex, overall and massive design of the device, which requires significant energy costs, since the furnace must have several zones for melting basalt, stabilization and preparation of the melt, and the feeder of the furnace for producing fibers is significantly removed from the basalt melting furnace.
Известны способ и устройство для производства базальтовых волокон RU 2193538 [2]. При этом способе и устройстве базальт загружают непосредственно в ванну печи. Однако базальт сразу тонет в расплаве. Поскольку температура в расплаве ниже, чем на его поверхности, плавление базальта происходит при низких температурах достаточно плохо. Поэтому для получения расплава базальта энергии газа недостаточно. Это требует применения электродов для дополнительного нагрева расплава базальтов. Поэтому данный способ и устройство сложны, требуют применения двух видов энергии и нагревателей для плавления базальтов, не отвечают требованиям экономичности плавления базальтов и выработки волокон.A known method and device for the production of basalt fibers RU 2193538 [2]. With this method and device, basalt is loaded directly into the bath of the furnace. However, basalt immediately sinks in the melt. Since the temperature in the melt is lower than on its surface, basalt melts at low temperatures rather poorly. Therefore, to obtain a basalt melt, gas energy is not enough. This requires the use of electrodes for additional heating of the basalt melt. Therefore, this method and device are complex, require the use of two types of energy and heaters for melting basalts, do not meet the requirements of cost-effectiveness of melting basalts and fiber production.
Наиболее близким по совокупности признаков и достигаемому результату является способ и устройство для производства волокон из базальтовых пород UA 77861 [3].The closest in terms of characteristics and the achieved result is a method and apparatus for the production of fibers from basalt rocks UA 77861 [3].
Способ производства непрерывных волокон из базальтовых пород, который состоит в выборе базальтовой породы определенного химического состава и соотношения основных волокнообразующих окислов и сопутствующих оксидов, загрузке измельченного базальта непосредственно в расплав ванны плавильной печи, плавлении базальта в диапазоне температур на 150-260°С, превышающем температуру верхнего предела кристаллизации (Твпк), гомогенизации и стабилизации расплава в ванне печи при уровне расплава 80-250 мм до достижения степени аморфности 90-96%, стабилизации уровня расплава 20-80 мм над фильерным питателем в диапазоне температур 15-60°С выше температуры Твпк, вытяжке волокон через фильерный питатель, нанесении на волокна замасливателя и намотки волокон на бобины.A method for the production of continuous fibers from basalt rocks, which consists in choosing basalt rock of a certain chemical composition and the ratio of the main fiber-forming oxides and associated oxides, loading the crushed basalt directly into the molten bath of the melting furnace, melting basalt in a temperature range of 150-260 ° C higher than the temperature the upper limit of crystallization (TVPC), homogenization and stabilization of the melt in the bath of the furnace at a melt level of 80-250 mm to achieve an amorphous degree of 90-96%, stabil The level of the melt level is 20-80 mm above the spinneret feeder in the temperature range of 15-60 ° C above the temperature of the high-temperature polymer, drawing the fibers through the spinneret feeder, applying sizing to the fibers and winding the fibers onto bobbins.
Данный способ требует дополнительно расхода газа для нагрева базальта в зоне загрузки, поддержания высоких температур в рабочем пространстве печи для плавления базальта и обеспечения требуемой степени аморфности расплава, не позволяет использовать андезито-базальты, андезиты, порфириты и другие базальтовые породы с высокими температурами плавления, а также базальтовые породы с высокотемпературными включениями, например, андезитов, кварца, слюды, а также не обеспечивает требуемой стабильности и безобрывности выработки непрерывных волокон.This method additionally requires a gas flow rate for heating basalt in the loading zone, maintaining high temperatures in the working space of the furnace for melting basalt and ensuring the required degree of amorphous melt, does not allow the use of andesite-basalts, andesites, porphyrites and other basalt rocks with high melting points, and also basaltic rocks with high-temperature inclusions, for example, andesites, quartz, mica, and also does not provide the required stability and continuity of the production of continuous curl.
Эти недостатки связаны с тем, что загрузка базальта в печь осуществляется при температурах окружающей среды, при этом базальт сразу тонет в расплаве и оседает на дне ванны на глубине 80-300 мм. Температура в расплаве базальта ниже, чем на его поверхности. Для плавления базальта на дне ванной печи и обеспечения требуемого качества расплава необходимо поддержание высокой температуры во всем рабочем пространстве печи, что требует большого расхода газа. Однако даже при этом в расплаве содержатся непроплавленные кристаллы базальтов и высокотемпературных минералов.These disadvantages are associated with the fact that the loading of basalt in the furnace is carried out at ambient temperatures, while the basalt immediately sinks in the melt and settles at the bottom of the bath at a depth of 80-300 mm. The temperature in the basalt melt is lower than on its surface. To melt basalt at the bottom of the bath furnace and ensure the required quality of the melt, it is necessary to maintain a high temperature in the entire working space of the furnace, which requires a large gas flow rate. However, even with this, the melt contains unmelted crystals of basalts and high-temperature minerals.
При попадании непроплавленных частиц, сгустков кристаллов в отверстия фильерного питателя вытяжка волокон сильно затрудняется, отверстия перекрываются сгустками кристаллов и непроплавов. Для прохождения сгустков непроплавленных кристаллов через отверстия фильерного питателя необходимо держать высокой температуру фильерного питателя на 15-60°С выше температуры верхнего предела кристаллизации (Твпк) расплава базальта. Это требует повышенного расхода электроэнергии на нагрев фильерного питателя. Кроме того, наличие кристаллов в аморфных волокнах существенно снижает их прочность и эластичность.When non-melted particles and crystal clots get into the openings of the spinneret feeder, the drawing of fibers is very difficult, the openings are blocked by clumps of crystals and non-melts. To pass clumps of non-melted crystals through the openings of the spinneret feeder, it is necessary to keep the temperature of the spinneret feeder 15-60 ° C higher than the temperature of the upper crystallization limit (TBPC) of basalt melt. This requires increased energy consumption for heating the die feeder. In addition, the presence of crystals in amorphous fibers significantly reduces their strength and elasticity.
При плавлении базальтов в расплаве, в результате термохимических реакций и выделения межкристаллической влаги, содержатся пузырьки газов. Из вязкого расплава пузырькам газов сложно выйти на поверхность. Попадание пузырьков газов в отверстия фильерного питателя приводит к обрыву волокон и снижению производительности.During the melting of basalts in the melt, as a result of thermochemical reactions and the release of intercrystalline moisture, gas bubbles are contained. It is difficult for gas bubbles to escape from a viscous melt to the surface. The entry of gas bubbles into the openings of the spinneret feeder leads to fiber breakage and reduced productivity.
В целом указанный способ характеризуется повышенным расходом энергоносителей для поддержания высоких температур в рабочем пространстве печи и на фильерном питателе, не обеспечивает стабильность и безобрывность выработки непрерывных волокон, а также не позволяет использовать базальты с тугоплавкими включениями и базальтовые породы с повышенным содержанием SiO2, Al2O3 и других оксидов, обеспечивающих прочностные и термические характеристики волокон.In general, this method is characterized by increased energy consumption to maintain high temperatures in the working space of the furnace and on the die feeder, it does not provide stability and continuity of the production of continuous fibers, and also does not allow the use of basalts with refractory inclusions and basalt rocks with a high content of SiO 2 , Al 2 O 3 and other oxides providing strength and thermal characteristics of the fibers.
Технический результат состоит в снижении расхода энергоносителя, увеличении производительности, повышении характеристик базальтовых непрерывных волокон по прочности, эластичности и термической стойкости и достигается путем предварительного нагрева базальта и интенсификации его плавления в локальной зоне плавления - зоне высоких температур пламени горелки-загрузчика при низком уровне расплава, что позволит интенсифицировать переход базальтов из кристаллического состояния в расплавленное аморфное, высокую степень аморфности расплава, его дегазацию, плавление тугоплавких включений кварца, слюды, других минералов и базальтов, с повышенным содержанием SiO2, Al2O3 и других оксидов, обеспечивающих прочностные и термические характеристики непрерывных волокон, при снижении температуры в фидерной зоне и на фильерном питателе.The technical result consists in reducing energy consumption, increasing productivity, improving the characteristics of continuous basalt fibers in terms of strength, elasticity and thermal resistance and is achieved by preheating basalt and intensifying its melting in the local melting zone — the zone of high flame temperatures of the loading burner with a low melt level, which will intensify the transition of basalts from a crystalline state to a molten amorphous, high degree of amorphous distribution Av, its degassing, melting refractory quartz inclusions, mica and other minerals, and basalt, with high content of SiO 2, Al 2 O 3 and other oxides, ensuring the strength and thermal characteristics of the continuous fibers, when the temperature in the feeding zone and the bushing.
Технический результат достигается тем, что в способе производства непрерывных волокон из базальтовых пород, который состоит: в выборе базальтовых пород химического состава в диапазоне (%): SiO2 45-56, Al2O3 10-19, TiO2 0,9-2,0, Fe2O3 и FeO 7-18, CaO 6-15, MgO и MnO 3,0-7, Na2O и K2O 2,5-6 и соотношения основных волокнообразующих окислов и сопутствующих оксидов в пределах 3,2>(SiO2 + Al2O3)/(TiO2 + Fe2O3 + FeO + CaO + MgO + MnO + K2O + Na2O)>1,6; загрузке измельченного базальта непосредственно в расплав ванны плавильной печи; плавлении базальта в диапазоне температур Тп на 150-200°С выше температуры верхнего предела кристаллизации (Твпк) до достижения степени аморфности 90-96%; гомогенизации и стабилизации расплава в диапазоне температур Тс на 80-160°С выше Твпк; стабилизации уровня расплава в фидере печи на уровне 20-80 мм; при этом плавление, гомогенизация и выработка расплава производятся одностадийно в ванне и фидере печи, вытяжке волокон через фильерный питатель, нанесении замасливателя на волокна и намотке волокон на бобины, согласно изобретениюThe technical result is achieved by the fact that in the method of producing continuous fibers from basaltic rocks, which consists of: choosing basaltic rocks of chemical composition in the range (%): SiO 2 45-56, Al 2 O 3 10-19, TiO 2 0.9- 2.0, Fe 2 O 3 and FeO 7-18, CaO 6-15, MgO and MnO 3.0-7, Na 2 O and K 2 O 2.5-6 and the ratios of the main fiber-forming oxides and related oxides within 3.2> (SiO 2 + Al 2 O 3 ) / (TiO 2 + Fe 2 O 3 + FeO + CaO + MgO + MnO + K 2 O + Na 2 O)>1.6; loading the crushed basalt directly into the molten bath of the melting furnace; melting of basalt in the temperature range Tp is 150-200 ° C higher than the temperature of the upper crystallization limit (Tpc) to achieve an amorphous degree of 90-96%; homogenization and stabilization of the melt in the temperature range Tc 80-160 ° C higher than Tpc; stabilization of the melt level in the furnace feeder at a level of 20-80 mm; wherein melting, homogenization and melt production are carried out in a single step in a bath and furnace feeder, drawing the fibers through a spinneret feeder, applying a sizing agent to the fibers and winding the fibers onto bobbins, according to the invention
в качестве базальтового сырья используют основные базальты, которые могут иметь включения андезитов, кварца и другие высокотемпературные включения, а также андезито-базальты, андезиты, амфиболиты, диабазы, габбро, кислые базальтовые породы и минеральное сырье, имеющие повышенное суммарное содержание SiO2, Al2O3 и других оксидов, обеспечивающих прочностные и термические характеристики волокон;as basaltic raw materials, basic basalts are used, which may have inclusions of andesites, quartz and other high-temperature inclusions, as well as andesite-basalts, andesites, amphibolites, diabases, gabbro, acidic basaltic rocks and mineral raw materials having an increased total content of SiO 2 , Al 2 O 3 and other oxides, providing strength and thermal characteristics of the fibers;
базальтовое сырье предварительно перед загрузкой подогревают до температур 250-400°С и удаляют свободную влагу;basalt raw materials are preheated before loading to temperatures of 250-400 ° C and free moisture is removed;
загрузку базальта осуществляют в локальную зону максимальных температур 1450-2000°С пламени горелки;loading of basalt is carried out in the local zone of maximum temperatures of 1450-2000 ° C of the flame of the burner;
плавление базальтового сырья, дегазацию и гомогенизацию расплава производят на плавильной площадке при низких уровнях расплава 5-70 мм;melting of basalt raw materials, degassing and homogenization of the melt is carried out at the melting site at low melt levels of 5-70 mm;
затем температура расплава в ванне и фидере печи снижается на 50-300°С, а уровень расплава в ванне печи увеличивается до 80-300 мм;then the temperature of the melt in the bath and furnace feeder decreases by 50-300 ° C, and the melt level in the furnace bath increases to 80-300 mm;
вытяжку волокон осуществляют при температуре фильерного питателя на 30-200°С ниже температуры верхнего предела кристаллизации расплава базальта (Твпк).the fibers are drawn at a die feeder temperature of 30-200 ° C below the temperature of the upper limit of crystallization of the basalt melt (TVPC).
Для производства непрерывных волокон возможно использовать более широкий состав базальтовых пород: основные базальты, андезито-базальты, андезиты, андезитовые базаниты, диабазы, габбро, долериты, амфиболиты, имеющие повышенное содержание SiO2 и Al2O3 до 86%, а также базальты, имеющие тугоплавкие включения андезитов, кварца и другие тугоплавкие включения.For the production of continuous fibers, it is possible to use a wider composition of basaltic rocks: basic basalts, andesite-basalts, andesites, andesitic basanites, diabases, gabbro, dolerites, amphibolites having a high content of SiO 2 and Al 2 O 3 up to 86%, as well as basalts, having refractory inclusions of andesites, quartz and other refractory inclusions.
Данный способ предполагает использование базальтовых пород более широкого диапазона химических составов, включающих основные и кислые базальтовые породы, из которых возможно производить волокна с высокими прочностными и термическими характеристиками. Диапазон химических составов базальтовых пород и минерального сырья для производства волокон может быть существенно расширен до представленного в таблице.This method involves the use of basaltic rocks of a wider range of chemical compositions, including basic and acidic basaltic rocks, from which it is possible to produce fibers with high strength and thermal characteristics. The range of chemical compositions of basalt rocks and mineral raw materials for fiber production can be significantly expanded to the table.
FeOFe 2 O 3
FeO
MnOMgO
MnO
Предварительный подогрев теплоемкой базальтовой породы позволяет снизить потребление энергоносителя в самой печи, исключить попадание в печь базальтов, содержащих свободную влагу. Предварительный подогрев базальтовой породы и поступающей в горелки газовоздушной смеси позволяет обеспечить плавление базальтов в зоне плавления при температурах до 2000°С.Preheating of heat-intensive basalt rock allows to reduce energy consumption in the furnace itself, to exclude basalts containing free moisture from entering the furnace. Preheating of basalt rock and gas-air mixture entering the burners allows for the basalt melting in the melting zone at temperatures up to 2000 ° С.
Плавление базальтовой породы осуществляется в зоне действия наиболее высоких температур пламени горелки 1450-2000°С, при низких уровнях расплава 5-70 мм на плавильной площадке. При попадании базальта на плавильную площадку он не тонет в расплаве, а находится в зоне действия факела горелки. Факел горелки создает в зоне загрузки базальтовой породы на плавильной площадке зону наивысших температур - зону плавления. Пламя горелки обеспечивает интенсивное плавление базальта, догорает на поверхности расплава, отдавая всю энергию непосредственно расплаву. Более высокая скорость потока пламени по поверхности расплава создает разрежение, которое способствует выходу из расплава пузырьков газов - дегазации расплава.Basalt rock is melted in the zone of the highest burner flame temperatures of 1450-2000 ° C, at low melt levels of 5-70 mm at the melting site. When basalt enters the melting site, it does not sink in the melt, but is in the zone of action of the torch torch. The torch torch creates in the loading zone of basalt rock at the smelting site the zone of highest temperatures - the melting zone. The flame of the burner provides intensive melting of basalt, burns out on the surface of the melt, giving all the energy directly to the melt. A higher flame flow rate along the surface of the melt creates a vacuum, which contributes to the exit of gas bubbles from the melt - degassing of the melt.
Создание высоких температур в зоне плавления при низком уровне расплава позволяет в процессе плавления обеспечить: интенсивный переход базальтов из кристаллического состояния в расплавленное аморфное; требуемую степень гомогенизации и аморфности расплава более 96%; дегазацию расплава; плавление тугоплавких включений кварца, слюды и других минералов, требующих более высоких температур плавления, андезито-базальтов, андезитов, габбро, амфиболитов и кислых базальтовых пород, которые позволяют производить волокна с высокими характеристиками по прочности, эластичности и термостойкости.The creation of high temperatures in the melting zone at a low level of the melt allows to ensure during the melting process: intensive transition of basalts from a crystalline state to a molten amorphous one; the required degree of homogenization and amorphous melt of more than 96%; melt degassing; melting of refractory inclusions of quartz, mica, and other minerals requiring higher melting points, andesite-basalts, andesites, gabbro, amphibolites and acidic basalt rocks, which allow the production of fibers with high characteristics in strength, elasticity and heat resistance.
Газы, образующиеся в результате термохимических реакций и закипания межкристаллической воды, легко выходят из более прогретого и менее вязкого расплава базальта.Gases formed as a result of thermochemical reactions and boiling of intercrystalline water easily leave the warmer and less viscous basalt melt.
Плавление подогретых до температуры 250-400°С базальтов в зоне действия пламени горелки при температурах 1450-2000°С, гомогенизация и дегазация расплава при уровне расплава 5-70 мм не требуют необходимости держать повышенные температуры во всем рабочем пространстве печи и фидере.The melting of basalts heated to a temperature of 250-400 ° C in the zone of the burner flame at temperatures of 1450-2000 ° C, the homogenization and degassing of the melt at a melt level of 5-70 mm do not require the need to keep elevated temperatures in the entire working space of the furnace and feeder.
При подаче перегретого расплава в фильерный питатель нет необходимости нагревать его до высоких температур. При этом температуру фильерного питателя можно снизить на 30-200°С ниже температуры верхнего предела кристаллизации Твпк. Нагрев фильерного питателя обеспечивается в основном за счет тепловой энергии расплава базальта. Фильерный питатель обеспечивает только прохождение подготовленного расплава через фильеры в процессе выработки волокон.When a superheated melt is fed into a spinneret feeder, there is no need to heat it to high temperatures. At the same time, the temperature of the spinneret feeder can be reduced by 30-200 ° C below the temperature of the upper crystallization limit of Twpk. The heating of the spinneret feeder is provided mainly due to the thermal energy of the basalt melt. The die feeder provides only the passage of the prepared melt through the die in the process of fiber production.
Плавление при высоких температурах основных базальтов с тугоплавкими включениями, андезито-базальтов, андезитов, габбро, амфиболитов и кислых базальтовых пород позволяет производить волокна с высокими характеристиками по прочности, эластичности и термостойкости.The melting at high temperatures of basic basalts with refractory inclusions, andesite-basalts, andesites, gabbros, amphibolites and acidic basalt rocks allows the production of fibers with high characteristics in strength, elasticity and heat resistance.
Высокие температуры плавления на плавильной площадке обеспечивают степень гомогенизации и аморфности расплава выше 96% и близкую к 100%, что необходимо при производстве качественных волокон диаметром 6-10 мкм, пригодных для текстильной переработки и производства тканей.High melting points at the melting site provide a degree of homogenization and amorphous melt above 96% and close to 100%, which is necessary in the production of high-quality fibers with a diameter of 6-10 microns, suitable for textile processing and fabric production.
Исследования характеристик базальтовых непрерывных волокон показывают, что плавление базальтов при повышенных температурах до 2000°С обеспечивает образование прочных атомарных кремнекислородных, алюмокислородных и атомарных связей других оксидов, степень аморфности расплава свыше 96%, отсутствие кристаллических включений в элементарных волокнах, что позволяет повысить прочность и эластичность непрерывных волокон на 25-45%. Базальтовые непрерывные волокна становятся более прочными, эластичными и термостойкими, хорошо поддаются текстильной переработке, что позволяет производить крученые нити и ткани высокого качества.Studies of the characteristics of basalt continuous fibers show that the melting of basalts at elevated temperatures up to 2000 ° C provides the formation of strong atomic silicon-oxygen, aluminum-oxygen and atomic bonds of other oxides, the degree of amorphism of the melt over 96%, the absence of crystalline inclusions in elementary fibers, which improves strength and elasticity continuous fibers by 25-45%. Continuous basalt fibers become more durable, flexible and heat-resistant, lend themselves well to textile processing, which allows the production of high-quality twisted yarns and fabrics.
Предлагаемый способ позволяет расширить сырьевую базу базальтовых пород для производства непрерывных волокон, при низком потреблении энергоносителей обеспечивает интенсивное плавление базальтов, гомогенизацию, аморфность расплава и удаление газов из расплава, обеспечить стабильный и безобрывный процесс вытяжки волокон, повысить производительность и качество непрерывных волокон.The proposed method allows to expand the raw material base of basalt rocks for the production of continuous fibers, with low energy consumption provides intensive melting of basalts, homogenization, amorphous melt and gas removal from the melt, to ensure a stable and uninterrupted fiber drawing process, to increase the productivity and quality of continuous fibers.
Наиболее близким к заявляемому устройству по совокупности признаков и достигаемому результату является устройство для производства непрерывных волокон из базальтовых пород, которое содержит загрузчик базальта, состоящий из бункера и дозатора и загрузочной воронки, систему отопления печи, которая состоит из двух или более горелок, расположенных в своде печи; горелки последовательно соединены со смесителем газовоздушной смеси и рекуператором, рекуператор через двухходовой коллектор дымоудаления соединен с фидером печи, плавильную печь, состоящую из печи и фидера, который является продолжением ванны, в фидере печи за порогом ванны установлен фильерный питатель, под фильерным питателем размещены механизм нанесения замасливателя и наматывающая машина UA 77861 [3].The closest to the claimed device in terms of characteristics and the achieved result is a device for the production of continuous fibers from basalt rocks, which contains a basalt loader, consisting of a hopper and a dispenser and a loading funnel, a furnace heating system, which consists of two or more burners located in the roof ovens; the burners are connected in series with the gas-air mixer and the recuperator, the recuperator is connected to the furnace feeder through a two-way smoke collector, the melting furnace consisting of the furnace and the feeder, which is a continuation of the bath, the die feeder is installed in the furnace feeder, and the application mechanism is located under the die feeder sizing and winding machine UA 77861 [3].
Недостаток устройства заключается в том, что базальтовое сырье загружается в печь при температуре окружающей среды - холодным - и на его нагрев требуется дополнительная тепловая энергия, что снижает температуры в зоне загрузки и плавления базальта, загрузочная воронка удалена от места установки плавильной горелки, поэтому базальт попадает в расплав ванны печи вне зоны действия высоких температур пламени горелки. Расплав в зоне плавления имеет ту же глубину, что и в ванне печи, что обусловливает низкие температуры на дне ванны в зоне плавления. При этом холодный базальт в зоне загрузки сразу тонет в расплаве и оседает на дне ванны печи, что затрудняет плавление базальта, дегазацию и гомогенизацию расплава. Затем расплав, содержащий непроплавленные сгустки и пузырьки газов из ванны печи, попадает в фидер печи и на фильерный питатель, что приводит к обрывности волокон, снижению производительности выработки непрерывных волокон. Плавление базальта на дне ванны не обеспечивает полное плавление базальта и особенно высокотемпературных включений в базальт: андезитов, кварца, слюды и др. Это приводит к тому, что расплав содержит сгустки непроплавленных кристаллических структур базальта и других минералов. Однако даже при этом непроплавленные кристаллические структуры базальтов попадают в аморфные волокна, что приводит к снижению их прочности и эластичности. Величина кристаллов соизмерима с диаметрами волокон 6-21 мкм и в местах наличия кристаллов волокна легко ломаются.The disadvantage of this device is that basalt raw materials are loaded into the furnace at ambient temperature - cold - and additional heat energy is required to heat it, which reduces the temperature in the loading and melting zone of basalt, the loading funnel is removed from the installation site of the melting burner, so basalt falls into the furnace bath melt outside the high temperature range of the burner flame. The melt in the melting zone has the same depth as in the furnace bath, which causes low temperatures at the bottom of the bath in the melting zone. In this case, cold basalt in the loading zone immediately sinks in the melt and settles on the bottom of the furnace bath, which complicates the melting of basalt, degassing and homogenization of the melt. Then, the melt containing the unmelted clumps and gas bubbles from the furnace bath enters the furnace feeder and the die feeder, which leads to fiber breakage and a decrease in the production rate of continuous fibers. Basalt melting at the bottom of the bath does not provide complete melting of basalt and especially high-temperature inclusions in basalt: andesites, quartz, mica, etc. This leads to the fact that the melt contains clumps of unmelted crystalline structures of basalt and other minerals. However, even with this, the unmelted crystalline structures of basalts fall into amorphous fibers, which leads to a decrease in their strength and elasticity. The size of the crystals is comparable with the diameters of the fibers 6-21 microns and in the places where the crystals are present, the fibers easily break.
Для исключения указанных отрицательных факторов при производстве непрерывных волокон нужно увеличивать температуру во всем рабочем пространстве печи в зоне плавления, ванной печи и фидере печи, нагревать фильерный питатель до высоких температур.To eliminate these negative factors in the production of continuous fibers, it is necessary to increase the temperature in the entire working space of the furnace in the melting zone, the bath furnace and the furnace feeder, and heat the die feeder to high temperatures.
Сложности плавления базальта на дне ванны расплава ограничивают диапазон использования устройства определенными видами базальтовых пород с низкой температурой плавления и без высокотемпературных включений. Это также ограничивает интенсивность подачи базальтового сырья в зону плавления, что снижает производительность устройства в целом.The difficulty of melting basalt at the bottom of the melt pool limits the range of use of the device to certain types of basalt rocks with a low melting point and without high-temperature inclusions. It also limits the intensity of the supply of basalt raw materials to the melting zone, which reduces the performance of the device as a whole.
Поддержание высоких температур в рабочем пространстве печи и на фильерном питателе требует повышенного расхода энергоносителей, что не удовлетворяет требованиям экономичности и производительности процесса производства базальтовых непрерывных волокон.Maintaining high temperatures in the working space of the furnace and on the die feeder requires increased energy consumption, which does not meet the requirements of efficiency and productivity of the process of production of continuous basalt fibers.
Техническим результатом изобретения является производство непрерывных волокон с высокими характеристиками по прочности, эластичности и термостойкости, повышение производительности и снижение затрат энергоносителей, что достигается усовершенствованием устройства для производства непрерывных волокон из базальтовых пород, нагревом базальта в бункере загрузчика от дополнительного рекуператора, установкой на своде печи в зоне загрузки горелки-загрузчика, а под ней на дне ванны печи плавильной площадки, что обеспечивает высокие температуры плавления базальта, гомогенизацию, аморфность и дегазацию расплава в зоне плавления и тем самым создает оптимальные условия для подготовки расплава перед его выработкой на фильерном питателе.The technical result of the invention is the production of continuous fibers with high characteristics of strength, elasticity and heat resistance, increased productivity and reduced energy costs, which is achieved by improving the device for the production of continuous fibers from basalt rocks, heating the basalt in the hopper of the loader from an additional recuperator, installing on the roof of the furnace in the loading zone of the burner-loader, and under it at the bottom of the bathtub of the furnace of the melting pad, which ensures high temperatures melts of basalt, homogenization, amorphousness and degassing of the melt in the melting zone and thereby create optimal conditions for the preparation of the melt before its production on a die feeder.
Технический результат достигается тем, что устройство для производства непрерывных волокон из базальтовых пород, содержащее загрузчик базальта, состоящий из бункера и дозатора, плавильную печь с вытянутым в горизонтальном направлении рабочим пространством, включающим ванну и фидер печи, который является продолжением ванны, ванна и фидер печи перекрыты сводом, в своде размещены две или более горелки, горелки последовательно соединены со смесителем газовоздушной смеси и рекуператором, рекуператор через двухходовой коллектор дымоудаления соединен с фидером печи, в фидере печи за порогом ванны установлен фильерный питатель, под которым размещены механизм нанесения замасливателя и наматывающая машина, отличается тем, что совместно с рекуператором установлен дополнительный рекуператор, который патрубком соединен с загрузчиком базальта, горелка-загрузчик на своде печи, под которой на дне ванны размещена плавильная площадка, которая совместно с горелкой-загрузчиком создают локальную зону плавления базальта, дегазации и гомогенизации расплава.The technical result is achieved in that a device for the production of continuous fibers from basalt rocks, containing a basalt loader, consisting of a hopper and a batcher, a melting furnace with a horizontally elongated working space, including a bath and furnace feeder, which is a continuation of the bath, bath and furnace feeder covered by a vault, two or more burners are placed in the vault, the burners are connected in series with a gas-air mixture mixer and a recuperator, the recuperator through a two-way smoke exhaust manifold It is connected to the furnace feeder, a die feeder is installed in the furnace feeder beyond the bath threshold, under which the lubricant applying mechanism and the winding machine are located, characterized in that, together with the recuperator, an additional recuperator is installed, which is connected by a nozzle to the basalt loader, the burner loader on the furnace arch , under which a melting pad is located at the bottom of the bath, which together with the burner-loader creates a local zone of basalt melting, degassing and homogenization of the melt.
Наличие плавильной площадки позволяет снизить уровень расплава в зоне плавления до 5-70 мм при уровне расплава в ванной печи 80-300 мм. Незначительная глубина расплава под горелкой-загрузчиком в зоне плавления обеспечивает высокие температуры расплава, а следовательно, малую вязкость расплава, что обеспечивает выход из расплава пузырьков газов - дегазацию расплава. А также полное плавление базальтов, включая плавление высокотемпературных включений и кислых базальтов с повышенным содержанием SiO2 и Al2O3. Высоту плавильной площадки выбирают в зависимости от фракции базальта его химического состава, наличия примесей и характеристик плавления базальтовой породы. При этом плавильная площадка может быть выполнена горизонтально плоской, или вогнутой, или наклонной.The presence of the melting site allows you to reduce the level of the melt in the melting zone to 5-70 mm at a melt level in the bath furnace of 80-300 mm. The insignificant melt depth under the burner-loader in the melting zone provides high melt temperatures and, therefore, low melt viscosity, which ensures exit of gas bubbles from the melt - degassing of the melt. As well as the complete melting of basalts, including the melting of high-temperature inclusions and acidic basalts with a high content of SiO 2 and Al 2 O 3 . The height of the melting site is selected depending on the basalt fraction of its chemical composition, the presence of impurities and the melting characteristics of basalt rock. In this case, the melting site can be made horizontally flat, or concave, or inclined.
Целесообразно объединить загрузочную воронку и газовую горелку в горелку-загрузчик, которая состоит из загрузочной воронки, расположенной по центру и охватывающей ее кольцом горелки. Загрузка базальта осуществляется через горелку-загрузчик на плавильную площадку в зону действия пламени горелки. Горелка-загрузчик устанавливается на своде печи, при этом горелок-загрузчиков может быть установлено как одна, так и несколько.It is advisable to combine a loading funnel and a gas burner into a loading burner, which consists of a loading funnel located in the center and surrounding it with a burner ring. The loading of basalt is carried out through the burner-loader to the melting site in the zone of action of the flame of the burner. The burner loader is installed on the roof of the furnace, while the burner loaders can be installed either one or several.
На площадке плавления под горелкой-загрузчиком происходит активное плавление базальта, его переход из кристаллической формы в расплавленную аморфную со степенью аморфности более 96%. Отсутствие непроплавленных кристаллических структур и пузырьков газов в расплаве базальтов обеспечивает стабильность и безобрывность выработки непрерывных волокон, повышение производительности устройства.At the melting site under the burner-loader, basalt is actively melted, its transition from crystalline form to molten amorphous with an amorphous degree of more than 96%. The absence of unmelted crystalline structures and gas bubbles in the basalt melt ensures stability and continuity of the production of continuous fibers, increasing the productivity of the device.
Целесообразно также оснащать устройство дополнительным рекуператором, совмещенным основным рекуператором, при этом выход дополнительного рекуператора через патрубок подсоединен с бункером загрузчика базальта.It is also advisable to equip the device with an additional recuperator combined with the main recuperator, while the output of the additional recuperator through the nozzle is connected to the basalt loader hopper.
Подогрев измельченной базальтовой породы в загрузочном бункере до температур 250-400°С позволяет исключить попадание базальта в печь со свободной влагой, обеспечить высокие температуры плавления базальта на плавильной площадке, повысить производительность устройства и снизить расход газа.Heating the crushed basalt rock in the feed hopper to temperatures of 250-400 ° C eliminates the ingress of basalt into the furnace with free moisture, ensures high melting temperatures of basalt at the smelter, increase the productivity of the device and reduce gas consumption.
На чертеже изображено устройство для реализации предлагаемого способа плавления базальтовых пород.The drawing shows a device for implementing the proposed method of melting basaltic rocks.
Загрузчик-дозатор (1) базальта. Горелка-загрузчик (2). Горелка (3). Плавильная печь (4). Свод (5) печи. Ванна (6) печи. Плавильная площадка (7). Порог (8) печи. Фидер (9). Коллектор (10) дымоудаления. Рекуператор (11). Дополнительный рекуператор (12) с патрубком. Смеситель (13) газ-воздух. Фильерный питатель (14). Механизм (15) нанесения замасливателя. Наматывающая машина (16).Basalt dispenser (1). Burner loader (2). Burner (3). Melting furnace (4). Arch (5) of the furnace. Bath (6) stove. Smelting site (7). Threshold (8) of the furnace. Feeder (9). Smoke exhaust manifold (10). Recuperator (11). Additional recuperator (12) with nozzle. Mixer (13) gas-air. Die feeder (14). Mechanism (15) for applying a lubricant. Winding machine (16).
Устройство для реализации предлагаемого способа, производства волокон из базальтовых пород представлено на чертеже. Устройство содержит: загрузчик-дозатор (1) базальта, горелку-загрузчик (2), горелку (3), плавильную печь (4), свод (5) печи, ванну (6) печи, плавильную площадку (7), порог (8) печи, фидер (9), коллектор (10) дымоудаления, рекуператор (11), дополнительный рекуператор (12) с патрубком, смеситель (13) газ-воздух, фильерный питатель (14), механизм (15) нанесения замасливателя, наматывающую машину (16).A device for implementing the proposed method, the production of fibers from basalt rocks is shown in the drawing. The device contains: a loader-batcher (1) of basalt, a burner-loader (2), a burner (3), a melting furnace (4), a set (5) of a furnace, a bath (6) of a furnace, a melting platform (7), a threshold (8 ) furnaces, feeder (9), smoke exhaust manifold (10), recuperator (11), additional recuperator (12) with nozzle, mixer (13) gas-air, die feeder (14), lubricant application mechanism (15), reeling machine (16).
Устройство работает следующим образом. Измельченная базальтовая порода загружается в бункер загрузчика-дозатора (1), где происходит ее нагрев горячим воздухом от патрубка дополнительного рекуператора (12) до температуры 250-400°С. Базальт из загрузчика-дозатора (1) небольшими порциями по 50-300 грамм загружается в плавильную печь, с тем чтобы поддерживать постоянным 20-80 мм уровень расплава базальта над фильерным питателем. Базальт через горелку-загрузчик (2), расположенную на своде (5) печи, загружается на плавильную площадку (7) в зону плавления плавильной печи (4). При попадании базальтового сырья на плавильную площадку (7) он не тонет в расплаве, а находится на поверхности в зоне действия максимальных температур пламени горелки-загрузчика (2). На плавильной площадке (7) в зоне наивысших температур при низком уровне расплава 5-70 мм происходит активное плавление базальтов и тугоплавких включений, дегазация расплава. С площадки (7) расплав перетекает в ванну (6) печи, где уровень расплава составляет 80-250 мм, при этом происходит перемешивание и гомогенизация расплава. В ванне (6) печи происходит подготовка расплава в выработке в фидере (9).The device operates as follows. The crushed basalt rock is loaded into the hopper of the loader-dispenser (1), where it is heated with hot air from the pipe of an additional recuperator (12) to a temperature of 250-400 ° С. Basalt from the loader-dispenser (1) in small portions of 50-300 grams is loaded into the melting furnace in order to maintain a constant 20-80 mm level of basalt melt above the die feeder. Basalt through the burner-loader (2) located on the arch (5) of the furnace is loaded onto the melting pad (7) in the melting zone of the melting furnace (4). When basalt raw material enters the melting site (7), it does not sink in the melt, but is on the surface in the zone of action of the maximum flame temperatures of the loading burner (2). At the melting site (7) in the zone of the highest temperatures with a low melt level of 5-70 mm, active melting of basalts and refractory inclusions, degassing of the melt takes place. From the site (7), the melt flows into the bath (6) of the furnace, where the melt level is 80-250 mm, while the melt is mixed and homogenized. In the bath (6) of the furnace, the melt is prepared in the working in the feeder (9).
Плавильная печь (4) имеет зону плавления с плавильной площадкой (7), ванну (6) и фидер (9) печи с фильерным питателем (14). Ванна (6) через порог (8) соединена с фидером (9) печи, за порогом (8) печи установлен фильерный питатель (14).The melting furnace (4) has a melting zone with a melting pad (7), a bath (6) and a feeder (9) of the furnace with a die feeder (14). The bath (6) through the threshold (8) is connected to the feeder (9) of the furnace, beyond the threshold (8) of the furnace, a die feeder (14) is installed.
Поскольку плавление базальтов происходит при высоких температурах до 2000°С в зоне плавления, нет необходимости поддерживать высокие температуры в ванне (6) и фидере (9) печи. На пороге ванны (6) уровень расплава снова уменьшается и поддерживается на уровне 20-80 мм от уровня фильерного питателя. Поступление гомогенизированного с высокой степенью аморфности, дегазированного расплава в фильерный питатель позволяет снизить его температуру до температуры верхнего предела кристаллизации расплава базальта (Твпк) и даже на 30-200°С ниже Твпк, обеспечить стабильность и производительность производства непрерывных базальтовых волокон.Since basalt melting occurs at high temperatures up to 2000 ° С in the melting zone, it is not necessary to maintain high temperatures in the bath (6) and furnace feeder (9). At the threshold of the bath (6), the melt level decreases again and is maintained at a level of 20-80 mm from the level of the die feeder. The intake of a degassed melt homogenized with a high degree of amorphization into a spinneret feeder makes it possible to lower its temperature to the temperature of the upper limit of crystallization of basalt melt (TVPK) and even by 30-200 ° C below TVPK, to ensure stability and production rate of continuous basalt fibers.
Дополнительный рекуператор (12) с патрубком устанавливается совместно с основным рекуператором (11). На рекуператор (11) и дополнительный рекуператор (12) из рабочего пространства плавильной печи (4) через коллектор (10) дымоудаления подаются высокотемпературные газы. Рекуператор (11) обеспечивает подогрев воздуха до температуры 400°С, который подается на смеситель (13) газ-воздух и на газовые горелки (2) и (3). Дополнительный рекуператор (12) служит для нагрева базальта в бункере загрузчика до температур 250-400°С.An additional recuperator (12) with a pipe is installed together with the main recuperator (11). High temperature gases are supplied to the recuperator (11) and the additional recuperator (12) from the working space of the smelting furnace (4) through the smoke collector (10). The recuperator (11) provides heating of the air to a temperature of 400 ° C, which is supplied to the gas-air mixer (13) and to the gas burners (2) and (3). An additional recuperator (12) serves to heat basalt in the loader hopper to temperatures of 250-400 ° С.
Плавление базальта осуществляется горелкой-загрузчиком (2) и горелкой (3). Горелка-загрузчик (2) расположена на своде (5) печи, непосредственно над плавильной площадкой (7).Basalt is melted by a loading burner (2) and a burner (3). The burner-loader (2) is located on the arch (5) of the furnace, directly above the melting platform (7).
Горелка-загрузчик (2) состоит из загрузочной воронки, расположенной по центру и охватывающей ее кольцом горелки предварительного смешения. Горелок-загрузчиков (2) может быть установлено на своде печи (5) как одна, так и несколько.The loader burner (2) consists of a loading funnel located in the center and surrounding it with the ring of the premix burner. Burner loaders (2) can be installed on the roof of the furnace (5), one or several.
Горелка-загрузчик (2) и плавильная площадка (6) совместно создают высокотемпературную локальную зону плавления базальта, дегазации и гомогенизации расплава. Горелка (3) обеспечивает дополнительный подогрев расплава базальта.The loader-burner (2) and the melting site (6) together create a high-temperature local zone of basalt melting, degassing and homogenization of the melt. The burner (3) provides additional heating of the basalt melt.
Загрузка подогретого базальтового сырья осуществляется через горелку-загрузчик (2) в зону действия пламени горелки на плавильную площадку. Пламя горелки позволяет создавать температуры от 1450°С до 2000°С в зоне плавления. Это обеспечивает наиболее благоприятный режим интенсивного плавления базальта на плавильной площадке - в локальной зоне плавления.The loading of heated basalt raw materials is carried out through the burner-loader (2) in the zone of action of the flame of the burner on the melting site. The flame of the burner allows you to create temperatures from 1450 ° C to 2000 ° C in the melting zone. This provides the most favorable regime for intensive basalt melting at the melting site - in the local melting zone.
Плавление базальта при таких температурах позволяет производить прочные, эластичные и высокотемпературные волокна из андезито-базальтов, андезитов, амфиболитов, порфиритов, диабазов, габбро, базальтовых пород и минерального сырья, имеющих повышенное содержание SiO2, Al2O3 и других оксидов, обеспечивающих прочностные и термические характеристики волокон.Melting basalt at these temperatures allows the production of durable, flexible and high-temperature fibers from andesite-basalts, andesites, amphibolites, porphyrites, diabases, gabbro, basalt rocks and mineral raw materials having a high content of SiO 2 , Al 2 O 3 and other oxides providing strength and thermal characteristics of the fibers.
Для обеспечения интенсивного плавления базальтовой породы, гомогенизации и дегазации расплава в зоне плавления на дне ванны (6) плавильной печи (4) установлена плавильная площадка (7). Уровень расплава над плавильной площадкой (7) составляет 5-70 мм. Уровень расплава над плавильной площадкой зависит от величины фракции базальта, его химического состава, наличия примесей и характеристик плавления базальтовой породы. Уровень расплава в ванне печи находится в пределах 80-300 мм.To ensure intensive melting of basalt rock, homogenization and degassing of the melt in the melting zone at the bottom of the bath (6) of the melting furnace (4), a melting pad (7) is installed. The melt level above the melting pad (7) is 5-70 mm. The melt level above the smelting site depends on the size of the basalt fraction, its chemical composition, the presence of impurities and the melting characteristics of basalt rock. The melt level in the furnace bath is in the range of 80-300 mm.
На площадке (7) плавления в зоне наивысших температур при низком уровне расплава происходит активное плавление базальта - переход его из кристаллического в расплавленное аморфное состояние, проплавление инородных включений и дегазация расплава. При этом расплав из зоны плавления перетекает в зону действия второй горелки (3) и ванну (6) печи. При стекании расплава базальта с площадки плавления в ванну (6) печи происходит перемешивание расплава, процессы гомогенизации и дегазации проходят более активно. В ванне (6) печи происходит гомогенизация расплава и подготовка расплава к выработке в фидере (9) печи.At the melting site (7) in the zone of the highest temperatures at a low level of melt, basalt is actively melted - its transition from crystalline to molten amorphous state, fusion of foreign inclusions and degassing of the melt. In this case, the melt from the melting zone flows into the zone of action of the second burner (3) and the bath (6) of the furnace. When basalt melt drains from the melting site into the bath (6) of the furnace, the melt is mixed, the processes of homogenization and degassing are more active. In the bath (6) of the furnace, the melt is homogenized and the melt is prepared for production in the feeder (9) of the furnace.
За ванной (6) печи через порог (8) расположен фидер (9), в котором установлен фильерный питатель (14).Behind the bathtub (6) of the furnace, a feeder (9) is located through the threshold (8), in which a die feeder (14) is installed.
Из расплава через фильерный питатель (14) происходит вытяжка первичных волокон. Вытяжка волокон осуществляется наматывающей машиной (16), перед намоткой на волокно механизмом (15) наносится замасливатель.Primary fibers are drawn from the melt through a spinneret feeder (14). Extraction of fibers is carried out by a winding machine (16), before winding onto the fiber by a mechanism (15), a sizing is applied.
Для простоты изложения на чертеже показана конструкция плавильной печи с одной горелкой-загрузчиком (2) и оводовой горелкой (3), однако количество горелок может установлено больше.For ease of presentation, the drawing shows the design of a melting furnace with one burner-loader (2) and a gadfly burner (3), however, the number of burners can be set more.
Данный способ и устройство позволяют использовать для производства волокон базальты более широкого диапазона химического состава и обеспечивают получение аморфных, гомогенизированных и дегазированных расплавов для производства непрерывных волокон диаметром 6-21 мкм.This method and device allows you to use for the production of basalt fibers of a wider range of chemical composition and provide amorphous, homogenized and degassed melts for the production of continuous fibers with a diameter of 6-21 microns.
Способ производства непрерывных волокон из базальтовых пород и устройство для его осуществления позволяют технологически и конструктивно реализовать технологические процессы активного плавления базальтовых пород и перехода их в аморфное состояние, гомогенизации и дегазации расплава, снизить энергопотребление, повысить производительность и обеспечить производство непрерывных волокон с высокими характеристиками по прочности, эластичности и термической стойкости.A method for the production of continuous fibers from basalt rocks and a device for its implementation allow technologically and constructively implementing technological processes for the active melting of basalt rocks and their transition to an amorphous state, homogenization and degassing of the melt, reduce energy consumption, increase productivity and ensure the production of continuous fibers with high strength characteristics , elasticity and thermal stability.
Пример реализации изобретения.An example implementation of the invention.
В НПО «Вулкан» г.Оса Пермского края работают установки BCF 1C и BCF 2C в составе технологической линии ТЕ BCF-2000 для производства базальтового непрерывного волокна. При изготовлении установок BCF 1C и BCF 2C использованы технические решения данного изобретения.The Volcano NGO Osa, Perm Territory operates the BCF 1C and BCF 2C units as part of the TE BCF-2000 technological line for the production of continuous basalt fiber. In the manufacture of installations BCF 1C and BCF 2C used technical solutions of this invention.
Установки BCF 1C и BCF 2C имеют следующие основные технические характеристики.The BCF 1C and BCF 2C units have the following main technical specifications.
По сравнению с установками BCF 1 и BCF 2, изготовленными на основе технических решений патента прототипа №77861 UK, у установок BCF 1C и BCF 2C удельный расход природного газа на производство 1 кг БНВ снижен на 30% до 0.6 м3 на кг базальтового непрерывного волокна (БНВ) электроэнергии - на 55% до 0.4 кВт на кг БНВ.Compared to the BCF 1 and
Производительность производства БНВ увеличена на 28-35%.Productivity of BCF production increased by 28-35%.
Характеристики производимого ровинга БНВ соответствуют техническим условиям (ТУ) на ровинг БНВ.The characteristics of the manufactured BNV roving comply with the technical specifications (TU) for the BNV roving.
Для производства БНВ используются долериты с повышенным содержанием оксидов кремния и алюминия.Dolerites with a high content of silicon and aluminum oxides are used for the production of BCF.
Источники информацииInformation sources
1. РСТ. WO 98/22401. 1998. Доманов Г.П., Асланова Л.Г. и др. Способ получения базальтового волокна и устройство для его осуществления.1. PCT. WO 98/22401. 1998. Domanov G.P., Aslanova L.G. and others. A method of obtaining basalt fiber and a device for its implementation.
2. RU 2193538. Способ и устройство для производства базальтовых волокон.2. RU 2193538. Method and device for the production of basalt fibers.
3. UA 77861. МПК G03B 37/00. Оснос С.П. Способ и устройство для производства волокон из базальтовых пород.3. UA 77861. IPC G03B 37/00. Osnos S.P. Method and device for the production of fibers from basalt rocks.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009143247/03A RU2421408C1 (en) | 2009-11-23 | 2009-11-23 | Method of producing continuous fibres from basalt rocks and device to this end |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009143247/03A RU2421408C1 (en) | 2009-11-23 | 2009-11-23 | Method of producing continuous fibres from basalt rocks and device to this end |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2421408C1 true RU2421408C1 (en) | 2011-06-20 |
Family
ID=44737962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009143247/03A RU2421408C1 (en) | 2009-11-23 | 2009-11-23 | Method of producing continuous fibres from basalt rocks and device to this end |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2421408C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU194480U1 (en) * | 2019-05-27 | 2019-12-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | DEVICE FOR PRELIMINARY HEATING OF BASALT CHARGE |
| RU2720840C1 (en) * | 2019-07-02 | 2020-05-13 | Сергей Павлович Лесков | Method (embodiments) and device (embodiments) for production of continuous mineral fibre |
| RU2804530C1 (en) * | 2022-06-10 | 2023-10-02 | Общество с ограниченной ответственностью "ВОРОНЕЖСКИЙ КОМБИНАТ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ" | Method for production of mineral wool thermal insulation materials based on basalt rocks and resulting mineral wool insulation based on environmentally friendly basalt rocks |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2118300C1 (en) * | 1996-11-19 | 1998-08-27 | Людмила Григорьевна Асланова | Method and device for production of basalt fiber |
| RU2193538C1 (en) * | 2001-12-14 | 2002-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Ультраволокно" | Method and device for forming basalt fibers |
| UA77861C2 (en) * | 2005-04-21 | 2007-01-15 | Serhii Petrovych Osnos | Method and mechanism for production of fibers from basalt rocks |
-
2009
- 2009-11-23 RU RU2009143247/03A patent/RU2421408C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2118300C1 (en) * | 1996-11-19 | 1998-08-27 | Людмила Григорьевна Асланова | Method and device for production of basalt fiber |
| RU2193538C1 (en) * | 2001-12-14 | 2002-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Ультраволокно" | Method and device for forming basalt fibers |
| UA77861C2 (en) * | 2005-04-21 | 2007-01-15 | Serhii Petrovych Osnos | Method and mechanism for production of fibers from basalt rocks |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU194480U1 (en) * | 2019-05-27 | 2019-12-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | DEVICE FOR PRELIMINARY HEATING OF BASALT CHARGE |
| RU2720840C1 (en) * | 2019-07-02 | 2020-05-13 | Сергей Павлович Лесков | Method (embodiments) and device (embodiments) for production of continuous mineral fibre |
| RU2804530C1 (en) * | 2022-06-10 | 2023-10-02 | Общество с ограниченной ответственностью "ВОРОНЕЖСКИЙ КОМБИНАТ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ" | Method for production of mineral wool thermal insulation materials based on basalt rocks and resulting mineral wool insulation based on environmentally friendly basalt rocks |
| RU2805442C1 (en) * | 2023-04-28 | 2023-10-17 | АО "НПК "Суперметалл" | Method and device for producing continuous fibre from basalt rocks |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1096430C (en) | Method and device for producing mineral fibers | |
| US8574475B2 (en) | Process of and apparatus for making mineral fibers | |
| RU2118300C1 (en) | Method and device for production of basalt fiber | |
| RU2471727C2 (en) | Device and method of fusing vitrifiable materials | |
| RU2246454C2 (en) | Method and a device for melting and refining of glass mass | |
| US9688561B2 (en) | Process and apparatus for making a mineral melt | |
| ITMI971255A1 (en) | PROCESS AND DEVICE FOR THE RECYCLING OF WASTE IN A PRODUCTION OF MINERAL FIBERS | |
| CN104870381A (en) | Process and apparatus for forming man-made vitreous fibres | |
| RU2421408C1 (en) | Method of producing continuous fibres from basalt rocks and device to this end | |
| CN104918893A (en) | Process and apparatus for forming man-made vitreous fibres | |
| CN104854040A (en) | Process and apparatus for forming man-made vitreous fibres | |
| CN100509670C (en) | Production method and equipment of basalt fiber | |
| CN101215078A (en) | Method for preparing alkali-proof glass sphere and glass fibre | |
| CN110040971A (en) | A kind of method and basalt fibre using tank furnace method production basalt fibre | |
| US4146375A (en) | Method for the continuous production of glass fiber strand | |
| CN100427419C (en) | Method and equipment for melting ore and modulating molten mass in continuous basalt fiber production | |
| RU2412120C1 (en) | Device with feeder furnace to produce continuous basalt fibers | |
| WO2001081258A1 (en) | Method for producing mineral wool products from basalt-bearing rocks and a production line for carrying out said method | |
| WO1982004246A1 (en) | Process for producing molten glass | |
| RU94571U1 (en) | DEVICE FOR THE PRODUCTION OF BASALT CONTINUOUS FIBERS WITH A FYDER FURNACE | |
| RU62924U1 (en) | INSTALLATION FOR THE PRODUCTION OF CONTINUOUS INORGANIC FIBERS FROM ROCKS "KIBOL MODULE" | |
| UA77861C2 (en) | Method and mechanism for production of fibers from basalt rocks | |
| KR100653869B1 (en) | Basalt short fiber manufacturing method and apparatus used therefor | |
| UA76093C2 (en) | A method for producing mineral fibers | |
| SU45839A1 (en) | Shaft furnace for stone smelting |