ES2952063T3

ES2952063T3 - Apparatus and process for producing fiber from igneous rock

Info

Publication number: ES2952063T3
Application number: ES17814107T
Authority: ES
Inventors: Oleksandr Biland; Robert Bruce Ferguson
Original assignee: Ferguson Robert Bruce Sr
Current assignee: Ferguson Robert Bruce Sr
Priority date: 2016-06-16
Filing date: 2017-06-15
Publication date: 2023-10-26
Anticipated expiration: 2037-06-15
Also published as: CA3180821A1

Abstract

Los métodos y aparatos para producir fibras a partir de roca ígnea, incluido el basalto, incluyen calentar roca ígnea mediante bobinas conductoras eléctricas para lograr una masa fundida homogénea y formar fibras homogéneas a partir de la masa fundida. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)Methods and apparatus for producing fibers from igneous rock, including basalt, include heating igneous rock using electrically conductive coils to achieve a homogeneous melt and forming homogeneous fibers from the melt. (Automatic translation with Google Translate, without legal value)

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Aparato y proceso para producir fibra a partir de roca ígneaApparatus and process for producing fiber from igneous rock

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

[0001] Uno de los principales desafíos de la fabricación de fibras a partir de rocas ígneas es la compleja estructura mineral de las rocas ígneas. Las rocas ígneas típicas que son adecuadas para la formación de fibras son los complejos de feldespatos, cuarzo, feldespatoides, olivinos, piroxenos, anfíboles y micas. Varios estudios geológicos de la composición mineral de las rocas ígneas en los Estados Unidos, Arabia Saudita, Japón, Rusia, Ucrania y Kirguizistán revelaron además que la mayoría de los depósitos de rocas ígneas existentes contienen cierta cantidad de minerales que no se pueden fundir, tal como el cuarzo, la forsterita, corindón, circonio y similares distribuidos aleatoriamente en todo el depósito de roca. La presencia de tales minerales en la materia prima causa ineficiencias en el proceso continuo de fabricación de fibra de roca al interrumpir el proceso de atenuación, aumentar las roturas de la fibra y asfixiar los bujes. Además, las partículas cristalinas en las fibras son concentradores de tensiones que pueden reducir significativamente la resistencia a la tracción y el módulo de elasticidad de las fibras continuas. Estos problemas dan como resultado fibras de calidad significativamente reducida, ya que la calidad de las fibras depende de la composición química de las materias primas y de lograr una fundición homogéneas de las rocas, libre de partículas no fundidas.[0001] One of the main challenges of manufacturing fibers from igneous rocks is the complex mineral structure of igneous rocks. Typical igneous rocks that are suitable for fiber formation are complexes of feldspars, quartz, feldspathoids, olivines, pyroxenes, amphibole and micas. Several geological studies of the mineral composition of igneous rocks in the United States, Saudi Arabia, Japan, Russia, Ukraine and Kyrgyzstan further revealed that most existing igneous rock deposits contain some amount of minerals that cannot be smelted, such as such as quartz, forsterite, corundum, zirconium and the like distributed randomly throughout the rock deposit. The presence of such minerals in the raw material causes inefficiencies in the continuous rock fiber manufacturing process by disrupting the attenuation process, increasing fiber breaks, and choking bushings. Furthermore, crystalline particles in fibers are stress concentrators that can significantly reduce the tensile strength and elastic modulus of continuous fibers. These problems result in fibers of significantly reduced quality, since the quality of the fibers depends on the chemical composition of the raw materials and achieving a homogeneous casting of the rocks, free of unmolten particles.

[0002] Varios de estos problemas con la producción de un fundido homogéneo se basan en la variedad de temperaturas de fusión de los minerales que se encuentran en los depósitos ígneos crudos. Por ejemplo, las temperaturas de fusión de los diversos minerales incluyen forsterita a 1890°C; cuarzo a 1728°C; corindón a 2050°C; y circonio a 2125°C. La presencia de estos minerales no puede tolerarse para las tecnologías de escala industrial convencional, ya que no hay refractarios en el mercado que puedan soportar tales temperaturas y lograr una campaña de por vida razonable para el horno de fusión. La fabricación convencional, por lo tanto, requiere grandes gastos de tiempo y recursos solo para descubrir depósitos de roca adecuados para ser utilizados como materias primas.[0002] Several of these problems with the production of a homogeneous melt are based on the variety of melting temperatures of minerals found in raw igneous deposits. For example, melting temperatures of various minerals include forsterite at 1890°C; quartz at 1728°C; corundum at 2050°C; and zirconium at 2125°C. The presence of these minerals cannot be tolerated for conventional industrial scale technologies, as there are no refractories on the market that can withstand such temperatures and achieve a reasonable lifetime campaign for the melting furnace. Conventional manufacturing, therefore, requires large expenditures of time and resources just to discover suitable rock deposits to be used as raw materials.

[0003] El logro de una fundición homogénea de rocas ígneas también es difícil debido a la oscuridad natural del material. A diferencia de los vidrios convencionales (artificiales), las rocas ígneas que son apropiadas para la formación de fibras típicamente tienen una estructura mineral complicada. Los feldespatos, cuarzo o feldespatoides, olivinos, piroxenos, anfíboles y micas, por ejemplo, son minerales básicos en la formación de tales rocas ígneas. Adicionalmente, el alto contenido de óxidos de formación de rocas, tal como el FeO y el Fe²O³, hace que la forma fundida de las rocas ígneas sea oscura (no transparente). Esta oscuridad evita que el calor radiante generado por los quemadores de gas/combustible que normalmente están ubicados por encima del nivel de fundición penetre sustancialmente en la fundición. Como resultado, los gradientes significativos de temperaturas y viscosidades prevalecen desde la parte superior a la parte inferior de la fundición de rocas en los procesos convencionales. Estos gradientes de temperatura pueden evitar la homogeneización porque una disminución de la temperatura de 150°C, por ejemplo, puede producir un aumento de 5 a 8 veces en la viscosidad del fundido, como se describe en los capítulos 3 y 3 o Dzhigiris, et al. "Basics of basalt fibers production", Teploenergetic, 2002. Por lo tanto, la utilización de una fuente de calor radiante como se describe requiere una agitación vigorosa de las rocas fundidas y/o la implementación de una fuente de calor interna a la fundición para mejorar la transferencia de masa y calor de principio a fin de la fundición. Esta necesidad de mejorar la transferencia de calor impulsa los diseños de básicamente todos los hornos de escala industrial convencionales para fundir rocas ígneas.[0003] Achieving homogeneous casting of igneous rocks is also difficult due to the natural darkness of the material. Unlike conventional (artificial) glasses, igneous rocks that are suitable for fiber formation typically have a complicated mineral structure. Feldspars, quartz or feldspathoids, olivines, pyroxenes, amphiboles and micas, for example, are basic minerals in the formation of such igneous rocks. Additionally, the high content of rock-forming oxides, such as FeO and Fe ² O ³ , makes the molten form of igneous rocks dark (not transparent). This darkness prevents the radiant heat generated by the gas/fuel burners that are normally located above the casting level from substantially penetrating the casting. As a result, significant gradients of temperatures and viscosities prevail from the top to the bottom of the rock melt in conventional processes. These temperature gradients can prevent homogenization because a temperature decrease of 150°C, for example, can produce a 5- to 8-fold increase in melt viscosity, as described in Chapters 3 and 3 or Dzhigiris, et al. to the. "Basics of basalt fibers production", Teploenergetic, 2002. Therefore, the use of a radiant heat source as described requires vigorous stirring of the molten rocks and/or the implementation of a heat source internal to the foundry to improve mass and heat transfer from start to finish of the casting. This need to improve heat transfer drives the designs of basically all conventional industrial-scale furnaces for melting igneous rocks.

[0004] La mayoría de los hornos que funden rocas ígneas como materia prima para la fabricación de fibras son los llamados hornos grandes tipo tanque con áreas de fusión de 3 a 80 metros cuadrados. Estos hornos a menudo emplean quemadores de combustibles fósiles y/o electrodos hechos de materiales tales como estaño, molibdeno o grafito para calentar el fundido. Ejemplos de tales hornos se describen en Trier, "Glass Furnaces, Design Construction and Operation", Society of Glass Technology, 2000, (capítulos, 2, 6 y 8), Lowenstein, "Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibres", Elsevier Science Publishers bV 1983 (capitulo 4) y en los siguientes documentos de patente, US07530240, US08037719, US08042362, US08414807, US20050103058, US20050223752, US200520060218972, US200520080179779, US20120104306, CN103043897, CN104211296, CN104291551, CN202808558, CN202849233, CN203033871, CN203256109, CN203397236, CN203429057, CN203960029, CN202543025, CN204079775, CN204097308, CN204097326, CN204097327 y UA88150.[0004] Most furnaces that melt igneous rocks as raw materials for the manufacture of fibers are so-called large tank-type furnaces with melting areas of 3 to 80 square meters. These furnaces often employ fossil fuel burners and/or electrodes made of materials such as tin, molybdenum or graphite to heat the melt. Examples of such furnaces are described in Trier, "Glass Furnaces, Design Construction and Operation", Society of Glass Technology, 2000, (chapters, 2, 6 and 8), Lowenstein, "Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibers", Elsevier Science Publishers bV 1983 (chapter 4) and in the following patent documents, US07530240, US08037719, US08042362, US08414807, US20050103058, US20050223752, US200520060218972, US200520080179779, US2 0120104306, CN103043897, CN104211296, CN104291551, CN202808558, CN202849233, CN203033871, CN203256109, CN203397236, CN203429057, CN203960029, CN202543025, CN204079775, CN204097308, CN204097326, CN204097327 and UA88150.

[0005] El documento CN1513782A divulga un método de calentamiento por inducción para fundición de mineral de lava basáltica para producir fibras. Comprende hornos de calentamiento por inducción S1 y S2 y un dispositivo de manguito de boquilla para la producción de fibra.[0005] Document CN1513782A discloses an induction heating method for smelting basaltic lava ore to produce fibers. It comprises induction heating furnaces S1 and S2 and a nozzle sleeve device for fiber production.

[0006] Los elementos básicos de la tecnología convencional para hornos a escala industrial para la fundición de rocas ígneas se ilustran en la figura 1. En un sistema de horno típico 10, hay una cámara delantera (11) que puede usarse para precalentar materias primas o previa fusión; una cámara de fusión (12) que puede incluir una o más partes conectadas y se usa normalmente para la homogeneización; un canal de distribución (13) y cámaras de extrusión (14) donde se colocan dispositivos formadores de fibra/bujes; y aparatos de arrollamiento (15) debajo de los dispositivos formadores de fibra.[0006] The basic elements of conventional technology for industrial scale furnaces for smelting igneous rocks are illustrated in Figure 1. In a typical furnace system 10, there is a front chamber (11) that can be used to preheat raw materials or prior merger; a melting chamber (12) which may include one or more connected parts and is typically used for homogenization; a distribution channel (13) and extrusion chambers (14) where fiber forming devices/bushings are placed; and winding apparatus (15) below the fiber-forming devices.

[0007] Como se indicó anteriormente, lograr un fundido homogéneo es un desafío principal en la producción de fibras y es un problema particular para los hornos convencionales que dependen de quemadores de gas o electrodos internos para el calentamiento. Se han utilizado varios métodos para agitar una masa de rocas fundidas en intentos de lograr una distribución de temperatura más homogénea. El burbujeo, por ejemplo, se utiliza en la mayoría de los hornos convencionales (ver Dzhigiris, Loewenstein, Trier, citado anteriormente). Este método típicamente requiere la instalación de una o varias filas de burbujeadores (tubos) a través del ancho en la parte inferior del horno. El flujo de aire caliente suministrado a través de los burbujeadores ayuda a proporcionar una corriente ascendente a través de las rocas fundidas. Si bien este método puede proporcionar un efecto de agitación efectivo, el método tiene desventajas tales como un aumento significativo del desgaste de metales refractarios costosos en la zona de fusión del horno. Este desgaste se debe a las intensas corrientes de fusión a temperaturas tan altas que aumentan en gran medida la interacción de fusión/refractario de la roca, lo que reduce el tiempo de vida del horno. La instalación de los burbujeadores también requiere la institución de medidas de salvaguardia adicionales, ya que los burbujeadores tienden a romperse (bloquearse) y dejar de funcionar. Los burbujeadores confiables también son costosos, ya que típicamente están hechos de aleación de platino-rodio (Pt-Rh), lo que aumenta significativamente el capital requerido para la fabricación del horno.[0007] As noted above, achieving a homogeneous melt is a major challenge in fiber production and is a particular problem for conventional furnaces that rely on gas burners or internal electrodes. for warming up. Various methods have been used to stir a mass of molten rock in attempts to achieve a more homogeneous temperature distribution. Bubbling, for example, is used in most conventional ovens (see Dzhigiris, Loewenstein, Trier, cited above). This method typically requires installing one or several rows of bubblers (tubes) across the width of the bottom of the furnace. The flow of hot air supplied through the bubblers helps provide an updraft through the molten rocks. Although this method can provide an effective stirring effect, the method has disadvantages such as a significant increase in the wear of expensive refractory metals in the melting zone of the furnace. This wear is due to intense melt currents at such high temperatures that they greatly increase the melt/refractory interaction of the rock, reducing the lifetime of the furnace. Installation of bubblers also requires the institution of additional safeguards, as bubblers tend to break (lock) and stop working. Reliable bubblers are also expensive, as they are typically made of platinum-rhodium (Pt-Rh) alloy, which significantly increases the capital required for furnace manufacturing.

[0008] Un segundo método para mejorar la transferencia de masa y calor a través de un volumen de fusión es la instalación de elementos de calentamiento dentro de la zona de fusión. Varios tipos de elementos de calentamiento de electrodos son ampliamente utilizados en la industria del vidrio (ver Trier y Loewenstein, citado anteriormente), y se usan o al menos se proponen para usar en rocas ígneas de fusión (número de patente de Estados Unidos 6.647.747). Aunque se han llevado a cabo décadas de investigación para diseñar electrodos para su uso en una fundición de rocas ígneas, muchas dificultades importantes siguen sin resolverse, que incluyen muchos de los mismos problemas o similares causados por el uso de burbujeadores. Por ejemplo, la distribución desigual del calor entre los electrodos cilíndricos requiere disposiciones eléctricas y mecánicas especiales. Sin embargo, los electrodos de placa son inservibles y, por lo general, requieren el gasto de un apagado completo del horno para su reemplazo. Además, la agresividad del fundido de rocas puede desgastar los electrodos dos veces más rápido que los electrodos en un horno de vidrio, y los elementos de calentamiento de los electrodos pueden aumentar significativamente los gastos de capital y operativos, ya que este proceso requiere un sistema eléctrico avanzado y equipos especiales de personal calificado para el servicio diario del sistema de electrodos.[0008] A second method to improve mass and heat transfer through a melt volume is the installation of heating elements within the melt zone. Various types of electrode heating elements are widely used in the glass industry (see Trier and Loewenstein, cited above), and are used or at least proposed for use in melting igneous rocks (U.S. patent number 6,647. 747). Although decades of research have been carried out to design electrodes for use in an igneous rock smelter, many important difficulties remain unresolved, including many of the same or similar problems caused by the use of bubblers. For example, uneven heat distribution between cylindrical electrodes requires special electrical and mechanical arrangements. However, plate electrodes are useless and usually require the expense of a complete furnace shutdown for replacement. Additionally, the aggressiveness of rock melting can wear out electrodes twice as fast as electrodes in a glass furnace, and electrode heating elements can significantly increase capital and operating expenses, as this process requires a Advanced electrical and special equipment of qualified personnel for daily service of the electrode system.

[0009] Otro método más conocido en la materia para mejorar la transferencia de calor y masa en la fundición de roca ígnea es aplicar agitadores mecánicos, vertederos y diversas disposiciones geométricas. Los agitadores mecánicos se usan a menudo en hornos de vidrio convencionales (ver, por ejemplo, Trier) y están disponibles comercialmente para tal uso. Sin embargo, la vida útil de tales agitadores puede ser corta debido a la corrosividad del fundido y puede acortarse aún más con el aumento de las temperaturas de operación requeridas para la roca ígnea. El desarrollo de materiales refractarios fundidos por fusión ha dado como resultado solo una ligera mejora en el tiempo de vida útil. La instalación de vertederos (Trier) o de orificios verticales en cascada especiales (número de patente de Estados Unidos 6.647.747), utilizados para promover la homogeneización del cuerpo de vidrio, no ofrece ninguna mejora significativa.[0009] Another method best known in the art to improve heat and mass transfer in the casting of igneous rock is to apply mechanical agitators, weirs and various geometric arrangements. Mechanical stirrers are often used in conventional glass furnaces (see, for example, Trier) and are commercially available for such use. However, the life of such agitators can be short due to the corrosiveness of the melt and can be further shortened with increasing operating temperatures required for igneous rock. The development of fusion-cast refractory materials has resulted in only a slight improvement in service life. The installation of weirs (Trier) or special vertical cascade holes (US patent number 6,647,747), used to promote homogenization of the glass body, does not offer any significant improvement.

[0010] La discusión anterior deja claro que la tecnología utilizada en la producción de fibra de vidrio no se transfiere fácil o simplemente a la producción de fibras de roca ígnea, al menos debido a la naturaleza heterogénea de la materia prima y sus diversos puntos de fusión, la dificultad para lograr y mantener un fundido homogéneo debido a la oscuridad de la fundición de rocas en comparación con el vidrio, y las temperaturas de fusión más altas requeridas para la roca ígnea. Todavía hay una necesidad, por lo tanto, de sistemas y métodos para producir fibras de buena calidad mediante el logro de una fundición homogénea de rocas ígneas que sean efectivas y rentables.[0010] The above discussion makes it clear that the technology used in the production of fiberglass is not easily or simply transferred to the production of igneous rock fibers, at least due to the heterogeneous nature of the raw material and its various points of origin. melting, the difficulty in achieving and maintaining a homogeneous melt due to the darkness of rock casting compared to glass, and the higher melting temperatures required for igneous rock. There is still a need, therefore, for systems and methods to produce good quality fibers by achieving homogeneous casting of igneous rocks that are effective and cost-effective.

[0011] Otro problema con los sistemas y métodos convencionales es el gasto de los dispositivos formadores de fibra. Las tecnologías de formación de fibra convencionales requieren bujes costosos hechos de materiales tales como Pt-Rh. Se cree que el número máximo de bujes de punta disponibles para la formación de fibra de roca es de 1200 en comparación con los 6000 bujes de punta para uso en la producción de fibra de vidrio. El número de puntas está limitado con la tecnología convencional debido a la oscuridad de la fundición de rocas, lo que dificulta el mantenimiento de la homogeneidad como se describió anteriormente. Adicionalmente, el intervalo de temperatura de la formación de fibra es estrecho en comparación con los vidrios convencionales, como, por ejemplo, el intervalo de variación permitida es de 20° a 70° o, en algunos ejemplos, de 30° a 60°C para roca en comparación con 180° a 200°C para vidrio. Esta tolerancia estrecha hace que la formación de fibras de la roca sea muy sensible a los gradientes de temperatura. Además, la presencia de óxidos de hierro en rocas ígneas aumenta la humectabilidad de la placa de Pt-Rh por fundición de rocas, lo que requiere que la distancia entre las puntas de los bujes de fibra de roca sea casi el doble que la distancia entre las puntas de los bujes de vidrio convencionales. Con base en las limitaciones de la geometría del buje y el costo de Pt-Rh, un buje típico para fibras de roca tiene solo un cuarto del número de bujes que los bujes del mismo tamaño para las fibras de vidrio convencionales, lo que resulta en una reducción de cuatro veces en la capacidad de producción en comparación con el vidrio.[0011] Another problem with conventional systems and methods is the expense of fiber-forming devices. Conventional fiber forming technologies require expensive bushings made of materials such as Pt-Rh. The maximum number of tip bushings available for rock fiber formation is believed to be 1,200 compared to 6,000 tip bushings for use in fiberglass production. The number of points is limited with conventional technology due to the darkness of the rock casting, making it difficult to maintain homogeneity as described above. Additionally, the temperature range of fiber formation is narrow compared to conventional glasses, such as, for example, the range of allowable variation is 20° to 70° or, in some examples, 30° to 60°C. for rock compared to 180° to 200°C for glass. This close tolerance makes the rock's fiber formation very sensitive to temperature gradients. Furthermore, the presence of iron oxides in igneous rocks increases the wettability of the Pt-Rh plate by rock casting, which requires the distance between the tips of the rock fiber bushings to be almost double that of the distance between the tips of conventional glass bushings. Based on the limitations of bushing geometry and Pt-Rh cost, a typical bushing for rock fibers has only one-quarter the number of bushings as bushings of the same size for conventional glass fibers, resulting in a four-fold reduction in production capacity compared to glass.

[0012] Los dispositivos formadores de fibra para fibras minerales continuas ampliamente conocidos como bujes han sido un desafío importante en la tecnología de fabricación de fibra de roca debido básicamente a las mismas razones mencionadas anteriormente, es decir, la compleja estructura mineral de las materias primas (rocas) y el alto nivel de contenido de óxidos de hierro.[0012] Fiber-forming devices for continuous mineral fibers widely known as bushings have been a major challenge in rock fiber manufacturing technology due to basically the same reasons mentioned above, that is, the complex mineral structure of the raw materials. (rocks) and the high level of iron oxide content.

[0013] Los primeros intentos de diseñar bujes para producir fibras minerales continuas se realizaron en la década de 1960 en la Unión Soviética. Los bujes de fundición de rocas que básicamente copian el diseño de los bujes de fibra de vidrio no han tenido mucho éxito. Las dificultades para obtener la uniformidad de la composición y la temperatura del fundido y la remoción de la placa de bujes han provocado inestabilidad en el proceso, altos niveles de rupturas de filamentos e ineficiencias generales del proceso.[0013] The first attempts to design bushings to produce continuous mineral fibers were made in the 1960s in the Soviet Union. Rock cast bushings that basically copy the design of fiberglass bushings They haven't had much success. Difficulties in obtaining melt composition and temperature uniformity and bushing plate removal have led to process instability, high levels of filament breaks, and overall process inefficiencies.

[0014] Los primeros bujes apropiados para la fabricación de fibras minerales continuas a escala industrial se introdujeron en la industria a principios de la década de 1980 (ver, por ejemplo, los documentos SU1211230, SU461908). La propiedad básica de ese diseño de buje fue la presencia de un calentador eléctrico adicional en forma de tubo (tubería descendente), que se colocó en la fundición de basalto en la parte inferior del canal de distribución y se extendió a un buje formador de fibra normal debajo del canal de distribución. Por lo tanto, la tubería tomó la fundición de basalto de un puntal pequeño en el canal de distribución, y suministro el material desde esa ubicación en el frente hacia los bujes con base en el supuesto de que el material de esa ubicación única podría considerarse que tiene una composición y temperatura uniformes.[0014] The first bushings suitable for the manufacture of continuous mineral fibers on an industrial scale were introduced to the industry in the early 1980s (see, for example, SU1211230, SU461908). The basic property of that bushing design was the presence of an additional tube-shaped electric heater (downpipe), which was placed in the basalt casting at the bottom of the distribution channel and extended to a fiber-forming bushing normal below the distribution channel. Therefore, the pipeline took the basalt casting from a small strut in the distribution channel, and supplied the material from that location in the front towards the bushings based on the assumption that the material from that single location could be considered to be It has a uniform composition and temperature.

[0015] Este diseño convencional tiene muchas limitaciones. Primero, el diámetro de la tubería descendente no puede ser lo suficientemente grande como para suministrar una cantidad suficiente de fundido a la placa de bujes para tener una capacidad de producción competitiva en comparación con la tecnología de fibra de vidrio convencional. La fundición de rocas (y el basalto en particular) tiene hasta un 15 % de óxidos de hierro, lo que resulta en un fundido oscuro que no es transparente como el fundido de vidrio. Por lo tanto, el calor en la tubería se limita al calor de conducción, ya que esencialmente no puede haber radiación o transferencia de calor por convección en la fusión oscura. Debido a que la pared de la tubería se calienta eléctricamente y la transferencia de calor se realiza por conducción, el fundido generalmente se sobrecalienta en el punto de contacto de "pared fundida" y la temperatura del fundido disminuye exponencialmente hacia el eje central de la tubería. Por lo tanto, el diámetro de la tubería está limitado por la necesidad de suministrar el fundido a la placa de bujes (orificio) lo más cerca posible a una temperatura uniforme (y por lo tanto a la viscosidad). A pesar de mucha investigación y desarrollo dirigidos a superar las obvias limitaciones de este diseño, el diseño de tubería descendente históricamente ha sido ampliamente utilizado en casi todas las instalaciones de fabricación de basalto en todo el mundo.[0015] This conventional design has many limitations. First, the diameter of the downpipe cannot be large enough to supply a sufficient amount of melt to the bushing plate to have competitive production capacity compared to conventional fiberglass technology. Cast rocks (and basalt in particular) have up to 15% iron oxides, resulting in a dark cast that is not transparent like cast glass. Therefore, the heat in the pipe is limited to conduction heat, since there can be essentially no radiation or convective heat transfer in dark fusion. Because the pipe wall is electrically heated and heat transfer is by conduction, the melt is generally superheated at the "melt wall" contact point and the melt temperature decreases exponentially toward the central axis of the pipe. . Therefore, the pipe diameter is limited by the need to supply the melt to the bushing plate (orifice) as closely as possible at a uniform temperature (and therefore viscosity). Despite much research and development aimed at overcoming the obvious limitations of this design, the downpipe design has historically been widely used in almost all basalt manufacturing facilities worldwide.

[0016] Esta limitación en el diámetro de la tubería descendente también limita el número de orificios que pueden usarse en la placa de bujes. El área en sección transversal de la tubería descendente no puede exceder efectivamente el 40 % del área en sección transversal total de todos los orificios. Por lo tanto, los procesos de fabricación comercial que utilizan la tubería descendente están esencialmente limitados a 836 placas de bujes de orificio en comparación con las 4800 placas de bujes de orificio utilizadas normalmente en la industria de fibra de vidrio convencional. Este sistema está aún más limitado al requerir una tubería descendente compuesta de aleación de Pt-Rh que produce al menos un aumento del 30% en el costo del buje.[0016] This limitation on the diameter of the downpipe also limits the number of holes that can be used in the bushing plate. The cross-sectional area of the downpipe may not effectively exceed 40% of the total cross-sectional area of all orifices. Therefore, commercial manufacturing processes using downpipe are essentially limited to 836 orifice bushing plates compared to the 4,800 orifice bushing plates typically used in the conventional fiberglass industry. This system is further limited by requiring a Pt-Rh alloy composite downpipe resulting in at least a 30% increase in bushing cost.

[0017] Durante operación, los dispositivos formadores de fibras convencionales (bujes) se calientan eléctricamente para compensar la caída brusca de la temperatura y la viscosidad desde el borde superior del contenedor de bujes a la placa de orificio (boquilla). El método estándar para calentar los bujes es mediante la conexión de las placas de orificio a través de los devanados de bajo voltaje de un transformador reductor que normalmente opera a 3-6 voltios y varios miles de amperios, dependiendo del tamaño del buje. Este proceso hace que la distribución de calor en las placas de bujes sea únicamente una función de los patrones de corriente eléctrica. Esto causa un problema porque mientras la corriente es constante para todo el montaje de buje, el calor no lo es. Este efecto se debe a la variación en la resistencia. La producción de calor está sujeta a la potencia de la fórmula, P = I2R. La resistencia eléctrica (R) en las secciones más delgadas es mayor que en las secciones más gruesas, lo que produce una temperatura más alta en las secciones más delgadas.[0017] During operation, conventional fiber-forming devices (bushings) are electrically heated to compensate for the sharp drop in temperature and viscosity from the top edge of the bushing container to the orifice plate (nozzle). The standard method of heating the bushings is by connecting the orifice plates across the low voltage windings of a step-down transformer typically operating at 3-6 volts and several thousand amps, depending on the size of the bushing. This process makes heat distribution in the bushing plates solely a function of electrical current patterns. This causes a problem because while the current is constant for the entire bushing assembly, the heat is not. This effect is due to the variation in resistance. Heat production is subject to the power formula, P = I2R. The electrical resistance (R) in the thinner sections is greater than in the thicker sections, resulting in a higher temperature in the thinner sections.

[0018] Los dispositivos formadores de fibra se construyen como combinaciones de láminas metálicas de diferentes espesores que se sueldan entre sí a lo largo de los bordes, a menudo se extienden desde una terminal a otra. Por lo tanto, cierto flujo lateral de la corriente es inevitable, afectando la distribución de temperatura de una manera que no es fácil de predecir. En un intento de maximizar la distribución uniforme del calor, los dispositivos formadores de fibra convencionales tienen a menudo una forma rectangular larga con terminales eléctricos sujetadas a lo largo de un lado corto de la placa de orificio.[0018] Fiber-forming devices are constructed as combinations of metal sheets of different thicknesses that are welded together along the edges, often extending from one terminal to another. Therefore, some lateral current flow is inevitable, affecting the temperature distribution in a way that is not easy to predict. In an attempt to maximize uniform heat distribution, conventional fiber-forming devices often have a long rectangular shape with electrical terminals attached along a short side of the orifice plate.

[0019] Estas abrazaderas requieren ocasionalmente ajustes hacia dentro o hacia fuera para lograr una distribución más uniforme de la temperatura en toda la placa de orificio. Este ajuste implica desconectar la energía, aflojar los pernos de la abrazadera, deslizar el contacto a una posición diferente con respecto a la terminal del buje y volver a apretar los pernos de la abrazadera. El efecto del ajuste no puede determinarse hasta que el buje haya vuelto a la temperatura de operación. Entonces, si el ajuste no logra el efecto deseado, el proceso debe repetirse. Una ineficiencia adicional puede ser causada por la ruptura inevitable de las terminales durante el proceso de ajuste.[0019] These clamps occasionally require inward or outward adjustment to achieve more uniform temperature distribution across the entire orifice plate. This adjustment involves turning off the power, loosening the clamp bolts, sliding the contact to a different position relative to the hub terminal, and retightening the clamp bolts. The effect of the adjustment cannot be determined until the bushing has returned to operating temperature. So if the adjustment does not achieve the desired effect, the process must be repeated. Additional inefficiency can be caused by the inevitable breakage of the terminals during the adjustment process.

[0020] Se han hecho intentos adicionales para superar el problema de mantener la homogeneidad en el fundido a medida que se transfiere hacia y a través del buje. Un método incluye agregar elementos de calentamiento en el interior de las tuberías. Sin embargo, la solución todavía depende del calentamiento de la conducción localizada en el fundido y del aumento adicional de los costos de mantenimiento y operación asociados con la colocación de los elementos de calentamiento en el horno de fusión.[0020] Additional attempts have been made to overcome the problem of maintaining homogeneity in the melt as it is transferred to and through the bushing. One method includes adding heating elements to the inside of the pipes. However, the solution still depends on localized conduction heating in the melt and the additional increase in maintenance and operating costs associated with placing the heating elements in the melting furnace.

[0021] Otras dificultades en la producción de fibras incluyen las que se producen en el proceso de atenuación del filamento cuando el filamento se extrae del orificio. Los materiales convencionales utilizados en los diseños de bujes se humedecen en cierta medida por la fundición de rocas. La humectabilidad de la placa de orificio depende estrictamente de la temperatura del fundido. Cuanto mayor sea la temperatura, menor será el ángulo de contacto. La humectabilidad de la placa de orificio por fundición de rocas es mucho más alta que la de los vidrios convencionales debido al alto contenido de óxidos de hierro típicamente presente en la fundición de rocas. Esto hace que las rocas fundidas (en particular el basalto) corra hacia el exterior de una boquilla, extendiéndose y eventualmente cubriendo toda la parte inferior de la placa de orificio. La fundición debe eliminarse mediante una tediosa operación de limpieza antes de que pueda continuar el dibujo de la fibra. Se descubrió que este problema podría eliminarse virtualmente al proporcionar las boquillas con orificios opuestos, o al hacer la pared de la boquilla lo más delgada posible. Antes de extraer la fibra de una boquilla, el fundido fluye a través de ella, forma una gota suspendida del anillo anular que constituye la salida de la boquilla, y luego cae dejando la fibra unida a la boquilla a través de un menisco, siempre que la viscosidad del fundido esté dentro del intervalo adecuado para el dibujo de fibra. El tiempo necesario para que una gota de fundido se forme y desaparezca de esta manera es una función del tamaño de la gota que, a su vez, es una función del área del anillo anular. Por lo tanto, cuanto más delgada sea la pared de la boquilla en la salida, más rápido se formará una gota y menor será la tendencia a humedecer la superficie vertical exterior de la boquilla. El número de publicación de solicitud de Estados Unidos 2006/0218972, incorporado en el presente documento como referencia, aborda este problema al proporcionar una placa de orificio plano con solo orificios sin boquillas instaladas. Tal disposición, sin embargo, aumenta la tendencia a mojarse con el tiempo.[0021] Other difficulties in fiber production include those that occur in the filament attenuation process when the filament is drawn from the hole. Conventional materials used in bushing designs are dampened to some extent by the melting of rocks. The wettability of the orifice plate depends strictly on the melt temperature. The higher the temperature, the smaller the contact angle. The wettability of rock casting orifice plate is much higher than that of conventional glasses due to the high content of iron oxides typically present in rock casting. This causes molten rocks (particularly basalt) to run toward the outside of a nozzle, spreading and eventually covering the entire bottom of the orifice plate. The casting must be removed by a tedious cleaning operation before fiber drawing can continue. It was found that this problem could be virtually eliminated by providing the nozzles with opposing orifices, or by making the nozzle wall as thin as possible. Before extracting the fiber from a nozzle, the melt flows through it, forms a drop suspended from the annular ring that constitutes the exit of the nozzle, and then falls leaving the fiber attached to the nozzle through a meniscus, provided that melt viscosity is within the range suitable for fiber pattern. The time required for a melt droplet to form and disappear in this manner is a function of the droplet size which, in turn, is a function of the area of the annular ring. Therefore, the thinner the nozzle wall at the outlet, the faster a drop will form and the less tendency there will be to wet the outer vertical surface of the nozzle. United States Application Publication Number 2006/0218972, incorporated herein by reference, addresses this problem by providing a flat orifice plate with only orifices without nozzles installed. Such an arrangement, however, increases the tendency to get wet over time.

[0022] Estos problemas con la boquilla se agravan de nuevo por la naturaleza de la fundición de rocas y no pueden resolverse simplemente transfiriendo la tecnología de formación de fibra de vidrio a la producción de fibras producidas a partir de rocas ígneas. Por lo tanto, existe la necesidad de mejorar no solo la tecnología de fundición, sino también el aspecto de formación de fibra de los sistemas y métodos para fabricar fibras de rocas.[0022] These nozzle problems are again compounded by the nature of rock casting and cannot be resolved by simply transferring glass fiber forming technology to the production of fibers produced from igneous rocks. Therefore, there is a need to improve not only the casting technology but also the fiber forming aspect of the systems and methods for manufacturing rock fibers.

SumarioSummary

[0023] La presente divulgación aborda al menos algunas de las deficiencias de la materia anterior al proporcionar aparatos completamente eléctricos para la fabricación de fibras continuas a partir de rocas ígneas, que incluyen, pero no se limitan a, riolita, dacita, andesita, basalto, diabasa, granito, granodiorita, diorita, gabro y similares y mezclas de los mismos. En ciertas realizaciones, los aparatos y métodos divulgados fabrican fibras dúctiles y continuas de alta calidad, completamente homogéneas, de al menos 5 micrómetros de diámetro a partir de rocas volcánicas y plutónicas con contenidos de sílice de al menos 40 % a 70 %. Tales fibras tienen una alta resistencia mecánica y una resistencia química y de temperatura excepcional. Las fibras producidas por los métodos y aparatos divulgados pueden usarse en numerosas aplicaciones de alta tecnología en una variedad de industrias, que incluyen, pero no se limitan a, la industria de la construcción; las industrias químicas, criogénicas y petroleras; las industrias automotriz y marina; así como para aplicaciones espaciales, de defensa y balísticas; protección contra el fuego y el calor; aislamiento acústico; ingeniería civil y tuberías; y tanques y cilindros de alta presión.[0023] The present disclosure addresses at least some of the deficiencies of the prior art by providing all-electric apparatus for the manufacture of continuous fibers from igneous rocks, including, but not limited to, rhyolite, dacite, andesite, basalt , diabase, granite, granodiorite, diorite, gabbro and the like and mixtures thereof. In certain embodiments, the disclosed apparatus and methods fabricate high quality, completely homogeneous, continuous, ductile fibers of at least 5 micrometers in diameter from volcanic and plutonic rocks with silica contents of at least 40% to 70%. Such fibers have high mechanical strength and exceptional chemical and temperature resistance. Fibers produced by the disclosed methods and apparatus can be used in numerous high-tech applications in a variety of industries, including, but not limited to, the construction industry; the chemical, cryogenic and oil industries; the automotive and marine industries; as well as for space, defense and ballistic applications; protection against fire and heat; acoustic isolation; civil engineering and pipelines; and high pressure tanks and cylinders.

[0024] Los aparatos y métodos divulgados para fabricar fibras continuas a partir de rocas ígneas son capaces de fundir todas las rocas ígneas adecuadas al producir un excelente efecto de agitación a través de la combinación adecuada de potencia de inducción y frecuencia, y eliminan la necesidad de una cámara/zona de homogeneización especial, dado que la homogeneización se produce durante la etapa de fusión. El aparato no requiere medios mecánicos para la homogeneización y logra fundidos homogéneos que carecen de puntos fríos y gradientes de temperatura extremos.[0024] The disclosed apparatus and methods for manufacturing continuous fibers from igneous rocks are capable of melting all suitable igneous rocks by producing an excellent stirring effect through the appropriate combination of induction power and frequency, and eliminate the need of a special homogenization chamber/zone, since homogenization occurs during the melting stage. The apparatus requires no mechanical means for homogenization and achieves homogeneous melts that lack cold spots and extreme temperature gradients.

[0025] La presente divulgación puede describirse en ciertas realizaciones, por lo tanto, como un método para producir fibras a partir de rocas ígneas, el método incluye agregar un volumen de rocas ígneas trituradas a una cámara del horno, en donde la cámara del horno está envuelta con una bobina de inducción eléctrica; aplicar corriente alterna a la bobina de inducción, eficaz para calentar el volumen de rocas ígneas trituradas agregada a la cámara del horno y para producir una fundición sustancialmente homogénea de rocas en al menos una porción del volumen de rocas ígneas; y pasar al menos una parte de la porción de la fundición homogénea de rocas a través de una cámara de formación de fibra y posteriormente pasar al menos una porción del volumen de rocas ígneas desde la cámara de formación de fibra a través de orificios formadores de fibra bajo temperatura controlada efectiva para producir fibras, en donde la cámara de formación de fibra está envuelta en una bobina de inducción eléctrica y la temperatura de la porción de la fundición homogénea de rocas en la cámara de formación de fibra se controla mediante la potencia y la frecuencia de la corriente eléctrica en la bobina de inducción que rodea la cámara de formación de fibra. El método también puede incluir controlar la temperatura en los orificios formadores de fibra dentro de los 20° a 70° o, en algunos ejemplos, de 30°C a 60°C, o dentro de 5°C a 10°C o menos de una temperatura objetivo, que es la temperatura óptima para formar fibra a partir del material del lote particular. La temperatura adecuada, por ejemplo, debe ser lo suficientemente alta para mantener la fundición de rocas en un estado homogéneo y lo suficientemente fría para permitir que el material se extienda a través de los orificios formadores de fibras para formar fibras sin que la placa de orificio se humedezca excesivamente.[0025] The present disclosure may be described in certain embodiments, therefore, as a method for producing fibers from igneous rocks, the method includes adding a volume of crushed igneous rocks to a furnace chamber, wherein the furnace chamber It is wrapped with an electric induction coil; applying alternating current to the induction coil, effective to heat the volume of crushed igneous rocks added to the furnace chamber and to produce a substantially homogeneous melt of rocks in at least a portion of the volume of igneous rocks; and passing at least a portion of the homogeneous rock casting portion through a fiber-forming chamber and subsequently passing at least a portion of the igneous rock volume portion from the fiber-forming chamber through fiber-forming orifices. under effective controlled temperature to produce fibers, wherein the fiber forming chamber is wrapped in an electrical induction coil and the temperature of the portion of the homogeneous rock casting in the fiber forming chamber is controlled by the power and the frequency of the electric current in the induction coil surrounding the fiber forming chamber. The method may also include controlling the temperature in the fiber-forming holes within 20° to 70° or, in some examples, 30°C to 60°C, or within 5°C to 10°C or less of a target temperature, which is the optimal temperature for forming fiber from the material of the particular batch. The proper temperature, for example, should be high enough to keep the rock casting in a homogeneous state and cold enough to allow the material to spread through the fiber-forming holes to form fibers without the orifice plate becomes excessively moist.

[0026] Los métodos divulgados pueden incluir además pasar al menos una porción de tal porción de fundición homogénea de rocas a través de una cámara de acondicionamiento rodeada por una bobina de inducción eléctrica y enfriar la porción de fundición homogénea de rocas efectiva para producir un flujo laminar en al menos una porción de la cámara de acondicionamiento antes de pasar la porción de fundición homogénea de rocas a la cámara de formación de fibra. Se entiende que las bobinas de inducción eléctrica que rodean la cámara de acondicionamiento y las cámaras de formación de fibra pueden conectarse a generadores o circuitos eléctricos iguales o diferentes, o que la potencia y la frecuencia de los circuitos pueden controlarse individualmente.[0026] The disclosed methods may further include passing at least a portion of such homogeneous rock casting portion through a conditioning chamber surrounded by an electrical induction coil and cooling the effective homogeneous rock casting portion to produce a flow. laminar in at least a portion of the conditioning chamber before passing the homogeneous rock casting portion to the fiber forming chamber. It is understood that the electrical induction coils surrounding the conditioning chamber and the fiber forming chambers may be connected to the same or different electrical circuits or generators, or that the power and frequency of The circuits can be controlled individually.

[0027] En ciertas realizaciones, el volumen de rocas ígneas trituradas puede precalentarse antes de agregarse a la cámara del horno y la etapa de precalentamiento puede realizarse al menos en parte al transferir gases de escape calientes desde la cámara del horno a un cargador de lotes que contiene un lote de roca ígnea triturada. Durante la operación, un volumen de rocas ígneas trituradas se precalienta y luego se libera en la cámara del horno por una canaleta o rampa, donde el lote se calienta a una temperatura de aproximadamente 1200°C a aproximadamente 3000°C. En ciertas realizaciones, la temperatura se determina mediante una prueba previa de la roca ígnea para determinar la temperatura de fusión óptima, que variará dependiendo de la composición de cada materia prima en particular.[0027] In certain embodiments, the volume of crushed igneous rocks may be preheated before being added to the furnace chamber and the preheating step may be performed at least in part by transferring hot exhaust gases from the furnace chamber to a batch charger. containing a batch of crushed igneous rock. During operation, a volume of crushed igneous rock is preheated and then released into the furnace chamber via a chute or chute, where the batch is heated to a temperature of about 1200°C to about 3000°C. In certain embodiments, the temperature is determined by pretesting the igneous rock to determine the optimal melting temperature, which will vary depending on the composition of each particular feedstock.

[0028] La cámara del horno puede dividirse en una primera zona y una segunda zona separada de la primera zona por un deflector de flujo inferior y en donde tal segunda zona está en comunicación fluida con una cámara de acondicionamiento a través de una apertura en la pared de dicha cámara del horno. La cámara de acondicionamiento puede incluir una o más aperturas en la superficie inferior de la misma que proporciona comunicación fluida entre la cámara de acondicionamiento y una o más cámaras de formación de fibra. Las cámaras de formación de fibra pueden envolverse en una camisa de agua de temperatura efectiva para enfriar las paredes de las cámaras de formación de fibra efectivas para formar una capa del horno de crisol en la superficie interior de las cámaras de formación de fibra. En ciertas realizaciones, las rocas ígneas trituradas pueden incluir basalto y también puede incluir al menos uno de los feldespatos, cuarzo, feldespatoides, olivinos, piroxenos, anfíboles y micas. La roca ígnea también puede incluir cualquiera de riolita, dacita, andesita, basalto, diabasa, granito, granodiorita, diorita o gabro. En ciertas realizaciones, la roca ígnea es principalmente basalto con mezclas de ciertos otros minerales para afectar a las propiedades seleccionadas de las fibras producidas, tal como la mejora de las propiedades mecánicas o químicas, por ejemplo, o el mejoramiento del blindaje o la resistencia a la radiación. En ciertas realizaciones, las muestras de rocas trituradas pueden incluir minerales que pueden contener elementos químicos, que incluyen, pero sin limitarse a, circonio, boro, cadmio, hafnio, gadolinio o europio.[0028] The oven chamber may be divided into a first zone and a second zone separated from the first zone by a lower flow deflector and wherein said second zone is in fluid communication with a conditioning chamber through an opening in the wall of said oven chamber. The conditioning chamber may include one or more openings in the bottom surface thereof that provide fluid communication between the conditioning chamber and one or more fiber forming chambers. The fiber forming chambers may be wrapped in a water jacket of effective temperature to cool the walls of the fiber forming chambers effective to form a crucible furnace layer on the inner surface of the fiber forming chambers. In certain embodiments, the crushed igneous rocks may include basalt and may also include at least one of the feldspars, quartz, feldspathoids, olivines, pyroxenes, amphiboles and micas. Igneous rock may also include any of rhyolite, dacite, andesite, basalt, diabase, granite, granodiorite, diorite or gabbro. In certain embodiments, the igneous rock is primarily basalt with admixtures of certain other minerals to affect selected properties of the fibers produced, such as improving mechanical or chemical properties, for example, or improving shielding or resistance to the radiation. In certain embodiments, the crushed rock samples may include minerals that may contain chemical elements, including, but not limited to, zirconium, boron, cadmium, hafnium, gadolinium, or europium.

[0029] En otras realizaciones preferidas, los métodos pueden incluir colocar sensores de temperatura al menos en la cámara de acondicionamiento y las cámaras de formación de fibra y controlar la temperatura en la cámara de acondicionamiento y cámaras de formación de fibra mediante el control informatizado de la corriente eléctrica en las bobinas de inducción con base en la retroalimentación recibida por un ordenador de los sensores de temperatura.[0029] In other preferred embodiments, the methods may include placing temperature sensors at least in the conditioning chamber and fiber forming chambers and controlling the temperature in the conditioning chamber and fiber forming chambers by computerized control of the electrical current in the induction coils based on the feedback received by a computer from the temperature sensors.

[0030] Puede describirse la divulgación, por lo tanto, en ciertas realizaciones como un método para producir fibras, de acuerdo con la reivindicación 7.[0030] The disclosure may therefore be described in certain embodiments as a method of producing fibers, according to claim 7.

[0031] Los métodos también pueden incluir procesamiento continuo que incluye repetir las etapas de:[0031] The methods may also include continuous processing including repeating the steps of:

obtener una cantidad de rocas ígneas trituradas para convertirla en fibra;obtain a quantity of crushed igneous rocks to convert it into fiber;

colocar un lote de dicha cantidad de rocas ígneas trituradas en un cargador de lotes;placing a batch of said quantity of crushed igneous rocks into a batch loader;

precalentar de dicho lote; ypreheat said batch; and

transportar dicho lote a una primera cámara de un horno de fusión, en donde el horno de fusión se envuelve con una bobina de inducción eléctrica. Las etapas repetibles adicionales pueden incluir la eliminación adicional de gases calentados de dicha segunda zona de dicho horno de fusión y el flujo de dichos gases en dicho cargador de lotes, y controlar la temperatura en dicho horno y cámaras con una computadora; en donde la computadora recibe datos de temperatura de sensores de temperatura colocados en dicha cámara de acondicionamiento y en cada una de dichas cámaras de formación de fibra y controla el nivel de potencia y la frecuencia de CA con base en los datos recibidos de dichos sensores de temperatura.transporting said batch to a first chamber of a melting furnace, where the melting furnace is wrapped with an electrical induction coil. Additional repeatable steps may include further removal of heated gases from said second zone of said melting furnace and flow of said gases into said batch charger, and controlling the temperature in said furnace and chambers with a computer; wherein the computer receives temperature data from temperature sensors placed in said conditioning chamber and in each of said fiber forming chambers and controls the AC power level and frequency based on the data received from said conditioning sensors. temperature.

[0032] Los métodos divulgados para preparar roca ígnea para uso en la producción de fibras también pueden incluir colocar roca ígnea triturada sin procesar en un horno de fusión, en donde el horno de fusión está envuelto con una bobina de inducción eléctrica conectada eléctricamente a un generador; y aplicar una corriente eléctrica de CA de alta frecuencia a dicha bobina de inducción de dicho generador con suficiente potencia para elevar la temperatura por encima del punto de fusión del vidrio de todos los constituyentes minerales de dicha roca ígnea.[0032] Disclosed methods for preparing igneous rock for use in fiber production may also include placing raw crushed igneous rock into a melting furnace, wherein the melting furnace is wrapped with an electrical induction coil electrically connected to a generator; and applying a high frequency AC electrical current to said induction coil of said generator with sufficient power to raise the temperature above the glass melting point of all mineral constituents of said igneous rock.

[0033] En ciertas realizaciones, la divulgación también puede describirse como un aparato para producir fibras que comprende de acuerdo con la reivindicación 12.[0033] In certain embodiments, the disclosure may also be described as an apparatus for producing fibers comprising according to claim 12.

[0034] El aparato divulgado puede incluir además uno o más de una pluralidad de sensores de temperatura colocados en el horno de fusión, la cámara de acondicionamiento y en cada cámara de formación de fibra, una pluralidad de pulverizadores de agua configurados para rociar la niebla en los filamentos a medida que emergen de dicho orificios, una o más ruletas de recolección cada una configurada para consolidar las fibras de una de dichas cámaras de formación de fibra, uno o más enrolladores configurados para recibir filamento de una o más de dichas ruletas, y una o más computadoras configuradas para recibir datos de temperatura y flujo de agua de dicho aparato y para controlar dichos generadores de energía, convertidores de frecuencia y suministros de agua, y para controlar la introducción de lotes adicionales en el horno de calentamiento, según sea necesario. El cargador de lotes puede, por lo tanto, incluir un motor configurado para proporcionar vibración a dicha tolva configurada para facilitar el vaciado de la tolva.[0034] The disclosed apparatus may further include one or more of a plurality of temperature sensors positioned in the melting furnace, the conditioning chamber and in each fiber forming chamber, a plurality of water sprayers configured to spray mist. in the filaments as they emerge from said hole, one or more collection spinners each configured to consolidate fibers from one of said fiber forming chambers, one or more winders configured to receive filament from one or more of said spinners, and one or more computers configured to receive temperature and water flow data from said apparatus and to control said power generators, frequency converters and water supplies, and to control the introduction of additional batches into the heating oven, as may be necessary. The batch loader may, therefore, include a motor configured to provide vibration to said hopper configured to facilitate emptying of the hopper.

[0035] En ciertas realizaciones, el aparato puede incluir además una o más camisas de enfriamiento que comprenden tubos de cobre o acero inoxidable, cada uno en comunicación fluida con una unidad de suministro de agua y de intercambio de calor, un primer generador que puede ser, pero no está limitado a, un generador de 500 kW, uno o más segundos generadores, en donde los segundos generadores pueden ser, pero no están limitados a, generadores de 250 kW y unidades de intercambio de calor que comprenden un enfriador de aire o una torre de enfriamiento. Cada superficie de formación de fibra puede comprender una placa metálica, cerámica o combinación de metal y cerámica, en donde las placas de metal pueden comprender platino o una aleación de platino, y en donde cada una de dichas superficies de formación de fibra comprende de aproximadamente 200 a 2000 orificios. En ciertas realizaciones, las cámaras de formación de fibras pueden ser de forma cilíndrica y en donde la superficie de formación de fibras es redonda y forma sustancialmente toda la superficie inferior de la cámara de formación de fibras.[0035] In certain embodiments, the apparatus may further include one or more cooling jackets comprising copper or stainless steel tubes, each in fluid communication with a water supply and heat exchange unit, a first generator which may be, but is not limited to, a 500 kW generator, one or more second generators, wherein the second generators may be, but are not limited to, 250 kW generators and heat exchange units comprising an air cooler or a cooling tower. Each fiber forming surface may comprise a metal plate, ceramic or combination of metal and ceramic, wherein the metal plates may comprise platinum or a platinum alloy, and wherein each of said fiber forming surfaces comprises approximately 200 to 2000 holes. In certain embodiments, the fiber forming chambers may be cylindrical in shape and wherein the fiber forming surface is round and forms substantially the entire bottom surface of the fiber forming chamber.

[0036] Se entiende que los generadores descritos en el presente documento son solo representativos, y que la potencia y la frecuencia utilizadas para cualquier lote particular de material dependerán de la capacidad del aparato, del material que se procesa y de la temperatura requerida. Por ejemplo, un aparato con una capacidad de 150 kg de fundido por hora puede utilizar, por ejemplo, un primer generador (principal) que proporciona una potencia de 500 kW a una frecuencia de 3 MHz para alcanzar una temperatura de fusión de 2600°C, un generador secundario proporciona una potencia de 200 kW a una frecuencia de 10 kHz para alcanzar una temperatura de 1500°C y una superficie de formación de fibra que incluye hasta 2400 orificios. Se entiende además que, para un aparato a escala industrial con una capacidad de 1200 kg de fundido por hora, puede utilizar, por ejemplo, un generador principal que proporciona una potencia de 4 MW a una frecuencia de hasta 30 MHz para alcanzar una temperatura de fusión de 3000°C y uno o más generadores secundarios, cada uno de los cuales proporciona una potencia de 300 kW a una frecuencia de hasta 100 kHz para lograr una temperatura de fusión de 1500°C y utiliza múltiples dispositivos formadores de fibra que totalizan desde aproximadamente 1000 hasta aproximadamente 6000 orificios. Se entiende que pueden emplearse hornos más pequeños o mucho más grandes y que la potencia y la frecuencia proporcionadas a las bobinas se adaptan a la materia prima sin procesar particular y la capacidad de salida continua. Los generadores para uso en los aparatos y métodos divulgados actualmente pueden, por lo tanto, incluir aquellos capaces de generar una potencia de aproximadamente 1 kW a 10 MW o mayor según sea necesario y en frecuencias compatibles de aproximadamente 60 Hz a 100 kHz, o de aproximadamente 1 kHz a 100 MHz, por ejemplo.[0036] It is understood that the generators described herein are representative only, and that the power and frequency used for any particular batch of material will depend on the capacity of the apparatus, the material being processed and the temperature required. For example, an apparatus with a capacity of 150 kg of melt per hour may use, for example, a first (main) generator that provides a power of 500 kW at a frequency of 3 MHz to achieve a melt temperature of 2600°C. , a secondary generator provides a power of 200 kW at a frequency of 10 kHz to achieve a temperature of 1500°C and a fiber forming surface that includes up to 2400 holes. It is further understood that for an industrial scale apparatus with a capacity of 1200 kg of melt per hour, it may use, for example, a main generator providing a power of 4 MW at a frequency of up to 30 MHz to achieve a temperature of 3000°C fusion and one or more secondary generators, each providing 300 kW power at a frequency of up to 100 kHz to achieve a fusion temperature of 1500°C and utilizing multiple fiber-forming devices totaling from approximately 1000 to approximately 6000 holes. It is understood that smaller or much larger furnaces may be employed and that the power and frequency provided to the coils are tailored to the particular raw material and continuous output capacity. Generators for use in the currently disclosed apparatus and methods may, therefore, include those capable of generating power of about 1 kW to 10 MW or greater as needed and at compatible frequencies of about 60 Hz to 100 kHz, or of about 1 kHz to 100 MHz, for example.

[0037] La divulgación también puede describirse en ciertas realizaciones como una fibra fabricada por los procesos divulgados. Tales fibras pueden incluir fibras con un diámetro de 1 micrómetro (|jm) a 100 μm, o más, dependiendo de la materia prima, el uso previsto y la estructura de las superficies que forman la fibra. Las fibras pueden incluir diámetros de 1 jm , 2 jm , 3 jm , 4 jm , 5 jm , 6 jm , 7 jm , 8 jm , 9 jm , 10 jm , 12 jm , 15 jm , 17 jm , 20 jm , 25 jm , 30 jm , 35 jm , 40 jm , 45 jm , 50 jm , 55 jm , 60 jm , 65 jm , 70 jm , 75 jm , 80 jm , 85 jm , 90 jm , 95 jm , o 100 jm , por ejemplo, o cualquier otro tamaño específico dentro de ese intervalo. Las fibras divulgadas pueden estar libres, o sustancialmente libres, de partículas cristalinas no fusionadas cuando se observan al microscopio. Por sustancialmente libre, se entiende que al menos el 80 % o al menos el 90 % o más del 99 % de las fibras por volumen o área de sección transversal no contienen partículas cristalinas visibles. Una vista de las fibras libres de partículas cristalinas se muestra microscópicamente en las figuras 5D y 5B. Como puede verse en las figuras, las fibras (5C y 5D) hechas por el proceso divulgado están libres de partículas cristalinas visibles, mientras que las fibras en 5A y 5B, hechas por procesos de formación de fibras convencionales, contienen altos niveles de partículas cristalinas fácilmente visibles, según lo indicado por las flechas. [0037] The disclosure may also be described in certain embodiments as a fiber manufactured by the disclosed processes. Such fibers may include fibers with a diameter of 1 micrometer (|jm) to 100 μm, or more, depending on the raw material, the intended use, and the structure of the surfaces that form the fiber. Fibers may include diameters of 1 jm, 2 jm, 3 jm, 4 jm, 5 jm, 6 jm, 7 jm, 8 jm, 9 jm, 10 jm, 12 jm, 15 jm, 17 jm, 20 jm, 25 jm , 30 jm, 35 jm, 40 jm, 45 jm, 50 jm, 55 jm, 60 jm, 65 jm, 70 jm, 75 jm, 80 jm, 85 jm, 90 jm, 95 jm, or 100 jm, for example, or any other specific size within that range. The disclosed fibers may be free, or substantially free, of unfused crystalline particles when viewed under a microscope. By substantially free, it is meant that at least 80% or at least 90% or more than 99% of the fibers by volume or cross-sectional area do not contain visible crystalline particles. A view of the fibers free of crystalline particles is shown microscopically in Figures 5D and 5B. As can be seen in the figures, the fibers (5C and 5D) made by the disclosed process are free of visible crystalline particles, while the fibers in 5A and 5B, made by conventional fiber forming processes, contain high levels of crystalline particles. easily visible, as indicated by the arrows.

Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings

[0038] Los siguientes dibujos forman parte de la presente especificación y se incluyen para demostrar adicionalmente ciertos aspectos de la presente invención. La divulgación puede entenderse mejor haciendo referencia a uno o más de estos dibujos en combinación con la descripción detallada de las realizaciones específicas presentadas en el presente documento.[0038] The following drawings form part of the present specification and are included to further demonstrate certain aspects of the present invention. The disclosure may be better understood by referring to one or more of these drawings in combination with the detailed description of the specific embodiments presented herein.

La figura 1 es un dibujo esquemático de un sistema de horno típico como se conoce en la materia para producir fibras a partir de rocas ígneas.Figure 1 is a schematic drawing of a typical furnace system as known in the art for producing fibers from igneous rocks.

La figura 2 es un dibujo esquemático de una realización preferida de un aparato de producción de fibra.Figure 2 is a schematic drawing of a preferred embodiment of a fiber production apparatus.

La figura 3 es un diagrama de flujo de un proceso preferido.Figure 3 is a flow chart of a preferred process.

La figura 4A es una vista en sección transversal lateral de una realización de un dispositivo de formación de fibra. La figura 4B es una vista isométrica desde la parte inferior del dispositivo de formación de fibra de la figura 4A. Las figuras 5A-5D son vistas microscópicas de fibras fabricadas mediante métodos de fusión convencionales (5A y 5B) y fibras fabricadas mediante el método y aparato divulgados (5C y 5D).Figure 4A is a side cross-sectional view of one embodiment of a fiber forming device. Figure 4B is an isometric view from the bottom of the fiber forming device of Figure 4A. Figures 5A-5D are microscopic views of fibers manufactured by conventional fusion methods (5A and 5B) and fibers manufactured by the disclosed method and apparatus (5C and 5D).

Descripción detalladaDetailed description

[0039] El aparato y los métodos divulgados abordan al menos algunos de los problemas para producir fibras con tecnología de horno convencional al menos porque no utilizan refractarios para el aislamiento térmico de la caldera y tienen la capacidad de calentar la fundición de rocas de manera homogénea hasta 3000°C sin un aparato mecánico para agitar. Esto puede lograr un estado 100 % homogéneo de la fundición de rocas incluso en presencia de tales minerales infusibles como el cuarzo/cuarcita, forsterita; corundo; circonio, etc. Además, la formación de una capa de horno de crisol en la pared del horno protege al horno de los efectos de alta temperatura y fusión agresiva, reduciendo el desgaste de las paredes y prolongando en gran medida la vida del horno Se cree que un horno de la presente divulgación probablemente tenga una vida útil de 20 a 30 años, por ejemplo, en comparación con una vida útil de 2 a 5 años para un horno utilizado en tecnologías de la fundición de rocas convencionales.[0039] The apparatus and methods disclosed address at least some of the problems in producing fibers with conventional furnace technology at least because they do not use refractories for thermal insulation of the boiler and have the ability to heat the rock melt homogeneously up to 3000°C without a mechanical stirring device. This can achieve a 100% homogeneous state of rock casting even in the presence of such infusible minerals as quartz/quartzite, forsterite; corundum; zirconium, etc. Additionally, the formation of a crucible furnace layer on the furnace wall protects the furnace from the effects of high temperature and aggressive melting, reducing wall wear and greatly prolonging the life of the furnace. It is believed that a crucible furnace This disclosure is likely have a useful life of 20 to 30 years, for example, compared to a useful life of 2 to 5 years for a furnace used in conventional rock smelting technologies.

[0040] Hay tres etapas básicas para fundir rocas ígneas en un horno, arranque (que incluye la iluminación inicial y/o calentamiento a la temperatura objetivo), operación de rutina y apagado, típicamente para reparación o mantenimiento. Debido a las limitaciones técnicas del diseño de hornos de tanque convencionales y materiales refractarios, el proceso de arranque de la iluminación y el calentamiento generalmente requiere un aumento gradual de la temperatura con ajustes en la estructura a medida que aumenta la temperatura, un proceso que toma un promedio de hasta 20 días. El tiempo de apagado para un horno convencional es aproximadamente igual al arranque, para evitar grietas y destrucción de refractarios durante el enfriamiento. Durante el modo de operacional normal para los tanques de hornos convencionales, las ineficiencias a menudo se experimentan debido a la inercia de la fusión, especialmente la fusión oscura, como ocurre con las rocas ígneas. Los dispositivos de calentamiento convencionales, tal como los electrodos de gas o de calentamiento, actúan localmente, lo que hace que existan discontinuidades de temperatura en todo el volumen. En ciertos casos puede llevar horas alcanzar una temperatura homogénea.[0040] There are three basic stages to melting igneous rocks in a furnace, start-up (which includes initial lighting and/or heating to the target temperature), routine operation, and shutdown, typically for repair or maintenance. Due to the technical limitations of the design of conventional tank furnaces and refractory materials, the lighting and heating start-up process generally requires a gradual increase in temperature with adjustments to the structure as the temperature increases, a process that takes an average of up to 20 days. The shutdown time for a conventional kiln is approximately equal to start-up, to avoid cracks and destruction of refractories during cooling. During the normal operational mode for conventional furnace tanks, inefficiencies are often experienced due to melt inertia, especially dark melt, as occurs with igneous rocks. Conventional heating devices, such as gas or heating electrodes, act locally, causing temperature discontinuities to exist throughout the volume. In certain cases it can take hours to reach a homogeneous temperature.

[0041] Por el contrario, el aparato y los métodos divulgados pueden lograr un efecto térmico uniforme en todo el volumen del fundido a través de corrientes eléctricas circulares, conocidas como corrientes parásitas, inducidas dentro del fundido por un campo magnético cambiante. Las corrientes parásitas, también llamadas corrientes de Foucault, son bucles de corriente eléctrica inducida dentro de los conductores por un campo magnético cambiante en el conductor, debido a la ley de inducción de Faraday. Las corrientes parásitas fluyen en bucles cerrados dentro de los conductores, en planos perpendiculares al campo magnético. Este proceso distribuye el calor de manera uniforme en todo el volumen del fundido, que sirve como conductor en este caso. Los procedimientos de arranque y apagado para un aparato de la presente divulgación pueden demorar solo una hora y el ajuste de la temperatura de fusión de todo el cuerpo de fusión puede demorar unos minutos. Por lo tanto, el proceso es muy flexible y puede detenerse y comenzar en cualquier momento, según sea necesario, sin demoras prolongadas.[0041] In contrast, the apparatus and methods disclosed can achieve a uniform thermal effect throughout the volume of the melt through circular electrical currents, known as eddy currents, induced within the melt by a changing magnetic field. Eddy currents, also called eddy currents, are loops of electrical current induced within conductors by a changing magnetic field in the conductor, due to Faraday's law of induction. Eddy currents flow in closed loops within conductors, in planes perpendicular to the magnetic field. This process distributes heat evenly throughout the volume of the melt, which serves as a conductor in this case. The startup and shutdown procedures for an apparatus of the present disclosure may take only one hour and adjustment of the melting temperature of the entire melting body may take a few minutes. The process is therefore very flexible and can be stopped and started at any time as needed without long delays.

[0042] Un ejemplo de una realización preferida de un aparato para fabricar fibras continuas se muestra en la figura 2. El aparato 100 incluye un cargador de lotes 101 que incluye una tolva para recibir basalto triturado o roca ígnea sin procesar. La tolva puede diseñarse para albergar aproximadamente 7,5 metros cúbicos (25 pies cúbicos) en algunas realizaciones, y hasta 630 metros cúbicos (1200 pies cúbicos) o más en un entorno industrial, y puede incluir uno o más motores pequeños 128 de 1 kilovatio a 4 kilovatios (2 a 5 caballos de fuerza), por ejemplo, o incluso 2 kilovatios (2,5 caballos de fuerza) para hacer vibrar la carga de la tolva a una bandeja para descargar la roca sin procesar 130 en la cámara de fusión 102. La cámara de fusión 102 se divide en dos zonas, la zona de carga 130 y la zona de fusión preparada 134. Las dos zonas están separadas por un deflector de flujo inferior 103 para mantener el mineral de fusión en la zona de carga hasta que se logre la completa homogeneidad. Si bien se describe en el presente documento como una sola zona de fusión y carga en una cámara del horno, se entiende que pueden emplearse hornos de múltiples cámaras en los procesos divulgados en el presente documento, en los que una o más zonas de fusión están separadas de una o más zonas de carga por uno o más deflectores, o que pueden emplearse variaciones de deflectores diferentes a los deflectores de flujo inferior.[0042] An example of a preferred embodiment of an apparatus for manufacturing continuous fibers is shown in Figure 2. The apparatus 100 includes a batch loader 101 that includes a hopper for receiving crushed basalt or raw igneous rock. The hopper may be designed to hold approximately 7.5 cubic meters (25 cubic feet) in some embodiments, and up to 630 cubic meters (1,200 cubic feet) or more in an industrial setting, and may include one or more 1 kilowatt small motors 128 at 4 kilowatts (2 to 5 horsepower), for example, or even 2 kilowatts (2.5 horsepower) to vibrate the load from the hopper to a tray to discharge the raw rock 130 into the melting chamber 102. The melting chamber 102 is divided into two zones, the loading zone 130 and the ready melting zone 134. The two zones are separated by a bottom flow deflector 103 to keep the melt ore in the loading zone until that complete homogeneity is achieved. While described herein as a single melting and loading zone in one furnace chamber, it is understood that multi-chamber furnaces may be employed in the processes disclosed herein, in which one or more melting zones are separated from one or more loading zones by one or more deflectors, or that variations of deflectors other than the underflow deflectors may be used.

[0043] Un generador y una alimentación de potencia 104 proporcionan corriente eléctrica a una bobina de inducción 105 que envuelve la cámara de fusión 102. En ciertas realizaciones, puede usarse una alimentación de potencia de 500 kW con un convertidor de alta frecuencia (HF). Se entiende, por supuesto, que la elección de la alimentación de potencia y la frecuencia del convertidor dependerá de la aplicación particular y del diseño del horno, y que la potencia descrita es un ejemplo de una realización preferida. Adicionalmente, la alimentación de potencia y el convertidor pueden estar contenidos en un solo dispositivo corno se muestra, o pueden estar en ubicaciones separadas según lo requiera el diseño individual del horno. Por ejemplo, una única bobina eléctrica puede servir a múltiples hornos, o un solo horno o cámara puede emplear múltiples bobinas de inducción.[0043] A generator and a power supply 104 provide electrical current to an induction coil 105 enveloping the melting chamber 102. In certain embodiments, a 500 kW power supply may be used with a high frequency (HF) converter. . It is understood, of course, that the choice of power supply and frequency of the converter will depend on the particular application and furnace design, and that the power described is an example of a preferred embodiment. Additionally, the power supply and converter may be contained in a single device as shown, or may be in separate locations as required by the individual furnace design. For example, a single electrical coil may serve multiple furnaces, or a single furnace or chamber may employ multiple induction coils.

[0044] Una bomba 106 extrae gases de la cámara de fusión a través de la tubería 126 y suministra el gas calentado al cargador de lotes 101 para precalentarlo. Una unidad de suministro de agua y de intercambiador de calor 107 también está conectada a la cámara de fusión 102 para enfriarla. Un intercambiador de calentamiento puede ser de cualquier tipo conocido en la materia y puede seleccionarse entre los enfriadores de aire seco y las torres de enfriamiento, por ejemplo, u otros tipos dependiendo del entorno en el que se haga operar el horno.[0044] A pump 106 draws gases from the melting chamber through pipe 126 and supplies the heated gas to the batch charger 101 for preheating. A water supply and heat exchanger unit 107 is also connected to the melting chamber 102 for cooling. A heat exchanger may be of any type known in the art and may be selected from dry air coolers and cooling towers, for example, or other types depending on the environment in which the furnace is operated.

[0045] La fundición de rocas se extrae de la zona de fusión preparada 134 a una cámara de acondicionamiento 108 conectada a la cámara de fusión 102 de tal manera que el fundido fluye desde la zona de carga 132 debajo del deflector de flujo inferior 103 y se eleva a la apertura hacia la cámara de acondicionamiento. La cámara de acondicionamiento está configurada preferiblemente como un canal horizontal que enfría el fundido desde la temperatura del horno hasta la temperatura de formación de la fibra, y dirige el fundido a las cámaras de formación de fibra. El fundido puede enfriarse, por ejemplo, desde temperaturas en el intervalo de 3000°C o 2000°C o 1800°C o 1400°C hasta una temperatura que reduce la turbulencia y produce un flujo laminar en la cámara de acondicionamiento 108. El flujo puede controlarse en respuesta a las lecturas de temperatura proporcionadas por los dispositivos de sensor de temperatura 120 colocados en varios puntos de la trayectoria de flujo, que incluyen la apertura en la cámara de acondicionamiento 108 como se muestra. Se entiende que los sensores pueden colocarse en todo el sistema según sea necesario y que la colocación de los sensores en la realización mostrada en la figura 2 es solo un ejemplo y no es limitante. [0045] The rock melt is removed from the prepared melt zone 134 to a conditioning chamber 108 connected to the melt chamber 102 such that the melt flows from the loading zone 132 below the lower flow deflector 103 and rises to the opening towards the conditioning chamber. The conditioning chamber is preferably configured as a horizontal channel that cools the melt from the furnace temperature to the fiber forming temperature, and directs the melt to the fiber forming chambers. The melt can be cooled, for example, from temperatures in the range of 3000°C or 2000°C or 1800°C or 1400°C to a temperature that reduces turbulence and produces a laminar flow in the conditioning chamber 108. The flow may be controlled in response to temperature readings provided by temperature sensor devices 120 placed at various points in the flow path, including the opening in the conditioning chamber 108 as shown. It is understood that the sensors may be placed throughout the system as necessary and that the placement of the sensors in the embodiment shown in Figure 2 is only an example and is not limiting.

[0046] La temperatura en la cámara de acondicionamiento 108 se controla en una realización preferida mediante una bobina de inducción separada 109, impulsada por un generador y una alimentación de potencia separados 127, y enfriada por una unidad de suministro de agua y de intercambiador de calor 111 separada. La alimentación de potencia 127 para la cámara de acondicionamiento 108 puede ser más pequeña, tal como 250 kW para uso en una realización particular, por ejemplo, y el suministro de agua y el intercambiador de calor pueden estar separados, pero de los mismos tipos que el intercambiador de calor para la cámara de fusión. Se entiende, sin embargo, que la cámara de acondicionamiento puede tener un requisito de capacidad de enfriamiento más bajo.[0046] The temperature in the conditioning chamber 108 is controlled in a preferred embodiment by a separate induction coil 109, driven by a separate generator and power supply 127, and cooled by a water supply and heat exchanger unit. heat 111 separate. The power supply 127 for the conditioning chamber 108 may be smaller, such as 250 kW for use in a particular embodiment, for example, and the water supply and heat exchanger may be separate, but of the same types as the heat exchanger for the melting chamber. It is understood, however, that the conditioning chamber may have a lower cooling capacity requirement.

[0047] Una pluralidad de cámaras de formación de fibra 125 se extienden desde la parte inferior a lo largo del canal de la cámara de acondicionamiento 108 e incluyen una apertura superior 136 para el flujo de fundido en cada cámara de formación de fibra 125. Se determina el número de cámaras de formación de fibra por la capacidad de la cámara de fusión y puede ser 2, 3, 4, 5, 10, 20 o más. Las cámaras de formación de fibra pueden considerarse como pequeños hornos con temperaturas estrictamente controladas. Cada cámara de formación de fibra 125, en esta realización particular, incluye una bobina de inducción 113 y en ciertas realizaciones, alimentación de potencia y generador 140 controlados individualmente, y sistema de intercambiador de calor y de suministro de agua 110. La parte inferior de cada cámara 125 se forma al menos en parte por un dispositivo de formación de fibra 115 que puede ser una placa metálica tal como una placa de platino o de aleación de platino unida a la parte inferior de cada cámara de formación de fibra 125 y que incluye un patrón de aperturas u orificios, opcionalmente inclinado por boquillas. A medida que el fundido de enfriamiento atraviesa los orificios para formar las fibras 142, los pulverizadores de agua de enfriamiento 146 enfrían las fibras con niebla para evitar la recristalización. Las fibras se reúnen luego en filamentos en un dispositivo de ruleta 145 y se atenúan en los rebobinadores 123. El proceso puede controlarse y gestionarse con un sistema computarizado de gestión de procesos 122.[0047] A plurality of fiber forming chambers 125 extend from the bottom along the conditioning chamber channel 108 and include a top opening 136 for melt flow into each fiber forming chamber 125. determines the number of fiber forming chambers by the capacity of the fusion chamber and can be 2, 3, 4, 5, 10, 20 or more. Fiber forming chambers can be thought of as small ovens with strictly controlled temperatures. Each fiber forming chamber 125, in this particular embodiment, includes an induction coil 113 and in certain embodiments, individually controlled power supply and generator 140, and heat exchanger and water supply system 110. The bottom of each chamber 125 is formed at least in part by a fiber forming device 115 which may be a metal plate such as a platinum or platinum alloy plate attached to the bottom of each fiber forming chamber 125 and including a pattern of openings or holes, optionally angled by nozzles. As the cooling melt passes through the holes to form the fibers 142, the cooling water sprayers 146 cool the fibers with mist to prevent recrystallization. The fibers are then gathered into filaments in a spinner 145 and attenuated in rewinders 123. The process can be controlled and managed with a computerized process management system 122.

[0048] En las figuras 4A y 4B se muestra una realización de un dispositivo de formación de fibra 200. Como se ve mejor en la figura 4B, el dispositivo de formación de fibra 200 es redondo y la cámara de formación de fibra 125, que recibe las rocas fundidas, se envuelve en una camisa de agua 206, que se envuelve con una bobina de inducción 113. Toda la parte inferior de la cámara forma la placa de orificio (boquilla) 208 en la que se forman las boquillas 210. Esta configuración opera para minimizar la distorsión bajo la temperatura de operación y debajo del cabezal de las rocas fundidas sobre la placa del orificio (boquilla); y para mantener la placa de orificio (boquilla) muy grande a temperatura uniforme.[0048] An embodiment of a fiber forming device 200 is shown in Figures 4A and 4B. As best seen in Figure 4B, the fiber forming device 200 is round and the fiber forming chamber 125, which receives the molten rocks, it is wrapped in a water jacket 206, which is wrapped with an induction coil 113. The entire lower part of the chamber forms the orifice plate (nozzle) 208 in which the nozzles 210 are formed. This configuration operates to minimize distortion under operating temperature and below the head of molten rocks on the orifice plate (nozzle); and to keep the very large orifice plate (nozzle) at uniform temperature.

[0049] El contacto de fusión en caliente con las paredes enfriadas por agua del dispositivo de formación de fibra se solidifica para formar una capa delgada del horno de crisol 212, que no solo protege las paredes de la corrosión, sino que compensa la distribución de calor exponencial de las paredes al eje central del dispositivo. Se entiende que el horno de crisol en la materia es una capa de hierro o escoria solidificada en la superficie interna del revestimiento del horno. En realizaciones de la divulgación, un cuerpo de recipiente de forma redonda, una bobina de inducción y la regulación de la temperatura del agua y el caudal de agua en las paredes del dispositivo hacen posible lograr una distribución de calor uniforme en todo el cuerpo fundido. Con algunas disposiciones adicionales, como la instalación de salientes enfriados por agua, el dispositivo divulgado permite placas de orificio (boquilla) de tamaños muy grandes (6000 puntas y más) sin afectar negativamente el proceso de atenuación de la fibra. Por lo tanto, este proceso es altamente compatible en términos de capacidad y costo de producción con los procesos de producción de fibra de vidrio convencionales existentes. También es hasta un 50% más eficiente energéticamente que los métodos de calentamiento de placas con orificios (boquillas) convencionales.[0049] The hot melt contact with the water-cooled walls of the fiber forming device solidifies to form a thin layer of the crucible furnace 212, which not only protects the walls from corrosion, but compensates for the distribution of exponential heat from the walls to the central axis of the device. The crucible furnace in the art is understood to be a layer of solidified iron or slag on the inner surface of the furnace lining. In embodiments of the disclosure, a round-shaped container body, an induction coil and regulation of the water temperature and water flow rate on the walls of the device make it possible to achieve uniform heat distribution throughout the molten body. With some additional provisions, such as the installation of water-cooled bosses, the disclosed device allows orifice plates (nozzle) of very large sizes (6000 tips and more) without negatively affecting the fiber attenuation process. Therefore, this process is highly compatible in terms of production capacity and cost with existing conventional fiberglass production processes. It is also up to 50% more energy efficient than conventional orifice plate (nozzle) heating methods.

[0050] En la práctica de los métodos de la divulgación, la materia prima tal como rocas ígneas trituradas con o sin materiales suplementarios puede precalentarse en el cargador de lotes 101 y transferirse a la cámara de fusión de fundido primaria 102. En la cámara de fusión 102, la materia prima entra en contacto con la fusión en caliente dentro de la cámara y se combina con la fusión en caliente como resultado de las corrientes eléctricas circulares inducidas por la bobina 105. La conductividad y el efecto térmico en la materia prima aumenta hasta que se completa un cambio completo de estado, de sólido a líquido. Es un aspecto de la divulgación que el proceso de fusión puede mejorarse mediante la adición de grafito, ya sea un anillo o polvo de grafito, al lote inicial. Después de la fusión inicial, no es necesaria ninguna mejora adicional. El primer producto fundido que puede o no incluir un potenciador se desecha típicamente.[0050] In practicing the methods of the disclosure, raw material such as crushed igneous rocks with or without supplementary materials can be preheated in the batch loader 101 and transferred to the primary melt melting chamber 102. In the melting chamber melting 102, the raw material comes into contact with the hot melt inside the chamber and combines with the hot melt as a result of the circular electric currents induced by the coil 105. The conductivity and thermal effect on the raw material increases until a complete change of state is completed, from solid to liquid. It is an aspect of the disclosure that the melting process can be improved by adding graphite, either a graphite ring or powder, to the initial batch. After the initial merge, no further enhancement is necessary. The first melted product which may or may not include an enhancer is typically discarded.

[0051] Durante la operación, la frecuencia F1 y la potencia P1 de un generador 104 se establecen para proporcionar un efecto de agitación estable e intenso en todo el volumen de fusión, para fundir todos los minerales en la materia prima inicial y para lograr un material 100% homogéneo. Al regular F1 y P1, la temperatura de fusión puede ajustarse dentro de un intervalo de aproximadamente 1300°C a aproximadamente 3000°C, por ejemplo.[0051] During operation, the frequency F1 and the power P1 of a generator 104 are set to provide a stable and intense stirring effect throughout the melting volume, to melt all the minerals in the initial raw material and to achieve a 100% homogeneous material. By regulating F1 and P1, the melting temperature can be adjusted within a range of about 1300°C to about 3000°C, for example.

[0052] La cámara de fusión 102 y el deflector de flujo inferior 103 pueden estar compuestos por tubos de cobre o acero inoxidable, que pueden suministrarse continuamente con agua de enfriamiento. Las paredes de la cámara de fusión 102 y el deflector de flujo inferior 103 pueden protegerse por el horno de crisol formado entre la pared y el fundido y el flujo de agua pueden enfriar el fundido en la unidad de intercambiador de calor 107.[0052] The melting chamber 102 and the lower flow baffle 103 may be composed of copper or stainless steel tubes, which may be continuously supplied with cooling water. The walls of the melting chamber 102 and the bottom flow baffle 103 can be protected by the crucible furnace formed between the wall and the melt and the water flow can cool the melt in the heat exchanger unit 107.

[0053] Los gases que se liberan durante el proceso de fusión pueden bombearse fuera de la cámara de fusión 102 mediante la bomba 106 a través de aperturas especiales en la parte superior de la cámara de fusión 102 y enviarlos al cargador de lotes 101 para precalentar la materia prima [0053] The gases that are released during the melting process can be pumped out of the melting chamber 102 by the pump 106 through special openings in the top of the melting chamber 102 and sent to the batch charger 101 for preheating the raw material

[0054] El fundido homogéneo puede entonces entrar en la cámara de acondicionamiento 108 ubicada sobre el nivel inferior de la cámara de fusión 102. La cámara de acondicionamiento 108 puede conectarse a la cámara de fusión 102 en el lado opuesto del cargador de materia prima y la cámara de fusión 102 puede incluir dos zonas separadas por un deflector de flujo inferior 103. Este deflector puede evitar que los materiales no fundidos del lado de la zona de carga de la cámara de fusión entren en la cámara de acondicionamiento antes de que estén completamente fundidos.[0054] The homogeneous melt can then enter the conditioning chamber 108 located above the lower level of the melting chamber 102. The conditioning chamber 108 can be connected to the melting chamber 102 on the opposite side of the raw material loader and The melting chamber 102 may include two zones separated by a bottom flow baffle 103. This baffle may prevent unmolten materials from the loading zone side of the melting chamber from entering the conditioning chamber before they are completely melted.

[0055] La cámara de acondicionamiento 108 puede calentarse mediante corrientes inducidas por la bobina 109. La frecuencia F2 y la potencia P2 generadas por el generador 109 pueden ajustarse a niveles que suprimen el efecto de agitación dentro de la cámara de acondicionamiento 108 y disminuyen la temperatura del fundido para reducir la turbulencia y producen el flujo laminar en la cámara de acondicionamiento.[0055] The conditioning chamber 108 can be heated by currents induced by the coil 109. The frequency F2 and the power P2 generated by the generator 109 can be adjusted to levels that suppress the agitation effect within the conditioning chamber 108 and decrease the melt temperature to reduce turbulence and produce laminar flow in the conditioning chamber.

[0056] El fundido acondicionado y estabilizado puede fluir luego a las cámaras de formación de fibra 125. Cada cámara de formación de fibra 125 puede estar hecha de tubos de cobre o acero inoxidable o cualquier material apropiado conocido en la materia, que puede suministrarse continuamente con agua de enfriamiento proporcionada por un suministro de agua separado y unidades de intercambiador de calor 110. El enfriamiento de las paredes de la cámara de formación de fibra 125 por el agua crea una capa de horno de crisol entre la pared y el fundido que protege el refractario de la degradación por el fundido. La temperatura y la viscosidad del fundido dentro de cada cámara de formación de fibra 125 pueden controlarse mediante los generadores 140 y las bobinas de inducción 113. La frecuencia F3 y la potencia P3 pueden ajustarse a niveles que mantengan la temperatura y la viscosidad dentro del intervalo estrecho requerido para la formación de filamentos.[0056] The conditioned and stabilized melt can then flow to the fiber forming chambers 125. Each fiber forming chamber 125 can be made of copper or stainless steel tubes or any appropriate material known in the art, which can be supplied continuously with cooling water provided by a separate water supply and heat exchanger units 110. Cooling of the walls of the fiber forming chamber 125 by the water creates a crucible furnace layer between the wall and the melt that protects the refractory from degradation by melting. The temperature and viscosity of the melt within each fiber forming chamber 125 can be controlled by the generators 140 and the induction coils 113. The frequency F3 and the power P3 can be adjusted to levels that maintain the temperature and viscosity within the range narrow required for filament formation.

[0057] Los dispositivos formadores de fibra 115 pueden unirse al parte inferior de cada cámara de formación de fibra 125. Cada dispositivo de formación de fibra puede ser una placa de forma especial hecha de materiales resistentes al calor con un número de orificios que permiten que los filamentos de fibras de rocas se formen a medida que pasan a través y fuera de los orificios. Los filamentos que salen de los dispositivos formadores de fibra pueden exponerse al enfriamiento por choque mediante los dispositivos de enfriamiento de filamento de fibra 146. Los dispositivos de enfriamiento de filamento de fibra 146 pueden diseñarse como un conjunto de boquillas, que crean una neblina de agua fría presurizada ubicada justo debajo del dispositivo de formación de fibra; esta disposición puede ser necesaria para evitar la cristalización inversa durante el proceso de formación de fibra. El proceso produce filamentos 100 % homogéneos sin ningún tipo de cristalinidad o defectos superficiales. Los cristales y los defectos superficiales reducirían significativamente la resistencia mecánica de las fibras. Las microfotografías de fibras formadas por tecnología convencional y por los sistemas y métodos divulgados se muestran en la figura 5. Como puede verse en las fibras 5A-5D formadas por el método divulgado están sustancialmente libres de partículas cristalinas causadas por una fusión incompleta.[0057] The fiber forming devices 115 may be attached to the bottom of each fiber forming chamber 125. Each fiber forming device may be a specially shaped plate made of heat resistant materials with a number of holes that allow Strands of rock fibers form as they pass through and out of the holes. The filaments exiting the fiber-forming devices may be exposed to shock cooling by the fiber filament cooling devices 146. The fiber filament cooling devices 146 may be designed as a set of nozzles, which create a water mist pressurized cold located just below the fiber forming device; This arrangement may be necessary to avoid reverse crystallization during the fiber formation process. The process produces 100% homogeneous filaments without any crystallinity or surface defects. Crystals and surface defects would significantly reduce the mechanical strength of the fibers. Photomicrographs of fibers formed by conventional technology and by the disclosed systems and methods are shown in Figure 5. As can be seen the fibers 5A-5D formed by the disclosed method are substantially free of crystalline particles caused by incomplete fusion.

[0058] Los filamentos formados pasan luego a través de los aplicadores de agentes de encolado (no mostrados), y pueden ensamblarse en fila mediante las ruletas de recolección 145 y enrollarlos en tortas con rebobinadores 123. Las fibras formadas pueden ser preferiblemente de aproximadamente 8 a aproximadamente 15 μm de diámetro. Todo el proceso puede controlarse y administrarse por un sistema computarizado de gestión de procesos 122 que administra las frecuencias, las potencias, los flujos de agua y el cargador de acuerdo con los datos de entrada recibidos de los sensores de temperatura 120 y los rebobinadores 123.[0058] The formed filaments then pass through sizing agent applicators (not shown), and can be assembled into rows by collection spinners 145 and wound into cakes with rewinders 123. The formed fibers may preferably be about 8 at approximately 15 μm in diameter. The entire process can be controlled and managed by a computerized process management system 122 that manages the frequencies, powers, water flows and charger according to the input data received from the temperature sensors 120 and rewinders 123.

[0059] Un aspecto adicional de la divulgación es que las fibras de rocas producidas por el aparato y los métodos divulgados en el presente documento se consideran de mayor calidad, por ejemplo, libres o sustancialmente libres de debilitamiento causado por una fusión incompleta y producidas a un costo menor que las fibras producidas convencionalmente. Las fibras divulgadas son, por lo tanto, útiles en numerosas aplicaciones en una variedad de industrias, que incluyen, pero no se limitan a, la industria de computadoras y electrónica, la industria de la construcción; las industrias químicas, criogénicas y petroleras; las industrias automotriz y marina; así como para aplicaciones espaciales, de defensa y balísticas; protección contra el fuego y el calor; aislamiento acústico; ingeniería civil y tuberías; y tanques y cilindros de alta presión. Se contempla como un aspecto de esta divulgación los muchos productos que probablemente contengan tales fibras, que incluyen, pero no se limitan a, vigas de construcción, concreto, aislamiento, tuberías y herramientas, computadoras y dispositivos electrónicos, que incluyen antenas, artículos deportivos, equipo de protección para la policía, defensa y recreación, así como componentes estructurales de automóviles, barcos, aviones y otros tipos de vehículos. Se contempla que los usos de las fibras descritas anteriormente y todas las demás aparentes para los técnicos en la materia están dentro del alcance de la presente divulgación.[0059] A further aspect of the disclosure is that the rock fibers produced by the apparatus and methods disclosed herein are considered to be of higher quality, for example, free or substantially free of weakening caused by incomplete melting and produced at a lower cost than conventionally produced fibers. The disclosed fibers are, therefore, useful in numerous applications in a variety of industries, including, but not limited to, the computer and electronics industry, the construction industry; the chemical, cryogenic and oil industries; the automotive and marine industries; as well as for space, defense and ballistic applications; protection against fire and heat; acoustic isolation; civil engineering and pipelines; and high pressure tanks and cylinders. Contemplated as an aspect of this disclosure are the many products likely to contain such fibers, including, but not limited to, construction beams, concrete, insulation, pipes and tools, computers and electronic devices, including antennas, sporting goods, protective equipment for police, defense and recreation, as well as structural components of automobiles, ships, airplanes and other types of vehicles. The uses of the fibers described above and all others apparent to those skilled in the art are contemplated to be within the scope of the present disclosure.

[0060] Todos los aparatos, composiciones y métodos divulgados y reivindicados en el presente documento pueden fabricarse y/o ejecutarse sin experimentación excesiva a la luz de la presente divulgación. [0060] All apparatus, compositions and methods disclosed and claimed herein can be manufactured and/or performed without undue experimentation in light of the present disclosure.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método de producción de fibras a partir de basalto bruto o roca ígnea, comprendiendo el método:1. A method of producing fibers from raw basalt or igneous rock, the method comprising:

añadir un volumen de basalto crudo triturado o roca ígnea (130) a una primera zona (132) de la cámara del horno de fusión (102), en el que la primera zona (132) de la cámara del horno de fusión (102) está al menos parcialmente rodeada en una primera bobina de inducción eléctrica (105);adding a volume of crushed raw basalt or igneous rock (130) to a first zone (132) of the melting furnace chamber (102), in which the first zone (132) of the melting furnace chamber (102) is at least partially surrounded by a first electrical induction coil (105);

aplicar una primera corriente alterna a la primera bobina de inducción (105) para calentar la primera bobina de inducción de manera eficaz para calentar el volumen de basalto bruto triturado o roca ígnea (130) añadido a la primera zona (132) y para producir una roca fundida homogénea en al menos una parte del volumen de basalto bruto o roca ígnea (130);apply a first alternating current to the first induction coil (105) to heat the first induction coil effectively to heat the volume of crushed raw basalt or igneous rock (130) added to the first zone (132) and to produce a molten rock homogeneous in at least a part of the volume of raw basalt or igneous rock (130);

hacer pasar al menos una parte de la porción de roca fundida homogénea a través de al menos una cámara de formación de fibras (125);passing at least a portion of the homogeneous molten rock portion through at least one fiber-forming chamber (125);

hacer pasar al menos una porción de la roca fundida de la al menos una cámara de formación de fibras (125) a través de orificios de formación de fibras bajo temperatura controlada eficaz para producir fibras (142), en la que la cámara de formación de fibras (125) está rodeada al menos parcialmente por una tercera bobina de inducción eléctrica (113) y la temperatura de la porción de roca fundida homogénea en la cámara de formación de fibras (125) está controlada al menos en parte por la potencia y la frecuencia de la corriente eléctrica en la tercera bobina de inducción (113).passing at least a portion of the molten rock of the at least one fiber-forming chamber (125) through fiber-forming orifices under controlled temperature effective to produce fibers (142), wherein the fiber-forming chamber fibers (125) is at least partially surrounded by a third electrical induction coil (113) and the temperature of the portion of homogeneous molten rock in the fiber forming chamber (125) is controlled at least in part by the power and the frequency of the electric current in the third induction coil (113).

2. El método de la reivindicación 1, en el que la temperatura controlada en los orificios de formación de fibras se controla dentro de 20°C a 70°C de una temperatura objetivo, tal como dentro de 30°C a 60°C de una temperatura objetivo; y/o en el que el volumen de basalto bruto triturado o roca ígnea (130) se calienta a una temperatura de aproximadamente 1300°C a aproximadamente 3000°C en la cámara del horno (102).2. The method of claim 1, wherein the controlled temperature in the fiber forming holes is controlled within 20°C to 70°C of a target temperature, such as within 30°C to 60°C of a target temperature; and/or wherein the volume of crushed raw basalt or igneous rock (130) is heated to a temperature of about 1300°C to about 3000°C in the furnace chamber (102).

3. El método de la reivindicación 1, que comprende además hacer pasar al menos una porción de la porción de roca fundida homogénea a través de una cámara de acondicionamiento (108) rodeada al menos parcialmente por una segunda bobina de inducción eléctrica (109) y enfriar la porción de roca fundida homogénea de manera eficaz para producir un flujo laminar en al menos una porción de la cámara de acondicionamiento (108) antes de hacer pasar la porción de roca fundida homogénea a la cámara de formación de fibras (125), opcionalmente, en el que la cámara del horno (102) está dividida en una primera zona (132) y una segunda zona (134), y en el que la segunda zona (134) está en comunicación fluida con la cámara de acondicionamiento (108) a través de una abertura en la pared de la cámara del horno (102), en el que la primera zona (132) y la segunda zona (134) están opcionalmente separadas por un deflector de flujo inferior (103).3. The method of claim 1, further comprising passing at least a portion of the homogeneous molten rock portion through a conditioning chamber (108) surrounded at least partially by a second electrical induction coil (109) and cooling the portion of homogeneous molten rock effectively to produce a laminar flow in at least a portion of the conditioning chamber (108) before passing the portion of homogeneous molten rock to the fiber formation chamber (125), optionally , in which the oven chamber (102) is divided into a first zone (132) and a second zone (134), and in which the second zone (134) is in fluid communication with the conditioning chamber (108) through an opening in the wall of the oven chamber (102), in which the first zone (132) and the second zone (134) are optionally separated by a lower flow deflector (103).

4. El método de la reivindicación 1, en el que el volumen de basalto bruto triturado o roca ígnea (130) se precalienta antes de ser añadido a la cámara del horno (102); tal como en el que el volumen de basalto bruto triturado o roca ígnea se calienta mediante gases de escape de la cámara del horno (102) antes de añadirse a la cámara del horno (102), opcionalmente en el que el volumen de basalto bruto triturado o roca ígnea se mantiene en un cargador de lotes (101) antes de añadirse a la cámara del horno (102), y en el que los gases de escape de la cámara del horno (102) se bombean al cargador de lotes (101).4. The method of claim 1, wherein the volume of crushed raw basalt or igneous rock (130) is preheated before being added to the furnace chamber (102); such as wherein the volume of crushed raw basalt or igneous rock is heated by exhaust gases from the furnace chamber (102) before being added to the furnace chamber (102), optionally wherein the volume of crushed raw basalt or igneous rock is held in a batch charger (101) before being added to the furnace chamber (102), and in which exhaust gases from the furnace chamber (102) are pumped to the batch charger (101) .

5. El método de la reivindicación 1, en el que el basalto bruto triturado o la roca ígnea (130) comprende al menos uno de feldespatos, cuarzo, feldespatoides, olivinos, piroxenos, anfíboles y micas; o en el que el basalto bruto triturado o la roca ígnea comprende riolita, dacita, andesita, basalto, diabasa, granito, granodiorita, diorita o gabro.5. The method of claim 1, wherein the crushed raw basalt or igneous rock (130) comprises at least one of feldspars, quartz, feldspathoids, olivines, pyroxenes, amphiboles and micas; or wherein the crushed raw basalt or igneous rock comprises rhyolite, dacite, andesite, basalt, diabase, granite, granodiorite, diorite or gabbro.

6. El método de la reivindicación 3, que comprende además colocar sensores de temperatura (120) al menos en la cámara de acondicionamiento (108) y en la cámara de formación de fibras (125) y controlar la temperatura en la cámara de acondicionamiento (108) y en la cámara de formación de fibras (125) mediante el control informatizado de la corriente eléctrica en la segunda y tercera bobinas de inducción (109, 113) basándose en la retroalimentación recibida por el ordenador desde los sensores de temperatura (120).6. The method of claim 3, further comprising placing temperature sensors (120) at least in the conditioning chamber (108) and in the fiber formation chamber (125) and monitoring the temperature in the conditioning chamber ( 108) and in the fiber formation chamber (125) by computerized control of the electric current in the second and third induction coils (109, 113) based on the feedback received by the computer from the temperature sensors (120) .

7. Un método de producción de fibras, que comprende las etapas de:7. A fiber production method, which includes the steps of:

obtener una cantidad de basalto bruto triturado o roca ígnea (130) que se convertirá en fibra (142); transportar el lote a un horno de fusión, en el que el horno de fusión está rodeado, al menos parcialmente, por una primera bobina de inducción eléctrica (105);obtain a quantity of crushed raw basalt or igneous rock (130) that will be converted into fiber (142); transporting the batch to a melting furnace, wherein the melting furnace is at least partially surrounded by a first electrical induction coil (105);

aplicar corriente alterna a la primera bobina de inducción (105), eficaz para calentar el lote a una temperatura superior al punto de fusión de todos los minerales del lote para producir una roca fundida homogénea en al menos una parte del lote;applying alternating current to the first induction coil (105), effective to heat the batch to a temperature above the melting point of all minerals in the batch to produce a homogeneous molten rock in at least a portion of the batch;

hacer fluir la roca fundida homogénea a una cámara de acondicionamiento (108) a través de una abertura en una porción superior de una pared del horno de fusión, en el que el horno de acondicionamiento (108) está rodeado al menos parcialmente por una segunda bobina de inducción (109);flowing homogeneous molten rock into a conditioning chamber (108) through an opening in an upper portion of a wall of the melting furnace, wherein the conditioning furnace (108) is at least partially surrounded by a second coil induction (109);

aplicar corriente eléctrica a la segunda bobina de inducción (109) eficaz para suprimir la agitación conductiva de la roca fundida y permitir que la temperatura disminuya para producir roca fundida acondicionada;applying electrical current to the second induction coil (109) effective to suppress conductive agitation of the molten rock and allowing the temperature to decrease to produce conditioned molten rock;

hacer fluir la roca fundida acondicionada hacia una pluralidad de cámaras de formación de fibras (125), en el que cada cámara de formación de fibras (125) está rodeada al menos parcialmente, por una tercera bobina inductiva aplicar corriente eléctrica a las terceras bobinas inductivas (113), eficaz para alcanzar y mantener la masa fundida acondicionada a la temperatura de formación de fibras;flowing the conditioned molten rock into a plurality of fiber-forming chambers (125), wherein each fiber-forming chamber (125) is at least partially surrounded by a third inductive coil applying electric current to the third inductive coils (113), effective to reach and maintain the melt conditioned at the fiber formation temperature;

hacer fluir la masa fundida acondicionada de las cámaras de formación de fibras (125) a través de una pluralidad de orificios en una superficie inferior de una cámara de formación de fibras (125) para producir fibras (142) extruidas de al menos una parte de los orificios, formando así fibras (142).flowing the conditioned melt from the fiber-forming chambers (125) through a plurality of holes in a bottom surface of a fiber-forming chamber (125) to produce fibers (142) extruded from at least a portion of the holes, thus forming fibers (142).

8. El método de la reivindicación 7, en el que el basalto bruto triturado o la roca ígnea se precalienta en un cargador de lotes (101) antes de ser transportado al horno de fusión; y/o en el que el horno de fusión se divide en una primera zona (132) y una segunda zona (134) y en el que la roca fundida homogénea entra en la cámara de acondicionamiento (108) a través de una abertura en la pared de la segunda zona (134) del horno de fusión, en el que la primera zona (132) está opcionalmente separada de la segunda zona (134) por un deflector de flujo inferior (103); y/o en el que el método comprende además enfriar por choque las fibras (142) rociando una niebla de agua sobre las fibras (142) a medida que emergen de los orificios; y/o en el que el método comprende además reunir fibras individuales (142) en una pluralidad de hebras con una zapata de reunión (145), y opcionalmente enrollar una o más de las hebras en un rebobinador (123). 8. The method of claim 7, wherein the crushed raw basalt or igneous rock is preheated in a batch loader (101) before being transported to the melting furnace; and/or in which the melting furnace is divided into a first zone (132) and a second zone (134) and in which the homogeneous molten rock enters the conditioning chamber (108) through an opening in the wall of the second zone (134) of the melting furnace, wherein the first zone (132) is optionally separated from the second zone (134) by a lower flow deflector (103); and/or wherein the method further comprises shock cooling the fibers (142) by spraying a water mist onto the fibers (142) as they emerge from the orifices; and/or wherein the method further comprises gathering individual fibers (142) into a plurality of strands with a gathering shoe (145), and optionally winding one or more of the strands on a rewinder (123).

9. El método de la reivindicación 7, que comprende además producir fibras (142) en un proceso continuo obteniendo una segunda y subsiguientes cantidades de basalto bruto triturado o roca ígnea (130) que se convertirá en fibra y transportando el basalto bruto triturado o roca ígnea (130) al horno de fusión para mantener el flujo de roca fundida homogénea desde el horno de fusión a las cámaras de formación de fibras (125), en el que los gases calentados se extraen opcionalmente del horno de fusión y fluyen hacia el cargador de lotes (101) eficaz para precalentar el basalto bruto triturado o la roca ígnea (130) en el cargador de lotes (101).9. The method of claim 7, further comprising producing fibers (142) in a continuous process by obtaining second and subsequent quantities of crushed raw basalt or igneous rock (130) to be converted into fiber and transporting the crushed raw basalt or rock igneous (130) to the melting furnace to maintain the flow of homogeneous molten rock from the melting furnace to the fiber formation chambers (125), in which the heated gases are optionally removed from the melting furnace and flow to the charger batch loader (101) effective for preheating the crushed raw basalt or igneous rock (130) in the batch loader (101).

10. El método de la reivindicación 7, que comprende además controlar la temperatura en la cámara de acondicionamiento del horno de fusión (108) y las cámaras de formación de fibras (125) con un ordenador; en el que el ordenador recibe datos de temperatura de sensores de temperatura (120) colocados en uno o más del horno de fusión, la cámara de acondicionamiento (108) y las cámaras de formación de fibras (125) y controla el nivel de potencia y la frecuencia de CA basándose en los datos recibidos de los sensores de temperatura (120).10. The method of claim 7, further comprising controlling the temperature in the melting oven conditioning chamber (108) and the fiber forming chambers (125) with a computer; wherein the computer receives temperature data from temperature sensors (120) placed in one or more of the melting oven, the conditioning chamber (108) and the fiber forming chambers (125) and controls the power level and the AC frequency based on the data received from the temperature sensors (120).

11. El método de la reivindicación 1 o de la reivindicación 7, en el que las cámaras de formación de fibras (125) tienen forma cilíndrica.11. The method of claim 1 or claim 7, wherein the fiber forming chambers (125) are cylindrical in shape.

12. Aparato (100) para producir fibras (142) que comprende:12. Apparatus (100) for producing fibers (142) comprising:

un horno de fusión configurado con una abertura para recibir lotes de basalto bruto o roca ígnea (130), en el que el horno de fusión comprende una cámara de fusión (102) dividida en una primera zona (132) para recibir lotes cargados y una segunda zona (134) para la masa fundida preparada, en el que la primera zona (132) y la segunda zona (134) están divididas por un deflector de flujo inferior (109), en el que una pared de la segunda zona forma una abertura de salida, y en el que la abertura de salida está situada más cerca de una parte superior de la cámara de fusión que de un pasillo situado bajo el deflector de flujo inferior (103);a melting furnace configured with an opening for receiving batches of raw basalt or igneous rock (130), wherein the melting furnace comprises a melting chamber (102) divided into a first zone (132) for receiving loaded batches and a second zone (134) for the prepared melt, in which the first zone (132) and the second zone (134) are divided by a lower flow deflector (109), in which a wall of the second zone forms a outlet opening, and wherein the outlet opening is located closer to an upper portion of the melting chamber than to a passageway located under the lower flow deflector (103);

una primera bobina de inducción (105) situada al menos parcialmente alrededor del horno de fusión;a first induction coil (105) located at least partially around the melting furnace;

un primer generador (104) y un primer convertidor de alta frecuencia conectados eléctricamente a la primera bobina de inducción (105);a first generator (104) and a first high frequency converter electrically connected to the first induction coil (105);

una primera camisa de refrigeración situada en las paredes del horno de fusión, en el que la primera camisa de refrigeración está en comunicación fluida con una primera unidad de suministro de agua e intercambiador de calor (107) ;a first cooling jacket located on the walls of the melting furnace, wherein the first cooling jacket is in fluid communication with a first water supply and heat exchanger unit (107);

una cámara de acondicionamiento (108) que comprende un canal horizontal con un primer extremo y un segundo extremo, en el que la cámara de acondicionamiento (108) está en comunicación fluida con la segunda zona (134) a través de la abertura de salida, y en el que una pared inferior de la cámara de acondicionamiento (108) forma una pluralidad de aberturas en relación espaciada a lo largo de una longitud de la cámara de acondicionamiento (108) hacia el segundo extremo del canal horizontal;a conditioning chamber (108) comprising a horizontal channel with a first end and a second end, wherein the conditioning chamber (108) is in fluid communication with the second zone (134) through the outlet opening, and wherein a bottom wall of the conditioning chamber (108) forms a plurality of openings in spaced relationship along a length of the conditioning chamber (108) toward the second end of the horizontal channel;

una segunda bobina de inducción (109) situada al menos parcialmente alrededor de la cámara de acondicionamiento (108) ;a second induction coil (109) located at least partially around the conditioning chamber (108);

un segundo generador (127) y un segundo convertidor de alta frecuencia conectados eléctricamente a la segunda bobina de inducción (108);a second generator (127) and a second high frequency converter electrically connected to the second induction coil (108);

una segunda camisa de refrigeración situada en las paredes de la cámara de acondicionamiento (108), en el que la segunda camisa de refrigeración está en comunicación fluida con una segunda unidad de suministro de agua e intercambiador de calor (111);a second cooling jacket located in the walls of the conditioning chamber (108), wherein the second cooling jacket is in fluid communication with a second water supply and heat exchanger unit (111);

una pluralidad de cámaras de formación de fibras (125) situadas debajo de la cámara de acondicionamiento (108) y respectivamente en comunicación fluida con la cámara de acondicionamiento (108) a través de la respectiva pluralidad de aberturas en la pared inferior de la cámara de acondicionamiento (108), en el que cada cámara de formación de fibras (125) de la pluralidad de cámaras de formación de fibras (125) comprende una superficie de formación de fibras situada en el fondo de cada cámara de formación de fibras (125), en el que la superficie de formación de fibras comprende una pluralidad de orificios dimensionados y configurados para formar cada uno respectivamente una fibra a partir de roca fundida a medida que la roca fundida pasa a través de los orificios respectivos; a plurality of fiber forming chambers (125) located below the conditioning chamber (108) and respectively in fluid communication with the conditioning chamber (108) through the respective plurality of openings in the bottom wall of the chamber packaging (108), wherein each fiber forming chamber (125) of the plurality of fiber forming chambers (125) comprises a fiber forming surface located at the bottom of each fiber forming chamber (125) , wherein the fiber forming surface comprises a plurality of holes sized and configured to each respectively form a fiber from molten rock as the molten rock passes through the respective holes;

una tercera bobina de inducción (113) situada al menos parcialmente alrededor de la pluralidad de cámaras de formación de fibras (125);a third induction coil (113) located at least partially around the plurality of fiber forming chambers (125);

un tercer generador (140) y un tercer convertidor de alta frecuencia conectados eléctricamente a la tercera bobina de inducción (113); ya third generator (140) and a third high frequency converter electrically connected to the third induction coil (113); and

una tercera camisa de refrigeración situada en las paredes de la pluralidad de cámaras de formación de fibras (125), en la que la tercera camisa de refrigeración está en comunicación fluida con una tercera unidad de suministro de agua e intercambiador de calor (110).a third cooling jacket located on the walls of the plurality of fiber formation chambers (125), wherein the third cooling jacket is in fluid communication with a third water supply and heat exchanger unit (110).

13. El aparato de la reivindicación 12, que comprende además un cargador de lotes (101) que comprende una tolva para recibir basalto triturado o roca ígnea (130) y para hacer fluir el basalto triturado o roca ígnea (130) a la primera zona (132) del horno de fusión, y que comprende opcionalmente además un canal de aire (126) que conecta la segunda zona (134) con el cargador de lotes (101) y una bomba (106) configurada para extraer gases de la cámara de fusión (102) y entregar los gases al cargador de lotes (101); y/o que comprende además una pluralidad de sensores de temperatura (120) situados en el horno de fusión, en la cámara de acondicionamiento (108) y en una o más cámaras de formación de fibras (125); y/o que comprenda además una pluralidad de pulverizadores de agua (146) configurados para rociar niebla sobre los filamentos a medida que emergen de los orificios y/o que comprende además una o más zapatas de recolección (145) configuradas cada una de ellas para consolidar fibras procedentes de una de las cámaras de formación de fibras (125), y opcionalmente uno o más rebobinadores (123) configurados para recibir filamento de una o más de las zapatas (145); y/o que comprende además un ordenador configurado para recibir datos de temperatura y caudal de agua procedentes del aparato (100) y para controlar el primer generador (104), el segundo generador (127), y el tercer generador (140), el primer convertidor de alta frecuencia, el segundo convertidor de alta frecuencia, y el tercer convertidor de alta frecuencia; y el primer suministro de agua (107), el segundo suministro de agua (111), y el tercer suministro de agua (110); en el que el cargador por lotes (101) comprende opcionalmente un motor (128) configurado para proporcionar vibración a la tolva configurada para facilitar el vaciado de la tolva.13. The apparatus of claim 12, further comprising a batch loader (101) comprising a hopper for receiving crushed basalt or igneous rock (130) and for flowing the crushed basalt or igneous rock (130) to the first zone (132) of the melting furnace, and which optionally also comprises an air channel (126) that connects the second zone (134) with the batch charger (101) and a pump (106) configured to extract gases from the chamber fusion (102) and delivering the gases to the batch charger (101); and/or further comprising a plurality of temperature sensors (120) located in the melting oven, in the conditioning chamber (108) and in one or more fiber formation chambers (125); and/or further comprising a plurality of water sprayers (146) configured to spray mist onto the filaments as they emerge from the orifices and/or further comprising one or more collection shoes (145) each configured to consolidating fibers from one of the fiber forming chambers (125), and optionally one or more rewinders (123) configured to receive filament from one or more of the shoes (145); and/or further comprising a computer configured to receive temperature and water flow data from the apparatus (100) and to control the first generator (104), the second generator (127), and the third generator (140), the first high frequency converter, the second high frequency converter, and the third high frequency converter; and the first water supply (107), the second water supply (111), and the third water supply (110); wherein the batch loader (101) optionally comprises a motor (128) configured to provide vibration to the hopper configured to facilitate emptying of the hopper.

14. El aparato de la reivindicación 12, en el que una o más de la primera camisa de refrigeración, la segunda camisa de refrigeración y la tercera camisa de refrigeración comprende tubos de cobre o acero inoxidable en comunicación fluida con una o más unidades de suministro de agua e intercambio de calor (107, 110, 111); y/o en el que al menos uno del primer generador (104), el segundo generador (127), y el tercer generador (140) proporciona de 500 kW a 10 MW de potencia y en el que al menos uno del primer convertidor de alta frecuencia, el segundo convertidor de alta frecuencia, y el tercer convertidor de alta frecuencia permite suministrar la potencia eléctrica a una frecuencia de 100 kHz a 30 MHz; y/o en el que al menos uno del primer generador (104), el segundo generador (127), y el tercer generador (140) proporciona de 50 kW a 500 kW de potencia, y en el que al menos uno del primer convertidor de alta frecuencia, el segundo convertidor de alta frecuencia, y el tercer convertidor de alta frecuencia permite que la potencia eléctrica se proporcione a una frecuencia de 60 Hz a 100 kHz; y/o en el que cada una de las unidades de intercambio de calor comprende un enfriador de aire o una torre de refrigeración; y/o en la que cada superficie de formación de fibras comprende una placa metálica, en la que la placa metálica comprende opcionalmente platino o una aleación de platino; y/o en la que cada una de las superficies de formación de fibras comprende de 100 a 4000 orificios; y/o en la que las cámaras de formación de fibras (125) tienen forma cilindrica y en la que la superficie de formación de fibras es redonda y forma sustancialmente toda la superficie inferior de la cámara de formación de fibras (125). 14. The apparatus of claim 12, wherein one or more of the first cooling jacket, the second cooling jacket and the third cooling jacket comprises copper or stainless steel tubes in fluid communication with one or more supply units water and heat exchange (107, 110, 111); and/or wherein at least one of the first generator (104), the second generator (127), and the third generator (140) provides 500 kW to 10 MW of power and wherein at least one of the first converter high frequency, the second high frequency converter, and the third high frequency converter allows electrical power to be supplied at a frequency of 100 kHz to 30 MHz; and/or wherein at least one of the first generator (104), the second generator (127), and the third generator (140) provides 50 kW to 500 kW of power, and wherein at least one of the first converter high frequency converter, the second high frequency converter, and the third high frequency converter allows electrical power to be provided at a frequency of 60 Hz to 100 kHz; and/or wherein each of the heat exchange units comprises an air cooler or a cooling tower; and/or wherein each fiber forming surface comprises a metal plate, wherein the metal plate optionally comprises platinum or a platinum alloy; and/or wherein each of the fiber forming surfaces comprises from 100 to 4000 holes; and/or wherein the fiber forming chambers (125) are cylindrical in shape and wherein the fiber forming surface is round and forms substantially the entire bottom surface of the fiber forming chamber (125).