RU2128149C1 - Способ изготовления волокон из термопластичного материала и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ изготовления волокон из термопластичного материала и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2128149C1 RU2128149C1 RU97113552/03A RU97113552A RU2128149C1 RU 2128149 C1 RU2128149 C1 RU 2128149C1 RU 97113552/03 A RU97113552/03 A RU 97113552/03A RU 97113552 A RU97113552 A RU 97113552A RU 2128149 C1 RU2128149 C1 RU 2128149C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- nozzle
- fibers
- bowl
- energy carrier
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 title claims abstract description 7
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 41
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 7
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 2
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 abstract description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000001007 puffing effect Effects 0.000 abstract 2
- 239000004035 construction material Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 20
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 9
- 239000000156 glass melt Substances 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003238 silicate melt Substances 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 239000006060 molten glass Substances 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004604 Blowing Agent Substances 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000010411 cooking Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 239000011491 glass wool Substances 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000010128 melt processing Methods 0.000 description 1
- 239000002557 mineral fiber Substances 0.000 description 1
- 239000006199 nebulizer Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000002304 perfume Substances 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000003303 reheating Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
- C03B37/04—Manufacture of glass fibres or filaments by using centrifugal force, e.g. spinning through radial orifices; Construction of the spinner cups therefor
- C03B37/045—Construction of the spinner cups
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
- C03B37/04—Manufacture of glass fibres or filaments by using centrifugal force, e.g. spinning through radial orifices; Construction of the spinner cups therefor
- C03B37/048—Means for attenuating the spun fibres, e.g. blowers for spinner cups
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к производству теплоизоляционных строительных материалов и может быть использовано для получения преимущественно супертонкого волокна из термопластичных материалов. Предложенное изобретение направлено на решение задачи интенсификации процесса, расширения технологических возможностей центробежно-фильерного раздува, увеличение производительности и качества теплоизоляционных изделий. Способ изготовления волокна включает получение газонасыщенного расплава из термопластичного материала, преимущественно стекла, с плотностью на 0,5-20,0% ниже удельного веса осветленного расплава. Часть расплава (5-95%) центрифугируют в тонкие нити с последующей газодинамической вытяжкой высокотемпературным энергоносителем. Часть (95-5%) раздувают в супертонкие волокна с помощью дополнительного энергоносителя - пара или сжатого воздуха, в котором возбуждены акустические колебания мощностью 110-175 дБ. Устройство содержит центрифугу в виде полого вала, на нижнем конце которого укреплена центрифугальная чаша с фильерным поясом на ее боковой поверхности, камеру сгорания, разделенную кольцевой перегородкой на две изолированные камеры. Устройство содержит также полость и сверхзвуковое сопло, редуцирующий переток в досопловый отсек в виде калиброванных по диаметру отверстий. Живые сечения редуцирующего перетока и сверхзвукового сопла соотносятся между собой как 0,3:1 - 3:1. 2 с и 8 з.п.ф-лы, 8 ил.
Description
Изобретение относится к производству теплоизоляционных строительных материалов и может быть использовано для получения преимущественно супертонкого волокна из термопластичного материала, например стекла.
Известен способ для получения супертонких волокон из минерального и стекольного расплава путем раздува их струйным энергоносителем, паром или сжатым воздухом, в котором возбуждены акустические ультразвуковые колебания частотой 2 - 100 кГц [1]. Этот способ реализован с помощью эжекционно-акустической дутьевой головки, содержащей корпус с патрубком для ввода энергоносителя, крышку с отверстием для подачи расплава и патрубком, подсопловую и досопловую камеры и стакан, выполненный со стороны входа энергоносителя с кольцевой по внешней стороне проточкой, образующей расположенную между корпусом и стаканом напротив сопла резонирующую полость в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием к соплу [2].
Недостатком известного устройства является низкая производительность, нестабильность качественных показателей волокна, низкий КПД, поскольку основная часть энергетики ультразвукового поля расходуется на дробление первичной струи расплава.
Известны комбинированные способы и устройства получения минерального волокна, в частности центробежно-дутьевой, имеющие своей целью разделение первичной струи на меньшие объемы в виде микроструек, пленок, мелких капель. Это позволило существенно снизить энергозатраты на раздув, повысить качество переработки, увеличить удельный выход волокна из расплава.
Известен способ получения супертонкого волокна путем центрифугирования расплава вращающимся ротором и подачи его под удар энергоносителя в виде тонких пленок, микроструек и мелких капель. Способ состоит в том, что в энергоносителе /паре или сжатом воздухе/ возбуждают акустические ультразвуковые колебания частотой 0,1 - 200,0 кГц, причем расплаву дополнительно сообщают тепло в количестве 0,15 - 1,5 кВт [З]. Однако сведения о реализации способа на сегодня отсутствуют, а в описании к изобретению не содержится каких-либо практических рекомендаций к осуществлению способа.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением по технологической сути и достигаемому результату является способ изготовления стекловолокна путем подачи расплава на внутреннюю поверхность перфорированной стенки центрифуги и последующего утонения первичных нитей высокотемпературной газодинамической вытяжкой.
Устройство, осуществляющее этот способ, включает вращающийся полый вал, внутрь которого поступает расплав. В нижней части полый вал заканчивается питателем и центрифугальной чашей, в боковых стенках которой выполнено 5000 - 11000 фильерных отверстий диаметром 0,6 - 2,0 мм. Горелки, окружающие чашу, могут работать в "мягком" режиме, со скоростью истечения высокотемпературного энергоносителя 10 м/с или в "жестком" - свыше 30 м/с. Центрифугальная чаша находится в среде газовой струи, нагретой свыше 1500oC. Чаша изготавливается из жаропрочных сплавов. Важное условие нормальной эксплуатации чаши - равномерное распределение стекломассы по высоте фильерного пояса, от этого параметра зависит срок службы чаши и качество получаемого волокна. Стекловата, производимая этими устройствами, не содержит неволокнистых включений /корольков, пыли и т.п./, поскольку первичные нити на выходе из фильер подвергаются всего лишь мягкой газодинамической вытяжке - утонению [5].
Недостатком этого способа и устройства является малый срок службы чаши, низкая производительность (120 - 250 кг/ч), связанная напрямую с количеством отверстий, их диаметром в фильерном поясе, а также невозможность переработки железосодержащих расплавов из горных пород, например базальтового состава.
В приведенных выше способе и устройстве на полноту переработки расплава и качество получаемой ваты влияют много технологических и производственных факторов, однако даже при полной оптимизации процесса не удается получить волокно с диаметром менее 5 мкм., т.е. класс супертонких волокон.
Предлагаемый способ и устройство для его осуществления направлены на решение задачи интенсификации процесса, расширения технологических возможностей центробежно-фильерного раздува преимущественно супертонких волокон из стекольных расплавов, увеличение производительности и повышения качества теплоизоляционных изделий.
Решается поставленная задача тем, что в способе изготовления волокон из термопластичного материала, преимущественно стекла, включающего приготовление расплава и выдачу его на внутреннюю поверхность перфорированной стенки центрифуги с последующим газодинамическим утонением центрифугальных нитей с помощью высокотемпературного энергоносителя, концентрично основному потоку вводят по крайней мере еще один дополнительный поток энергоносителя /пар или сжатый воздух/, в котором возбуждены акустические ультразвуковые колебания со звуковым давлением 110 - 175 дБ, причем расплав перед выдачей из печи подвергают газонасыщению /поризуют/ с уменьшением его объемной плотности. Согласно способу газонасыщение расплава ведут до объемной плотности на 0,5 - 20,0% ниже его удельного веса, т.е. веса в осветленном дегазированном состоянии; часть расплава в количестве от 5 до 95% центрифугируют в тонкие нити, а другую часть, от 95 до 5%, перерабатывают с помощью акустического поля в супертонкое волокно, причем получение и осаждение тонких и супертонких волокон ведут совместно в едином процессе. Кроме того, границы воздействия ультразвукового поля корректируют с помощью дополнительных струйных скоростных потоков, а в дополнительном энергоносителе возбуждают акустические ультразвуковые колебания с частотой 12 - 25 кГц, при звуковом давлении 115 - 160 дБ.
Устройство для осуществления способа, включающее плавильную печь для получения расплава и его выдачи на переработку, полый с электроприводом вал, на нижнем конце которого укреплена центрифугальная чаша с фильерным на ее боковой поверхности поясом, кольцевую камеру сгорания с огнеупорной футеровкой и щелевой направленной в сторону фильерного пояса дюзой, дополнительно содержит герметично от камеры сгорания отделенную перегородкой полость, снабженную подводящим патрубком и фронтальной стенкой для ввода и направленной выдачи дополнительного энергоносителя, струйный установленный на фронтальной стенке генератор акустических ультразвуковых колебаний, выполненный по крайней мере из двух кольцевых с расчетными проточками фасонных накладок, которые с фронтальной стенкой и/или между собой образуют акустическую систему генерирования ультразвука - сопло, излучающую поверхность и оппозитно соплу - резонатор, взаимодействующий с соплом, причем сопло сообщается с полостью дополнительного энергоносителя через редуцирующий переток, выполненный во фронтальной стенке в виде отверстий, излучающая поверхность резонатора расположена к плоскости вращения центрифугальной чаши под углом или параллельно ей, а живые сечения редуцирующего перетока и сопла акустического генератора соотносятся между собой как 0,3:1 - 3:1. Согласно изобретению фронтальная стенка дополнительной полости по окружности снабжена соплами для струйной коррекции границ ультразвукового поля, причем сопла могут быть выполнены цилиндрическими, щелевыми, конусными или сверхзвуковыми, а их оси ориентированы к излучающей поверхности перпендикулярно или под углом, менее 90o. Как вариант исполнения, кольцевые резонатор и сопло по периметру или его части разделены на всю глубину радиальными перегородками с образованием акустических модулей "сопло-резонатор". Кроме того, выработочные фильеры центрифугальной чаши выполнены в виде пунктирных прорезей или сплошной кольцевой щели, а чаша состоит из двух закрепленных на одном валу тарельчатых дисков с возможностью регулирования величины зазора между ними. Как еще один вариант компоновки рабочих узлов, полость дополнительного энергоносителя выполнена раздельно с камерой сгорания, соосно ей и с возможностью вертикального перемещения и жесткой фиксации относительно фильерного пояса чаши.
На фиг. 1 схематично изображен общий вид устройства для изготовления супертонких волокон по предлагаемому способу; на фиг. 2 - 6 - варианты конструктивного выполнения струйного акустического генератора по фиг. 1; на фиг. 7 - вариант компоновки полости дополнительного энергоносителя раздельно с камерой сгорания по фиг. 1; на фиг. 8 - вариант выполнения центрифугальной чаши из двух тарельчатых дисков.
Осуществляется способ следующим образом. Стеклорасплав с химическим составом, %: SiO2-42; Ba2O3-5; Al2O3-10; MnO-5; CaO-20; MgO-6; R2O-12 газонасыщают /поризуют/ любым известным способом в ванной стекловареной или плавильной газовой печи перед выдачей на переработку в волокно до объемной плотности 2160 кг/м3, что составляет 20-процентное газонасыщение относительно удельного веса расплава, т.е. плотности 2700 кг/м3, и непрерывной струей через обогреваемую фильеру с расходом 450 кг/ч и температурой 1200oС подают в центрифугальную чашу, вращающуюся с 2050 об/мин. Под действием центробежных сил часть расплава отжимается к нижним отверстиям фильерного пояса и выдавливается в виде тонких нитей навстречу скоростному потоку высокотемпературных газов - основному энергоносителю, который подвергает нити газодинамической вытяжке - утонению. Другая часть стекломассы отгоняется к верхнему ряду фильер, имеющих щелевидный профиль, и в виде тонких струек, пленок и капель сбрасывается под удар дополнительного энергоносителя /сжатого воздуха или пара/, в котором возбуждены акустические ультразвуковые колебания большой интенсивности.
Апробация способа показала, что для большинства стекол промышленного состава, например листового стекла, стекла для бытовой тары /бутылки, банки, флаконы от парфюмерии и т.п./, а также специальных составов, такие как алюмоборосиликатные, натрий-кальций-боросиликатные стекла, параметры переработки их в штапельное супертонкое волокно лежат в пределах частот 15 - 25 кГц и звуковых давлений 115 - 160 дБ.
В зависимости от выбранной температуры и химического состава расплава, а также числа оборотов чаши, размеров и количества отверстий можно варьировать в формируемом на транспортере ковре соотношения массовых долей тонких /5 - 7 мкм/ и супертонких /0,5 - 3,0 мкм/ волокон, соответственно в пределах, %: 5 - 95 и 95 - 5.
Технологические пробы показывают, что 20-процентная поризация силикатного расплава является предельной, за этим порогом мелкопористая структура нарушается, появляются крупные пузыри, пена, объемная плотность расплава становится неравномерной. Отмечено также, что наилучшей пористостью обладают кислые расплавы с модулем кислотности /Мк/ выше 2, дающие практически бескорольковую вату.
Газонасыщение расплава и его предварительная структурная подготовка перед раздувом необходимы в предлагаемом способе как технологический прием. Пневматический раздув с предварительным газонасыщением известен из практики сжигания мазута, нефти и др. тяжелых топлив. Быстрое расширение пузырьков и десорбция газов при истечении из распылителя приводит к распаду жидкости на более мелкие, чем при обычных условиях раздува, капли [6].
Процесс газонасыщения силикатного расплава прост и может осуществляться любыми доступными и известными способами, как путем шихтоподготовки с добавками порообразователей, так и с помощью режимов и средств нагрева стекломассы. Проще всего равномерная поризация расплава достигается при быстром повторном нагреве его перед выработкой или за счет сокращения сроков осветления после варки. Мелкопористую структуру расплава дают сульфатсодержащие и карбонатные шихты, горные породы, имеющие в своем составе сульфоферриты железа. Интенсивно и равномерно газонасыщается расплав при барботаже выработочных протоков стекломассы погружными газовыми горелками. Можно также использовать электрический нагрев, например, с помощью заглубленных в стекломассу графитовых электродов и т.п.
Известно, что ультразвуковое диспергирование жидких сред является результатом микровзрывов большой единичной мощности - кавитации, с развитием при схлопывании жидкости сверхвысоких давлений и температур. Внесение в расплав готовых "зародышей" кавитации в виде газовых микропузырьков способствует более полному и однородному диспергированию расплава при его контакте с ультразвуковым полем и делает процесс менее энергоемким. Многие высокомодульные кислые расплавы, например базальтовые, способны давать супертонкое волокно с удельным выходом до 100% только будучи предварительно газонасыщенными.
Результаты внедрения акустического способа раздува по ранее выполненным работам дают основания предположить, что супертонкие волокна из силикатных расплавов являются продуктом кавитационного диспергирования с последующей газодинамической вытяжкой, а сам процесс является двухстадийным. Нельзя иначе объяснить преобладающий выход микро-ультра-супертонких волокон при чрезвычайно низких удельных энергозатратах на раздув эжекционно-акустическими головками - 2,8 - 3,5 кгс/см2. Подтверждением могут служить случаи зашлаковывания резонатора, когда прекращается генерирование и излучение ультразвуковых колебаний в подсопловое пространство дутьевой головки. В отсутствии УЗ-поля качество получаемого волокна резко изменяется - увеличивается диаметр волокон с 1-2 мкм до 12-17 мкм и более, появляется большое количество неволокнистых включений.
Определяющими факторами инициирования кавитационного процесса, как отмечено выше, служат степень газонасыщенности расплава и величина звукового давления, являющаяся источником ультразвука в акустических генераторах. Технологическое единство звукового давления и поризации расплава в процессе получения супертонких волокон является существенным отличительным признаком новизны в предлагаемом техническом решении.
Заявляемый диапазон звукового давления 110 - 175 дБ является диапазоном получения волокон из большинства стекольных и минеральных расплавов. За пределами этого диапазона процесс диспергирования расплава либо малопроизводителен /уровень менее 110 дБ/, либо технически трудно осуществим, когда - более 175 дБ.
Работа газоструйного акустического ультразвукового генератора основана на использовании автоколебаний в сверхзвуковой струе при ее торможении тупиковой полостью, например резонатором Гартмана. Классический резонатор Гартмана состоит из цилиндрического сопла и расположенной соосно перед соплом цилиндрической с острыми кромками тупиковой полости. При сверхкритическом перепаде давлений между давлением на срезе сопла и окружающей атмосфере (Δ P≥ 1,9 кгс/см2) струя вне сопла становится сверхзвуковой и приобретает особую присущую только этому режиму истечения ячеистую структуру. Длина первой ячейки, определяющая диапазон частот генерации, зависит от диаметра сопла и избыточного давления. При торможении струи резонатором перед ним возникает отсоединенный скачок уплотнения, а кинетическая энергия струи в резонаторе переходит в потенциальную энергию сжатого газа. Если резонатор разместить в области, где давление в свободной струе повышается /так наз. "зона неустойчивости"/, то процесс опорожнения резонирующей полости становится периодическим. Взаимодействие струй, основной и вытекающей из резонатора, приводит к тому, что участок струи между скачком уплотнения и дном резонатора становится источником мощных акустических колебаний. Детально механизм образования в струе периодических ударных волн, излучаемых в окружающее пространство, не выяснен [7].
В предлагаемом способе использовано известное техническое решение, которое ранее было осуществлено автором /2/. Отличительной особенностью этого решения является наличие в устройстве вогнутой фокусирующей и излучающей поверхности, которая образует цилиндрический или в форме расходящегося усеченного конуса туннель, что позволило добиться высокой устойчивости генерации при различных нарушениях технологического процесса, неизбежно возникающих при раздуве высокотемпературных силикатных расплавов с быстро нарастающей вязкостью и потерей жидкотекучести.
В предлагаемом способе акустические ультразвуковые колебания излучаются не в замкнутую среду, как это имеет место в приведенном выше аналоге, а в открытое пространство, без фокусирования акустического максимума.
Задача направленного воздействия УЗ-поля на расплав может быть решена с помощью корректирующего струйного потока, создаваемого специальными соплами, а также с помощью фасонных кольцевых профилированных накладок, формирующих подсопловые диффузорные выходы.
Устройство для осуществления предложенного способа /см. фиг. 1-8/ включает плавильную печь для получения расплава и его выдачи на переработку /не показано/, полый с электроприводом 1 вал 2, на нижнем конце которого укреплена центрифугальная 3 чаша с фильерным 4 на ее боковой поверхности поясом, кольцевую камеру 5 сгорания с огнеупорной футеровкой и щелевой направленной в сторону фильерного 4 пояса дюзой 6, герметично от камеры 5 сгорания отделенную перегородкой полость 7, снабженную подводящим 8 патрубком и фронтальной 13 стенкой для ввода и направленной выдачи дополнительного энергоносителя, струйный установленный на фронтальной 13 стенке генератор акустических ультразвуковых колебаний, выполненный по крайней мере из двух кольцевых 9 и 10 с расчетными проточками 11 и 12 фасонных накладок, которые с фронтальной 13 стенкой и/или между собой 9 и 10 образуют акустическую систему генерирования ультразвука - сопло 14, излучающую 17 поверхность и оппозитно соплу 14 - резонатор 15, взаимодействующий с соплом 14, причем сопло 14 сообщается с полостью 7 дополнительного энергоносителя через редуцирующий 16 переток, выполненный во фронтальной 13 стенке в виде отверстий, излучающая 17 поверхность резонатора 15 расположена к плоскости вращения центрифугальной 3 чаши под углом или параллельно ей, а живые сечения редуцирующего 16 перетока и сопла 14 акустического генератора соотносятся между собой как 0,3: 1 - 3: 1. Согласно изобретению фронтальная 13 стенка дополнительной 7 полости по окружности снабжена соплами 19 для струйной коррекции границ УЗ-поля, причем сопла 19 могут быть выполнены цилиндрическими, щелевыми, конусными или сверхзвуковыми, а их оси ориентированы к излучающей 17 поверхности перпендикулярно или под углом, менее 90o. Как вариант исполнения, кольцевые резонатор 15 и сопло 14 по всему периметру или его части разделены на всю глубину радиальными 18 перегородками с образованием акустических модулей сопло-резонатор. Кроме того, выработочные фильеры центрифугальной 3 чаши выполнены в виде пунктирных 21 прорезей или сплошной 22 кольцевой щели, а чаша 3 состоит из двух закрепленных на одном валу тарельчатых 23 и 24 дисков с возможностью регулирования величины зазора между ними. Как еще один вариант компоновки рабочих узлов, полость 7 дополнительного энергоносителя выполнена раздельно с камерой 5 сгорания, соосно ей и с возможностью вертикального перемещения и жесткой фиксации относительно фильерного пояса 4 чаши 3.
На фиг. 3 изображен фрагмент из трех акустических модулей, - вид на разделенные резонаторы /разрез по А-А на фиг. 2/ с помощью плоских перегородок 18. Установка радиальных перегородок с образованием множества смежных модулей по всему периметру или отдельных его участков имеет своей целью повысить устойчивость генерации при местных зашлаковываниях сопловой щели или резонатора в процессе переработки расплава. Конструктивно перегородки могут быть выполнены из отдельных закрепленных в монтажные пазы пластин либо в виде профрезерованных канавок в кольцевых накладках 11 и 12.
На фиг. 4 показан вариант расположения излучающей поверхности 17 резонатора 15 акустического генератора под некоторым углом к плоскости вращения центрифугальной 3 чаши. Выбор оптимального угла излучающей поверхности связан с интенсивностью воздействия ультразвукового поля на зону формирования волокон, а также с условиями набора ковра на приемном конвейере в части соотношения тонких и супертонких волокон. В решение задач, связанных с подбором угла наклона излучающей поверхности резонатора, входит также и ввод связующего в ковер с минимальными потерями. Это - разовое технологическое решение. На фиг. 5 показан блок из двух резонирующих полостей при одном скоростном сопле. Этот вариант позволяет расширить зону воздействия УЗ-поля, поскольку излучающие поверхности 17 имеют разные углы наклона к плоскости вращения чаши 3. Кроме того, предлагаемый вариант позволяет задействовать в технологии более широкий диапазон частот, поскольку геометрические параметры резонаторов, определяющие их частотно-амплитудные характеристики в блоке, различны, к тому же струйный поток сопла работает с полной отдачей кинетической энергии.
На фиг. 6 показан акустический генератор, оснащенный двумя коаксиально расположенными резонаторами с общим диффузорным выходом озвученного энергоносителя. В этом варианте, как и в предыдущем, возможно объединить в едином блоке резонаторы с различными частотно-амплитудными характеристиками, с той, однако, разницей, что в данном варианте УЗ-поток не рассеяный, а "ножевой", остро направленного воздействия, например, при переработке расплава преимущественно в супертонкое волокно. В этом варианте акустические ультразвуковые колебания могут быть наложены и на дополнительный струйный энергоноситель, вытекающий из сопел, корректирующих УЗ-поле, при этом должно быть обеспечено его звуковое истечение.
На фиг. 7 представлено устройство с вариантом раздельной компоновки камеры сгорания 5 и полости 7 дополнительного энергоносителя. Технологические преимущества этого варианта очевидны. Упрощается и техническое обслуживание устройства при эксплуатации. На фиг. 8 показаны фрагменты выполнения центрифугальной чаши со щелевыми / пунктирными и непрерывно-щелевой/ фильерами. Чаша выполнена составной, из двух жаростойких тарельчатых дисков, с радиальными по дну каналами /или без каналов/ на встречных сторонах, с возможностью регулирования щелевого зазора. Диски закреплены на нижнем съемном конце вала, быстро заменяются и монтируются.
Работает устройство следующим образом. Струя стеклорасплава с перегревом 100-200oC поступает из выработочного отверстия плавильной печи в полый обогреваемый газом вал 2, нижняя часть которого заглушена. Вал по периметру стенки придонной части снабжен выработочными отверстиями. Назначение этого узла - предварительное равномерное распределение расплава по фильерному поясу 4 центрифугальной чаши 3. Во избежание застывания расплава внутренняя полость чаши 3 обогревается газовым факелом, кроме того, стенки чаши омываются высокотемпературными газами из дюзы 6 /основным энергоносителем/ камеры сгорания 5. Камера сгорания по существу является скоростной газовой горелкой, позволяющей организовать истечение высокотемпературного газопламенного энергоносителя со скоростью до 50 м/с при температуре 1500-1700oC.
Зазор между фильерным поясом 4 центрифугальной чаши 3 и дюзой 6 при варианте раздельного выполнения можно регулировать с помощью домкратных винтов.
Основным побудителем движения расплава через центрифугу являются центробежные силы при вращении вала и чаши; регулировка скорости вращения чаши может выполняться на ходу с помощью электропривода постоянного тока и реостатного задатчика. Однако пропускную способность центрифуги в существующих конструкциях сдерживают два фактора - допустимое число оборотов чаши, т.е. конструктивная прочность в условиях высоких температур, тепловое напряжение камеры сгорания, т.е. стойкость огнеупоров. На сегодняшний день в этой части все традиционные резервы, по-видимому, исчерпаны и требуют новых решений.
Дополнительное воздействие на расплав УЗ-полем в комбинации с высокотемпературным энергоносителем позволяет упростить конструкцию центрифугальной чаши и повысить срок ее службы.
В предлагаемом решении принцип центрифугирования использован как дополнительная возможность равномерно дозировать подачу расплава в зону воздействия ультразвукового и струйного энергоносителей, причем УЗ-поле в процессе волокнообразования играет основную роль.
Патентные и литературные источники, использованные в заявке на изобретение:
1. Авторское свидетельство СССР N 371179, C 03 B 37/06.
1. Авторское свидетельство СССР N 371179, C 03 B 37/06.
2. Авторское свидетельство СССР N 827429 C 03 B 37/06, 07.05.81.
3. Авторское свидетельство СССР N 566783 C 03 B 37/06, 30.07.77.
4. Патент СССР N 973015, C 03 B 37/06.
5. Горяйнов К.Э. и др. Технология теплоизоляционных материалов и изделий. - М.: Стройиздат, 1982, с. 161-164.
6. Пажи Д.Г. и др. Основы техники распыливания жидкостей. - М.: Химия, 1984, с. 12.
7. Ультразвук. - М.: Советская энциклопедия, 1979, с. 76.
Claims (10)
1. Способ изготовления волокон из термопластичного материала, преимущественно стекла, включающий приготовление расплава и выдачу его на внутреннюю поверхность перфорированной стенки центрифуги с последующим газодинамическим утонением центрифугальных нитей с помощью высокотемпературного энергоносителя, отличающийся тем, что концентрично основному потоку вводят по крайней мере еще один дополнительный поток энергоносителя, в котором возбуждены акустические ультразвуковые колебания со звуковым давлением 110-175 дБ, причем расплав перед выдачей из печи подвергают газонасыщению с уменьшением его объемной плотности.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газонасыщение расплава ведут до объемной плотности на 0,5 - 20,0% ниже его удельного веса, т.е. веса в осветленном дегазированном состоянии.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что часть расплава в количестве 5 - 95% центрифугируют в тонкие нити, а другую часть (95 - 5%) перерабатывают с помощью акустического ультразвукового поля в супертонкое волокно, причем получение и осаждение тонких и супертонких волокон ведут совместно в едином процессе.
4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что границы воздействия ультразвукового поля корректируют с помощью дополнительных струйных скоростных потоков.
5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что в дополнительном энергоносителе возбуждают акустические ультразвуковые колебания с частотой 12 - 25 кГц при звуковом давлении 115-160 дБ.
6. Устройство для изготовления волокон из термопластического материала, включающее плавильную печь для получения расплава и его выдачи на переработку, полый с электроприводом вал, на нижнем конце которого укреплена центрифугальная чаша с фильерным на ее боковой поверхности поясом, кольцевую камеру сгорания с огнеупорной футеровкой и щелевой направленной в сторону фильерного пояса дюзой, отличающееся тем, что дополнительно содержит герметично от камеры сгорания отделенную перегородкой полость, снабженную подводящим патрубком и фронтальной стенкой для ввода и направленной выдачи дополнительного энергоносителя, струйный установленный на фронтальной стенке генератор акустических ультразвуковых колебаний, выполненный по крайней мере из двух кольцевых с расчетными проточками фасонных накладок, которые с фронтальной стенкой и/или между собой образуют акустическую систему генерирования ультразвука, излучающую поверхность и оппозитную соплу - резонатор, взаимодействующий с соплом, причем сопло сообщается с полостью дополнительного энергоносителя через редуцирующий переток, выполненный во фронтальной стенке в виде отверстий, излучающая поверхность расположена к плоскости вращения центрифугальной чаши под углом или параллельно ей, а живые сечения редуцирующего перетока и сопла акустического генератора соотносятся между собой как 0,3 : 1 - 3 : 1.
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что фронтальная стенка дополнительной полости по окружности снабжена соплами для струйной коррекции границ ультразвукового поля, причем сопла могут быть выполнены цилиндрическими, щелевыми, конусными или сверхзвуковыми, а их оси ориентированы к излучающей поверхности перпендикулярно или под углом, менее 90o.
8. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что кольцевые резонатор и сопло по всему периметру или его части разделены на всю глубину радиальными перегородками с образованием акустических модулей сопло - резонаторов.
9. Устройство по любому из пп.6 - 8, отличающееся тем, что выработочные фильеры центрифугальной чаши выполнены в виде пунктирных прорезей или сплошной кольцевой щели, а чаша состоит из двух закрепленных на одном валу тарельчатых дисков с возможностью регулирования величины зазора между ними.
10. Устройство по любому из пп.6 - 9, отличающееся тем, что полость дополнительного энергоносителя выполнена раздельно с камерой сгорания, соосно с ней и с возможностью вертикального перемещения и жесткой фиксации относительно фильерного пояса чаши.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97113552/03A RU2128149C1 (ru) | 1997-07-21 | 1997-07-21 | Способ изготовления волокон из термопластичного материала и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97113552/03A RU2128149C1 (ru) | 1997-07-21 | 1997-07-21 | Способ изготовления волокон из термопластичного материала и устройство для его осуществления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2128149C1 true RU2128149C1 (ru) | 1999-03-27 |
Family
ID=20196114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97113552/03A RU2128149C1 (ru) | 1997-07-21 | 1997-07-21 | Способ изготовления волокон из термопластичного материала и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2128149C1 (ru) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2180317C1 (ru) * | 2001-06-27 | 2002-03-10 | Корнев Григорий Васильевич | Волокнистый алюмосиликатный композиционный материал |
| RU2180892C1 (ru) * | 2001-07-12 | 2002-03-27 | Жаров Александр Иванович | Способ получения непрерывного алюмосиликатного волокна |
| RU2236387C1 (ru) * | 2003-04-17 | 2004-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью Новосибирский Региональный Научно-технический центр "Инноватор" | Устройство для получения минерального волокна |
| RU2252199C2 (ru) * | 1999-11-24 | 2005-05-20 | Сэн-Гобэн Изовер | Способ и устройство для изготовления минеральной ваты посредством внутреннего центрифугирования |
| RU2344093C1 (ru) * | 2007-04-25 | 2009-01-20 | Олег Геннадьевич Волокитин | Установка для получения минеральных волокон |
| RU2352531C1 (ru) * | 2007-07-30 | 2009-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Огневая технология" (ООО "Огневая технология") | Способ получения волокна из минерального сырья |
| RU2392237C1 (ru) * | 2008-11-12 | 2010-06-20 | Евгений Николаевич Титаев | Способ изготовления волокон из термопластичного материала |
| RU2445278C2 (ru) * | 2010-04-20 | 2012-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Устройство для выработки непрерывного волокна из базальтового сырья |
| RU2476387C2 (ru) * | 2011-05-20 | 2013-02-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Волновод для осветления стекломассы |
| CN102964061A (zh) * | 2012-11-30 | 2013-03-13 | 山东义和诚实业集团有限公司 | 生产超细玻璃棉的离心喷吹装置 |
| RU2543228C2 (ru) * | 2012-08-24 | 2015-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Эффективные инженерные решения" | Способ получения волокна из минерального сырья и его устройство |
| RU2751320C1 (ru) * | 2020-11-23 | 2021-07-13 | Акционерное общество "НПО Стеклопластик" | Устройство для производства непрерывных высокомодульных стеклянных волокон из термопластичного материала |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4440557A (en) * | 1982-12-20 | 1984-04-03 | Owens-Corning Fiberglas Corporation | Method and apparatus for forming and collecting continuous glass filaments |
| RU2055019C1 (ru) * | 1992-06-15 | 1996-02-27 | Тихонов Роберт Дмитриевич | Способ изготовления волокна из силикатного расплава |
-
1997
- 1997-07-21 RU RU97113552/03A patent/RU2128149C1/ru active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4440557A (en) * | 1982-12-20 | 1984-04-03 | Owens-Corning Fiberglas Corporation | Method and apparatus for forming and collecting continuous glass filaments |
| RU2055019C1 (ru) * | 1992-06-15 | 1996-02-27 | Тихонов Роберт Дмитриевич | Способ изготовления волокна из силикатного расплава |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2252199C2 (ru) * | 1999-11-24 | 2005-05-20 | Сэн-Гобэн Изовер | Способ и устройство для изготовления минеральной ваты посредством внутреннего центрифугирования |
| RU2180317C1 (ru) * | 2001-06-27 | 2002-03-10 | Корнев Григорий Васильевич | Волокнистый алюмосиликатный композиционный материал |
| RU2180892C1 (ru) * | 2001-07-12 | 2002-03-27 | Жаров Александр Иванович | Способ получения непрерывного алюмосиликатного волокна |
| RU2236387C1 (ru) * | 2003-04-17 | 2004-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью Новосибирский Региональный Научно-технический центр "Инноватор" | Устройство для получения минерального волокна |
| RU2344093C1 (ru) * | 2007-04-25 | 2009-01-20 | Олег Геннадьевич Волокитин | Установка для получения минеральных волокон |
| RU2352531C1 (ru) * | 2007-07-30 | 2009-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Огневая технология" (ООО "Огневая технология") | Способ получения волокна из минерального сырья |
| RU2392237C1 (ru) * | 2008-11-12 | 2010-06-20 | Евгений Николаевич Титаев | Способ изготовления волокон из термопластичного материала |
| RU2445278C2 (ru) * | 2010-04-20 | 2012-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Устройство для выработки непрерывного волокна из базальтового сырья |
| RU2476387C2 (ru) * | 2011-05-20 | 2013-02-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Волновод для осветления стекломассы |
| RU2543228C2 (ru) * | 2012-08-24 | 2015-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Эффективные инженерные решения" | Способ получения волокна из минерального сырья и его устройство |
| CN102964061A (zh) * | 2012-11-30 | 2013-03-13 | 山东义和诚实业集团有限公司 | 生产超细玻璃棉的离心喷吹装置 |
| CN102964061B (zh) * | 2012-11-30 | 2016-03-02 | 义和诚集团有限公司 | 生产超细玻璃棉的离心喷吹装置 |
| RU2751320C1 (ru) * | 2020-11-23 | 2021-07-13 | Акционерное общество "НПО Стеклопластик" | Устройство для производства непрерывных высокомодульных стеклянных волокон из термопластичного материала |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2128149C1 (ru) | Способ изготовления волокон из термопластичного материала и устройство для его осуществления | |
| KR100188507B1 (ko) | 광물모의 제조방법 및 장치, 및 그것에 의해 제조된 광물모 | |
| FI79690B (fi) | Foer foerframstaellning av fibrer avsedd braennare inne i vilken foerbraenningen sker. | |
| KR100848292B1 (ko) | 광물성 섬유의 내부 원심 분리를 위한 장치, 원심 분리기, 내부 원심 분리에 의한 광물성 섬유를 형성하는 방법 및 광물성 섬유의 사용 방법 | |
| US2485851A (en) | Electric melting furnace | |
| US3785791A (en) | Forming unit for fine mineral fibers | |
| US4116656A (en) | Method of manufacturing fibers of inorganic material and apparatus for same | |
| JP2010522132A (ja) | 回転繊維化器 | |
| US4534779A (en) | Method and apparatus for heating a mineral fiber forming spinner | |
| KR900009019B1 (ko) | 열가소성 물질로부터 섬유를 제조하는 장치 | |
| KR100661062B1 (ko) | 내부 원심분리에 의해 광물면을 형성하는 장치 및 방법과, 상기 장치 및 방법을 사용하는 방법 | |
| US3560179A (en) | Rotary apparatus with fluid blast means for making glass fibers from heat-softenable mineral materials | |
| JPWO2004101459A1 (ja) | ガラス繊維の製造方法及び製造装置 | |
| JP2003267746A (ja) | ガラス繊維製造方法および同製造装置 | |
| US3233989A (en) | Method and apparatus for forming fibers | |
| US3649232A (en) | Method and apparatus for production of fibers from thermoplastic materials, particularly glass fibers | |
| US4544393A (en) | Rotary fiber forming method and apparatus | |
| US4468241A (en) | Method and apparatus for fiberizing meltable materials | |
| US2972169A (en) | Method and apparatus for producing fibers | |
| US3219425A (en) | Method and apparatus for forming glass fibers | |
| US3265483A (en) | Fiber forming apparatus | |
| US5693117A (en) | Radial rotary fiberizer | |
| US3238028A (en) | Apparatus for forming fiber | |
| US7685844B2 (en) | Method and device for producing mineral fibres | |
| RU2058951C1 (ru) | Устройство для изготовления минерального волокна |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20060125 |