Способ получения минеральных и металлических волокон из расплавов термоупругих вязкоактивных материалов

СО 1 ОЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 58 А 1 03 В 37/06 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ ЕТ Т нныи инсти овылов,илик, 1978, ству тепло о ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(56) Патент ВеликобританВ 1523823, кл. С 1 М, опубСправочник по произвозвукоизоляционных материСтройиздат, 1975, с,131(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВОЛОКОН ИЗ РАСПЛАВОВТЕРМОУПРУГИХ ВЯЗ КОАКТИВНЫХ МАТЕРИА(57) Изобретение касается производства минеральных и металлических волокон из вязкоактивных материалов,С целью повышения качества волокони производительности процесса способполучения волокон включает выпускрасплава иэ плавильной печи в видеструи, двухступенчатый раздув ее впотоке энергоносителя в виде пара исжатого воздуха, Первичный раздувструи расплава осуществляют в дозвуковом воздушном потоке с 10,65М с 1, фтемпературой 274 - 293 К и плотностью1,019 - 1,205 кгм , а повторный раа- Щдув ведут дискретными сверхзвуковыми паровыми струями с М = 1,8 - 2,04, фабретемпературой 348 - 366 К и плотностьюэ0,5 - 0,745 кг/м , подаваемыми под0углом 4-8 к оси потока смеси воздуха и расплава, где М - число Маха.2 табл, 131855855 Изобретение касается производства минеральных и Металлических волокон из вязкоактивных материалов,например расплава алюмосиликата, расплавов на основе отходов электротехнических сталей и других материалов.Цель изобретения - повышение качества волокон и производительностипроцесса,Способ реализуется следующим образом,Струя расплава под действием сиолы тяжести под углом 90 входит вдозвуковой воздушный поток, которыйзахватывает ее, разворачивает вдольнабегающего потока и,сообщает ей ускорение. От взаимодействия наружнойповерхности развернутого участкаструи расплава с обтекающим его потоком воздуха на ней возникают поверхностные волны с возрастающей современем амплитудой, Аэродинамические силы способствуют росту амплитуды волн, а силы поверхностного натяжения препятствуют этому вследствиеэтого происходит разрушение струина капли, длина которых пропорциональна длине волны, Отрываясь отструи, капли мгновенно разрушаютсяна множество мелких частиц, которыепопадают в зону действия паровыхструй, где из них происходит формование волокон.Разделение зон распыла и волокнообразования позволяет формироватьаэродинамический поток в каждой иззон для оптимального выполнения поставленных перед ним задач,П р и м е р, Из алюмосиликатногорасплава состава: А 10 э 50% и810 50% с температурой струи на выходе из печи 2173-2203 К при параметрах энергоносителя, приведенных втабл,1, получены волокна, свойствакоторых также приведены в табл,1,Зона распыла образована дозвуковым воздушным потоком с параметрами 0,65 с М с 1 (здесь М - число Маха), что позволяет создать сильный аэродинамический напор, который способен захватить и развернуть струю расплава с расходом до 500 кг/ч вдоль по потоку, разрушить ее на равновеликие объемы. Дозвуковой режим течения воздуха характеризуется своей стабильностью, устойчивым ядром потока, в котором за время подачи капель в зону волокнообразования последним не 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 позволяют охладиться до температурызамерзания, а охлаждение капель происходит до температуры, обеспечивающей рабочую вязкость расплава около1000 Пз, позволяющую деформацию капель и формование.волокон с минимальным содержанием неволокнистых включений под действием мощного аэродинамического потока, который формируют паровые струи, При этом процессформирования волокон из капель расплава происходит плавно, что важнодля получения длинных и тонких волокон.Увеличение скорости потока воздуха до звуковых скоростей и вьппе(М1) приводит к возникновению взоне распыла скачков раэреженияуплотнения, что приводит к некачественному распылу струи расплава, врезультате которого содержание неволокнистых включений .,больше 0,5 ммв готовой продукции возрастает до5%. Уменьшение скорости потока воздуха до М Об 5 приводит к распылуструи, при котором наряду с каплямипоявляются комки расплава, которыеиз-за своей инерционности поступаютв зону волокнообразования изрядноохлажденными, что приводит к образованию большого количества крупныхкорольков (до 7%), а волокна имеютциаметр 8-13 мкм, Ковер из такогоматериала получается колючим и рыхлым,Параметры паровых струй зависятот аэродинамических характеристик,воздушного потока, который вводит взону волокнообразования уже с достаточной скоростью капли расплава сзаданной рабочей вязкостью. Уменьшение скорости М с 1,8 приводит к формованию толстых волокон. Так, например, при М = 1,5 формуются волокна,диаметры которых находятся в диапазоне 3-5 мкм, Увеличение скоростипаровых струй выше М = 2,04 приводитк формованию очень коротких волоконв виде иголок, что осложняет использование такого материала в народномхозяйстве. При скорости М = 2,1 волокна имеют длину 15-38 мм и оченьхрупкие,Так как струи пара размещены концентрично по отношению к развернутойана 90 струе расплава, в результате их взаимодействия в зоне оси симметрии скорость суммарного потока зави13185 сит от угла наклона этих струй к оси симметрии. Для плавного формования волокон из капель расплава необходим мощный устойчивый суммарный поток энергоносителя с высокой степенью турбулентности. Такой поток при скорости паровых струй М = 1,8 - 2,04 обеспечивает угол наклона к оси симметрии, равйый 4 - 8 . Увеличениеоугла выше 8 приводит к резкому сни жению скоррсти потока энергоносителя в зоне волокнообразования и развитому эффекту смешения со значительными поперечными градиентами, а это приводит к неэффективному формованию волокон, резкому охлаждению капель расплава и, как следствие, к образованию некондиционной продукции, в которой каплевидных включений больше, чем волокон. Уменьшение угла 20 меньше 4 приводит к уменьшению эффективной зоны волокнообразования и часть капель не попадает в силовой поток, что влечет за собой образование следа в центре потока, состоящего иэ множества капель, увеличивающих процент содержания неволокнистых включений в готовой продукции.Паровые струи расположены концентрично развернутой воздушным потоком струе расплава таким образом, что два соседние выходные сечения соприкасаются друг с другом. Все струи ориентированы к оси симметрии под одним углом. Это позволяет создать 35 высокотурбулентный;равномерный поток энергоносителя с минимальными .потерями скорости при взаимодействии струй и сильным эжекционным эффектом, который мгновенно подает капли расп лава в активную зону волокнообразования и обеспечивает получение волокнистого материала с минимальным содержанием неволокнистых включений. Составволокон Расходрасплава вструе,кг/ч Диаметр, волоконх 10 ,мм Длина волоСодержаниеобщих неволокнистыхвключений,Х кон,Воздух Пар М = 0,65Т = 293 К М=1,8 370 2,2-4,6 50-70 25,6 Т = 363 К 1,205кг/м- О, 745кг/мПараметры энергоносителя 58 4В табл.2 приведены сравнительные характеристики материала, полученного известным и предлагаемым способами, а также соответствие указанных данных ГОСТУ на муллитокремнеэемистый рулонный волокнистый материал.Металлические волокна, полученные данным способом из расплава Ре 80% и В 20% имеют следующие характеристики: диаметр волокна (18-68) х х 1 О, мм, длина волокна 5-20 мм, техническая прочность 3,6 х 10 Па.Предлагаемый способ позволяет в 1,5 раза повысить производительность производства волокнистого материала, улучшить качество готовой продукции, снизив в 1,7-2 раза содержание неволокнистых включений, кажущуюся плотность волокнистого материала, и уменьшить диаметр получаемых волокон.Формула изо бретения Способ получения минеральных и металлических волокон из расплавов термоупругих вязкоактивных материалов, включающий выпуск расплава из плавильной печи в виде струи, двухступенчатый раздув ее в потоке энергоносителя в виде пара и сжатого воздуха, отличающийся тем, что, с целью повышения качества волокон и производительности процесса, первичный раздув струи распла" ва осуществляют в дозвуковом воздушном потоке с 0,65 ( М (1, температурой 274-293 К и плотностью 1,019 - 1,205 кг/м , а повторный раздув вездут дискретными сверхзвуковыми паровыми струями с М = 1,8-2,04, темпе-, ратурой 348-366 К и плотностью 0,5 0,745 кг/м , подаваемыми под углома4-8 к оси потока смеси воздуха и расплава, где М - число Маха.Т а бл и ц а 11318558 Продолжение табл,1 Составволокон Параметры энергоносителя Длина волоПар кон,мм Воздух 2 То же 397 1,8-4,0 52-68 28, 7 420 1)6-Зуб 43-60 32,3 420 1,8-2,8 63-100 25,2 То же и 4 М= 0,95 М = 2,04 Т = 274 К Т = 348 К ю 05 кг/м,Таблица 2 Способ получения волокон Соответствие Показатель ГОСТУПредлагаемый Известный 370-500 300 23,4-32,3 52,7 1,572,9 3,086,6 3,0 130 2,0-4,0 1,0-4,6 Диаметр волокон, мкм 0,052 0,047 266 х 10 287 х 10 Производительность, кг/ч Общее содержание неволокнистых включений, 7. Содержание неволокнистыхвключений размером более0,5 мм, ЯКажущаяся плотность, кг/м КозААициент теплопроводоности, Вт/м С Техническая прочность волокна, Па Расходрасплава вструе,кг/ч Диаметр,волоконх 10,Содержаниеобщих неволокиистыхвключений,й