RU2805442C1 - Method and device for producing continuous fibre from basalt rocks - Google Patents

Method and device for producing continuous fibre from basalt rocks Download PDF

Info

Publication number
RU2805442C1
RU2805442C1 RU2023111157A RU2023111157A RU2805442C1 RU 2805442 C1 RU2805442 C1 RU 2805442C1 RU 2023111157 A RU2023111157 A RU 2023111157A RU 2023111157 A RU2023111157 A RU 2023111157A RU 2805442 C1 RU2805442 C1 RU 2805442C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
basalt
melt
feeder
temperature
spinneret
Prior art date
Application number
RU2023111157A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Васильевич Улыбышев
Сергей Львович Перельман
Сергей Геннадьевич Чебряков
Василий Васильевич Васекин
Original Assignee
АО "НПК "Суперметалл"
Filing date
Publication date
Application filed by АО "НПК "Суперметалл" filed Critical АО "НПК "Суперметалл"
Application granted granted Critical
Publication of RU2805442C1 publication Critical patent/RU2805442C1/en

Links

Abstract

FIELD: production of fibres from basalt rocks; design of devices for melting basalts.
SUBSTANCE: method for producing continuous fibre from basalt rocks involves melting basalt rocks in a melting device in the form of a main feeder with the formation of zones of molten basalt in the form of a stationary lower zone of crystallized basalt, an intermediate low-moving zone containing a small amount of crystalline inclusions, and an upper zone - a high-temperature layer of basalt melt, and supplying molten basalt from the melting device through slotted stones to spinneret feeders to form continuous basalt fibres. From the top layer of basalt melt, a linear selection of basalt melt is carried out with a thickness equal to 0.25-0.40 from the level of the basalt melt δf in the channel of the main feeder, and a width equal to or greater than the length of the spinneret feeder, which is the working flow in the ceramic channel, where controlled cooling of the working flow of basalt melt is carried out with equalization of its temperature across its entire width δc to a temperature 120-150°C lower than the temperature set on the top of the spinneret feeder. The basalt melt is fed through a slotted stone into the upper part of a spinneret feeder with at least 800 spinnerets. After that, controlled cooling of the entire volume of the basalt melt in the lower part of the spinneret feeder is carried out to a temperature close to the crystallization temperature of the basalt melt TS. The design of the device for implementing this method is also disclosed.
EFFECT: ensuring a stable process of fibre spinning on large spinneret areas of spinneret feeders by minimizing the temperature gradient over the entire area of the spinneret feeder.
3 cl, 6 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к области производства непрерывных волокон из базальтовых пород и конструкции устройств для плавления базальтов и формования непрерывных базальтовых волокон.рерывные базальтовые волокна обладают рядом более высоких по сравнению со стеклянными волокнами эксплуатационных характеристик:The invention relates to the field of production of continuous fibers from basalt rocks and the design of devices for melting basalts and molding continuous basalt fibers. Discontinuous basalt fibers have a number of higher performance characteristics compared to glass fibers:

- на 150 оС выше температура применения;- 150 o C higher application temperature;

- повышенная прочность;- increased strength;

- химическая стойкость к агрессивным средам;- chemical resistance to aggressive environments;

- сырьевая база для их производства практически не ограничена.- the raw material base for their production is practically unlimited.

Технологические характеристики базальтовых расплавов весьма неблагоприятны для процессов формования непрерывных волокон:The technological characteristics of basalt melts are very unfavorable for the processes of spinning continuous fibers:

- высокие значения температуры верхнего предела кристаллизации (ТS);- high temperatures of the upper limit of crystallization (T S );

- низкие значения вязкости расплава при температуре выше ТS;- low values of melt viscosity at temperatures above T S ;

- высокая зависимость вязкости от температуры расплава (Т);- high dependence of viscosity on melt temperature (T);

- высокая скорость роста кристаллов.- high rate of crystal growth.

Эти характеристики предопределяют возможность реализации процесса формирования непрерывного базальтового волокна на фильерных питателях только в очень узком диапазоне температур базальтового расплава (Т) вблизи и выше температуры верхнего предела кристаллизации (ТS) и при высоком уровне температурной гомогенности расплава по всей площади фильерного поля. Расплавы базальтовых пород черные и нетеплопрозрачные, вследствие чего в них образуются значительные градиенты температур по глубине расплава, на границах раздела фаз у стенок огнеупоров (экспериментально установлен градиент температуры Δt примерно 1оС на 1 мм расплава) и по площади зеркала расплава при использовании для обогрева горелочных устройств с локальной подачей газовоздушной смеси.These characteristics predetermine the possibility of implementing the process of forming continuous basalt fiber on spinneret feeders only in a very narrow temperature range of the basalt melt (T) near and above the temperature of the upper limit of crystallization (T S ) and at a high level of temperature homogeneity of the melt over the entire area of the spinneret field. Melts of basaltic rocks are black and non-thermotransparent, as a result of which significant temperature gradients are formed in them along the depth of the melt, at the phase boundaries near the walls of refractories (the temperature gradient Δt was experimentally established to be approximately 1 o C per 1 mm of melt) and over the area of the melt surface when used for heating burner devices with local supply of gas-air mixture.

Применяемые для выработки непрерывных стеклянных волокон расплавы стекол являются теплопрозрачными, а их технологические характеристики обеспечивают широкий диапазон параметров для ведения устойчивого процесса формования волокна, поэтому ни высокий уровень расплава над фильерным полем (обычно 220-240 мм), ни наличие больших площадей раздела фаз, ни использование для отопления горелочных устройств с локальной (точечной) подачей газовоздушной смеси не оказывают негативного влияния на процесс формирования волокна даже при использовании фильерных питателей весьма простой конструкции. Но для выработки непрерывного волокна из базальтовых расплавов такой способ реализации процесса формования непрерывных базальтовых волокон непригоден. Glass melts used for the production of continuous glass fibers are heat-transparent, and their technological characteristics provide a wide range of parameters for conducting a stable process of fiber spinning, therefore, neither a high level of melt above the spinneret field (usually 220-240 mm), nor the presence of large interphase areas, nor the use of burner devices with local (point) supply of a gas-air mixture for heating does not have a negative effect on the process of fiber formation, even when using spinneret feeders of a very simple design. But for the production of continuous fiber from basalt melts, this method of implementing the process of forming continuous basalt fibers is unsuitable.

Известны устройства для выработки непрерывного волокна из базальтовых расплавов двух основных типов:There are known devices for producing continuous fiber from basalt melts of two main types:

- с применением щелевых фильерных питателей, установленных с помощью щелевых камней непосредственно под раздаточным фидером;- using slotted spinneret feeders installed using slotted stones directly under the distribution feeder;

- с применением струйных питателей, выполненных в виде двух отдельно обогреваемых контуров – питающей трубки, точечно забирающей базальтовый расплав из заданной области фидера, и струйного фильерного питателя.- with the use of jet feeders, made in the form of two separately heated circuits - a supply tube that selectively takes basalt melt from a given area of the feeder, and a jet spunbond feeder.

Для выработки непрерывного волокна из серийных стекол используются оба типа устройств, но массовое использование нашел только вариант применения щелевых фильерных питателей, как более простой и экономичный.Both types of devices are used to produce continuous fiber from commercial glass, but only the option of using slotted spinneret feeders has found widespread use, as it is simpler and more economical.

В настоящее время возникла настоятельная необходимость организации массового производства непрерывных волокон из базальтовых расплавов в виде однопроцессных (директ) ровингов с высокой линейной плотностью, которые возможно произвести только с применением многофильерных питателей. Эта продукция имеет ряд более высоких значений эксплуатационных характеристик, а сырьевая база для ее производства неограниченна. Однако, расплавы базальтов имеют ряд неблагоприятных технических характеристик:Currently, there is an urgent need to organize mass production of continuous fibers from basalt melts in the form of single-process (direct) rovings with high linear density, which can only be produced using multi-filament feeders. These products have a number of higher performance characteristics, and the raw material base for their production is unlimited. However, basalt melts have a number of unfavorable technical characteristics:

- высокие значения температуры верхнего предела кристаллизации ΤS;- high values of the temperature of the upper limit of crystallization T S ;

- низкие значения вязкости при температуре выше TS;- low viscosity values at temperatures above T S ;

- высокие значения скорости роста кристаллов.- high crystal growth rates.

Совокупность этих характеристик означает, что устойчивый процесс формования непрерывного волокна может быть обеспечен только в очень узком диапазоне температур, вследствие чего основным технологическим требованием является недопустимость значительных градиентов температуры в базальтовом расплаве при подходе к фильерному питателю по всем его габаритным размерам (его длине и ширине).The combination of these characteristics means that a stable process of spinning continuous fiber can be ensured only in a very narrow temperature range, as a result of which the main technological requirement is the inadmissibility of significant temperature gradients in the basalt melt when approaching the spinneret feeder along all its overall dimensions (its length and width) .

Но обеспечить выполнение этого требования очень проблематично, поскольку базальтовые расплавы черные и практически нетеплопрозрачные, что и является причиной значительных градиентов температуры по глубине расплава (примерно 1оС на 1 мм расплава), на границах раздела фаз (площади контакта с огнеупорами) и при использовании для отопления горелочных устройств с локальной подачей газовоздушной смеси.But ensuring the fulfillment of this requirement is very problematic, since basalt melts are black and practically non-thermotransparent, which is the reason for significant temperature gradients along the depth of the melt (approximately 1 o C per 1 mm of melt), at the phase boundaries (contact area with refractories) and during use for heating burner devices with local supply of gas-air mixture.

Именно поэтому существующие устройства с использованием щелевых питателей, у которых уровень расплава над фильерной пластиной составляет 220-240 мм, не могут быть применены для получения непрерывных волокон из базальтовых расплавов.That is why existing devices using slot feeders, in which the melt level above the spinneret plate is 220-240 mm, cannot be used to produce continuous fibers from basalt melts.

Известны способ производства волокон из горных пород, включающий операции измельчения горной породы до получения гранул заданного размера, подачу измельченной породы в зону плавления и вытягивания волокна из расплава, отличающийся тем, что в процессе измельчения породы изготавливают калиброванные гранулы, зону плавления выполняют растянутой по вертикальной оси, калиброванные гранулы поочередно под действием их силы тяжести опускают в зону плавления, а вытягивание волокна осуществляют из расплава каждой калиброванной гранулы и установка для производства волокон из горных пород способом, описанным в пп.1-4, которая содержит устройство для измельчения породы и устройство для получения расплава с зоной плавления, выход которой соединен с выработочным отверстием, в котором установлен фильерный питатель, а на выходе фильерного питателя установлен механизм для наматывания волокна, отличающаяся тем, что установка дополнена дозатором, установленным на выходе устройства для измельчения породы, который выполнен в виде воронки, закрепленной с возможностью ее вращения вокруг вертикальной оси, внутренняя коническая поверхность воронки предназначена для попадания на нее измельченной породы, а центральное сквозное отверстие воронки предназначено для пропускания через него калиброванных гранул измельченной породы и их направления в зону плавления (RU 2452696 С2, опубликовано 10.06.2012).There is a known method for producing fibers from rocks, which includes the operations of grinding the rock to obtain granules of a given size, feeding the crushed rock into the melting zone and drawing the fiber from the melt, characterized in that in the process of grinding the rock, calibrated granules are produced, the melting zone is stretched along the vertical axis , calibrated granules are alternately lowered into the melting zone under the influence of gravity, and fiber is drawn from the melt of each calibrated granule and an installation for producing fibers from rocks in the manner described in paragraphs 1-4, which contains a device for grinding rock and a device for obtaining a melt with a melting zone, the outlet of which is connected to the production hole in which a spunbond feeder is installed, and at the outlet of the spunbond feeder a mechanism for winding fiber is installed, characterized in that the installation is supplemented by a dispenser installed at the outlet of the device for grinding rock, which is made in the form a funnel fixed with the possibility of its rotation around a vertical axis, the inner conical surface of the funnel is designed to allow crushed rock to fall on it, and the central through hole of the funnel is designed to pass calibrated granules of crushed rock through it and direct them to the melting zone (RU 2452696 C2, published 10.06 .2012).

Существенными недостатками этого способа являются повышенные требования к сырью, дополнительная энергозатратная операция по его подготовке с получением калиброванных гранул, и связанный с этим дополнительный расход сырья при отборе нужной фракции калиброванных гранул, а также сложность дополнительного оборудования.Significant disadvantages of this method are increased requirements for raw materials, an additional energy-consuming operation for its preparation to obtain calibrated granules, and the associated additional consumption of raw materials when selecting the desired fraction of calibrated granules, as well as the complexity of additional equipment.

Известен способ получения непрерывного волокна из расплава базальтовых горных пород, включающий плавление породы, подачу расплава в зону выработки к фильерам, отличающийся тем, что выработку ведут на высоте расплава над фильерами не более 60 мм, забор расплава осуществляют с уровня расплава над заборным отверстием при соотношении уровня расплава над заборным отверстием к общей высоте расплава над фильерами от 0,15 до 0,65, при этом соотношение суммарной площади заборных отверстий к суммарной площади поперечных сечений фильер составляет 0,25-0,5 (RU 2203231 С2, опубликовано 27.04.2003).There is a known method for producing continuous fiber from a melt of basalt rocks, including melting the rock, supplying the melt to the production zone to the dies, characterized in that the production is carried out at a height of the melt above the dies of no more than 60 mm, the melt is taken from the level of the melt above the intake hole at the ratio the level of the melt above the intake hole to the total height of the melt above the dies is from 0.15 to 0.65, while the ratio of the total area of the intake holes to the total cross-sectional area of the dies is 0.25-0.5 (RU 2203231 C2, published 04/27/2003 ).

Главным недостатком этого способа является невозможность использования многофильерных (более 600 фильер) питателей для выработки непрерывных базальтовых волокон.The main disadvantage of this method is the impossibility of using multi-spun (more than 600 spinnerets) feeders to produce continuous basalt fibers.

Наиболее близкими аналогами заявленной группы изобретений является способ производства волокон из базальтовых пород, который состоит в использовании основных базальтов диапазона (%): SiO2 45-56, Al2O3 10-19, TiO2 0,9-2,0, Fe2O3 и FeO 7-18, CaO 6-15, MgO и MnO 3-7, Na2O и K2O 2,5-6 и соотношения основных волокнообразующих оксидов и сопутствующих оксидов в пределах 3,2>(SiO2 + Al2O3)/(TiO2 + Fe2O3 + FeO + CaO + MgO + MnO + K2O + Na2O)>1,6, загрузке измельченного базальта в расплав ванны плавильной печи, плавлении базальта в диапазоне температур Тп на 150-200°С выше температуры верхнего предела кристаллизации Твпк до достижения степени аморфности 90-96%, гомогенизации и стабилизации расплава в диапазоне температур Тс на 80-160°С выше Твпк, стабилизации уровня расплава в фидере печи на уровне 20-80 мм над фильерным питателем, при этом плавление, гомогенизация и выработка расплава производится одностадийно в ванне и фидере печи, вытяжка волокон через фильерный питатель производится в диапазоне температур Тв на 15-60°С выше Твпк, нанесении замасливателя на волокна и намотке волокон на бобины, отличающийся тем, что базальт предварительно перед загрузкой подогревают до температур 250-400°С, а загрузку базальта осуществляют в зону максимальных температур 1450-2000°С пламени горелки-загрузчика, плавление, дегазацию и гомогенизацию расплава производят на плавильной площадке при низких уровнях расплава 5-70 мм с последующим увеличением уровня расплава до 80-300 мм в ванне печи и устройство для производства непрерывных волокон из базальтовых пород, содержащее загрузчик базальта, состоящий из бункера и дозатора, плавильную печь с вытянутым в горизонтальном направлении рабочим пространством, включающим ванну и фидер печи, который является продолжением ванны, ванна и фидер печи перекрыты сводом, в своде размещены две и более горелки, горелки последовательно соединены со смесителем газо-воздушной смеси и рекуператором, рекуператор через двухходовой коллектор дымоудаления соединен с фидером печи, в фидере печи за порогом ванны установлен фильерный питатель, под которым размещены механизм нанесения замасливателя и наматывающая машина, отличающееся тем, что на своде в зоне загрузки базальта установлена горелка-загрузчик, под которой на дне ванны размещена плавильная площадка, обеспечивающая уровень расплава от 5 до 70 мм, с последующим увеличением уровня расплава в ванне печи до 80-300 мм (RU 2421408 С1, опубликовано 20.06.2011).The closest analogues of the claimed group of inventions is a method for the production of fibers from basalt rocks, which consists of using basic basalts in the range (%): SiO 2 45-56, Al 2 O 3 10-19, TiO 2 0.9-2.0, Fe 2 O 3 and FeO 7-18, CaO 6-15, MgO and MnO 3-7, Na 2 O and K 2 O 2.5-6 and the ratio of the main fiber-forming oxides and accompanying oxides within 3.2> (SiO 2 + Al 2 O 3 )/(TiO 2 + Fe 2 O 3 + FeO + CaO + MgO + MnO + K 2 O + Na 2 O)>1.6, loading crushed basalt into the melt bath of a melting furnace, melting basalt in the range temperatures T p 150-200°C higher than the temperature of the upper limit of crystallization T vpc until the degree of amorphy reaches 90-96%, homogenization and stabilization of the melt in the temperature range T c 80-160°C above T vpk , stabilization of the melt level in the furnace feeder at a level of 20-80 mm above the spunbond feeder, while melting, homogenization and production of the melt is carried out in a single stage in the bath and feeder of the furnace, drawing fibers through the spunbond feeder is carried out in the temperature range T in 15-60 ° C above T VPK , applying a lubricant to fibers and winding fibers onto bobbins, characterized in that the basalt is preheated to temperatures of 250-400°C before loading, and the basalt is loaded into the zone of maximum temperatures of 1450-2000°C of the loader burner flame, melting, degassing and homogenization of the melt is carried out at melting site at low melt levels of 5-70 mm with a subsequent increase in the melt level to 80-300 mm in the furnace bath and a device for the production of continuous fibers from basalt rocks, containing a basalt loader consisting of a hopper and a dispenser, a melting furnace with a horizontally elongated a working space, including a bath and a furnace feeder, which is a continuation of the bath, the bath and the furnace feeder are covered with a vault, two or more burners are placed in the vault, the burners are connected in series with a gas-air mixture mixer and a recuperator, the recuperator is connected to the furnace feeder through a two-way smoke removal manifold , in the furnace feeder behind the threshold of the bath, a spinneret feeder is installed, under which a mechanism for applying a lubricant and a winding machine are located, characterized in that a burner-loader is installed on the arch in the basalt loading area, under which a melting platform is placed at the bottom of the bath, providing a melt level of 5 up to 70 mm, with a subsequent increase in the melt level in the furnace bath to 80-300 mm (RU 2421408 C1, published 06/20/2011).

Недостатками этого способа являются значительный расход энергии в виде дополнительного расхода природного газа или другой энергии на подогрев сырья перед загрузкой, точечные сводовые горелки могут обеспечить равномерность разогрева всей поверхности базальтового расплава только при повышенных температурах горения, что требует также дополнительного расхода природного газа и сильно затрудняет процесс автоматизации процесса поддержания заданных температур по всей поверхности базальтового расплава, высокий уровень базальтового расплава имеет большой градиент температуры по своей высоте, что приводит к нестабильности процесса формования непрерывного базальтового волокна.The disadvantages of this method are significant energy consumption in the form of additional consumption of natural gas or other energy for heating the raw materials before loading; point vault burners can ensure uniform heating of the entire surface of the basalt melt only at elevated combustion temperatures, which also requires additional consumption of natural gas and greatly complicates the process automation of the process of maintaining specified temperatures over the entire surface of the basalt melt; a high level of basalt melt has a large temperature gradient along its height, which leads to instability in the process of forming continuous basalt fiber.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленная группа изобретений, является получение из базальтовых расплавов с различными вязкостными характеристиками однопроцессных (директ) ровингов максимальной линейной плотности при диаметре элементарных волокон 13 мкм – 1200 текс, 18 мкм – 2400 текс, 22 мкм – 4800 текс с использованием одного или нескольких 800-, 1200-, 1600-, 2400-фильерных щелевых питателей на одном плавильном устройстве за счет использования в предложенном способе четырех-этапного технологического процесса.The technical problem to which the stated group of inventions is aimed is the production from basalt melts with different viscosity characteristics of single-process (direct) rovings of maximum linear density with a diameter of elementary fibers of 13 microns - 1200 tex, 18 microns - 2400 tex, 22 microns - 4800 tex. using one or more 800-, 1200-, 1600-, 2400-slot slot feeders on one melting device due to the use of a four-stage technological process in the proposed method.

Техническим результатом заявленной группы изобретений является достижение высокой температурной однородности базальтового расплава и последующего его быстрого охлаждения, что обеспечивает ведение устойчивого процесса формования непрерывного волокна в очень узком и оптимальном интервале температуры вблизи температуры верхнего предела кристаллизации ТS и исключает возможность кристаллизации в элементах фильерного поля, а также обеспечивает стабильный процесс формования волокна на больших фильерных площадях фильерных питателей за счет минимизации градиента температур по всей площади фильерного питателя в процессе формирования волокна из расплава, что позволяет применять многофильерные щелевые питатели для производства однопроцессных (директ) ровингов высокой линейной плотностью.The technical result of the claimed group of inventions is the achievement of high temperature homogeneity of the basalt melt and its subsequent rapid cooling, which ensures a stable process of forming continuous fiber in a very narrow and optimal temperature range near the temperature of the upper limit of crystallization T S and eliminates the possibility of crystallization in the elements of the spinneret field, and also ensures a stable process of fiber spinning on large spun-bonded areas of spun-bonded feeders by minimizing the temperature gradient across the entire area of the spun-bonded feeder during the process of forming fiber from the melt, which allows the use of multi-spun slot feeders for the production of single-process (direct) rovings with high linear density.

Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что способ производства непрерывного волокна из базальтовых пород, включающий плавление базальтовых пород в плавильном устройстве в виде основного фидера с формированием зоны расплавленного базальта и неподвижной нижней зоны закристаллизованного базальта, промежуточной малоподвижной зоны, содержащей небольшое количество кристаллических включений, и верхней зоны – высокотемпературного слоя базальтового расплава, и подачу расплава базальта из плавильного устройства через щелевые камни на фильерные питатели для формования непрерывных базальтовых волокон, согласно изобретению в канале основного фидера из верхнего слоя базальтового расплава температурой Δtδф+ΔТ+ТS, где Δt - градиент температуры, оС/мм, δф – уровень базальтового расплава, мм, ТS – температуры верхнего предела кристаллизации расплава, оС, ΔТ – температура перегрева базальтового расплава, оС, осуществляют линейный отбор базальтового расплава толщиной, равной 0,25-0,40 от значения уровня базальтового расплава δф в канале основного фидера, и шириной, равной или больше длины фильерного питателя, являющегося рабочим потоком в по меньшей мере один дополнительный керамический канал через по меньшей мере одно окно, соединяющее основной фидер с дополнительным керамическим каналом, в котором производят контролируемое охлаждение рабочего потока базальтового расплава с выравниванием его температуры по всей его ширине δк до температуры ниже на 120-150 оС температуры, устанавливаемой на верхней части фильерного питателя, посредством подачи газовоздушной смеси с образованием равномерного по всей ширине рабочего потока плоского факела горения, и подачу базальтового расплава через щелевой камень в верхнюю часть фильерного питателя с фильерами в количестве по меньшей мере 800, где осуществляется интенсивный теплообмен между базальтовым расплавом и элементами верхней части фильерного питателя, приводящий к выравниванию температуры базальтового расплава и скорости его протекания через элементы верхней части фильерного питателя по всей его площади, после чего осуществляют контролируемое охлаждение всего объема базальтового расплава в нижней части фильерного питателя до температуры, близкой к температуре кристаллизации базальтового расплава ТS.The technical result of the claimed invention is achieved by the fact that the method for producing continuous fiber from basalt rocks, including melting basalt rocks in a melting device in the form of a main feeder with the formation of a zone of molten basalt and a stationary lower zone of crystallized basalt, an intermediate low-moving zone containing a small amount of crystalline inclusions, and the upper zone - a high-temperature layer of basalt melt, and supplying the basalt melt from the melting device through slotted stones to spinneret feeders for forming continuous basalt fibers, according to the invention, in the channel of the main feeder from the upper layer of basalt melt at a temperature Δtδf+ΔT+TS, where Δt is the temperature gradient,OS/mm, δf – level of basalt melt, mm, TS– temperature of the upper limit of melt crystallization,OС, ΔТ – overheating temperature of the basalt melt,OC, carry out linear selection of basalt melt with a thickness equal to 0.25-0.40 of the value of the level of basalt melt δf in the channel of the main feeder, and a width equal to or greater than the length of the spinneret feeder, which is the working flow into at least one additional ceramic channel through at least one window connecting the main feeder with an additional ceramic channel, in which controlled cooling of the working flow of basalt melt is carried out with equalization of its temperature across its entire width δTo to a temperature lower by 120-150OFrom the temperature set on the upper part of the spunbond feeder, by supplying a gas-air mixture with the formation of a flat combustion torch uniform across the entire width of the working flow, and supplying the basalt melt through a slotted stone to the upper part of the spunbond feeder with dies in the amount of at least 800, where intensive heat exchange between the basalt melt and the elements of the upper part of the spun feeder, leading to equalization of the temperature of the basalt melt and the rate of its flow through the elements of the upper part of the spun feeder over its entire area, after which the entire volume of the basalt melt in the lower part of the spun feeder is controlled to cool to a temperature close to to the crystallization temperature of basalt melt TS.

Кроме того, контролируемое охлаждение рабочего потока базальтового расплава осуществляют с температуры Δtδф+ΔТ+ТS до температуры Δtδк+ΔТ+ТS, где Δt - градиент температуры, δф – уровень базальтового расплава, δк – ширина рабочего потока базальтового расплава, ТS – температуры верхнего предела кристаллизации расплава, ΔТ – температура перегрева базальтового расплава.In addition, controlled cooling of the working flow of basalt melt is carried out from a temperature Δtδ f +ΔT+T S to a temperature Δtδ k +ΔT+T S , where Δt is the temperature gradient, δ f is the level of the basalt melt, δ k is the width of the working flow of the basalt melt , T S – temperatures of the upper limit of crystallization of the melt, ΔТ – overheating temperature of the basalt melt.

Также технический результат достигается тем, что устройство для получения непрерывных волокон из расплавов базальтовых пород, содержащее плавильное устройство в виде основного фидера, газовую горелку, и по меньшей мере один щелевой камень для подачи базальтового расплава на по меньшей мере один фильерный питатель, согласно изобретению по меньшей мере один фильерный питатель выполнен с фильерами в количестве по меньшей мере 800, при этом в стенке канала основного фидера выполнено по меньшей мере одно окно для подачи базальтового расплава из него в по меньшей мере один дополнительный керамический канал, шириной, составляющей 1,0-1,5 длины фильерного питателя, при этом ширина по меньшей мере одного окна составляет 0,5-1,0 от длины фильерного питателя, а высота - 0,25-0,40 от значения уровня базальтового расплава (δф, мм) в канале основного фидера, причем газовая горелка расположена в торцевой стенке по меньшей мере одного дополнительного керамического канала, выполнена с возможностью обеспечения подачи газовоздушной смеси и формирования плоского факела горения и содержит патрубок подачи газовоздушной смеси, короб, насадку, выполненную в виде пластины длиной, равной ширине дополнительного керамического канала, с внутренней щелевой полостью для прохода газовоздушной смеси и выполненными по меньшей мере в один ряд на ее боковой стенке отверстиями, и кольцевой водоохлаждаемый холодильник, выполненный по периметру насадки, причем отношение расстояния m между отверстиями к их ширине b равно 1:3, при этом в днище по меньшей мере одного дополнительного керамического канала установлен щелевой камень, под которым расположен щелевой фильерный питатель с кольцевым водоохлаждающим холодильником и боковыми керамическими вкладышами, а соотношение толщины tк боковых керамических вкладышей и толщины δcт боковых стенок фильерного питателя находится в пределах 12-25, причем верхнюю часть фильерного питателя образуют продольные токоведущие каналы, соединенные через его торцевые стенки с токоподводами, причем отношение ширины продольных токоведущих каналов t1 к их высоте h1 находится в пределах от 0,5-1,0 до 1,0-0,5, а отношение толщины δ2 боковых стенок продольных токоведущих каналов к толщине δ1 нижней пластины находится в пределах от 1,0-2,5, а нижнюю часть фильерного питателя образуют поперечные нетоковедущие каналы, боковые стенки которых герметично соединены с нижней пластиной продольных токоведущие каналов, в которой выполнены отверстия для подачи базальтового расплава в поперечные нетоковедущие каналы, в нижней плоскости которых установлены секции пластин формования непрерывного волокна с фильерами или отверстиями, при этом соотношение ширины t2 поперечных нетоковедущих каналов к их высоте h2 находится в пределах от 2,0-1,0 до 1,0-2,5, а отношение толщины δ3 боковой стенки поперечных нетоковедущих каналов к толщине δ1 нижней пластины продольных токоведущих каналов находится в пределах от 1,0-0,4 до 1,0-0,8.Also, the technical result is achieved by the fact that a device for producing continuous fibers from melts of basalt rocks, containing a melting device in the form of a main feeder, a gas burner, and at least one slot stone for supplying the basalt melt to at least one spinneret feeder, according to the invention according to at least one spinneret feeder is made with at least 800 dies, while in the channel wall of the main feeder there is at least one window for supplying basalt melt from it into at least one additional ceramic channel with a width of 1.0- 1.5 times the length of the spunbond feeder, wherein the width of at least one window is 0.5-1.0 from the length of the spunbond feeder, and the height is 0.25-0.40 from the level of the basalt melt (δ f , mm) in channel of the main feeder, wherein the gas burner is located in the end wall of at least one additional ceramic channel, is configured to supply a gas-air mixture and form a flat combustion torch and contains a gas-air mixture supply pipe, a box, a nozzle made in the form of a plate with a length equal to the width an additional ceramic channel, with an internal slotted cavity for the passage of the gas-air mixture and holes made in at least one row on its side wall, and an annular water-cooled refrigerator made along the perimeter of the nozzle, and the ratio of the distance m between the holes to their width b is equal to 1:3 , while at the bottom of at least one additional ceramic channel there is a slotted stone, under which there is a slotted spunbond feeder with an annular water-cooling cooler and side ceramic liners, and the ratio of the thickness t to the side ceramic liners and the thickness δ c of the side walls of the spunbond feeder is within the limits 12-25, moreover, the upper part of the spinneret feeder is formed by longitudinal current-carrying channels connected through its end walls with current leads, and the ratio of the width of the longitudinal current-carrying channels t 1 to their height h 1 is in the range from 0.5-1.0 to 1.0 -0.5, and the ratio of the thickness δ 2 of the side walls of the longitudinal current-carrying channels to the thickness δ 1 of the bottom plate is in the range from 1.0-2.5, and the lower part of the spinneret feeder is formed by transverse non-current-carrying channels, the side walls of which are hermetically connected to the bottom a plate of longitudinal current-carrying channels, in which holes are made for supplying the basalt melt into the transverse non-current-carrying channels, in the lower plane of which sections of plates for forming continuous fiber with dies or holes are installed, while the ratio of the width t 2 of the transverse non-current-carrying channels to their height h 2 is within from 2.0-1.0 to 1.0-2.5, and the ratio of the thickness δ 3 of the side wall of the transverse non-current-carrying channels to the thickness δ 1 of the bottom plate of the longitudinal current-carrying channels is in the range from 1.0-0.4 to 1, 0-0.8.

Заявленная группа изобретений поясняется чертежами, где:The claimed group of inventions is illustrated by drawings, where:

На фиг. 1 и фиг. 2 представлено устройство для получения непрерывных волокон из расплавов базальтовых пород.In fig. 1 and fig. Figure 2 shows a device for producing continuous fibers from basalt rock melts.

На фиг. 3 представлена щелевая газовая горелка.In fig. Figure 3 shows a slot gas burner.

На фиг. 4 представлено расположение отверстий на пластине.In fig. Figure 4 shows the arrangement of holes on the plate.

На фиг. 5 и фиг. 6 представлен фильерный питатель с токоведущими и нетоковедущими каналами.In fig. 5 and fig. Figure 6 shows a spinneret feeder with current-carrying and non-current-carrying channels.

Перечень позиций, приведенных на фиг. 1-6:The list of items shown in Fig. 1-6:

1. Канал основного фидера или устройство для плавления базальта;1. Main feeder channel or basalt melting device;

2. Разделительная стенка канала основного фидера;2. Dividing wall of the main feeder channel;

3. Окно подачи расплава базальта из канала основного фидера в дополнительный керамический канал;3. Window for supplying basalt melt from the main feeder channel to the additional ceramic channel;

4. Дополнительный керамический канал;4. Additional ceramic channel;

5. Газовоздушная смесь;5. Gas-air mixture;

1. Щелевой камень;1. Slit stone;

2. Щелевой фильерный питатель;2. Slotted spinneret feeder;

3. Щелевая горелка для отопления дополнительного керамического канала;3. Slot burner for heating an additional ceramic channel;

1. Насадка щелевой горелки;1. Slot burner nozzle;

2. Холодильник по периметру насадки щелевой горелки;2. Refrigerator around the perimeter of the slot burner nozzle;

3. Кольцевой холодильник для монтажа щелевого фильерного питателя;3. Ring cooler for mounting a slotted spunbond feeder;

4. Керамический вкладыш для монтажа щелевого фильерного питателя;4. Ceramic liner for mounting a slotted spinneret feeder;

5. Боковая стенка щелевого фильерного питателя;5. Side wall of the slotted spinneret feeder;

6. Боковая стенка продольного токоведущего канала;6. Side wall of the longitudinal current-carrying channel;

7. Продольные токоведущие каналы фильерного питателя;7. Longitudinal current-carrying channels of the spinneret feeder;

8. Нижняя пластина продольного токоведущего канала;8. Bottom plate of the longitudinal current-carrying channel;

9. Поперечные токоведущие каналы фильерного питателя;9. Transverse current-carrying channels of the spinneret feeder;

10. Боковая стенка поперечного токоведущего канала;10. Side wall of the transverse current-carrying channel;

11. Секция выработки волокна с фильерами или отверстиями;11. Fiber production section with dies or holes;

12. Патрубок подачи газовоздушной смеси на щелевую горелку;12. Connection pipe for supplying the gas-air mixture to the slot burner;

13. Короб щелевой горелки;13. Slot burner box;

14. Фильеры.14. Dies.

Предложен способ (технология) производства непрерывного волокна в виде однопроцессных (директ) ровингов максимальной линейной плотности при диаметре элементарных волокон 13 мкм – 900 текс, 18 мкм – 1800 текс, 22 мкм – 2400 текс с использованием одного или нескольких 800-, 1200-, 1600-, 2400-фильерных щелевых питателей на одном плавильном устройстве из базальтовых расплавов с разными вязкостными характеристиками, содержащий ряд технологических приемов, обеспечивающих стабильное формование волокна.A method (technology) is proposed for the production of continuous fiber in the form of single-process (direct) rovings of maximum linear density with a diameter of elementary fibers of 13 microns - 900 tex, 18 microns - 1800 tex, 22 microns - 2400 tex using one or more 800-, 1200-, 1600-, 2400-spun slot feeders on one melting device from basalt melts with different viscosity characteristics, containing a number of technological methods that ensure stable fiber formation.

На первой стадии из канала основного фидера 1 (Фиг.1) производится линейный (щелевой) отбор базальтового расплава из верхнего высокотемпературного слоя толщиной равной 0,25-0,40 от уровня расплава (δф) в канале основного фидера 1. При уровне расплава в канале основного фидера (δф) температура верхнего слоя будет равна Δtδф+ΔТ+ТS, где ΔТ – температура перегрева базальтового расплава выше температуры верхнего предела кристаллизации расплава (ТS), гарантирующего отсутствие кристаллизации расплава в его нижнем слое. При отборе базальтового расплава 3 из верхнего слоя расплава в канале основного фидера 1 формируется рабочий поток базальтового расплава толщиной δк, при этом температура верхнего слоя отобранного расплава будет такой же, что и температура верхнего слоя расплава в канале основного фидера Δtδф+ΔТ+ТS, а температура нижнего слоя отобранного расплава будет составлять Δt(δф-δк)+ΔТ+ТS. Таким образом, рабочий поток расплава отобранного слоя по всей его толщине δк имеет меньший градиент температуры по его толщине, чем расплав в канале основного фидера по всей его толщине δф, и его температура будет значительно выше температуры верхнего предела кристаллизации (ТS). At the first stage, a linear (slot) selection of basalt melt from the upper high-temperature layer with a thickness equal to 0.25-0.40 from the melt level (δf) in the main feeder channel 1. At the melt level in the main feeder channel (δf) the temperature of the upper layer will be equal to Δtδf+ΔT+TS, where ΔТ is the overheating temperature of the basalt melt above the temperature of the upper limit of crystallization of the melt (TS), guaranteeing the absence of crystallization of the melt in its lower layer. When selecting basalt melt 3 from the upper layer of the melt in the channel of the main feeder 1, a working flow of basalt melt of thickness δ is formedTo, in this case the temperature of the upper layer of the selected melt will be the same as the temperature of the upper layer of the melt in the channel of the main feeder Δtδf+ΔT+TS,and the temperature of the lower layer of the selected melt will be Δt(δf-δTo)+ΔT+TS. Thus, the working flow of the melt of the selected layer throughout its entire thickness δTo has a smaller temperature gradient across its thickness than the melt in the main feeder channel throughout its entire thickness δf,and its temperature will be significantly higher than the temperature of the upper limit of crystallization (TS).

Следующим технологическим приемом является контролируемое охлаждение верхнего слоя отобранного расплава с температуры Δtδф+ΔТ+ТS до температуры Δtδк+ΔТ+ТS, для чего из отобранного расплава создается рабочий поток 4 толщиной δк равной 0,25-0,40 от значения уровня расплава в канале основного фидера δф и шириной, равной или больше длины фильерного поля питателя. Контролируемое охлаждение рабочего потока базальтового расплава осуществляется в дополнительном керамическом канале 4 за счет автономного от канала основного фидера отопления при распределении по всей ширине рабочего потока газовоздушной смеси 5 с образованием равномерного по ширине рабочего потока факела горения. Это позволяет снизить температуру базальтового расплава и минимизировать градиент температуры расплава по всей ширине рабочего потока, поступающего через щелевой камень 6 на фильерный питатель 7. The next technological method is controlled cooling of the upper layer of the selected melt from a temperature Δtδf+ΔT+TS up to temperature ΔtδTo+ΔT+TS, for which a working flow of 4 thickness δ is created from the selected meltToequal to 0.25-0.40 on the value of the melt level in the channel of the main feeder δf and a width equal to or greater than the length of the feeder spinneret field. Controlled cooling of the working flow of basalt melt is carried out in an additional ceramic channel 4 due to a heating system independent from the channel of the main feeder when distributing the gas-air mixture 5 over the entire width of the working flow with the formation of a combustion torch uniform across the width of the working flow. This makes it possible to reduce the temperature of the basalt melt and minimize the melt temperature gradient across the entire width of the working flow entering through the slotted stone 6 to the spunbond feeder 7.

Однако, несмотря на небольшой уровень базальтового расплава в рабочем потоке δк разница температур верхнего и нижнего слоя рабочего потока, а также теплообмен на границе раздела фаз «расплав-керамика» при прохождении через щелевой камень обуславливают наличие в базальтовом расплаве при его подходе к фильерному питателю неизбежных остаточных градиентов температуры в объеме рабочего потока базальтового расплава.However, despite the low level of basalt melt in the working flow δk , the difference in temperatures of the upper and lower layers of the working flow, as well as heat exchange at the “melt-ceramics” phase boundary when passing through a slotted stone, determines the presence of inevitable residual temperature gradients in the volume of the working flow of basalt melt.

Для существенного снижения этих остаточных градиентов температуры базальтового расплава в объеме фильерного питателя температура верхней части фильерного питателя задается выше на 120-150 оС температуры подходящего базальтового расплава, близкой к ΔТ+ТS, что обеспечивает интенсивный теплообмен базальтового расплава с верхней нагретой частью фильерного питателя. To significantly reduce these residual temperature gradients of the basalt melt in the volume of the spunbond feeder, the temperature of the upper part of the spunbond feeder is set 120-150 o C higher than the temperature of the suitable basalt melt, close to ΔT+T S , which ensures intensive heat exchange of the basalt melt with the upper heated part of the spunbond feeder .

При этом происходят следующие процессы: если какая-то область базальтового расплава, подходящего к участку верхней части фильерного питателя 7, имеет относительно низкую температуру, а значит более высокую вязкость и пониженную скорость протекания через этот участок фильерного питателя, при проходе через верхнюю часть фильерного питателя за счет большего времени интенсивного теплообмена между этой областью расплава и участком нагретой верхней части фильерного питателя температура этой области расплава будет повышаться, а так как для базальтовых расплавов характерна высокая зависимость вязкости от температуры – это обеспечивает быстрое изменение вязкости базальтового расплава и приводит к увеличению дебита расплава через этот участок верхней части фильерного питателя (объема проходящего через данный участок фильерного питателя базальтового расплава), а так как подходящий к верхней части фильерного питателя 7 базальтовый расплав в целом холоднее всей верхней части фильерного питателя, то этот участок верхней части фильерного питателя начнет интенсивнее охлаждаться, что приводит к снижению интенсивности теплообмена между этим участком и базальтовым расплавом и выравниванию температуры и дебита проходящего базальтового расплава; и наоборот, если область подходящего к какому-то участку верхней части фильерного питателя базальтового расплава имеет относительно высокую температуру, а значит более низкую вязкость и повышенный дебит, время и интенсивность теплообмена между этой областью расплава и участком фильерного будут меньше, что приводит к относительному понижению температуры расплава в этой области, повышению его вязкости и снижению дебита расплава через этот участок верхней части фильерного питателя, т.е. к выравниванию температуры и дебита расплава.In this case, the following processes occur: if some area of the basalt melt, approaching the section of the upper part of the spunbond feeder 7, has a relatively low temperature, and therefore a higher viscosity and a reduced flow rate through this section of the spunbond feeder, when passing through the upper part of the spunbond feeder due to the longer time of intensive heat exchange between this area of the melt and the section of the heated upper part of the spinneret feeder, the temperature of this area of the melt will increase, and since basalt melts are characterized by a high dependence of viscosity on temperature, this ensures a rapid change in the viscosity of the basalt melt and leads to an increase in the flow rate of the melt through this section of the upper part of the spunbond feeder (the volume of basalt melt passing through this section of the spunbond feeder), and since the basalt melt approaching the upper part of the spunbond feeder 7 is generally colder than the entire upper part of the spunbond feeder, this section of the upper part of the spunbond feeder will begin to cool more intensively , which leads to a decrease in the intensity of heat exchange between this area and the basalt melt and equalization of the temperature and flow rate of the passing basalt melt; and vice versa, if the area of the basalt melt approaching some section of the upper part of the spunbond feeder has a relatively high temperature, and therefore lower viscosity and increased flow rate, the time and intensity of heat exchange between this region of the melt and the section of the spunbond will be less, which leads to a relative decrease melt temperature in this area, increasing its viscosity and reducing the melt flow rate through this section of the upper part of the spinneret feeder, i.e. to equalize the temperature and flow rate of the melt.

Таким образом, после взаимодействия базальтового расплава с верхней частью фильерного питателя происходит выравнивание температуры и дебита базальтового расплава по всей площади фильерного питателя. Thus, after the interaction of the basalt melt with the upper part of the spunbond feeder, the temperature and flow rate of the basalt melt are equalized over the entire area of the spunbond feeder.

После проведения этого технологического приема температура базальтового расплава в целом повышается, а его вязкость снижается до уровня, неприемлемого для ведения процесса формования волокна. Поэтому следующим технологическим приемом является контролируемое охлаждение базальтового расплава на элементах нижней части фильерного питателя 7 до температур, близких к температуре верхнего предела кристаллизации (ТS). Известно, что кристаллизация является сложным, протекающим во времени процессом агрегирования в расплаве зон однородности с последующим возникновением и ростом кристаллов. Но этот процесс перестройки структуры расплава при быстром его охлаждении не успевает реализоваться, и расплав даже при пониженных температурах сохраняет гомогенную структуру. Именно такой вариант реализуется при быстром охлаждении базальтового расплава на элементах нижней части фильерного питателя.After this technological procedure, the temperature of the basalt melt generally increases, and its viscosity decreases to a level unacceptable for the fiber spinning process. Therefore, the next technological method is the controlled cooling of the basalt melt on the elements of the lower part of the spinneret feeder 7 to temperatures close to the temperature of the upper limit of crystallization (T S ). It is known that crystallization is a complex, time-occurring process of aggregation of zones of homogeneity in the melt, followed by the appearance and growth of crystals. But this process of restructuring the melt structure during its rapid cooling does not have time to be realized, and the melt retains a homogeneous structure even at low temperatures. This is exactly the option that is implemented with rapid cooling of the basalt melt on the elements of the lower part of the spinneret feeder.

Достижение высокой температурной однородности базальтового расплава и последующее его быстрое охлаждение обеспечивают ведение устойчивого процесса формования непрерывного волокна в очень узком и оптимальном интервале температуры вблизи температуры верхнего предела кристаллизации ТS и исключает возможность кристаллизации в элементах фильерного поля и обеспечивает стабильный процесс формования волокна на больших фильерных площадях фильерных питателей, что позволяет применять многофильерные щелевые питатели для производства однопроцессных (директ) ровингов высокой линейной плотностью. Achieving high temperature homogeneity of the basalt melt and its subsequent rapid cooling ensures a stable process of spinning continuous fiber in a very narrow and optimal temperature range near the temperature of the upper limit of crystallization T S and eliminates the possibility of crystallization in the elements of the spinneret field and ensures a stable process of spinning fibers over large spinneret areas spunbond feeders, which allows the use of multi-spun slotted feeders for the production of single-process (direct) rovings with high linear density.

Нами предложено и прошло производственную проверку новое устройство, которое обеспечивает стабильное ведение процесса выработки непрерывного волокна из базальтовых расплавов.We have proposed and passed production testing a new device that ensures stable operation of the process of producing continuous fiber from basalt melts.

В канале основного фидера 1 (Фиг. 1, 2) уровень базальтового расплава – δФ. В его стенке 2 выполнены окна 3 для подачи базальтового расплава в дополнительные керамические каналы 4. Длина окна составляет 0,5-1,0 от длины используемого в устройстве фильерного питателя 7, высота окна составляет 0,25-0,40 от уровня расплава δф в канале основного фидера 1. Окна 3 выполнены так, что верхняя их плоскость находится ниже уровня расплава в канале основного фидера, что позволяет отделить газовое пространство дополнительного керамического канала 4 от газового пространства канала основного фидера 1 и обеспечить в дополнительном керамическом канале 4 автономное отопление.In the channel of the main feeder 1 (Fig. 1, 2) the level of basalt melt is δ Ф. In its wall 2 there are windows 3 for supplying basalt melt into additional ceramic channels 4. The length of the window is 0.5-1.0 from the length of the spunbond feeder 7 used in the device, the height of the window is 0.25-0.40 from the melt level δ f in the channel of the main feeder 1. The windows 3 are designed so that their upper plane is below the melt level in the channel of the main feeder, which makes it possible to separate the gas space of the additional ceramic channel 4 from the gas space of the channel of the main feeder 1 and provide autonomous heating in the additional ceramic channel 4 .

В дополнительном керамическом канале 4, ширина которого составляет от 1,0 до 1,5 длины (мм) фильерного питателя, формируется рабочий поток базальтового расплава с уровнем δк, равным 0,25-0,40 от уровня расплава δф в канале основного фидера 1.In the additional ceramic channel 4, the width of which is from 1.0 to 1.5 times the length (mm) of the spinneret feeder, a working flow of basalt melt is formed with a level δ k equal to 0.25-0.40 of the melt level δ f in the main channel feeder 1.

В торцевой стенке дополнительного керамического канала 4 для его отопления установлена щелевая газовая горелка 8, состоящая из патрубка 20 подачи газовоздушной смеси 5, короба 21, насадки 9 и кольцевого холодильника 10 (Фиг. 3). Насадка выполнена в виде пластины длиной, равной ширине дополнительного керамического канала, с плоской щелью для прохода газовоздушной смеси, заканчивающейся отверстиями, расположенными по всей длине насадки в один или несколько рядов. Отношение расстояния m между отверстиями к их ширине b равно 1:3 (Фиг. 4). По всему периметру насадки 9 выполнен кольцевой водохлаждаемый холодильник 10. В днище дополнительного керамического канала 4 установлен щелевой камень 6, под которым с помощью водоохлаждаемого кольцевого холодильника 11 и боковых керамических вкладышей 12 монтируется щелевой фильерный питатель 7. В зависимости от технологических характеристик используемого базальтового расплава отношение толщины tк боковых керамических вкладышей 12 к толщине δcт боковых стенок 13 фильерного питателя 7 выдерживается в пределах 12-25.In the end wall of the additional ceramic channel 4 for its heating, a slot gas burner 8 is installed, consisting of a pipe 20 for supplying a gas-air mixture 5, a box 21, a nozzle 9 and a ring cooler 10 (Fig. 3). The nozzle is made in the form of a plate with a length equal to the width of the additional ceramic channel, with a flat slot for the passage of the gas-air mixture, ending with holes located along the entire length of the nozzle in one or several rows. The ratio of the distance m between the holes to their width b is 1:3 (Fig. 4). Along the entire perimeter of the nozzle 9 there is an annular water-cooled cooler 10. At the bottom of the additional ceramic channel 4 there is a slotted stone 6, under which a slotted spinneret feeder 7 is mounted using a water-cooled annular cooler 11 and side ceramic liners 12. Depending on the technological characteristics of the basalt melt used, the ratio the thickness tk of the side ceramic liners 12 to the thickness δct of the side walls 13 of the spinneret feeder 7 is maintained within the range of 12-25.

Фильерный питатель представляет собой объемную конструкцию, верхнюю часть которой образуют продольные токоведущие каналы 15 (Фиг. 5, 6), через торцевые стенки питателя, соединенные с токоподводами фильерного питателя 7, причем отношение ширины t1 продольных каналов 15 к их высоте h1 находится в пределах от 0,5-1,0 до 1,0-0,5, а отношение толщины δ2 боковых стенок 14 продольных каналов 15 к толщине δ1 нижней пластины 16 находится в пределах от 1,0-2,5. В нижней пластине 16 продольных каналов 15 предусмотрены отверстия для подачи базальтового расплава в поперечные нетоковедущие каналы 17, которые образуют нижнюю часть фильерного питателя, боковые стенки 18 которых герметично соединены с нижней пластиной 16 продольных токоведущих каналов 15. Соотношение ширины t2 поперечных каналов к их высоте h2 находится в пределах от 2,0-1,0 до 1,0-2,5, а отношение толщины δ3 боковой стенки 18 поперечных каналов 17 к толщине δ1 нижней пластины 16 продольных каналов 15 находится в пределах от 1,0-0,4 до 1,0-0,8. В нижней плоскости поперечных нетоковедущие каналов 17 установлены секции пластин выработки волокна с фильерами или отверстиями 22.The spunbond feeder is a three-dimensional structure, the upper part of which is formed by longitudinal current-carrying channels 15 (Fig. 5, 6), through the end walls of the feeder connected to the current leads of the spunbond feeder 7, and the ratio of the width t 1 of the longitudinal channels 15 to their height h 1 is in ranges from 0.5-1.0 to 1.0-0.5, and the ratio of the thickness δ 2 of the side walls 14 of the longitudinal channels 15 to the thickness δ 1 of the bottom plate 16 is in the range from 1.0-2.5. In the bottom plate 16 of the longitudinal channels 15 there are holes for supplying the basalt melt into the transverse non-current-carrying channels 17, which form the lower part of the spinneret feeder, the side walls 18 of which are hermetically connected to the bottom plate 16 of the longitudinal current-carrying channels 15. The ratio of the width t 2 of the transverse channels to their height h 2 is in the range from 2.0-1.0 to 1.0-2.5, and the ratio of the thickness δ 3 of the side wall 18 of the transverse channels 17 to the thickness δ 1 of the bottom plate 16 of the longitudinal channels 15 is in the range of 1.0 -0.4 to 1.0-0.8. In the lower plane of the transverse non-current-carrying channels 17, sections of fiber production plates with dies or holes 22 are installed.

Устройство работает следующим образом:The device works as follows:

При уровне базальтового расплава в канале основного фидера δф=80-100 мм и характерном для базальтовых расплавов градиенте температуры по глубине расплава Δt ~ 1оC на 1 мм глубины расплава, общий градиент по глубине составит Δtδф или соответственно 80-100 оС. Температура верхних слоев базальтового расплава в канале основного фидера 1 для исключения кристаллизации расплава в его нижних слоях должна составлять Δtδф +ΔT + TS, где ΔT – температура перегрева базальтового расплава выше температуры верхнего предела кристаллизации расплава (ТS). В дополнительный керамический канал 4 базальтовый расплав отбирается из верхнего слоя расплава канала основного фидера 1 через окно подачи расплава 3 с образованием в дополнительном керамическом канале рабочего потока базальтового расплава 4 с уровнем δк, составляющем 0,25-0,40 от значения уровня базальтового расплава в канале основного фидера δф, с градиентом температуры по глубине Δtδк, т.е. существенно меньшим, чем градиент температуры расплава Δtδф в канале основного фидера 1. Температура верхнего слоя базальтового расплава в начале рабочего потока 4 равна температуре верхнего слоя расплава в канале основного фидера 1 и составляет Δtδф +ΔT + TS, а нижнего слоя рабочего потока составляет Δt(δф-δк)+ΔT+TS. At the level of basalt melt in the channel of the main feeder δ f = 80-100 mm and the temperature gradient along the depth of the melt characteristic of basalt melts Δt ~ 1 o C per 1 mm of melt depth, the overall gradient along the depth will be Δtδ f or, respectively, 80-100 o C The temperature of the upper layers of the basalt melt in the channel of the main feeder 1 to exclude crystallization of the melt in its lower layers should be Δtδ f +ΔT + T S , where ΔT is the overheating temperature of the basalt melt above the temperature of the upper limit of melt crystallization (T S ). In the additional ceramic channel 4, the basalt melt is taken from the upper layer of the melt of the channel of the main feeder 1 through the melt supply window 3 with the formation in the additional ceramic channel of a working flow of basalt melt 4 with a level δ k of 0.25-0.40 of the level of the basalt melt in the channel of the main feeder δ f , with a temperature gradient along the depth Δtδ k , i.e. significantly less than the melt temperature gradient Δtδ f in the channel of the main feeder 1. The temperature of the upper layer of the basalt melt at the beginning of the working flow 4 is equal to the temperature of the upper layer of the melt in the channel of the main feeder 1 and is Δtδ f +ΔT + T S , and the lower layer of the working flow is Δt(δ f -δ k )+ΔT+T S .

В дополнительном керамическом канале производится контролируемое снижение температуры рабочего потока с одновременным выравниванием температуры по всей ширине рабочего потока 4, для чего применяется автономное отопление дополнительного керамического канала.In the additional ceramic channel, a controlled decrease in the temperature of the working stream is carried out with simultaneous equalization of the temperature across the entire width of the working stream 4, for which autonomous heating of the additional ceramic channel is used.

Опыт показал, что при применении для отопления существующих конструкций горелок с локальной подачей газовоздушной смеси в рабочем потоке базальтового расплава по площади его поверхности возникают зоны со значительным градиентом температуры. Для исключения таких градиентов температуры разработана и применена щелевая газовая горелка 8 (Фиг. 3, 4). При подаче газовоздушной смеси на горение через ряд отверстий в насадке 9 горелки за счет малого расстояния между отверстиями и диффузионного расширения свободной струи газа с углом раскрытия 16о уже на расстоянии 15-20 мм от среза насадки 9 горелки 8 создается сплошной плоский факел горения над поверхностью базальтового расплава. Так как отверстия выполнены по всей длине насадки 9, формируется факел горения, равномерный по ширине дополнительного керамического канала 4, что позволяет минимизировать градиент температуры по всей ширине рабочего потока базальтового расплава перед его поступлением через щелевой камень 6 к фильерному питателю 7. Надежность длительной работы щелевой горелки обеспечивает кольцевой водохлаждаемый холодильник 10 по всему периметру насадки горелки 9. Через щелевой камень 6 расплав поступает в фильерный питатель 7 без дополнительного нагрева или охлаждения. При правильно выбранном соотношении толщины боковой стенки δст фильерного питателя 7 и толщины tк керамического вкладыша 12 количество тепла, выделяемого на боковой стенке фильерного питателя равно количеству тепла, отдаваемого боковой стенкой кольцевому холодильнику через керамический вкладыш. При этом температура боковой стенки фильерного питателя 7 равна температуре базальтового расплава, поступающего в фильерный питатель 7. Experience has shown that when existing burner designs with local supply of a gas-air mixture are used for heating, zones with a significant temperature gradient appear in the working flow of basalt melt over its surface area. To eliminate such temperature gradients, a slot gas burner 8 was developed and used (Fig. 3, 4). When a gas-air mixture is supplied for combustion through a series of holes in the burner nozzle 9, due to the small distance between the holes and the diffusion expansion of a free gas stream with an opening angle of 16 o , already at a distance of 15-20 mm from the cut of the nozzle 9 of the burner 8, a continuous flat combustion torch is created above the surface basalt melt. Since the holes are made along the entire length of the nozzle 9, a combustion torch is formed, uniform across the width of the additional ceramic channel 4, which makes it possible to minimize the temperature gradient across the entire width of the working flow of the basalt melt before it enters through the slotted stone 6 to the spunbond feeder 7. Reliability of long-term operation of the slotted feeder The burner is provided by an annular water-cooled cooler 10 around the entire perimeter of the burner nozzle 9. Through the slotted stone 6, the melt enters the spinneret feeder 7 without additional heating or cooling. With the correctly selected ratio of the side wall thickness δ st of the spun-bond feeder 7 and the thickness t k of the ceramic liner 12, the amount of heat generated on the side wall of the spun-bond feeder is equal to the amount of heat given off by the side wall to the annular cooler through the ceramic liner. In this case, the temperature of the side wall of the spunbond feeder 7 is equal to the temperature of the basalt melt entering the spunbond feeder 7.

Поступающий через щелевой камень базальтовый расплав подается на верхнюю часть фильерного питателя 7, выполненную в виде продольных токоведущих каналов 15, температура которых выше температуры подходящего рабочего потока базальтового расплава на 120-150 оС. Базальтовый расплав, проходя через верхнюю часть фильерного питателя не охлаждается, как это принято обычно в технологии производства непрерывного стекловолокна, а наоборот, нагревается. И нагрев происходит тем дольше, чем дольше расплав находится в контакте с продольными токоведущими каналами 15. А это означает, что более холодные, а значит и более вязкие струи базальтового расплава проходят продольные каналы дольше и больше нагреваются, чем более горячие струи расплава, имеющие меньшую вязкость. Происходит дополнительное выравнивание температуры базальтового расплава по всей площади фильерного питателя 7. Этот процесс протекает более энергично при увеличении площади контакта нагревающих поверхностей фильерного питателя (продольных токоведущих каналов 15) с базальтовым расплавом и времени нахождения расплава в зоне нагрева. Эмпирически установлены соотношения размеров элементов фильерного питателя: отношение ширины t1 продольных каналов к их высоте h1 должно находиться в пределах 0,5-1,0 : 1,0-0,5, а отношение толщины δ2 боковых стенок продольных каналов к толщине δ1 нижней стенки в пределах от 2,5 до 1,0.The basalt melt entering through the slot stone is fed to the upper part of the spunbond feeder 7, made in the form of longitudinal current-carrying channels 15, the temperature of which is 120-150 o C higher than the temperature of the suitable working flow of the basalt melt. The basalt melt, passing through the upper part of the spunbond feeder, is not cooled, as is usually the case in continuous glass fiber production technology, but on the contrary, it heats up. And heating occurs the longer, the longer the melt is in contact with the longitudinal current-carrying channels 15. This means that colder, and therefore more viscous jets of basalt melt pass longitudinal channels longer and heat up more than hotter melt jets, which have less viscosity. There is an additional equalization of the temperature of the basalt melt over the entire area of the spun feeder 7. This process occurs more vigorously with an increase in the contact area of the heating surfaces of the spun feeder (longitudinal current-carrying channels 15) with the basalt melt and the time the melt is in the heating zone. The ratios of the sizes of the elements of the spinneret feeder have been empirically established: the ratio of the width t 1 of the longitudinal channels to their height h 1 should be in the range of 0.5-1.0: 1.0-0.5, and the ratio of the thickness δ 2 of the side walls of the longitudinal channels to the thickness δ 1 of the bottom wall ranges from 2.5 to 1.0.

Таким образом, продольные токоведущие каналы обеспечивают термическую гомогенность базальтового расплава при его нагреве, и как следствие, вязкость базальтового расплава существенно снижается, что неблагоприятно для процесса формования волокна.Thus, longitudinal current-carrying channels ensure thermal homogeneity of the basalt melt when heated, and as a result, the viscosity of the basalt melt is significantly reduced, which is unfavorable for the fiber spinning process.

Через отверстия в нижней стенке продольных токоведущих каналов 15 базальтовый расплав поступает в нижние поперечные нетоковедущие каналы 17. В поперечных нетоковедущих каналах 17 происходит резкое охлаждение базальтового расплава до температур, при которых уровень вязкости расплава обеспечивает эффективное ведение процесса формования волокна.Through holes in the lower wall of the longitudinal current-carrying channels 15, the basalt melt enters the lower transverse non-current-carrying channels 17. In the transverse non-current-carrying channels 17, the basalt melt is sharply cooled to temperatures at which the level of melt viscosity ensures the effective conduct of the fiber spinning process.

Известно, что кристаллизация является сложным протекающим во времени процессом агрегирования в расплаве зон однородности с последующим оформлением и ростом кристаллов, но этот процесс перестройки расплава при его быстром охлаждении не успевает реализоваться, и базальтовый расплав при пониженных температурах сохраняет гомогенное состояние. Именно такой эффект реализуется в поперечных нетоковедущих каналах 17 фильерного питателя 7. За счет градиента температуры по высоте боковых стенок поперечных каналов и времени нахождения в их объеме базальтового расплава при интенсивном теплообмене в зоне формования волокна за счет установки обычно применяемых водоохлаждаемых подфильерных холодильников расплав быстро охлаждается до необходимой для формования непрерывного волокна температуры с требуемой вязкостью, при этом кристаллизации расплава при температурах, близких к температуре верхнего предела кристаллизации TS, за счет скорости охлаждения расплава не происходит. Указанные процессы реализуются при выполнении экспериментально установленных соотношения ширины t2 и высоты h2 поперечных нетоковедущих каналов 17 в пределах 2,0-1,0 : 1,0-2,5, и отношения толщины δ3 боковых стенок поперечных каналов к толщине δ1 нижних пластин продольных токоведущих каналов в пределах 0,8-1,0 : 0,4-1,0. Через секционные пластины формования 22, герметично установленные в нижней плоскости поперечных нетоковедущих каналов, снабженные фильерами или отверстиями, расплав поступает в зону формования волокна.It is known that crystallization is a complex process of aggregation of zones of homogeneity in the melt over time, followed by the formation and growth of crystals, but this process of restructuring the melt during its rapid cooling does not have time to be realized, and the basalt melt retains a homogeneous state at low temperatures. It is precisely this effect that is realized in the transverse non-current-carrying channels 17 of the spinneret feeder 7. Due to the temperature gradient along the height of the side walls of the transverse channels and the residence time of the basalt melt in their volume with intense heat exchange in the fiber spinning zone due to the installation of commonly used water-cooled under-spun coolers, the melt is quickly cooled to temperature required for forming a continuous fiber with the required viscosity, while crystallization of the melt at temperatures close to the temperature of the upper crystallization limit T S does not occur due to the cooling rate of the melt. These processes are implemented when the experimentally established ratio of the width t 2 and height h 2 of the transverse non-current-carrying channels 17 is carried out within the range of 2.0-1.0: 1.0-2.5, and the ratio of the thickness δ 3 of the side walls of the transverse channels to the thickness δ 1 lower plates of longitudinal current-carrying channels in the range of 0.8-1.0: 0.4-1.0. Through sectional spinning plates 22, hermetically installed in the lower plane of the transverse non-current-carrying channels, equipped with dies or holes, the melt enters the fiber spinning zone.

Пример 1.Example 1.

Если температура кристаллизации базальта Тs=1260 оС, температура нижнего слоя базальтового расплава в канале основного фидера должна превышать температуру кристаллизации минимум на 50 оС. Таким образом, температура нижних слоев расплава в основном фидере равняется ∆Т + Тs =1310 оС. При уровне δф в канале основного фидера 80 мм, температура верхнего слоя расплава в канале основного фидера равняется Δtδф+ΔТ+ТS = 1 оС /мм х 80 мм +50 оС + 1260 оС =1390 оС.If the crystallization temperature of basalt Ts=1260OC, the temperature of the lower layer of basalt melt in the main feeder channel should exceed the crystallization temperature by at least 50OC. Thus, the temperature of the lower layers of the melt in the main feeder is equal to ∆T + Ts = 1310OC. At level δf in the main feeder channel is 80 mm, the temperature of the upper layer of the melt in the main feeder channel is equal to Δtδf+ΔT+TS = 1OWITH /mm x 80 mm +50OWITH + 1260OWITH =1390OWITH.

После отбора расплава из канала основного фидера в дополнительный керамический канал, где уровень расплава снижается до значений δк = 0,25δф = 20 мм, в начале дополнительного керамического канала температура верхнего слоя расплава равна температуре верхнего слоя расплава в канале основного фидера и составляет 1390 оС, а температура нижнего слоя Δt(δф-δк)+ΔТ+ТS=1 оС/мм х (80мм – 20мм) + 50 оС + 1260 оС = 1370 оС. Разница температур по высоте базальтового расплава на входе в дополнительный керамический канал равняется 20оС. При этом по ширине рабочего потока при условии, что температура приграничного слоя (на границе раздела фаз расплав-керамика) равняется 1310 оС, а температура осевой части верхнего слоя расплава равняется 1390 оС, разница температуры составляет 80 оС. After the melt is taken from the main feeder channel into an additional ceramic channel, where the melt level is reduced to δ valuesTo= 0.25δf= 20 mm, at the beginning of the additional ceramic channel the temperature of the upper layer of the melt is equal to the temperature of the upper layer of the melt in the channel of the main feeder and is 1390OC, and the temperature of the lower layer Δt(δf-δTo)+ΔT+TS=1OS/mm x (80mm – 20mm) + 50OWITH + 1260OWITH = 1370OC. The temperature difference along the height of the basalt melt at the entrance to the additional ceramic channel is 20OC. In this case, along the width of the working flow, provided that the temperature of the boundary layer (at the melt-ceramic phase boundary) is equal to 1310OC, and the temperature of the axial part of the upper layer of the melt is 1390OC, temperature difference is 80OWITH.

Далее происходит контролируемое охлаждение рабочего потока базальтового расплава по мере его продвижения в дополнительном керамическом канале к щелевому камню. При подходе к щелевому камню температура верхних слоев будет достигать значения Δtδк+ΔТ+ТS=1 оС /мм х 20 мм + 50 оС + 1260 оС = 1330 оС, а нижних слоев – ∆Т+ Тs = 50 оС + 1260 оС = 1310 оС.Next, controlled cooling of the working flow of the basalt melt occurs as it moves in an additional ceramic channel to the slotted stone. When approaching the slit stone, the temperature of the upper layers will reach the value ΔtδTo+ΔT+TS=1OWITH /mm x 20 mm + 50OWITH + 1260OC = 1330OC, and the lower layers – ∆Т+ Тs = 50OC + 1260OWITH = 1310OWITH.

При этом по ширине рабочего потока при условии, что температура приграничного слоя (граница раздела фаз расплав-керамика) остается равной 1310 оС, температура осевой части верхнего слоя расплава понижается до 1330 оС. Таким образом, достигается снижение градиента температуры расплава по ширине рабочего потока до 20 оС. At the same time, along the width of the working flow, provided that the temperature of the boundary layer (melt-ceramic phase boundary) remains equal to 1310 o C, the temperature of the axial part of the upper layer of the melt decreases to 1330 o C. Thus, a decrease in the melt temperature gradient across the width of the working flow is achieved flow up to 20 o C.

В результате формируется рабочий поток базальтового расплава с градиентом температур и по его высоте и по его ширине в 20 оС, что позволяет при прохождении таким образом подготовленного расплава через относительно нагретую верхнюю часть фильерного питателя минимизировать градиент температур по всей площади фильерного питателя и далее реализовать процесс формования волокна.As a result, a working flow of basalt melt is formed with a temperature gradient both along its height and across its width of 20 o C, which allows, when the thus prepared melt passes through the relatively heated upper part of the spunbond feeder, to minimize the temperature gradient over the entire area of the spunbond feeder and further implement the process fiber spinning.

Пример 2.Example 2.

Если температура кристаллизации базальта Тs=1260 оС, температура нижнего слоя базальтового расплава в канале основного фидера должна превышать температуру кристаллизации минимум на 50 оС. Таким образом, температура нижних слоев расплава в основном фидере равняется ∆Т + Тs =1310 оС. При уровне δф в канале основного фидера 80 мм, температура верхнего слоя расплава в канале основного фидера равняется Δtδф+ΔТ+ТS = 1 оС /мм х 80 мм +50 оС + 1260 оС =1390 оС.If the crystallization temperature of basalt Ts=1260OC, the temperature of the lower layer of basalt melt in the main feeder channel should exceed the crystallization temperature by at least 50OC. Thus, the temperature of the lower layers of the melt in the main feeder is equal to ∆T + Ts = 1310OC. At level δf in the main feeder channel is 80 mm, the temperature of the upper layer of the melt in the main feeder channel is equal to Δtδf+ΔT+TS = 1OWITH /mm x 80 mm +50OWITH + 1260OWITH =1390OWITH.

После отбора расплава из канала основного фидера в дополнительный керамический канал, где уровень расплава снижается до значений δк = 0,40δф = 32 мм, в начале дополнительного керамического канала температура верхнего слоя расплава равна температуре верхнего слоя расплава в канале основного фидера и составляет 1390 оС, а температура нижнего слоя Δt(δф-δк)+ΔТ+ТS=1 оС/мм х (80мм – 32мм) + 50 оС + 1260 оС = 1358 оС. Разница температур по высоте базальтового расплава на входе в дополнительный керамический канал равняется 48 оС. При этом по ширине рабочего потока при условии, что температура приграничного слоя (на границе раздела фаз расплав-керамика) равняется 1310 оС, а температура осевой части верхнего слоя расплава равняется 1390 оС, разница температуры составляет 80 оС. After the melt is taken from the main feeder channel into the additional ceramic channel, where the melt level is reduced to δ valuesTo= 0.40δf= 32 mm, at the beginning of the additional ceramic channel the temperature of the upper layer of the melt is equal to the temperature of the upper layer of the melt in the channel of the main feeder and is 1390OC, and the temperature of the lower layer Δt(δf-δTo)+ΔT+TS=1OS/mm x (80mm – 32mm) + 50OWITH + 1260OWITH = 1358OC. The temperature difference along the height of the basalt melt at the entrance to the additional ceramic channel is 48OWITH. At the same time, along the width of the working flow, provided that the temperature of the boundary layer (at the melt-ceramic phase boundary) is equal to 1310OC, and the temperature of the axial part of the upper layer of the melt is 1390OC, temperature difference is 80OWITH.

Далее происходит контролируемое охлаждение рабочего потока базальтового расплава по мере его продвижения в дополнительном керамическом канале к щелевому камню. При подходе к щелевому камню температура верхних слоев будет достигать значения Δtδк+ΔТ+ТS=1 оС /мм х 32 мм + 50 оС + 1260 оС = 1342 оС, а нижних слоев – ∆Т+ Тs = 50 оС + 1260 оС = 1310 оС.Next, controlled cooling of the working flow of the basalt melt occurs as it moves in an additional ceramic channel to the slotted stone. When approaching the slit stone, the temperature of the upper layers will reach the value ΔtδTo+ΔT+TS=1OWITH /mm x 32 mm + 50OWITH + 1260OC = 1342OC, and the lower layers – ∆Т+ Тs = 50OC + 1260OWITH = 1310OWITH.

При этом по ширине рабочего потока при условии, что температура приграничного слоя (граница раздела фаз расплав-керамика) остается равной 1310 оС, температура осевой части верхнего слоя расплава понижается до 1342 оС. Таким образом, достигается снижение градиента температуры расплава по ширине рабочего потока до 32 оС. At the same time, along the width of the working flow, provided that the temperature of the boundary layer (melt-ceramic phase boundary) remains equal to 1310 o C, the temperature of the axial part of the upper layer of the melt decreases to 1342 o C. Thus, a decrease in the melt temperature gradient across the width of the working flow is achieved flow up to 32 o C.

В результате формируется рабочий поток базальтового расплава с градиентом температур и по его высоте в 20 оС, а по его ширине в 32 оС, что позволяет при прохождении таким образом подготовленного расплава через относительно нагретую верхнюю часть фильерного питателя минимизировать градиент температур по всей площади фильерного питателя и далее реализовать процесс формования волокна.As a result, a working flow of basalt melt is formed with a temperature gradient both along its height of 20 o C and across its width at 32 o C, which allows, when the thus prepared melt passes through the relatively heated upper part of the spun feeder, to minimize the temperature gradient over the entire area of the spun feeder feeder and further implement the fiber spinning process.

Пример 3.Example 3.

Если температура кристаллизации базальта Тs=1260 оС, температура нижнего слоя базальтового расплава в канале основного фидера должна превышать температуру кристаллизации минимум на 50 оС. Таким образом, температура нижних слоев расплава в основном фидере равняется ∆Т + Тs =1310 оС. При уровне δф в канале основного фидера 80 мм, температура верхнего слоя расплава в канале основного фидера равняется Δtδф+ΔТ+ТS = 1 оС /мм х 80 мм +50 оС + 1260 оС =1390 оС.If the crystallization temperature of basalt Ts=1260OC, the temperature of the lower layer of basalt melt in the main feeder channel should exceed the crystallization temperature by at least 50OC. Thus, the temperature of the lower layers of the melt in the main feeder is equal to ∆T + Ts = 1310OC. At level δf in the channel of the main feeder is 80 mm, the temperature of the upper layer of the melt in the channel of the main feeder is equal to Δtδf+ΔT+TS = 1OWITH /mm x 80 mm +50OWITH + 1260OWITH =1390OWITH.

После отбора расплава из канала основного фидера в дополнительный керамический канал, где уровень расплава снижается до значений δк = 0,80δф = 64 мм, в начале дополнительного керамического канала температура верхнего слоя расплава равна температуре верхнего слоя расплава в канале основного фидера и составляет 1390 оС, а температура нижнего слоя Δt(δф-δк)+ΔТ+ТS=1 оС/мм х (80мм – 64мм) + 50 оС + 1260 оС = 1326 оС. Разница температур по высоте базальтового расплава на входе в дополнительный керамический канал равняется 48 оС. При этом по ширине рабочего потока при условии, что температура приграничного слоя (на границе раздела фаз расплав-керамика) равняется 1310 оС, а температура осевой части верхнего слоя расплава равняется 1390 оС, разница температуры составляет 80 оС. After the melt is taken from the main feeder channel into an additional ceramic channel, where the melt level is reduced to δ valuesTo= 0.80δf= 64 mm, at the beginning of the additional ceramic channel the temperature of the upper layer of the melt is equal to the temperature of the upper layer of the melt in the channel of the main feeder and is 1390OC, and the temperature of the lower layer Δt(δf-δTo)+ΔT+TS=1OS/mm x (80mm – 64mm) + 50OWITH + 1260OWITH = 1326OC. The temperature difference along the height of the basalt melt at the entrance to the additional ceramic channel is 48OC. In this case, along the width of the working flow, provided that the temperature of the boundary layer (at the melt-ceramic phase boundary) is equal to 1310OC, and the temperature of the axial part of the upper layer of the melt is 1390OC, temperature difference is 80OWITH.

Далее происходит контролируемое охлаждение рабочего потока базальтового расплава по мере его продвижения в дополнительном керамическом канале к щелевому камню. При подходе к щелевому камню температура верхних слоев будет достигать значения Δtδк+ΔТ+ТS=1 оС /мм х 64 мм + 50 оС + 1260 оС = 1374 оС, а нижних слоев – ∆Т+ Тs = 50 оС + 1260 оС = 1310 оС.Next, controlled cooling of the working flow of the basalt melt occurs as it moves in an additional ceramic channel to the slotted stone. When approaching the slit stone, the temperature of the upper layers will reach the value ΔtδTo+ΔT+TS=1OWITH /mm x 64 mm + 50OWITH + 1260OC = 1374OC, and the lower layers – ∆Т+ Тs = 50OC + 1260OWITH = 1310OWITH.

При этом по ширине рабочего потока при условии, что температура приграничного слоя (граница раздела фаз расплав-керамика) остается равной 1310 оС, температура осевой части верхнего слоя расплава понижается до 1374 оС. Таким образом, достигается снижение градиента температуры расплава по ширине рабочего потока до 64 оС. At the same time, along the width of the working flow, provided that the temperature of the boundary layer (melt-ceramic phase boundary) remains equal to 1310 o C, the temperature of the axial part of the upper layer of the melt decreases to 1374 o C. Thus, a decrease in the melt temperature gradient across the width of the working flow is achieved flow up to 64 o C.

В результате формируется рабочий поток базальтового расплава с градиентом температур и по его высоте в 20 оС, а по его ширине в 64 оС, что не позволяет при прохождении расплава через верхнюю часть фильерного питателя достичь минимального градиента температур по всей площади фильерного питателя и далее реализовать процесс формования волокна.As a result, a working flow of basalt melt is formed with a temperature gradient both along its height of 20 o C and across its width at 64 o C, which does not allow, when the melt passes through the upper part of the spunbond feeder, to achieve a minimum temperature gradient over the entire area of the spunbond feeder and beyond. implement the fiber spinning process.

Claims (3)

1. Способ производства непрерывного волокна из базальтовых пород, включающий плавление базальтовых пород в плавильном устройстве в виде основного фидера с формированием зоны расплавленного базальта и неподвижной нижней зоны закристаллизованного базальта, промежуточной малоподвижной зоны, содержащей небольшое количество кристаллических включений, и верхней зоны – высокотемпературного слоя базальтового расплава, и подачу расплава базальта из плавильного устройства через щелевые камни на фильерные питатели для формования непрерывных базальтовых волокон, отличающийся тем, что в канале основного фидера из верхнего слоя базальтового расплава температурой Δtδф+ΔТ+ТS, где Δt - градиент температуры, °С/мм, δф – уровень базальтового расплава, мм, ТS – температура верхнего предела кристаллизации расплава, °С, ΔТ – температура перегрева базальтового расплава, °С, осуществляют линейный отбор базальтового расплава толщиной, равной 0,25-0,40 от значения уровня базальтового расплава δф в канале основного фидера, и шириной, равной или больше длины фильерного питателя, являющегося рабочим потоком в по меньшей мере один дополнительный керамический канал через по меньшей мере одно окно, соединяющее основной фидер с дополнительным керамическим каналом, в котором производят контролируемое охлаждение рабочего потока базальтового расплава с выравниванием его температуры по всей его ширине δк до температуры ниже на 120-150°С температуры, устанавливаемой на верхней части фильерного питателя, посредством подачи газовоздушной смеси с образованием равномерного по всей ширине рабочего потока плоского факела горения и подачу базальтового расплава через щелевой камень в верхнюю часть фильерного питателя с фильерами в количестве по меньшей мере 800, где осуществляется интенсивный теплообмен между базальтовым расплавом и элементами верхней части фильерного питателя, приводящий к выравниванию температуры базальтового расплава и скорости его протекания через элементы верхней части фильерного питателя по всей его площади, после чего осуществляют контролируемое охлаждение всего объема базальтового расплава в нижней части фильерного питателя до температуры, близкой к температуре кристаллизации базальтового расплава ТS.1. A method for producing continuous fiber from basalt rocks, including melting basalt rocks in a melting device in the form of a main feeder with the formation of a zone of molten basalt and a stationary lower zone of crystallized basalt, an intermediate low-moving zone containing a small amount of crystalline inclusions, and an upper zone - a high-temperature basalt layer melt, and supplying basalt melt from the melting device through slotted stones to spinneret feeders for forming continuous basalt fibers, characterized in that in the channel of the main feeder from the upper layer of basalt melt at a temperature Δtδf+ΔT+TS, where Δt is the temperature gradient, °C/mm, δf – level of basalt melt, mm, TS – temperature of the upper limit of crystallization of the melt, °C, ΔT – temperature of overheating of the basalt melt, °C, carry out linear selection of the basalt melt with a thickness equal to 0.25-0.40 from the value of the level of the basalt melt δf in the channel of the main feeder, and a width equal to or greater than the length of the spinneret feeder, which is the working flow into at least one additional ceramic channel through at least one window connecting the main feeder with an additional ceramic channel, in which controlled cooling of the working flow of basalt melt is carried out with equalization of its temperature across its entire width δTo to a temperature lower by 120-150°C than the temperature set on the upper part of the spinneret feeder, by supplying a gas-air mixture with the formation of a flat combustion torch uniform across the entire width of the working flow and supplying a basalt melt through a slotted stone into the upper part of the spunbond feeder with dies in an amount of at least 800, where intensive heat exchange takes place between the basalt melt and the elements of the upper part of the spunbond feeder, leading to equalization of the temperature of the basalt melt and the speed of its flow through the elements of the upper part of the spunbond feeder over its entire area, after which controlled cooling of the entire volume of the basalt melt in the lower part is carried out parts of the spinneret feeder to a temperature close to the crystallization temperature of the basalt melt TS. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что контролируемое охлаждение рабочего потока базальтового расплава осуществляют с температуры Δtδф+ΔТ+ТS до температуры Δtδк+ΔТ+ТS, где Δt - градиент температуры, δф – уровень базальтового расплава, δк – ширина рабочего потока базальтового расплава, ТS – температура верхнего предела кристаллизации расплава, ΔТ – температура перегрева базальтового расплава.2. The method according to claim 1, characterized in that controlled cooling of the working flow of basalt melt is carried out from a temperature Δtδ f +ΔT+T S to a temperature Δtδ k +ΔT+T S , where Δt is the temperature gradient, δ f is the level of the basalt melt , δ к – width of the working flow of the basalt melt, Т S – temperature of the upper limit of crystallization of the melt, ΔТ – overheating temperature of the basalt melt. 3. Устройство для получения непрерывных волокон из расплавов базальтовых пород, содержащее плавильное устройство в виде основного фидера, газовую горелку и по меньшей мере один щелевой камень для подачи базальтового расплава на по меньшей мере один фильерный питатель, отличающееся тем, что по меньшей мере один фильерный питатель выполнен с фильерами в количестве по меньшей мере 800, при этом в стенке канала основного фидера выполнено по меньшей мере одно окно для подачи базальтового расплава из него в по меньшей мере один дополнительный керамический канал шириной, составляющей 1,0-1,5 длины фильерного питателя, при этом ширина по меньшей мере одного окна составляет 0,5-1,0 от длины фильерного питателя, а высота - 0,25-0,40 от значения уровня базальтового расплава (δф) в канале основного фидера, причем газовая горелка расположена в торцевой стенке по меньшей мере одного дополнительного керамического канала, выполнена с возможностью обеспечения подачи газовоздушной смеси и формирования плоского факела горения и содержит патрубок подачи газовоздушной смеси, короб, насадку, выполненную в виде пластины длиной, равной ширине дополнительного керамического канала, с внутренней щелевой полостью для прохода газовоздушной смеси и выполненными по меньшей мере в один ряд на ее боковой стенке отверстиями, и кольцевой водоохлаждаемый холодильник, выполненный по периметру насадки, причем отношение расстояния m между отверстиями к их ширине b равно 1:3, при этом в днище по меньшей мере одного дополнительного керамического канала установлен щелевой камень, под которым расположен щелевой фильерный питатель с кольцевым водоохлаждающим холодильником и боковыми керамическими вкладышами, а соотношение толщины tк боковых керамических вкладышей и толщины δcт боковых стенок фильерного питателя находится в пределах 12-25, причем верхнюю часть фильерного питателя образуют продольные токоведущие каналы, соединенные через его торцевые стенки с токоподводами, причем отношение ширины продольных токоведущих каналов t1 к их высоте h1 находится в пределах от 0,5-1,0 до 1,0-0,5, а отношение толщины δ2 боковых стенок продольных токоведущих каналов к толщине δ1 нижней пластины находится в пределах от 1,0-2,5, а нижнюю часть фильерного питателя образуют поперечные нетоковедущие каналы, боковые стенки которых герметично соединены с нижней пластиной продольных токоведущих каналов, в которой выполнены отверстия для подачи базальтового расплава в поперечные нетоковедущие каналы, в нижней плоскости которых установлены секции пластин формования непрерывного волокна с фильерами или отверстиями, при этом соотношение ширины t2 поперечных нетоковедущих каналов к их высоте h2 находится в пределах от 2,0-1,0 до 1,0-2,5, а отношение толщины δ3 боковой стенки поперечных нетоковедущих каналов к толщине δ1 нижней пластины продольных токоведущих каналов находится в пределах от 1,0-0,4 до 1,0-0,8.3. A device for producing continuous fibers from melts of basalt rocks, containing a melting device in the form of a main feeder, a gas burner and at least one slot stone for supplying the basalt melt to at least one spunbond feeder, characterized in that at least one spunbond the feeder is made with dies in the amount of at least 800, while at least one window is made in the channel wall of the main feeder for supplying basalt melt from it into at least one additional ceramic channel with a width of 1.0-1.5 times the length of the spinneret feeder, wherein the width of at least one window is 0.5-1.0 from the length of the spinneret feeder, and the height is 0.25-0.40 from the value of the level of basalt melt (δ f ) in the channel of the main feeder, and the gas burner located in the end wall of at least one additional ceramic channel, configured to supply a gas-air mixture and form a flat combustion torch and contains a gas-air mixture supply pipe, a box, a nozzle made in the form of a plate with a length equal to the width of the additional ceramic channel, with an internal slot a cavity for the passage of the gas-air mixture and holes made in at least one row on its side wall, and a ring water-cooled refrigerator made along the perimeter of the nozzle, and the ratio of the distance m between the holes to their width b is equal to 1:3, while in the bottom at least At least one additional ceramic channel is installed with a slotted stone, under which there is a slotted spunbond feeder with an annular water-cooling cooler and side ceramic liners, and the ratio of the thickness t to the side ceramic liners and the thickness δ c of the side walls of the spunbond feeder is in the range of 12-25, with the upper part The spinneret feeder is formed by longitudinal current-carrying channels connected through its end walls with current leads, and the ratio of the width of the longitudinal current-carrying channels t 1 to their height h 1 is in the range from 0.5-1.0 to 1.0-0.5, and the ratio the thickness δ 2 of the side walls of the longitudinal current-carrying channels to the thickness δ 1 of the bottom plate is in the range from 1.0-2.5, and the lower part of the spinneret feeder is formed by transverse non-current-carrying channels, the side walls of which are hermetically connected to the bottom plate of the longitudinal current-carrying channels, in which holes are made for supplying basalt melt into transverse non-current-carrying channels, in the lower plane of which sections of plates for forming continuous fiber with dies or holes are installed, while the ratio of the width t 2 of the transverse non-current-carrying channels to their height h 2 is in the range from 2.0-1, 0 to 1.0-2.5, and the ratio of the thickness δ 3 of the side wall of the transverse non-current-carrying channels to the thickness δ 1 of the bottom plate of the longitudinal current-carrying channels is in the range from 1.0-0.4 to 1.0-0.8.
RU2023111157A 2023-04-28 Method and device for producing continuous fibre from basalt rocks RU2805442C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2805442C1 true RU2805442C1 (en) 2023-10-17

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2118300C1 (en) * 1996-11-19 1998-08-27 Людмила Григорьевна Асланова Method and device for production of basalt fiber
EA000600B1 (en) * 1995-10-09 1999-12-29 Бюргер, Джерард Method and device for manufacturing mineral fibres
US6647747B1 (en) * 1997-03-17 2003-11-18 Vladimir B. Brik Multifunctional apparatus for manufacturing mineral basalt fibers
RU2421408C1 (en) * 2009-11-23 2011-06-20 Сергей Петрович Оснос Method of producing continuous fibres from basalt rocks and device to this end
US8806900B2 (en) * 2005-04-04 2014-08-19 Reforcetech As Ceramic bushing/s consisting local heating/s integrated in apparatus for manufacturing mineral/basalt fibers
CN104609718A (en) * 2015-01-27 2015-05-13 吉林省玖鑫玄武岩产业有限公司 Basalt fiber manufacturing process
JP2023037206A (en) * 2021-09-03 2023-03-15 日本環境保全株式会社 Apparatus for manufacturing basalt long fiber

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA000600B1 (en) * 1995-10-09 1999-12-29 Бюргер, Джерард Method and device for manufacturing mineral fibres
RU2118300C1 (en) * 1996-11-19 1998-08-27 Людмила Григорьевна Асланова Method and device for production of basalt fiber
US6647747B1 (en) * 1997-03-17 2003-11-18 Vladimir B. Brik Multifunctional apparatus for manufacturing mineral basalt fibers
US8806900B2 (en) * 2005-04-04 2014-08-19 Reforcetech As Ceramic bushing/s consisting local heating/s integrated in apparatus for manufacturing mineral/basalt fibers
RU2421408C1 (en) * 2009-11-23 2011-06-20 Сергей Петрович Оснос Method of producing continuous fibres from basalt rocks and device to this end
CN104609718A (en) * 2015-01-27 2015-05-13 吉林省玖鑫玄武岩产业有限公司 Basalt fiber manufacturing process
JP2023037206A (en) * 2021-09-03 2023-03-15 日本環境保全株式会社 Apparatus for manufacturing basalt long fiber

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100465272B1 (en) Apparatus for manufacturing basalt continuous fibers
JP4467788B2 (en) Multi-screen device for mixing glass streams in glass bushings
EA000600B1 (en) Method and device for manufacturing mineral fibres
US8113018B2 (en) Apparatuses for controlling the temperature of glass forming materials in forehearths
US3628930A (en) Method and apparatus for preparing molten material into glass fibers
JP4008495B2 (en) Method and apparatus for producing mineral wool
RU2805442C1 (en) Method and device for producing continuous fibre from basalt rocks
US3920429A (en) Stream feeder for making glass fibers
SU998399A1 (en) Apparatus for making fibers from thermoplastic material
US1898039A (en) Process for producing homogeneous glass in tanks
RU2369569C1 (en) Method for production of continuous fibre from rocks, installation for its realisation and produced product
RU2087435C1 (en) Multiple-die feeder for manufacturing continuous fibers from mineral melt
US5573569A (en) Method for conditioning and homogenizing a glass stream
US20090159236A1 (en) Apparatus for shaping melts comprising inorganic oxides or minerals with an improved heating device
RU2407711C1 (en) Multiple-draw hole feeder for making continuous fibre from molten rock
RU2068814C1 (en) Method for manufacturing filaments from melt of rocks and device
US5630860A (en) Method and apparatus for conditioning and homogenizing a glass stream
US5634958A (en) Method and apparatus for conditioning and homogenizing a glass stream
RU2689944C1 (en) Method and device for production of continuous mineral fiber
US8820123B2 (en) Apparatus and method for cooling molten glass and fibers
KR100653869B1 (en) Method for manufacturing basalt fibers and apparatus for its manufacture
RU2395467C2 (en) Spinneret feeder
US20240182346A1 (en) Vertical melting furnace for igneous rock fiber manufacturing
CA2125929C (en) Method and apparatus for conditioning and homogenizing a glass stream
US2646648A (en) Tank for the manufacture of glass