Способ получения волокна из минерального расплава и устройство для его осуществления

Изобретение может быть использовано в производстве теплоизоляционных строительных материалов на основе минеральной ваты, в частности для получения волокна иэ минеральногорасплава.Известен способ получения волокна иэ минерального расплава, включающий подачу расплава на валки многовалковой центрифуги с отдувом волокна направленными с двух сторон. потоками, воздуха и устройство для получения волокна, содержащее установленную в камере волокнообраэования многовалковую центрифугу и скстему отдува волокон в виде верхнего 10 15 и нижнего коробов с щелевыми соплами (13.Наиболее близким к изобретению является способ получения волокна из минерального расплава, включающий подачу расплава на валки многовалковой центрифуги с отдувом образующегося волокна, направленным под 20 углом к цилиндрической поверхностикаждого валка кольцевым потоком воздуха и одновременной подачей в об"ласть волокнообразования пара ираспыленного связующего, и устройство для осуществления способа, содержащее установленную в камере волокнообразования многовалковуюцентрифугу с пустотелыми валкамн,системой подвода пара и связующего и 35 размещенным по периметру валковфигурным секционным щелевым соплом 2,Недостатком известных устройствявляется установка сопел таким образом, что подаваемый из них потоквоздуха не участвует в процессеволокнообразования, а только транспортирует волокна от валков центрифуги в камеру. волокноосаждения,что в результате не позволяет получать тонковолокнистые минераловатные изделия, приводит к формироэанию ковра только с горизонтальнойориентацией волокон и большому количеству неволокнистых включенийфКорольков, и в итоге приводитк снижению Физико-прочностныхсвойств волокна и качественных характеристик минераловатных изделий.Целью изобретения является повышение качества волокна и иэделийиз него.Достигается указанная цель тем 55что согласно способу получения волокна иэ минерального раоплава,включающему. подачу расплава на валкимноговалковой центрифуги с отдувомобразующегося волокна, направленным 60под углом к цйлиндрической поверхности каждого валка кольцевым потокбм воздуха,и одновременной подачейв область волокнообразования пара ираспыленного связующего, на волокно дополнительно воздействуют параллельным цилиндрической поверхности каждого валка вторым кольцевьаа потоком воздуха, скорость которого в 1,5 раза больше скорости первого потока, причем пар и распыленное связующее подают оо стороны торца валка в зону пересечения потоков воздуха.При этом устройство для получения волокна иэ минерального расплава, содержащее установленную в камере волокнообразования многовалковую центрифугу с пустотеличи валками, системой подвода пара и связующего и размещенным по периметру валков фигурным секционным щелевым соплом, снабжено объемлющим первое дополнительным секционным щелевым соплом и прикрепленными к торцам валков выпуклыми тарелками с диаметром, равным диаметру соответствующего валка, с образованием между его торцом .и кромкой. тарелки кольцевого зазора в пределах 0,1-0,15 максимального расстояния от выполненного с отверстиями торца валка до внутренней поверхности тарелки, причем полости валков соединены с системой подвода пара и связующего, выходная щель каждой секции внутреннего.сопла расположена параллельно цилиндрической поверхности валка на расстоянии от нее, равном 0,02-0,03 ди-. аметра валка, а выходная щель наружного сопла направлена под углом 30- 60 к выходной щели внутреннего сопла,Для того, чтобы воздух, подаваемый через аэродинамическое кольцо, участвовал в процессе волокнообразования, его разделяют на два потока, причем один из них, который имеет большую скорость, направляют почти рядом с цилиндрической поверхностью валков центрифуги. Нить, только что сошедшая с валка - еще эластичная (не успела застыть), попадая . в высокоскоростной поток воздуха, довытягивается, обеспечивая тем самым получение бблее тонковолокнистой минеральной ваты и улучшение качества минераловатных изделий.Для осуществления этой операции в наиболее оптимальных условиях устройство снабжено двумя соплами, выходные щели которых вокруг каждого валка установлены под углом друг к другу. При этом сопло необходимо располагать на расстоянии от цилиндрической поверх ости, равном О, 02- 0,03 диаметра валка. Если поток подавать на расстоянии к валку ближе чем на 0,02 его диаметра, то он будет мешать цеНтробежному процессу волокнообразования и сдувать с валка капли невытянутого расплава (корольки) . Дальше чем на 0,03 диа-. метра валка отодвигать поток целесообразно, так как волокно почтимгновенно застывает и поток уже несможет довытянуть нити волокна илидля этого нужна слишком большая скорость потока, что увеличит энергети"ческие затраты.Скорость первого потока должна 5быть большой для дополнительного вытягивания (утонения) волокон. Длявторого потока такая большая скоростьне требуется, так как основное егоназначение - транспортирование волокон в камеру волокноосаждения.За счет разности скоростей двухпотоков сплетения нитей на их границе разрываютсяКовер благодаряэтому формируется более равномерныйпо толщине. Кроме этого, при разрыве сплетений капли невытянутогорасплава (королька) вылетают из,них, Уменьшение же количества неволокнистых включений снижает коэффициенттеплопроводности, улучшает качествоминераловатных изделий.Если разница скоростей будет мень-ше чем в 1,5 раза, то этой разницыможет не хватить для разрыва сплете"ний минераловатных волокон на грани 25це контакта двух воздушных потоков.Более чем в 2 раза эту разницу делатьнецелесообразно, так ко хотя второй,поток транспортирующий и ему большиескорости не нужны (скорость первого 30 потока воздуха берут определенной -такой, чтобы сила потока была достаточной для осуществления довытяжкиволокон), но необходимо, чтобы онобладал скоростью, достаточной для 35такого воздействия на волокна, чтобызаставлять их переориентироватьсяв пространстве и таким образом получать пространственную структуру ми. неральной ваты. Если второй поток . 40будет иметь скорость, меньше чемскорость первого более чем в 2 раза,он,с такой задачей справляться несможет.Предлагаемый способ обеспечиваетпространственное расположение волоконминеральной ваты (т.е. расположениеих в различных плоскостях) за счетвоздействия на ннх потоков воздухаи пара, подаваемых с трех сторон.именно такое воздействие разных пото ков на волокна заставляет их переориентироваться в пространстве, формируя пространственные сплетения нитей, Таким образом, при формировании минераловатного ковра волокна рас полагаются под различными углами к плоскости формования. Благодаря это- му значительно повышается прочность , плит на сжатие.для этого в устройстве внутреннее 60 сопло установлено параллельно оси валка, а наружное установлено так, что ось его выходной щели пересекается с осью выходной щели первого ,сопла под углом 30-60 о. Эта область определена тем, что в нее удобноподать пар под напором со сторонывалка. Меньше чем под углом 30 осьнаружного сопла устанавливать нецелесообразно потому, что в этом случаепотоки иэ сопел. будут направленыпочти в одном направлении, т.е. те-ряется эффект воздействия второгопотока на волокна, подаваемые потоком из первого сопла, для переориентации их в пространстве. Более чемпод углом 60 О сопло устанавливатьнельзя, так как поток, истекающийиз него, может попадать на валок имешать процессу волокнообразования,а также по конструктивным соображениям, так .как из-эа этого увеличатсягабаритные размеры устройства.Воздействия потоков с трех сторонне только формируют сплетения спространственным расположением волокон в них, благодаря чему значительно повышается прочность на сжатиеминераловатных изделий, но и позволяет выбивать из сплетений волоконкапли расплава - королькафф, чтоулучшает качество минераловатныхизделий.Чтобы повысить прочностные характеристики самих нитей минеральноговолокна, их необходимо быстро охлаж-дать сразу после их образования,поэтому в качестве третьего потокавыбран пар и устройство снабженоэлементом для одновременной подачипара и связующего на волокна. Дляэтого к торцу каждого валка прикреплена выпуклая тарелка, а в самомторце выполнены отверстия, к которыечерез внутреннюю полость валка осуществлен подвод нара и связующего.Диаметр этой тарелки должен быть равен диаметру валка, потому что парнеобходимо подать именно в областьвстречи двух воздушных потоков. Еслидиаметр тарелки меньше, то струяпара будет ударять в торец валка ирассеиваться, т.е. не будет достаточно эффективно воздействовать .на волокно, как в области встречи двухвоздушных потоков, так и в областиразрежения, где струи пара встречаются друг с другом. Если тарелки подиаметру больше, чем валки, то ихкромки может залепить нитями и каплями расплава, что резко ухудшит условия подачи пара и связующего,Зазор между торцом валка и кромкойтарелки регламентируется условиямиподачи пара и связующего. Во-первых,он должен обеспечить подачу паранапором, поэтому его нельзя делатьбольшим (не более чем 0,15 максималь"ного расстояния от торца валка довнутренней поверхности тарелки). Вовторыхон должен быть достаточнымдля выдачи пара выходящего под та 1068401релку из отверстий в торце валка.Иначе под тарелкой:может создатьсяслишком большое избыточное давление,которое может сказаться на работе устройства Поэтому этот зазор не рекомендуется делать менее 0,1 максимального расстояния от торца валка до поверхности тарелки.На фиг.1 изображено устройство для изготовления волокна иэ расплава, вид спереди; на фиг.2 - валки . центрифуги, вид сбоку; на фиг.З узел,1 на фиг.2.Устройство для изготовления волокна из минерального расплава включает камеру 1 волокнообразования, примы кающую к ней камеру 2 волокноосаждения и расположенный в ее нижней части приемоформирующий транспортер 3. В камере 1 нолокнообразования расположены валки 4 центрифуги .5, вокруг 20 которыхустановлено секционное аэродинамическое кольцо б для подачи воздуха, геометрически повторяющее форму очертания валков 4. Аэродинамическое кольцо б имеет в, каждой 25 секции два целевых сопла, Внутреннее целевое сопло 7 установлено параллельно цилиндрической поверхности валка 4 так, что расстояние от цилиндрической говерхности валка 4 до оси выходной щели сопла 7 равно 0,02-0,03 диаметра валка, Второе наружное .сопло 8 размещено так, что ось его выходной щели пересекается с осью выходной щели первого сопла 7 под углом 30-60 (угол о на фиг,З)Внутренние полости 9 валков 4 соединены с системой подвода пара и связующего, (не покаааны). К торцам валков 4, выполненным с отверстиями 10, жестко прикреплены выпуклые по 40 отношению к ним тарелки 11, диаметр которых равен диаметру соответствующего валка 4. Между торцом валка 4 и кромкой тарелки 11 по всей окружности выполнен кольцевой зазор 12 45 ( 11)Способ получения волокна осущест нляется следующим образом ,Струю минерального расплава и одают на первый валок 4 це нтрифуги 5 ,а с него в виде пленок , струек , расплав последовательно пер еда етс я напоследующие валки , образуя при этомза счет центробежной силы минеральные волокна , Волокна слетают с и сверхх иост и валков 4 , как в межв алков се пространство , т ак и по и ериф ериицентрифуги 5 , В аэродинамическоекольцо б подают воздух , который ра здел яют на дна разноскоростных потока .60Волок на , слетающие с поверхностивалков 4 в периферийной части це нтриф у 1 и 5 , попадают в первый высокоскоростной поток , подаваемый черезвнутренние сопла 7 , Так как сопла установлены вблизи от цилиндрическойповерхности валков, то волокна попадают в этот поток еще эластичными.В результате большой скорости потокаиз сопел 7 происходит довытяжкаволокон, т.е. их утонениеНа поверхности валков происходитодновременно образование множестваволокон, которые слетают под дейст 1 вием центробежных сил в одной плоскости, переплетаются, образуя различные по конфигурации, но плоскостные переплетения минеральных волокон. Часть расплава, которая по тойили иной причине не вытянулась в волокно, слетает с поверхности валков4 в виде капель (1 корольков) изастревает в переплетениях волокон(нашпиговывают их),Образовавшиеся волокна минеральной ваты в виде переплетений отдель.ных нитей потоком воздуха из сопел7 подаются в область расположенияторцов валков 4 центрифуги 5. В этуже область одновременно подают потоквоздуха из сопел 8. А так как осивыходных сопел,7 и 8 установленыпод углом 30-60 , то и потоки воздуха встречаются под таким же углом,В эту же.область через зазор 12 направляют под надзором пар, которыйпоступает через внутреннюю полость9, отверстия 10 в торце валков 4 подтарелку 11,а счет разности скоростей воздуш.ных потоков из сопел 7 и 8, а такжеаэродинамических воздействий на волокна с трех сторон происходит, вопервых, разрыв переплетений и отделение корольков, во-вторых, переориентация волокон в переплетенияхв пространстве, т,е, волокна занимаютв них положение в различных плоскостях. Пар при этом обеспечивает быстрое охлаждение волокон. Вместе с.паром через зазор 12 подают связующее и обрабатывают им волокнаТаккак зазор 12 между торцами валков икромкой тарелок выполнен по всей окружности, то струи пара и связующеговыходят из него и в межвалковое пространство. Здесь они охлаждают, разрывают переплетения,выбивая корольки, и компенсируют отсутствиевоздейстния воздушных потоков на этуобласть. Затем переплетения волокон транс"портирующим воздухом из сопел 8 подаются в камеру 2 волокноосаждения,где они под действием отсасывающеговентилятора (не показан) притягинаются к приемоформирующему транспортеру3, а затем получаемый ковер подаетсядля дальнейшей обработки,П р и М е р 1. Струю минераловатного расплава подают на первый валок 4 центрифуги 5 с выработочной1068401 температурой 1420 оС. С него в видеструек пленок расплав последовательно передается на последующие валки,образуя за счет центробежных сил минераловатные Волокна. В эародинамическое кольцо 6, охватывающее центрифугу 5, подают воздух вентиляторсм,производительность которого 27000 м 3/чс напором 600 мм вод,ст. Выходныеотверстия аэродинамического кольцапредставляют собой два щелевых соп- Щла одинаковой конструкции. Воздух,подаваемый в аэродинамическое кольцо,,разделяется на два разноскоростныхпотока, причем скорост первого по.тока больше скОрости второго в 1,5раза. Для этого ширину раскрытияпервого щелевого сопла 7 делают равной 12,5 мм, а ширину второго щелевого сопла - 18,75 мя. Первый высокоскоростной поток направляют параллельно боковой поверхности валка4 центрифуги 5 (Д=340 мм) на расстоянии 6,8 мм от нее (расстояние,Таблица 1 КоэФфициент Неволокнистыевключения, Ъ Объемный вес, кг/см 9 Диаметр волокна, мкм теплопроводности,ккал/м ч 0,036 0,92 1,3 5,45 7,8 56,98 воздуха из щелевого сопла 8 подаютпод углом 45 к первому в область 40 пересечения первого потока воздухас плоскостью расположения торцоввалков 4 центрифуги 5. Через отверс"тия в торцах валков 4 центрифуги 5под тарелку 12 подают над напором 45 10 атм пар вместе со связующим, который через зазор 12 вырывается подразличными углами и воздействуетна минераловатное волокно, подаваемоев область плоскости расположения 5 торцов валков центрифуги первымвоздушным высокоскоростным потоком.С другой стороны под углом 45 наоволокно воздействует второй воздушныйпоток из сопла 8, формируется прост, ранственное расположение волокон,разрываются большие сплетения, изкоторых удаляются капли невытянутогорасплава - корольки. Качественные показатели минераль ной ваты, получаемые при этом, сведены в табл.2.П р и м е р 2. Струю минераловатного волокна подают на валки 4 центрифуги 5 с температурой 1420 С. Минеральное волокно образуется за счет центробежных сил, В аэродинамическое кольцо 6 вентилятором подают воздух под напооом 600 мм вод,ст. в количестве 27000 мЗ/ч.Конструкция аэродинамического кольца 6 аналогична. Воздух в аэродинамическом кольце 6 разделяется на два потока, причем скорость пер- вого потока остается прежней, а скорость второго потока воздухазадают в 1,7 меньше, чем скорость первого потока, Для этого ширину, раскрытия первого щелевого сопла 7 сохраняют равной 12,5 мм, а ширину второго выполняют равной 21,35 мм. Первый поток воздуха из сопла 7 подают параллельно образующей цилиндрической поверхности валка 4 центрифуги 5 (диаметр валка 2340 мм) на . расстоянии 8,5 мм (что составляет О, 025 диаметра валка) . Второй поток равное 0,02 диаметра валка) . Второй поток направляют под углом 30 к первому в область пересечения первого потока воздуха с плоскостью расположения торцов валков 4 центрифуги 5.Образовавшиеся волокна минеральной ваты в виде сплетений и нитей первым высокоскоростным потоком воздуха из сопла довытягиваются и подаются в область плоскости расположения торцов валков 4 центрифуги 5, в которую направляют поток воздуха из сопла 8 и пар вместе со связующим под напором 10 атм через зазор 12 между торцами валков и кромками тарелок 11. Осуществляя воздействие воздуха и пара с трех сторон не сплетения минеральных, волокон,фор" мируют пространственную структуру минеральной ваты, выбивают капли расплава (королькиф) . Качественные показатели минеральной ваты сведены в табл,1. уплотнения возвратимос" ти9 10 1068401 Таблица 2 Коэффициент Объемный вес, кг/мф Проценткороль-,ка Диаметрволокна,мкм теплопро-,водности с,ккал/м ч 0,98 1,26 0,0355 5,43 57,96 7,0 ФеП р и м е р 3. Струю минераловатного расплава с температурой 1420 дС подают на вадки 4 центрифуги 5, с которых под действием центробежных сил вытягиваются волокна минеральной ваты. В аэродинамическое кольцо б, охватывающее центрифугу 5, подают воздух вентилятором в .количестве 27000,мф/ч с напором 600 мм вод.ст. 20 Выходные отверстия аэродийамического кольца выполнены в виде двух щелевых сопел одинаковой конфигурации. Первый поток воздуха из сопла 7 выходит с прежней (что и в примерах 1 и 2) 25 скоростью, а скорость второго потока воздуха из сопла 8 задают в 2 раза меньше. Для этого ширину раскрытия щелевого сопла 7 оставляют равной 12,5 мм,. а ширину щелевого сопла 8 З 0 . выполняют равной 25 мм, Первый поток воздуха из сопла 7 подают параллельно линии образующей цилиндрической поТаблица 3 се е Сее е е ее ее е е Диаметрволокна,мкм Объемный вес, г/мз ПроцентфскоролькаКоэффициент теплопроводностиккал/м ч 6,7 1,27 О,Ы 0,0356 5,5 58,2 Продолжение табл.4 Показатели 50 Таблица КоэЪициент теплопроводности,ккал/м ч Показатели Базовый Предлагаемоеобъект изобретение55 0,0368 0,0355 Коэффициентуплотнения МИНЕРАЛЬНАЯ ВАТА,1,87 1,.2 6 Объемный вес, кг/м 9 85,89с Процент корОлька12,2 57, 96 60 Использование изобретения позволит получить улучшение качества минераловатного волокна и изцелийиэ него путем уменьшения диаметраволокна в 1,2 раза, которое достигается подачей высокоскоростного 7,0 6,64 Диаметр волокна,мкмСравнительные технико-экономические показатели базового и заявляемого объектов сведены в табл.4. уплотненйя возвратимости верхности валка (диаметр валка340 мм), на расстоянии 10,2 мм (чтосоответствует 0,03 диаметра валка).Второй поток воздуха из щелевогосопла 8 подают под углом. 60 к первомупотоку в область пересечения первогопотока с плоскостью расположения торцов валков центрифуги, Через зазор12 в эту же область и в межвалковоепространство подают пар со связующимпод напором 10 атм. Пар выходит подразличными углами и воздействует наминераловатное волокно со сторонывалков. Таким обраэой,.осуществляетсявоздействие на волокна минеральнойваты с трех сторон, разрыв сплетений, охлаждение их и удаление каплейрасплава (корольков). Качественные показатели минеральной ваты, получаемой при этом, сведены в табл.3 уплотнения возвратимости Базовый Предлагаемоеобъект изобретениепотока воздуха вблизи цилиндрической поверхности валка, вдоль его оси)уменьшения коэффициента теплопроводности на 3,5% благодаря утонениюволокон н уменьшения количества иеволокнистых включений (королькаф)в 1,7 раза;. уменьшения коэффициентауплотнения и увеличения коэффициента воэвратимости, .которое достигается путем формирования переплетений, в,которых волокна занимают различноеположение в пространстве) уменьшенияобъемного веса минераловатных иэделий за счет утонения волокон, уменьшения количества корольковф;улучшения прочностных свойств волокон за счет быстрого их охлажденияпаром сразу после образования.11068401 Составитель Б. Коганва , Техред Ь,Далекорей актор О. Патр д, Тяск Кор каз 13 л ППП Патент, г Ужгород, ул ктная, 4 ШВНЮ Ш ЖШ щШают ааШ ж ЕЕ Ш8 Тираж 473ВНИИПИ Государственногпо делам изобретений113035, Москва, Ж, Раушж ж Подписнокомитета СССРоткрытийкая наб., д. 4