WO2009134216A1 - Способ производства волокон из горных пород и установка для его осуществления - Google Patents
Способ производства волокон из горных пород и установка для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- WO2009134216A1 WO2009134216A1 PCT/UA2008/000026 UA2008000026W WO2009134216A1 WO 2009134216 A1 WO2009134216 A1 WO 2009134216A1 UA 2008000026 W UA2008000026 W UA 2008000026W WO 2009134216 A1 WO2009134216 A1 WO 2009134216A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- granules
- rock
- rocks
- calibrated
- grinding
- Prior art date
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 19
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 74
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 69
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 41
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 41
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 29
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 7
- 239000010438 granite Substances 0.000 abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 3
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000007380 fibre production Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002557 mineral fiber Substances 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229920002748 Basalt fiber Polymers 0.000 description 1
- 206010033101 Otorrhoea Diseases 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012784 inorganic fiber Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 239000006060 molten glass Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
- C03B5/12—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in shaft furnaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B3/00—Charging the melting furnaces
Definitions
- the present invention relates to methods and installations for the production of continuous fibers from rock melts, in particular, such as basalts, diabases, amphibolites, andesites, dacites, granites, rhyolites.
- the most successfully proposed inventions can be used to produce continuous, inorganic fibers from highly heat-resistant melts with low thermal transparency, for example, basalts, diabases, amphibolites, andesites, dacites, granites, rhyolites and other rocks. These fibers can be used to produce high temperature woven and nonwoven materials; knitwear, piercing, needle-punched, knitting-piercing products used as heat and sound insulation and filtration materials; materials for composite products, and other products.
- the disadvantages of this method are its significant energy consumption, as well as the low temperature in the furnace 1480 0 C, which does not allow melt, in particular, phenocrysts, the melting point of which exceeds 148O 0 C, which leads to instability of the process of drawing fibers due to their crystallization in spinnerets .
- the resulting fibers according to the proposed method have insufficient strength and heat resistance.
- the process is accompanied not only by heating of the granules and the melt, but also of the structural elements of the installation, the described method is quite energy-intensive, which leads to an increase in the cost of the obtained fibers and the use of rather bulky equipment.
- the quality, in particular the strength, of the obtained fibers is insufficient due to a significant temperature gradient along the height of the melt in the overheating chamber.
- the device by its technical nature and the achieved result, is a plant for producing continuous fiber from rock, which contains a device for grinding rock and a device for producing a melt with a melting zone, the outlet of which is connected to a production hole in which a spinneret is installed the feeder, and at the output of the spinneret feeder there is a mechanism for winding fiber [RF Patent N ° 021 18300, IPC 4 C 03B 37/02, 1998].
- the described installation comprises a melt furnace connected to a feeder by a duct, a production opening connected to a feeder, and a heated die feeder located below the production opening, in addition, it contains a basalt dispenser, a heat exchanger connected to the furnace furnace melting space.
- the melting furnace has a stabilizing section in which molten glass melt is stabilized in volume to the fiber production temperature.
- the melting furnace and the stabilizing section are equipped with heating systems.
- the stabilizing section of the melting furnace is connected to a feeder, where the melt is stabilized until the mass is averaged and the composition ratio of the components is ensured.
- the feeder has drainage devices and feeders supplying the melt to the spinnerets, through which the strand of continuous basalt fiber is drawn, which is then fed to the sizing mechanism and wound onto bobbins.
- the basis of the proposed inventions is the task of reducing the dimensions of the equipment used and reducing the energy intensity of the process.
- the problem is solved by creating conditions for melting each calibrated granule obtained in turn and feeding the melt formed from each granule to the working hole.
- the problem is solved by the proposed method, which, like the well-known method of producing continuous fiber from rocks, includes the operations of its grinding to obtain granules of a given size, feeding the crushed rock into the melting zone and drawing the fiber from of the melt, and, according to the invention, in the process of grinding the rock, calibrated granules are made, which, under the influence of their gravity, are alternately fed by dropping the granules into the melting zone, and the fibers are pulled from the melt of each calibrated granule.
- a feature of the proposed method is that in the process of feeding into the melting zone, each granule is supported by a stream of a heated air-gas mixture.
- a feature of the proposed method is that in the process of grinding the rocks based on andesites, calibrated granules are made with a characteristic size of 2.8-3.6 mm.
- a feature of the proposed method is that in the process of grinding rocks in which the content of silicon oxide is equal to or greater than 62 may. %, calibrated granules are made with a characteristic size of 1.6-2.1 mm.
- the problem is solved in the proposed installation, which, like the known installation for the production of fiber from rocks in the manner described above, contains a device for grinding rock and a device for producing a melt with a melting zone, the outlet of which is connected to a production hole in which a die feeder is installed and at the exit of the spinneret feeder there is a mechanism for winding fiber, and, according to the invention, the installation is supplemented by a dispenser installed at the output of the device for grinding the rock, otorrhea is designed as a funnel mounted rotatably about a vertical axis, the inner conical surface of the funnel is designed to expose the crushed rock it, and a central through hole of the funnel is designed to pass therethrough calibrated granules crushed rock in the melting zone.
- a feature of the proposed installation is that it is supplemented by a compressor, at the outlet of which there is a gas burner and a nozzle directed to the melting zone.
- the proposed inventions solve the problem of significantly reducing the energy intensity of equipment by melting each calibrated granule obtained in turn and supplying the melt formed from each granule to a production unit.
- the gas-air mixture that surrounds the calibrated granules moving downward from the funnel under the action of their own weight is a good heat-insulating material, so the heat loss is negligible.
- the time required to melt a granule when it falls is determined by the height of the drop — the distance from the exit from the funnel to the production opening and the intensity of the heat flux. Due to the absence of a furnace and other heat-intensive elements in the installation, the use of air and gas-air mixture as thermal insulation, the proposed method and installation can significantly reduce the energy consumption of the process of generation and production of high-quality rock fibers.
- the proposed installation "Model Kibol-Granul” for the production of fibers from rocks is shown schematically in the attached drawing.
- the “Kibol-Granul Model” installation contains a device for grinding the rock (not shown).
- the output of the device for grinding the rock is connected to the hopper 1.
- a damper (not shown) is installed in the outlet of the hopper 1.
- a dispenser is installed at the outlet of the outlet of the hopper 1 .
- the dispenser is made in the form of a funnel 2, which is equipped with a drive for its rotation around the vertical axis with a given angular velocity and a sensor for the frequency of its rotation / not shown /.
- a nozzle in the form of a disk with a central hole for passing granules, as well as through holes located evenly in a circle, the axes of which intersect at one point on the axis of the funnel 3 at a distance of 25-30 mm from the exit zone of the granules intended for pumping air-gas mixture through them.
- the installation may contain 3-4 such disks / not shown /.
- the installation in addition to the above elements, contains a measuring device for recording and recording the temperature of the granules connected to the corresponding temperature sensors, recording a device for rotating the funnel 3, recording a device for the thickness of the obtained fiber and a control system / not shown /.
- the control system includes pyrometric temperature sensors installed at three points along the drop height of the granules 5 / not shown /.
- the outputs of the pyrometric temperature sensors are connected to a thyristor temperature controller / not shown /.
- the installation is equipped and the thyristor regulator controls the speed of rotation of the shaft of the drive funnel 3 / not shown /.
- calibrated granules are made with a characteristic size of 2.8-3.6 mm, and in the process of grinding the rock, in which the content of silicon oxide is equal to or greater than 62 May. % calibrated granules are made with a characteristic size of 1.6-2.1 mm.
- calibrated granules allow you to create a unit whose dimensions do not exceed 2.2x1.5x1.5 m while maintaining the high quality of the obtained fibers.
- An increase in the size of granules requires an increase in the dimensions of the installation. Reducing the size of granules less than optimal significantly lengthens the process of obtaining the required volume of finished fibers.
- the rotation speed of the funnel 2, its taper and the weight of the granules determines the throughput of the outlet of the rotating funnel 2.
- the optimal geometric parameters of the funnel 2 and its outlet 3 are determined experimentally.
- the granules 4 of optimal size through the through hole 3 fall into the melting zone, where they are heated by the flame of the gas burners of the heating element 5.
- the falling velocity of the granules 4 is artificially slowed by upward flows of a mixture of hot flue gases and air from the compressor, which allows the granules to be converted 4 in the zone of the production opening 6 into the rock micromelt.
- the zone of the outlet 8 with a die feeder 7 allows you to maintain a stable desired temperature of the melt until you get fiber from it, subsequent oiling and winding of continuous fiber on the bobbin of the winding apparatus 10, coarse fiber on the apparatus 1 1, chopped fiber on the apparatus 12 and staple fiber on the apparatus 13.
- Example 1 Made of fiber from rocks based on andesite. Previously, the raw material was subjected to grinding to obtain granules with a characteristic size of 1.8 ... 4.2 mm. In the dispenser, the optimal geometric parameters of the granules 4 were set. For this, the rotation speed of the funnel 2 and its taper were experimentally established. At the same time, such a rotation speed of the funnel 2, its taper and the diameter of the central through hole 3 of the funnel 2 were achieved, which would ensure the passage of granules 4 through the dispenser, whose characteristic size is in the range of 2.8-3.6 mm.
- the strength of the elementary continuous fibers was determined on a weight type dynamometer with a working length of the sample 10 mm, and coarse fibers on a tensile testing machine PM-3 with a sample length of 50 mm.
- Table 2 The strength of the elementary continuous fibers was determined on a weight type dynamometer with a working length of the sample 10 mm, and coarse fibers on a tensile testing machine PM-3 with a sample length of 50 mm.
- Coarse fibers were obtained from a homogeneous highly homogenized melt formed as a result of melting of each individual granule, while the formation of melt jets was carried out using a slotted 600-die feeder made of a heat-resistant alloy. Extraction of the melt jets was carried out mechanically, at a speed of 5-1 Ohm / min. Formed coarse fibers were crushed into pieces on the apparatus 1 1. The main properties of the obtained coarse fibers are presented in table 3.
- the chopped fibers from the highly homogenized andesite melt were obtained by forming melt jets through a 4000 die feeder, from which continuous fibers were fed to the chopping machine 13.
- the characteristics of the chopped fibers obtained are presented in Table 4.
- Staple fibers from andesite melts were obtained by blowing primary fibers with a stream of hot gases by a known method / cm. Kitaygorodsky H.I. Glass technology.M: Gosstroyizdat, 1961.624s /.
- the properties of the obtained staple fiber are presented in table 5.
- Continuous, coarse, chopped and staple fibers obtained by the described method and on the “Modul Kibol-Granula” installation are superior in terms of the mentioned properties to the fibers obtained by the prototype method with a significant reduction in the energy consumption of the process, due to the absence of the furnace and other heat-intensive elements in the installation, use in quality of air insulation and gas-air mixture.
- Example 2 Produced continuous fibers from raw materials based on rocks in which the content of silicon oxide is equal to or greater than 62 may. %
- the chemical composition of the rock is shown in Table 6.
- Calibrated granules were made with a characteristic size of 1.6 - 2.1 mm.
- Raw materials are preliminarily crushed to obtain granules with a characteristic size of 1, 0 ... 3.0 mm.
- the optimal geometric parameters of the granules 4 were set in the dispenser. For this, the rotation speed of the funnel 2, its taper, and the diameter of the central through hole 3 of the funnel 2 were experimentally established, which would ensure the passage of granules 4 through the dispenser, whose characteristic size was in the range 1, 6-2, 1 mm.
- the resulting fibers can be used for heat and sound insulation of various objects; to replace carcinogenic asbestos products in many industries.
- the proposed invention allows to reduce the dimensions of the equipment used and to reduce the energy consumption of the fiber production process by creating conditions for melting each calibrated granule 4 obtained in turn and supplying the melt formed from each granule 4 to the production opening 6.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу и установке для производства волокон из расплавов горных пород, таких как базальты, диабазы, амфиболиты, андезиты, дациты, граниты, риолиты. Способ включает операции измельчения горной породы до получения гранул заданного размера, подачу измельченной породы в зону плавления и вытягивания волокна из расплава. В процессе измельчения породы изготавливают калиброванные гранулы, зону плавления выполняют растянутой по вертикальной оси, калиброванные гранулы поочередно под действием их силы тяжести опускают в зону плавления, а вытягивание волокна осуществляют из расплава каждой калиброванной гранулы. Скорость опускания каждой калиброванной гранулы в зону плавления ограничивают восходящим потоком подогретой газовоздушной смеси. Установка содержит устройство для измельчения породы и получения расплава с зоной плавления, выход которой соединён с выработочным отверстием, в котором установлен фильерный питатель, а на выходе фильерного питателя установлен механизм для наматывания волокна. Установка дополнена дозатором, установленным на выходе устройства для измельчения породы, который выполнен в виде воронки, закрепленной с возможностью ее вращения вокруг вертикальной оси. В основу изобретений поставлена задача уменьшения габаритов используемого оборудования и снижения энергоемкости процесса.
Description
Способ производства волокон из горных пород и установка для его осуществления
Предлагаемые изобретения относятся к способам и к установкам для производства непрерывных волокон из расплавов горных пород, в частности, таких как базальты, диабазы, амфиболиты, андезиты, дациты, граниты, риолиты.
Наиболее успешно предлагаемые изобретения могут быть использованы для выработки непрерывных, неорганических волокон из высокотермостойких расплавов, обладающих малой теплопрозрачностью, например, базальтов, диабазов, амфиболитов, андезитов, дацитов, гранитов, риолитов и др. горных пород. Эти волокна могут быть использованы для производства высокотемпературных тканых и нетканых материалов; трикотажа, прошивных, иглопробивных, вязально-прошивных изделий, используемых как теплозвукоизоляционные и фильтрационные материалы; материалы для композиционных изделий, и других изделий.
Совершенствование и развитие, в частности, промышленности строительных материалов, выдвигает ряд новых задач, в числе которых и дальнейшее совершенствование технологии получения новых материалов из расплавов горных пород при снижении энергоемкости используемого оборудования и сохранении высокого качества получаемых материалов, что позволило бы снизить себестоимость таких материалов.
Известен способ производства непрерывного волокна из горных пород, включающий операции дробления породы, её плавления в плавильной печи и вытягивания из расплава через фильеру непрерывного волокна [Патент Российской Федерации 2102342, МПК 6 C03B37/00, Опубл. 20.01.1998]. В качестве горной породы в описанном способе используют породы базальтовой группы от основного до среднего состава, а температуру в плавильной печи устанавливают в пределах 1500-1600°C. Недостаток описанного способа заключается в значительной энергоемкости используемого оборудования, в частности плавильных печей. Кроме того, получаемые по описанному способу волокна имеют недостаточную
прочность на разрыв, обусловленную наличием инородных включений, температура плавления которых выше температуры плавления основной массы породы.
Известен способ производства волокна из горных пород, включающий операции плавления и вытягивания из расплава через фильеру волокна [«Method fоr mапufасturiпg miпеrаl fibres», Патент US.6, 125,660 Оkt.З, 2000].
Недостатками названного способа являются его значительная энергоемкость, а также низкая температура в печи 14800C, которая не позволяет расплавить, в частности, фенокристаллы, температура плавления которых превышает 148O0C, что ведет к неустойчивости процесса вытяжки волокон из-за их кристаллизации в фильерах. Получаемые волокна по предлагаемому способу имеют недостаточные прочность и термостойкость.
Наиболее близким к предлагаемому способу по количеству существенных признаков является способ производства непрерывного волокна из горной породы, включающий операции ее измельчения до получения гранул заданного размера, подачу измельченной породы в зону плавления и вытягивания волокна из расплава [Iпtеrпаtiопаl Publication Number WO 2005/00991 1 оf 03/02/2005; International Application Number PCT/CZ2004/000039 оf 21.07.2004].
В соответствии с описанным способом породу измельчают до получения гранул с характерным размером от 2 до 15 мм, которые загружают в нагреваемую излучением с частотой 2450 МГц плавильную камеру, где получают расплав гранул. Затем расплав подают в нагреваемую излучением с частотой 2450 МГц камеру перегрева, в которой имеется выпускное отверстие. Расплав через выпускное отверстие направляют в волокнообразующий резервуар. Выпускное отверстие волокнообразующего резервуара состоит из набора насадок для вытягивания непрерывных минеральных или стеклянных волокон. Поскольку процесс сопровождается не только нагреванием гранул и расплава, но и конструктивных элементов установки, описанный способ является довольно энергоемким, что ведет к увеличению себестоимости получаемых волокон и использования довольно громоздкого оборудования. Кроме того, качество, в частности прочность, получаемых волокон оказывается недостаточной из-за значительного градиента температур по высоте расплава в камере перегрева.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению - устройству - по технической сущности и достигаемому результату является установка для производства непрерывного волокна из горной породы, которая содержит устройство для измельчения породы и устройство для получения расплава с зоной плавления, выход которой соединён с выработочным отверстием, в котором установлен фильерный питатель, а на выходе фильерного питателя установлен механизм для наматывания волокна [Патент РФ N° 021 18300, МПК 4 С 03В 37/02, 1998]. Описанная установка содержит печь для получения расплава, соединённую протоком с фидером, выработочное отверстие, соединенное с фидером, и обогреваемый фильерный питатель, расположенный ниже выработочного отверстия, кроме того, содержит дозатор для загрузки базальта, теплообменник, соединенный с топочным пространством плавильной печи. Плавильная печь имеет стабилизирующую секцию, в которой расплавленную стекломассу стабилизируют по объему до температуры выработки волокна. Плавильная печь и стабилизирующая секция снабжены системами обогрева. Стабилизирующая секция плавильной печи соединена с фидером, где расплав стабилизируется до усреднения массы и обеспечения соотношения компонентов по составу. Фидер имеет сливные устройства и питатели, подающие расплав на фильеры, через которые происходит вытяжка нити базальтового непрерывного волокна, которую затем подают к механизму нанесения замасливателя и наматывают на бобины.
Недостаток описанной установки - большая энергоемкость плавильной печи и элементов, по которым проходит расплав до его поступления на выработочный узел, значительные габариты установки.
В основу предлагаемых изобретений поставлена задача уменьшения габаритов используемого оборудования и снижения энергоемкости процесса. Поставленная задача решается путем создания условий для плавления поочередно каждой полученной калиброванной гранулы и подачи образовавшегося из каждой гранулы расплава к выработочному отверстию.
Поставленная задача решается предлагаемым способом, который, как и известный способ производства непрерывного волокна из горной породы, включает операции ее измельчения до получения гранул заданного размера, подачу измельченной породы в зону плавления и вытягивания волокна из
расплава, а, согласно изобретению, в процессе измельчения породы изготавливают калиброванные гранулы, которые под действием их силы тяжести поочередно подают путем падения гранул в зону плавления, а вытягивание волокна осуществляют из расплава каждой калиброванной гранулы. Особенностью предлагаемого способа является и то, что в процессе подачи в зону плавления каждую гранулу поддерживают потоком подогретой газовоздушной смеси.
Особенностью предлагаемого способа является и то, что в процессе измельчения породы на основе андезитов изготавливают калиброванные гранулы с характерным размером 2,8-3,6 мм.
Особенностью предлагаемого способа является и то, что в процессе измельчения горных пород, в которых содержание окиси кремния равно или превышает 62 мае. %, изготавливают калиброванные гранулы с характерным размером 1,6-2,1 мм.
Поставленная задача решается и в предлагаемой установке, которая, как и известная установка для производства волокон из горных пород описанным выше способом, содержит устройство для измельчения породы и устройство для получения расплава с зоной плавления, выход которой соединён с выработочным отверстием, в котором установлен фильерный питатель, а на выходе фильерного питателя установлен механизм для наматывания волокна, а, согласно изобретению, установка дополнена дозатором, установленным на выходе устройства для измельчения породы, который выполнен в виде воронки, установленной с возможностью ее вращения вокруг вертикальной оси, внутренняя коническая поверхность воронки предназначена для попадания на нее измельченной породы, а центральное сквозное отверстие воронки предназначено для пропускания через него калиброванных гранул измельченной породы в зону плавления.
Особенностью предлагаемой установки является и то, что она дополнена компрессором, на выходе которого установлена газовая горелка и сопло, направленное в зону плавления.
Предлагаемые изобретения решают задачу существенного снижения энергоемкости оборудования за счет плавления поочередно каждой полученной калиброванной гранулы и подачи образовавшегося из каждой гранулы расплава на выработочный узел. При этом гранулы, размер которых меньше установленного (для гранул из андезитовой горной породы - меньше 2,8 мм, для гранул из горных пород, в которых содержание окиси кремния равно или превышает 62 мае. %, - меньше 1,6 мм) сдуваются с конической поверхности воронки потоком воздуха, образовавшегося при вращении воронки с гранулами, а гранулы, размер которых больше установленного (соответственно больше 3,6 мм и 2,1 мм), выходят за пределы вращающейся воронки за счет возникновения в таких гранулах значительных центробежных усилий. Кроме того, rазо-воздушная смесь, которая окружает движущиеся из воронки вниз под действием собственного веса калиброванные гранулы - хороший теплоизоляционный материал, поэтому потери тепла оказываются незначительными. Время, необходимое для плавления гранулы при ее падении, определяется высотой падения - расстоянием от выхода из воронки до выработочного отверстия и интенсивностью теплового потока. Благодаря отсутствию в установке печи и других теплоемких элементов, использованию в качестве тепловой изоляции воздуха и газо-воздушной смеси, предлагаемые способ и установка позволяют существенно уменьшить энергоемкость процесса выработки и получения качественных волокон из горных пород.
Предлагаемая установка «Moдyль Kибoл-Гpaнyлa» для производства волокон из горных пород схематически представлена на прилагаемом чертеже. Установка «Moдyль Kибoл-Гpaнyлa» содержит устройство для измельчения породы (не показано). Выход устройства для измельчения породы соединен с бункером 1. В выходном отверстии бункера 1 установлена заслонка (не показана). На выходе из выходного отверстия бункера 1 установлен дозатор. Дозатор выполнен в виде воронки 2, которая снабжена приводом для ее вращения вокруг вертикальной оси с заданной угловой скоростью и датчиком частоты ее вращения /не показано/. Внутренняя коническая поверхность воронки 2 предназначена для попадания на нее измельченной породы, а центральное
сквозное отверстие 3 воронки предназначено для пропускания через него калиброванных гранул 4 измельченной породы в зону плавления. Зона воронки 2 с осевым отверстием 3 выполнена съемной для возможности задания требуемого диаметра отверстия 3. Установка снабжена нагревательным элементом 5. Нагревательный элемент 5 выполнен в виде ряда последовательно установленных газовых горелок, установленных вдоль оси воронки 2 на пути падения гранул 4. Сопла газовых горелок нагревательного элемента 5 направлены в сторону оси воронки 2 - на пути падения гранул 4, и образуют зону плавления последних. В нижней части установки находиться выработочное отверстие 6. В выработочном отверстии 6 установлен фильерный питатель 7, предназначенный для вытягивания через него первичных волокон 8, их замасливания на устройстве 9, и последующего наматывания на наматывающем аппарате 10 непрерывных волокон; на аппарате 11 - грубых волокон; на аппарате 12 - рубленных волокон; на аппарате 13 - штапельных волокон. Установка снабжена компрессором (не показано), предназначенным для прокачивания в вертикальном направлении воздушной или кислородной смеси для горения природного газа и для уменьшения скорости падения гранул 4, а также для раздува первичных волокон 8 потоком раскалённых газов в штапельные волокна, на аппарате 13.
Для регулирования скорости падения гранулы и её уменьшения используют сопло в виде диска с центральным отверстием для пропускания гранул, а также сквозных отверстий, расположенных равномерно по кругу, оси которых пересекаются в одной точке на оси воронки 3 на расстоянии 25-30 мм от зоны выхода гранул, предназначенных для прокачивания через них газовоздушной смеси. Установка может содержать 3-4 таких диска /не показано/. Установка, кроме названных элементов, содержит измерительный прибор для регистрации и записи температуры гранул, соединенный с соответствующими датчиками температуры, регистрирующий прибор скорости вращения воронки 3, регистрирующий прибор толщины получаемого волокна и систему управления /не показано/. Система управления включает пирометрические датчики температуры, установленные в трех точках по высоте падения гранул 5 /не показано/. Выходы пирометрических датчиков температуры соединены с тиристорным регулятором температуры /не показан/. Установка снабжена и
тиристорным регулятором управления скоростью вращения вала привода воронки 3 /не показан/.
Авторами экспериментально выявлены оптимальные размеры калиброванных гранул и режимные параметры. Так, например, в процессе измельчения породы на основе андезитов изготавливают калиброванные гранулы с характерным размером 2,8-3,6 мм, а в процессе измельчения горной породы, в которой содержание окиси кремния равно или превышает 62 мае. %. изготавливают калиброванные гранулы с характерным размером 1,6-2,1 мм. Такие размеры калиброванных гранул позволяют создать установку, габариты которой не превышают 2,2x1,5x1,5 м при сохранении высокого качества получаемых волокон. Увеличение размеров гранул требует увеличения габаритов установки. Уменьшение размеров гранул менее оптимальных существенно удлиняет технологический процесс получения требуемого объема готовых волокон.
Предлагаемая установка работает так. В бункер 1 загружают подготовленное сырье - гранулы, которые через выходное отверстие бункера 1 падают на коническую поверхность вращающейся воронки 2. Частота падения гранул задается диаметром выходного отверстия бункера 1 и давлением, которое определяется объемом сырья в бункере 1. На конической поверхности вращающейся воронки 2 гранулы, размер которых меньше установленного. имеют малый вес и поэтому сдуваются с конической поверхности воронки потоком газа, а гранулы, размер которых больше установленного, выходят за пределы вращающейся воронки 2 за счет возникновения в таких гранулах значительных центробежных усилий. При этом скоростью вращения воронки 2, ее конусностью и весом гранул определяется пропускная способность выходного отверстия вращающейся воронки 2. Оптимальные геометрические параметры воронки 2 и ее выходного отверстия 3 определяются экспериментально. Гранулы 4 оптимального размера через сквозное отверстие 3 падают в зону плавления, где они подвергаются нагреву от пламени газовых горелок нагревательного элемента 5. Скорость падения гранул 4 искусственно замедляют путем воздействия на них восходящими потоками смеси горячих дымовых газов и воздуха от компрессора, что позволяет преобразовать гранулы 4 в зоне выработочного отверстия 6 в микрорасплавы горной породы. Предварительно разогретая нагревательным
элементом (не показано) зона выработочного отверстия 8 с фильерным питателем 7, позволяет поддерживать стабильную требуемую температуру расплава до получения из него волокна, последующего замасливания и наматывания непрерывного волокна на бобину наматывающего аппарата 10, грубого волокна на аппарате 1 1, рубленного волокна на аппарате 12 и штапельного волокна на аппарате 13.
Пример 1. Изготавливали волокна из горной породы на основе андезита. Предварительно сырье подвергали измельчению до получения гранул с характерным размером 1,8...4,2 мм. В дозаторе задавали оптимальные геометрические параметры гранул 4. Для этого экспериментально устанавливали скорость вращения воронки 2 и ее конусность. При этом добивались таких скорости вращения воронки 2, ее конусности и диаметра центрального сквозного отверстия 3 воронки 2, которые бы обеспечили пропускание через дозатор гранул 4, характерный размер которых находится в пределах 2,8-3,6 мм.
Процесс вытягивания волокон из расплава каждой гранулы 4 осуществляли при температуре 1 150-12900C. Процесс получения волокон осуществляли в установке, как описано выше. В результате из андезитовой горной породы, химический состав которой представлен в таблице 1 , получали непрерывные волокна, свойства которых представлены в таблице 2.
Таблица
Прочность элементарных непрерывных волокон определяли на динамометре весового типа при рабочей длине образца 10мм, а грубых волокон - на разрывной машине PM-3 при длине образца 50мм.
Таблица 2
Грубые волокна получали из однородного высокогомогенизированного расплава, образовавшегося в результате плавления каждой в отдельности взятой гранулы, при этом формирование струй расплава осуществляли щелевым 600- фильерным питателем, изготовленным из жаростойкого сплава. Вытягивание струй расплава осуществляли механическим способом, со скоростью 5-1 Ом/мин. Сформированные грубые волокна дробили на отрезки на аппарате 1 1. Основные свойства полученных грубых волокон представлены в таблице 3.
Таблица 3
Рубленные волокна из высокогомогеннизированного расплава андезитов получали путём формирования струй расплава через 4000-фильepный питатель, из которого непрерывные волокна подавали на рубочную машину 13. Характеристика полученных рубленных волокон представлена в таблице 4.
Таблица 4
Таблица 5
Непрерывные, грубые, рубленные и штапельные волокна, полученные описанным способом и на установке «Moдyл Кибол - Гpaнyлa» превосходят по названным свойствам волокна, полученные по способу-прототипу при существенном снижении энергоёмкости процесса, благодаря отсутствию в установке печи и других теплоемких элементов, использованию в качестве изоляции воздуха и газовоздушной смеси.
Пример 2. Изготавливали непрерывные волокна из сырья на основе горных пород, в которых содержание окиси кремния равно или превышает 62 мае. %. Химический состав породы приведен в таблице 6. Изготавливали калиброванные гранулы с характерным размером 1,6 - 2,1 мм. Предварительно подвергают измельчению сырье до получения гранул с характерным размером 1 ,0...3,0 мм. В дозаторе задавали оптимальные геометрические параметры гранул 4. Для этого экспериментально устанавливали скорость вращения воронки 2, ее конусность и диаметр центрального сквозного отверстия 3 воронки 2, которые бы обеспечили пропускание через дозатор гранул 4, характерный размер которых находился в пределах 1 ,6-2,1 мм.
Процесс вытягивания волокон из расплава каждой гранулы 4 осуществляли при температуре 1300-1450°C. Процесс получения волокон осуществляли в предлагаемой установке, как описано выше.
Таблица 6
Свойства полученных волокон представлены в таблице 7.
Таблица 7
Полученные волокна могут быть применены для тепло- и звукоизоляции различных объектов; для замены канцерогенных асбестовых изделий во многих отраслях промышленности.
Предлагаемые изобретения позволяют уменьшить габариты используемого оборудования и снизить энергоемкость процесса получения волокон за счет создания условий для плавления поочередно каждой полученной калиброванной гранулы 4 и подачи образовавшегося из каждой гранулы 4 расплава к выработочному отверстию 6.
Claims
1. Способ производства волокон из горных пород, включающий операции измельчения горной породы до получения гранул заданного размера, подачу измельченной породы в зону плавления и вытягивания волокна из расплава, отличающийся тем, что в процессе измельчения породы изготавливают калиброванные гранулы, зону плавления выполняют растянутой по вертикальной оси, калиброванные гранулы поочередно под действием их силы тяжести опускают в зону плавления, а вытягивание волокна осуществляют из расплава каждой калиброванной гранулы.
2. Способ производства волокон из горных пород по п. l , отличающийся тем, что скорость опускания (падения) каждой калиброванной гранулы в зону плавления ограничивают восходящим потоком подогретой газо-воздушной смеси.
3. Способ производства волокна из горных пород по п. l, отличающийся тем, что в процессе измельчения породы на основе андезитов изготавливают калиброванные гранулы с характерным размером 2,8-3,6 миллиметров.
4. Способ производства волокон из горных пород по п. l , отличающийся тем, что в процессе измельчения горных пород, в которых содержание окиси кремния равно или превышает 62 мае. %, изготавливают калиброванные гранулы с характерным размером 1,6-2,1 мм.
5. Установка для производства волокон из горных пород способом, описанным в п.п. l, 2, 3, 4, которая содержит устройство для измельчения породы и устройство для получения расплава с зоной плавления, выход которой соединён с выработочным отверстием, в котором установлен фильерный питатель, а на выходе фильерного питателя установлен механизм для наматывания волокна. отличающаяся тем, что установка дополнена дозатором, установленным на выходе устройства для измельчения породы, который выполнен в виде воронки, закрепленной с возможностью ее вращения вокруг вертикальной оси, внутренняя коническая поверхность воронки предназначена для попадания на нее измельченной породы, а центральное сквозное отверстие воронки предназначено для пропускания через него калиброванных гранул измельченной породы и их направления в зону плавления.
6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что она дополнена компрессором, на выходе которого установлена газовая горелка и сопло, с возможностью создания восходящего потока газо-воздушной смеси на пути падения гранул в зону плавления.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12/866,475 US20100313606A1 (en) | 2008-04-29 | 2008-04-29 | Method for producing fibers from rocks and a plant for carrying out said method |
| PCT/UA2008/000026 WO2009134216A1 (ru) | 2008-04-29 | 2008-04-29 | Способ производства волокон из горных пород и установка для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/UA2008/000026 WO2009134216A1 (ru) | 2008-04-29 | 2008-04-29 | Способ производства волокон из горных пород и установка для его осуществления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2009134216A1 true WO2009134216A1 (ru) | 2009-11-05 |
Family
ID=41255266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/UA2008/000026 WO2009134216A1 (ru) | 2008-04-29 | 2008-04-29 | Способ производства волокон из горных пород и установка для его осуществления |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20100313606A1 (ru) |
| WO (1) | WO2009134216A1 (ru) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9771294B1 (en) | 2016-04-21 | 2017-09-26 | Americas Basalt Technology, Llc | Basalt fibers produced from high temperature melt |
| CN111763008B (zh) * | 2020-07-09 | 2021-07-30 | 台州市迪欧电器有限公司 | 一种石英纤维材料加工用的多火焰口纵向燃烧器 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2118300C1 (ru) * | 1996-11-19 | 1998-08-27 | Людмила Григорьевна Асланова | Способ получения базальтового волокна и устройство для его осуществления |
| RU2186740C2 (ru) * | 2000-04-24 | 2002-08-10 | Беседин Адольф Сергеевич | Устройство для плавки оксидных материалов |
| US6647747B1 (en) * | 1997-03-17 | 2003-11-18 | Vladimir B. Brik | Multifunctional apparatus for manufacturing mineral basalt fibers |
| US6909075B2 (en) * | 2002-09-20 | 2005-06-21 | Leroy Eclat Ag | Method and apparatus for heat treatment of raw materials |
| RU55360U1 (ru) * | 2006-03-01 | 2006-08-10 | ООО "Магнитогорский научный информационно-технический центр" | Устройство для получения волокна из природного базальта |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2450013A (en) * | 1943-05-05 | 1948-09-28 | Oliver J Nelson | Apparatus for producing rock wool |
| FR1469109A (fr) * | 1965-12-27 | 1967-02-10 | Saint Gobain | Produit intermédiaire pour la fabrication du verre et autres silicates, et procédé et appareillages pour sa fabrication |
| USRE30674E (en) * | 1977-12-29 | 1981-07-14 | Johns-Manville Corporation | Method and apparatus for feeding a glass melting furnace |
| US4282019A (en) * | 1980-05-12 | 1981-08-04 | Owens-Corning Fiberglas Corporation | Glass manufacturing process with in-situ colemanite calcination and pollution abatement features |
| US4362543A (en) * | 1981-03-19 | 1982-12-07 | Owens-Corning Fiberglas Corporation | Method for controlling particulate emissions |
| US4652289A (en) * | 1984-11-26 | 1987-03-24 | Hydro-Quebec | Purification of effluent gases |
| US4632687A (en) * | 1985-06-25 | 1986-12-30 | Ppg Industries, Inc. | Method of melting raw materials for glass or the like using solid fuels or fuel-batch mixtures |
| US4822388A (en) * | 1987-02-27 | 1989-04-18 | Gee Kenneth H | Method of operating mineral wool cupolas and using spent electrolytic aluminum pot lining |
| US4752314A (en) * | 1987-07-06 | 1988-06-21 | Battelle Development Corporation | Method and apparatus for melting glass batch |
| US5709729A (en) * | 1993-09-28 | 1998-01-20 | Environmental And Resource Technology Holdings Pty. Ltd. | Formulation and production of growing media from green organic material |
| DE19538599B4 (de) * | 1995-10-09 | 2009-07-02 | Gorobinskaya, Valentina D. | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Mineralfasern und Verwendung der Faser |
| WO1997025286A1 (en) * | 1996-01-05 | 1997-07-17 | Asset Associates Limited | Improvements in or relating to the production of rock wool |
| US8176754B2 (en) * | 2001-06-27 | 2012-05-15 | Rockwool International A/S | Process and apparatus for making mineral fibres |
| UA50688C2 (en) * | 2002-06-06 | 2006-05-15 | Viktor Fedorovych Kibol | Kibol method for producing highly silicate inorganic fibres of rocks (variants), a process line for realizing the method (variants), continuous and staple fibres (variants), inorganic finely dispersed flaky particles (variants) obtained by the proposed method |
| US8115044B2 (en) * | 2006-03-20 | 2012-02-14 | Geomatrix Solutions, Inc. | Process and composition for the immobilization of high alkaline radioactive and hazardous wastes in silicate-based glasses |
-
2008
- 2008-04-29 WO PCT/UA2008/000026 patent/WO2009134216A1/ru active Application Filing
- 2008-04-29 US US12/866,475 patent/US20100313606A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2118300C1 (ru) * | 1996-11-19 | 1998-08-27 | Людмила Григорьевна Асланова | Способ получения базальтового волокна и устройство для его осуществления |
| US6647747B1 (en) * | 1997-03-17 | 2003-11-18 | Vladimir B. Brik | Multifunctional apparatus for manufacturing mineral basalt fibers |
| RU2186740C2 (ru) * | 2000-04-24 | 2002-08-10 | Беседин Адольф Сергеевич | Устройство для плавки оксидных материалов |
| US6909075B2 (en) * | 2002-09-20 | 2005-06-21 | Leroy Eclat Ag | Method and apparatus for heat treatment of raw materials |
| RU55360U1 (ru) * | 2006-03-01 | 2006-08-10 | ООО "Магнитогорский научный информационно-технический центр" | Устройство для получения волокна из природного базальта |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20100313606A1 (en) | 2010-12-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8104311B2 (en) | Rotary fiberization process for making glass fibers, an insulation mat, and pipe insulation | |
| US4058386A (en) | Method and apparatus for eliminating external hot gas attenuation in the rotary fiberization of glass | |
| US9032760B2 (en) | Process of using a submerged combustion melter to produce hollow glass fiber or solid glass fiber having entrained bubbles, and burners and systems to make such fibers | |
| JP2004532938A (ja) | ミネラルウールを形成するためのプロセス及び装置並びにミネラルウール製品 | |
| US9346696B2 (en) | Glass-melting furnace burner and method of its use | |
| JPS5857374B2 (ja) | 繊維の製造方法 | |
| CN1198727A (zh) | 制造矿物纤维的方法和装置 | |
| HU219013B (hu) | Eljárás és berendezés ásványgyapot előállítására | |
| RU2233810C2 (ru) | Способ в.ф. кибола производства высокосиликатных неорганических волокон из горных пород (варианты), технологическая линия для осуществления способа (варианты), непрерывное и штапельные волокна (варианты), неорганические тонкодисперсные чешуйчатые частицы (варианты), полученные предлагаемым способом | |
| DK2257502T3 (en) | Product based on mineral fiber and manufacturing method thereof | |
| JPS58185449A (ja) | 遠心力及びガス細長化による繊維製造装置 | |
| WO2009134216A1 (ru) | Способ производства волокон из горных пород и установка для его осуществления | |
| WO2008054334A1 (fr) | Installation permettant de produire des fibres inorganiques à partir de roches : module de kibol | |
| RU2452696C2 (ru) | Способ производства волокон из горных пород и установка для его осуществления "модуль кибол-гранула" | |
| US8250884B2 (en) | Rotary fiberizer | |
| US6843075B2 (en) | Method for controlling process variables and an optical temperature sensor assembly | |
| US4737178A (en) | Method for manufacturing mineral fibers | |
| RU62924U1 (ru) | Установка для производства непрерывных неорганических волокон из горных пород "модуль kibol" | |
| EP0355187B1 (en) | Production of micro glass fibers | |
| CA1074118A (en) | Method and apparatus for eliminating external hot gas attenuation with rotary fiberization of glass | |
| CN111295470A (zh) | 用于制造矿棉以及矿棉产品的设备和方法 | |
| RU2369568C2 (ru) | Способ и устройство для изготовления минеральных волокон и волокнообразующее роторное устройство | |
| US7685844B2 (en) | Method and device for producing mineral fibres | |
| RU2217392C2 (ru) | Агрегат для получения из минеральных тугоплавких расплавов супертонкого базальтового волокна | |
| US2980953A (en) | Apparatus and process for producing mineral fibers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 08779527 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 12866475 Country of ref document: US |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2010137022 Country of ref document: RU |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 08779527 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |