RU10714U1 - Устройство для получения волокна из расплава горных пород - Google Patents

Abstract

1. Устройство для получения волокна из расплава горных пород, включающее корпус, образованный торцевыми и боковыми стенками, фильерную пластину в его дне со средством ее укрепления и соединенные с торцевыми стенками токоподводы, отличающееся тем, что средство для укрепления фильерной пластины выполнено в виде водоохлаждаемой опоры по центральной продольной оси фильерной пластины, установленной с возможностью взаимодействия с ее нижней поверхностью, и поперечных ребер жесткости по длине фильерной пластины, размещенных перпендикулярно на ее верхней поверхности, кроме того, устройство снабжено жестко закрепленным на фильерной пластине над опорой внутри корпуса нагревателем и перфорированным разновысотными над фильерной пластиной верхним и нижним нагревательными экранами, при этом ребра жесткости неразъемно соединены с нагревателем и прижаты к фильерной пластине нижним экраном, высота которого составляет 0,2 - 0,5 высоты H верхнего экрана, и отверстия на 1/25 - 1/15 его длины от торцов уменьшены на 0,05 - 0,13 мм, а к центру - на 0,16 - 0,25 мм от диаметра фильеры, кроме того, боковые стенки корпуса между экранами выполнены с внутренним углом к фильерной пластине α = 40 - 90 град., а ширина B и высота H верхнего экрана связаны соотношением B/H = 2,06 - 4,40.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фильерная пластина выполнена профилированной под водоохлаждаемую опору, а нижний экран имеет подъем к нагревателю на угол β = 3 - 15 град. от фильерной пластины.3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что ребра жесткости выполнены перфорированными.4. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что нагреватель выполнен перфорированным.5. Устройство по пп

Description

МПК 6 COS в 37/09

УСТРОЙСТВО для ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНА ИЗ РАСНЛАВА ГОРНЫХ НОРОД

Полезная модель относится к устройствам для выработки волокна из минеральных расплавов, а именно: из раснлава горных пород.

Общеизвестно, что такие высокотемпературные материалы, как расплавы горных пород, имеют специфические особенности - узкий интервал плавления и кристаллизации, крутую кривую вязкости в зависимости от температуры, что приводит к узкому интервалу рабочих температур выработки волокна. Кроме того, высокий удельный вес такого расплава приводит к значительному весу расплава в устройстве и как следствие этого прогибу в его дне фильерной пластины, особенно при ее больших размерах. Это не позволяет обеспечить необходимые теплотехнЕгческие характеристики устройства, нарушает технологический процесс и снижает производительность и срок службы устройства.

Одна из тенденций конструирования устройств для получения волокна из расплава минерального материала направлена на усовершенствование фильерной пластины. Так, известно устройство для получения волокна из расплава горных пород - многофильерный питатель их жаростойкого сплава, включающий корпус, фильерную пластину и токоподводы (а.с. СССР № 966049, МКИ СОЗ В 37/09, пр.30.12.80., оп.15.10.82, бюл. №38). Корпус питателя выполнен в поперечном сечении тавровой формы, что повышает прочность питателя. При этом, диаметр фильер, увеличивающийся от середины фильерного поля к токоподводам, а шаг между фильерами - уменьшающийся, что частично способствует созданию необходимых теплотехнических характеристик фильерного узла: равных температурных условий для фильер. Это обеспечивает одинаковые условия разъедания их агрессивным расплавом и в итоге увеличивает срок службы питателя.

Однако, известная конструкция рассчитана на достижение данных характеристик только исходя из предпосылки подачи к фильерной пластине однородного расплава, получение которого для расплава горных пород является достаточной сложным. В конструкции сосуда усовершенствована только форма фильерной пластины и он не имеет элементов, предварительно влияюших на поступающ 1Й к ней расплав.

ный сосуд для получения волокна из термопластичного материала (а.с. СССР № 975612, МКИ СОЗ В 37/09, пр. 18.03.81., оп.23.11.82. в бюл. №43), включающий корпус с токоподводами, фильерную пластину и расположенный внутри корпуса нагревательный элемент. Кроме того, сосуд снабжен ребрами жесткости: корпус выполнен из секций, а ребра жесткости расположены в местах стыка секций. Все это позволяет в определенной мере достичь механических и теплотехнических характеристик, но не обеспечивает длительной пригодности к нормальной эксплуатации известного устройства.

Местоположение нагревательного элемента не позволяет регулировать температуру расплава в непосредственной близости от зоны выработки волокна - у фильерной пластины, а ребра жесткости не защищают её от прогиба, что в значительной степени нарушает технологический процесс и не позволяет в полной мере увеличить срок службы сосуда.

Другой тенденцией в конструкции устройств рассматриваемого вида является создание фильерных питателей с элементами для предварительного равномерного распределения тяжелой массы расплава горных пород, поступающего на выработку, как по длине, так и по ширине фильерной пластины.

Так, известен фильерный питатель для получения волокна из неорганического материала (а.с. СССР №562518, МКИ СОЗ В 37/09, пр. 03.11.75., оп. 25.06.77. в бюл. №23), содержащий корпус - лодочку, фильерную пластину в его дне и токоподводы. Питатель снабжен распределителем расплава в форме продольной к корпусу перегородки, которая направляет неорганический расплав, например, тяжелый расплав горных пород, к периферийным по длине частям сосуда. Обогнув распределитель, расплавленная масса вытекает затем к средним фильерам и образует слой почти одинаковой температуры и массы по длине фильерной пластины, что позволяет частично исключить её прогиб и в некоторой степени повысить прочность питателя.

Известен также аналогичный заявляемому фильерный питатель для выработки волокна из горных пород, включающий корпус, фильерную пластину и распределитель расплава по длине питателя (а.с. СССР №990698, МКИ СОЗ В 37/09, пр. 16.06.80., оп. 23.01.83. в бюл. №3). Неустойчивость технологического процесса в результате кристаллизации расплава базальта в фильерах из-за его низкой теплопроводности частично устраняется за счет достаточно равномерного распределения расплава по длине фильерной пластины, а её прочность и долговечность сосуда в определенной мере приближаются к требуемым характеристикам.

участки оказываются нагретыми значительио больше, чем на периферии по ее ширине. Температурная неоднородность по сечению потока тяжелого расплава торных пород усиливается температурной неоднородностью самой фильерной пластины по ее ширине. Фильерная пластина деформируется, при этом з удшаются показатели технологии получения волокна, например производительность, и уменьшается срок службы всего устройства.

Известен также многофильерный питатель для изготовления непрерывного волокна из расплава горных пород (п. РФ №2087435, МПК СОЗВ 37/09, пр. 02.11.93., оп. 20.08.97. в бюл. №23), включающий корпус, соединенные с ним токоподводы и фильерную пластину с размещенным над ней выпуклым перфорированным нагревательным экраном. Разнонаправленные температурные градиенты расплава и пластины по ее ширине позволяют иметь однородный по температуре расплав на выходе из фильер. При этом, создание одного уровня тяжелого расплава по ширине фильерной пластины предотвращают ее нежелательный прогиб в процессе эксплуатации питателя.

Однако, известный питатель, создающий выровненные температуру и массу расплава по ширине фильерной пластины, не обеспечивает технологически полностью устойчивый процесс выработки волокна из специфического расплава горных пород. Теплофизические свойства непрозрачного расплава из-за невозможности его прогрева излучением недостаточно однородны, а распределение его по длине питателя исключено, поэтому устройство не достигает высоких технологических показателей, в том числе производительности, имеет деформацию фильерной пластины и не достаточно высокий срок эксплуатации.

Известен также фильерный питатель для получения непрерывного волокна из неорганических расплавов (свидетельство на полезную модель РФ №7100, МПК СОЗВ 37/09, пр. 15.07.97., оп. 16.07.98., бюл. №7), который рещает задачу устранения температурной неоднородности расплава по всей фильерной пластине. Устройство включает корпус, фильерную пластину и установленный в корпусе с уклоном к концам фильерной пластины распределитель расплава в форме двускатной крыши, конек которой размещен поперек фильерной пластины. Такая конструкция питателя приводит к определенной температурной однородности всего фильерного поля.

Однако, даже известное устройство для такого проблемного расплава, как расплав горных пород, не может в полной мере обеспечить одинаковый уровень расплава и его равномерную температуру по всей фильерной пластине. Это приводит к ее прогибу, ухудшению технологических

характеристик процесса волокнообразования и снижению требуемого срока службы нитателя.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по совокупности существенных признаков является устройство для получения волокна из неорганических расплавов, в т.ч. горных пород (а.с. СССР №286158, МКИ СОЗВ 37/06, пр. 27.12.68., он. 10.11.70. в бюл. №34).

Устройство для получения волокна из расплава горных пород включает корпус, образованный торцевыми и боковыми стенками, фильерную пластину в его дне со средством для укрепления фильерной пластины и соединенные с торцевыми стенками токоподводы. Средством для укрепления фильерной пластины является один из её двух - наружного и внутреннего, элементов, установленных в зазором между собой.

При этом, пространство между элементами может быть заполнено термостойким керамическим материалом, что способствует созданию более высоких рабочих механических и теплотехнических характеристик фильерного узла.

Однако, размещение укрепляющего фильерную пластину средства равномерно по ее площади не дает возможности скорректировать влияние широкого сплошного потока тяжелого расплава горных пород, подаваемого, в основном, по центру питателя. Отсутствие предварительно рассекающих и распределяющих расплав поверхностей на пути его движения к фильерной пластине и отсутствие рекомендаций по соотношению размеров ее отверстий с учетом неравномерности прогрева как по ширине, так и по ее длине, приводят к неодинаковому уровню разнотемпературного расплава по всей фильерной пластине. Основным недостатком устройства является малый срок его эксплуатации из-за деформации фильерной пластины, которая прогибается под тяжестью находящегося в устройстве расплава.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение срока службы устройства при высоком уровне его производительности.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявляемой полезной модели, выражается в повышении жесткости фильерной пластины и конструкционной прочности устройства в целом при компенсации температурной неоднородности как самой пластины, так и подаваемого к ней расплава по ширине, длине и высоте устройства.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для получения волокна из расплава горных пород, включающем корпус, образованный торцевыми и боковыми стенками, фильерную пластину в его дне со средством ее укрепления и соединенные с торцевыми стенками токоподводы, согласно полезной модели, средство для укрепления фильерной пластины выполнено в виде водоохлаждаемой опоры по центральной продольной оси фильерной пластины, установленной с возможностью взаимодействия с ее нижней поверхностью и поперечных ребер жесткости по длине фильерной пластины, закрепленных перпендикулярно на ее верхней поверхности, кроме того, устройство снабжено жестко закрепленным на фильерной пластине над опорой внутри корпуса нагревателем и перфорированными разновысотными над фильерной пластиной верхним и нижним нагревательными экранами, при этом, ребра жесткости неразъемно соединены с нагревателем и прижаты к фильерной пластине нижним экраном, высота которого составляет 0,24-0,5 высоты Н верхнего экрана и отверстия на 1/25-г1/15 его длины от торцов уменьшены на (0,054-0,13) мм, а к центру - на (0,164-0,25) мм от диаметра фильеры. Кроме того, боковые стенки корпуса между экранами выполнены с внутренним углом к фильерной пластине а 404-90 град., а ширина В и высота Н верхнего экрана связаны соотношением В/Н 2,064-4,40.

Устройство отличается также тем, что фильерная пластина может быть выполнена профилированной под водоохлаждаемую опору и нижний экран имеет подъем к нагревателю на угол Р 34-15 град, от фильерной пластины.

Устройство отличается также тем, что ребра жесткости могут быть выполнены перфорированными.

Устройство отличается тем, что могут быть В (624-88) мм и Н (204-30) мм.

Наличие средства для укрепления фильерной пластины в виде опоры по ее центральной продольной оси, установленной с возможностью взаимодействия с ее нижней поверхностью, и поперечных ребер жесткости по длине фильерной пластины, размеш;енньж перпендикулярно на ее верхней поверхности и неразъемно соединенных с жестко установленным на фильерной пластине нагревателем, и прижатых к фильерной пластине нижним экраном обеспечивает пространственную жесткость устройства вследствие совместной работы указанных поперечных, продольных и перекрываюш;их элементов конструкции. Предлагаемое устройство имеет связевую систему с пространственным ядром жесткости, его схема учитывает особенности взаимодействия всех элементов конструкции между собой и с ее основным элементом - фильерной пластиной.

Устройство выполнено с учетом неблагоприятных воздействий расплавов горных пород и их специфики.

стенок, регламентированные относительно диаметра фильер размеры отверстий нижнего экрана но его длине, местоноложение нагревателя, соотнесенное с расположением водоохлаждаемой оноры и ребер жесткости - с нижним нагревательным экраном позволяет подавать расплав одинаковой массы постоянной температуры и уровня на фильерную пластину, при этом, собственный неравномерный нагрев ее компенсируется и температура по всему фильерному полю поддерживается равной.

Эффективная работа устройства обеспечивается правильным выбором всех соотношений, которые установлены экспериментально.

Если соотношения размеров устройства будут выходить за указанные пределы, то оно не будет эффективно выполнять свои функции. Слишком большой объем расплава между экранами будет литься через отверстия нижнего экрана неуправляемым сплошным потоком, а чрезмерно малый - быстро кристаллизоваться в его отверстиях. Выполнение опоры водоохлаждаемой позволяет исключить ее нагрев от фильерной пластины для беспрепятственной эксплуатации всего устройства и в то же время требует соотнесенного с опорой нагревателя на фильерной пластине, чтобы не допустить ее возможного захолаживания со стороны этой опоры.

В случае исключения нагревателя и нагреваемых от него ребер возникает неравномерный нагрев фильерной пластины, неравные условия воздействия на нее агрессивным расплавом горньж пород и снижение срока службы всего устройства.

Излишне высокое положение нижнего экрана над фильерной пластиной приводит к тому, что расплав горных пород на своем пути к ней успевает охладиться до недопустимых для волокнообразования температур, а излишне близкое его положение вызывает недопустимый перегрев фильерной пластины.

Предлагаемое соотношение величины отверстий нижнего экрана и фильерной пластины позволяет создать постоянный расход расплава через них. При отклонении этих соотношений от требуемых происходит разрыв или возникает избыток подачи расплава на выработку, а значит - колебание диаметра и обрыв волокна.

Кроме того, возможное выполнение фильерной пластины профилированной под водоохлаждаемую опору, а нижнего экрана в соответствии с этим - с подъемом к нагревателю на угол Р 34-15 град, от фильерной пластины позволяет создать одинаковые оптимальные условия для нагрева расплава и сохранения его характеристик на созданных таким образом равных путях его движения от данного экрана к фильерной пластине указанной конфигурации.

по длине и ширине фильерной пластины для наилучшего обеспечения условий формирования над ней одного уровня и массы расплава.

В частных случаях выполнения устройства высота верхнего экрана над фильерной пластиной может составлять () мм, а ширина этого экрана может быть равна (62-ь88) мм.

Отличительные от наиболее близкого аналога признаки заявляемой полезной модели являются существенными, т.к. влияют на достигаемый технический результат. Совокупность всех суш,ественных признаков полезной модели не известна из уровня техники, следовательно она является новой.

На чертежах:

Фиг. 1 - предлагаемое устройство, обш,ий вид с фронтальным разрезом; Фиг. 2 - предлагаемое устройство, вид сверху со сложным разрезом; Фиг. 3 - предлагаемое устройство, поперечный разрез.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного результата заключаются в описании устройства в статике и приведении способа его использования.

Устройство для получения волокна из расплава горных пород включает корпус, образованный торцевыми 1 и боковыми 2 стенками, фильерную пластину 3 в его дне со средством ее укрепления в виде водоохлаждаемой опоры 4 по центральной продольной оси фильерной пластины 3, установленной с возможностью взаимодействия с ее нижней поверхностью. К средству для укрепления фильерной пластины 3 относятся также и ребра жесткости 5 - поперечные к длине фильерной пластины 3, размещенные перпендикулярно на ее верхней поверхности. Для нагрева элементов конструкции и расплава устройство снабжено соединенными с торцевыми стенками 1 токоподводами 6 и размещенным внутри корпуса перфорированным нагревателем 7, который жестко закреплен на фильерной пластине 3 над опорой 4. Устройство снабжено также разновысотными к фильерной пластине 3 верхним 8 и нижним 9 нагревательными экранами. Ребра жесткости 5 неразъемно соединены с нагревателем 7 и прижаты к фильерной пластине нижним экраном 9.

При этом, высота верхнего экрана 8 над фильерной пластиной 3 равна 27 мм, а высота нижнего экрана 9 составляет 0,28 этой величины и равна 7,5 мм. По длине нижнего экрана - 344 мм, на расстоянии от его обоих торцов к центру, составляющем 1/20 его длины, отверстия 10 этого экрана уменьшены на 0,1 мм от диаметра фильеры 11, составляющем 1,45 мм, и равны 1,35 мм. На участках же данного экрана, более близких к его центру, отверстия уменьшены на 0,21 мм от диаметра фильеры 11 и равны 1,24мм. Боковые стенки 2 корпуса между экранами 8 и 9 выполнены с

внутренним углом а 50 град, к фильерной нластнне 3, а ширнна В 67 мм и высота Н 30 мм верхнего экрана 8 связаны соотношением В/Н 2,23.

Кроме того, в устройстве фильерная пластина 3 выполнена профилированной под водоохлаждаемую опору 4, а нижний экран 9 имеет подъем к нагревателю 7 на угол (3 8 град, от фильерной пластины 3.

При этом, ребра жесткости 5 выполнены перфорированными.

Устройство работает следующим образом.

Расплав горных пород - базальта Ужгородского месторождения «Красный партизан поступает в корпус, образованный торцевыми 1 и боковыми 2 стенками - на верхний экран 8 от устройства для подачи расплава из плавильной печи. Нагревательный экран 8 позволяет частично сформировать гомогенный по температуре, а за счет фильтрующей способности и по составу, поток расплава, попадающий в пространство между экранами 8 и 9.

Объем расплава в устройстве определяется выбранным отношением высоты и ширины верхнего экрана. В верхней замкнутой камере, образованной нагревательными верхним 8 и нижним 9 экранами и боковыми стенками 2 устройства, обычно быстро теряющий температуру по высоте расплав базальта в предлагаемых условиях сохраняет свои температурные и вязкостные характеристики. Наклон боковых стенок 2 внутрь устройства под выбранным углом к фильерной пластине обеспечивает больший прогрев расплава в более подверженных охлаждению периферийных по ширине зонах устройства. Поток расплава попадает на участки нижнего экрана 9, по-разному отстоящие от его поперечных (торцевых) и продольных краев. Наиболее нагретый расплав базальта из центральной части потока с меньшей вязкостью проходит через центральные более мелкие отверстия экрана 9, а менее нагретый расплав базальта из периферийной части потока проходит через периферийные по длине экрана 9 более крупные отверстия. При этом, формируется одинаковый поток прошедшего через экран 9 расплава, который направляется к фильерной пластине 3. В нижней замкнутой камере, образованной фильерной пластиной 3, нижним нагревательным экраном 9, перфорированным нагревателем 7 и ребрами жесткости 5, происходит дополнительный подогрев расплава перед подачей его в непосредственную зону формирования волокон. За счет этого к фильерной пластине 3 проблемный расплав базальта подходит с одинаковой температурой и вязкостью и образует один уровень расплава во всему фильерному полю.

пластине 3, что позволяет обеспечить одинаковые пути расплава от экрана 9 до фильер, а также дополнительно распределить при данной конфигурации фильерной пластины 3 расплав базальта по ее ширине. Ребра жесткости 5 и нагреватель 7 выполнены перфорированными, что дает возможность расплаву формировать одинаковый уровень на фильерной пластине 3 независимо от случайного перекрытия какого-либо отверстия нижнего экрана 9.

Получаемая из волокна нить поступает на намоточное устройство (не показано).

В таблице приводим пример показателей работы предлагаемого устройства для получения волокна из расплава горных пород, а именно: из расплава базальта.

Технические преимущества заявляемого устройства выявлены по сравнению с известными промышленно освоенными устройствами того же назначения, используемыми в ОАО «Судогодское стекловолокно с указаниями их конкретных данных.

Из таблицы видно, что заявляемое устройство имеет более высокий результат по сроку службы и производительности, который получается при его использовании по сравнению с тем результатом, который возникает от объектов-предшественников. При выборе любого из них за базовый образец, можно отметить, что технический уровень предлагаемого устройства выше, особенно с учетом того, что заявляемый питатель с большим количеством фильер (816 шт. по сравнению с 200 шт. или 400 шт.) значительно сильнее подвержен деформации фильерной пластины.

Предлагаемое устройство может заменить собой два любых вместе взятых питателя, достичь производительности, при этом увеличив срок нормальной эксплуатации за счет пространственной жесткости и устойчивости конструкции, обеспечиваюп1;их его прочность и долговечность.

Показатели заявляемого и известных устройств для получения волокна из расплава горных пород

Таблица

Claims (5)

1. Устройство для получения волокна из расплава горных пород, включающее корпус, образованный торцевыми и боковыми стенками, фильерную пластину в его дне со средством ее укрепления и соединенные с торцевыми стенками токоподводы, отличающееся тем, что средство для укрепления фильерной пластины выполнено в виде водоохлаждаемой опоры по центральной продольной оси фильерной пластины, установленной с возможностью взаимодействия с ее нижней поверхностью, и поперечных ребер жесткости по длине фильерной пластины, размещенных перпендикулярно на ее верхней поверхности, кроме того, устройство снабжено жестко закрепленным на фильерной пластине над опорой внутри корпуса нагревателем и перфорированным разновысотными над фильерной пластиной верхним и нижним нагревательными экранами, при этом ребра жесткости неразъемно соединены с нагревателем и прижаты к фильерной пластине нижним экраном, высота которого составляет 0,2 - 0,5 высоты H верхнего экрана, и отверстия на 1/25 - 1/15 его длины от торцов уменьшены на 0,05 - 0,13 мм, а к центру - на 0,16 - 0,25 мм от диаметра фильеры, кроме того, боковые стенки корпуса между экранами выполнены с внутренним углом к фильерной пластине α = 40 - 90 град., а ширина B и высота H верхнего экрана связаны соотношением B/H = 2,06 - 4,40.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фильерная пластина выполнена профилированной под водоохлаждаемую опору, а нижний экран имеет подъем к нагревателю на угол β = 3 - 15 град. от фильерной пластины.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что ребра жесткости выполнены перфорированными.

4. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что нагреватель выполнен перфорированным.

5. Устройство по пп.1 - 4, отличающееся тем, что B = (62 - 88) мм и H = (20 - 30) мм.