дутьевая головка для получения минерального волокна

Формула изобретения

1. Дутьевая головка для получения минерального волокна, содержащая крышку с приемным окном для подачи расплава, закрепленную на корпусе в виде стакана, внутренняя поверхность стенки которого образует диффузор, ограничивающий зону волокнообразования, и охватывающий стакан составной кольцевой коллектор для раздельной подачи под давлением высокотемпературного газообразного энергоносителя в виде изолированных друг от друга и последовательно расположенных передней и, по крайней мере, одной последующей герметичных секций, имеющих отдельные патрубки для соединения с газопроводами высокого давления и сообщающихся посредством образованных в стенке стакана сквозных каналов с полостью диффузора, отличающаяся тем, что крышка снабжена горизонтальным петлеобразным трубчатым проточным теплообменником и выполнена с охватываемым последним приемником, трансформирующим поперечное сечение струи расплава в лентообразное, в виде выполненного в верхней кромке окна для подачи расплава горизонтального уступа с наклонной стенкой и сопряженного с ним радиального канала для удаления излишка расплава, диффузор имеет форму параболоида, ограничивающего расположенные последовательно по ходу перемещения расплава переднюю диспергирующую и заднюю трансформирующую части зоны волокнообразования, при этом сквозные каналы в стенке стакана разделены на переднюю группу каналов, наклоненных под углом , равным 1 - 30^o, относительно продольной оси диффузора, соединяющих переднюю диспергирующую часть зоны волокнообразования с передней герметичной секцией кольцевого коллектора, и заднюю группу каналов, наклоненную под углом , равным 1 - 45^o, относительно этой же оси диффузора, и соединяющих заднюю трансформирующую часть зоны волокнообразования с последующей герметичной секцией кольцевого коллектора, при этом поперечные оси выходных отверстий каждой из групп сквозных каналов, расположенных на внутренней поверхности стенки стакана по ее периметру, лежат, по меньшей мере, в двух плоскостях, перпендикулярных продольной оси диффузора, причем общая площадь сечений сквозных каналов задней группы превышает в 1,1 - 1,5 раза общую площадь поперечных каналов передней группы сквозных каналов.

2. Дутьевая головка по п.1, отличающаяся тем, что сквозные каналы передней группы, поперечные оси выходных отверстий которых расположены на внутренней поверхности стенки стакана по ее периметру и лежат, по крайней мере, в одной из плоскостей перпендикулярных продольной оси диффузора, выполнены тангенциальными к этой же поверхности.

3. Дутьевая головка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что общая площадь поперечных сечений сквозных каналов задней группы, поперечные оси выходных отверстий которых расположены на внутренней поверхности задней части стенки стакана по ее периметру и лежат в каждой последующей плоскости, перпендикулярной продольной оси диффузора, может превышать на 5 - 50% общую площадь поперечных сечений сквозных каналов этой же группы, поперечные оси выходных отверстий которых расположены на задней части внутренней поверхности стенки стакана по ее периметру и лежат в каждой предыдущей плоскости, перпендикулярной к продольной оси диффузора.

4. Дутьевая головка по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что окно для подачи расплава выполнено щелевидным.

5. Дутьевая головка по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что окно для подачи расплава имеет форму призмы со скругленной вершиной, примыкающей к горизонтальной поверхности уступа приемника, контактирующей со струей расплава.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для получения супертонкого волокна из минеральных расплавов и может найти применение в промышленности строительных материалов.

Известна из патента Российской Федерации N 2035410, кл. C 03 B 37/06, 1992 г. дутьевая головка для получения минерального волокна, содержащая расположенную под леткой плавильного устройства крышку с центральным отверстием для подачи расплава, установленную на корпусе с охватывающим последний кольцевым коллектором с патрубком для подачи под давлением высокотемпературного газообразного энергоносителя, соединенного посредством кольцевого сопла и тангенциальных каналов соответственно с расположенными последовательно досопловой и подсопловой камерами досопловую и подсопловую камеры и генератор акустических колебаний

Недостатками известной дутьевой головки является неустойчивость эжекции при горизонтальном способе раздува расплава, интенсивная ультразвуковая эрозия подсопловой камеры, что уменьшает срок ее эксплуатации, и увеличенный расход высокотемпературного газообразного энергоносителя.

Наиболее близкой к предложенной дутьевой головке для получения минерального волокна из расплава по своей технической сущности и достигаемому эффекту является известная из авторского свидетельства СССР N 1467040, кл. C 03 B 37/06, 1986 г. дутьевая головка для получения минерального волокна, содержащая крышку с окном для подачи расплава, закрепленную на корпусе в виде стакана, образующего диффузор, ограничивающий своей внутренней поверхностью зону волокнообразования и охватывающий последний составной кольцевой коллектор для раздельной ступенчатой подачи высокотемпературного газообразного энергоносителя из изолированных друг от друга и последовательно расположенных передней и задней герметичных секций, имеющих отдельные патрубки для соединения с газопроводами высокого давления и сообщающихся посредством сквозных каналов в стенке стакана с полостью диффузора.

Недостатками этой дутьевой головки для получения минерального волокна из расплава является сложность конструкции, неустойчивость эжекции при горизонтальном способе раздува расплава, интенсивная ультразвуковая эрозия подсопловой камеры, что уменьшает срок ее эксплуатации, а также увеличенный расход высокотемпературного газообразного энергоносителя.

Целью изобретения является повышение качества волокна, упрощение конструкции и уменьшение удельной энергоемкости при одновременном увеличении срока эксплуатации и надежности, а также снижение количества неволокнистых отходов.

Указанная цель достигается тем, что дутьевая головка для получения минерального волокна, содержащая крышку с приемным окном для подачи расплава, закрепленную на корпусе в виде стакана, внутренняя поверхность стенки которого образует диффузор, ограничивающий зону волокнообразования, и охватывающий стакан составной кольцевой коллектор для раздельной подачи под давлением высокотемпературного газообразного энергоносителя в виде изолированных друг от друга и последовательно расположенных передней и, по крайней мере, одной последующей герметичных секций, имеющих отдельные патрубки для соединения с газопроводами высокого давления и сообщающихся посредством образованных в стенке стакана сквозных каналов с полостью диффузора, крышка снабжена горизонтальным петлеобразным трубчатым проточным теплообменником и выполнена с охватываемым последним приемником, трансформирующим поперечное сечение струи расплава в лентообразное, в виде выполненного в верхней кромке окна для подачи расплава горизонтального уступа с наклонной стенкой и сопряженного с ним радиального канала для удаления излишка расплава, диффузор имеет форму параболоида, ограничивающего расположенные последовательно по ходу перемещения расплава переднюю диспергирующую и заднюю трансформирующую части зоны волокнообразования, при этом сквозные каналы в стенке стакана разделены на переднюю группу каналов, наклоненных под углом , равным 1 - 30^o, относительно продольной оси диффузора, соединяющих переднюю диспергирующую часть зоны волокнообразования с передней герметичной секцией кольцевого коллектора, и заднюю группу каналов, наклоненную под углом , равным 1 - 45^o, относительно этой же оси диффузора, и соединяющих заднюю трансформирующую часть зоны волокнообразования с последующей герметичной секцией кольцевого коллектора. При этом поперечные оси выходных отверстий каждой из групп сквозных каналов, расположенных на внутренней поверхности стенки стакана по ее периметру, лежат, по меньшей мере, в двух плоскостях, перпендикулярных продольной оси диффузора, причем общая площадь поперечных сечений сквозных каналов задней группы превышает в 1,1 - 1,5 раза общую площадь поперечных сечений каналов передней группы сквозных каналов.

Кроме того, в дутьевой головке для получения минерального волокна сквозные каналы передней группы, поперечные оси выходных отверстий которых расположены на внутренней поверхности стенки стакана по ее периметру и лежат, по крайней мере, в одной из плоскостей, перпендикулярных продольной оси диффузора, могут быть выполнены тангенциальными к этой же поверхности, а общая площадь поперечных сечений сквозных каналов задней группы, поперечные оси выходных отверстий которых расположены на внутренней поверхности задней части стенки стакана по ее периметру и лежат в каждой последующей плоскости, перпендикулярной продольной оси диффузора, может превышать на 5 - 50% общую площадь поперечных сечений сквозных каналов этой же группы, поперечные оси выходных отверстий которых расположены на задней части внутренней поверхности стенки стакана по ее периметру и лежат в каждой предыдущей плоскости, перпендикулярной к продольной оси диффузора, причем окно для подачи расплава может быть щелевидным или иметь форму призмы со скругленной вершиной, примыкающей к горизонтальной поверхности уступа приемника, контактирующей со струей расплава.

На фиг. 1 схематично изображен общий вид дутьевой головки для получения минерального волокна в разрезе, когда применяется вертикальный способ получения минерального волокна.

На фиг. 2 - вид в плане на фиг. 1.

На фиг. 3 схематично изображен вариант общего вида дутьевой головки для получения минерального волокна в разрезе, когда применяется горизонтальный способ получения минерального волокна.

На фиг. 4 - вид в плане на фиг. 3.

Дутьевая головка для получения минерального волокна состоит из корпуса в виде стакана 1, внутренняя поверхность стенки 2 которого образует диффузор в виде параболоида, ограничивающего переднюю (верхнюю) диспергирующую часть 3 и заднюю (нижнюю) трансформирующую часть 4 зоны волокнообразования. В днище стакана 1 имеется отверстие 5, соосное и подобное окну 6 для подачи расплава в крышке 7, установленной на этом же стакане 1, который выполнен с охватывающим его составным кольцевым коллектором для раздельной подачи под давлением высокотемпературного газообразного энергоносителя в виде передней 8 и, по крайней мере, одной последующей 9 герметичных секций с патрубками 10, соединяющих последние с газопроводами высокого давления (на чертеже не показаны). Крышка 7 снабжена закрепленным на ней горизонтальным петлеобразным трубчатым проточным теплообменником 11, концы которого подключены к трубопроводам подачи и отвода охлаждающего рабочего агента (на чертеже не показано), который охватывает приемник в виде образованного в верхней кромке окна 6 горизонтального уступа 12, трансформирующего поперечное сечение контактирующей с его поверхностью струи расплава в лентообразное, причем горизонтальная поверхность уступа 12 ограничена наклонной стенкой 13, сопряженной с радиальным каналом 14 для удаления излишков расплава, при этом при осуществлении горизонтального дутьевого способа получения минерального волокна вместо радиального канала 14 для удаления излишков расплава используют желоб 15.

Передняя 8 герметичная секция кольцевого коллектора соединена посредством выполненных в стенке 2 стакана 1 и образующих переднюю группу сквозных каналов 16 с передней диспергирующей частью 3 зоны волокнообразования, при этом сквозные каналы 16 наклонены под углом , равным 1 - 30^o, относительно продольной оси диффузора, а часть этих сквозных каналов 17, поперечные оси выходных отверстий которых расположены на внутренней поверхности стенки 12 по ее периметру и лежат, по крайней мере, в одной из плоскостей, перпендикулярных продольной оси диффузора, могут быть выполнены тангенциальными. Последующая 9 герметичная секция кольцевого коллектора соединена при помощи выполненных в стенке 2 стакана 1 и образующих заднюю группу сквозных каналов 17 с задней трансформирующей частью 4 зоны волокнообразования, при этом сквозные каналы 17 наклонены под углом , равным 1 - 45^o, относительно продольной оси диффузора. Поперечные оси выходных отверстий сквозных каналов каждой из групп расположены на внутренней поверхности стенки 2 стакана 1 по ее периметру и лежат, по меньшей мере, в двух плоскостях, перпендикулярных продольной оси диффузора, причем общая площадь поперечных сечений сквозных каналов 17 задней группы превышает в 1,1 - 1,5 раза общую площадь поперечных сечений сквозных каналов 16 передней группы.

Общая площадь поперечных сечений сквозных каналов 17 задней группы, поперечные оси выходных отверстий которых расположены на внутренней поверхности стенки 2 стакана 1 по ее периметру и лежат в каждой последующей плоскости, перпендикулярной продольной оси диффузора, может превышать на 5 - 50% общую площадь поперечных сечений сквозных каналов 17 этой же группы, поперечные оси выходных отверстий которых расположены на внутренней поверхности стенки 2 стакана 1 по ее периметру и лежат в каждой предыдущей плоскости, перпендикулярной продольной оси диффузора. Окно 6 для подачи расплава может быть выполнено щелевидным или иметь форму призмы 18 со скругленной вершиной, примыкающей к горизонтальной поверхности уступа 12, контактирующей со струей расплава.

Работа дутьевой головки для получения минерального расплава осуществляется следующим образом. Струя расплава, выдаваемая из плавильного агрегата, подается на горизонтальную поверхность уступа 12 приемника крышки 7, откуда она стекает в окно 6 для подачи расплава, при этом поперечное сечение струи расплава трансформируется в лентообразное и поступает в переднюю диспергирующую часть 3 зоны волокнообразования, ограниченную диффузором, имеющим форму параболоида. В передней диспергирующей части 3 зоны волокнообразования на струю расплава воздействуют струйками, истекающего под давлением 10 - 300 кПа из передней 8 герметичной секции кольцевого коллектора через выходные отверстия сквозных каналов 16 передней группы высокотемпературного газообразного энергоносителя, нагретого до 600 - 1500^oC. Под воздействием высокотемпературного газообразного энергоносителя, истекающего из сквозных каналов 16, лентообразная струя расплава диспергируется на не связанные между собой частицы, перемещаемые при этом под воздействием эжекции в заднюю трансформирующую часть 4 зоны волокнообразования.

В задней трансформирующей части 4 зоны волокнообразования на частицы расплава ступенчато воздействуют струйками истекающего под давлением 10 - 300 кПа из последующей 9 герметичной секции кольцевого коллектора через сквозные каналы 17 задней группы, выходные отверстия которых расположены в нескольких уровнях, и нагретого до 300^oC газообразного энергоносителя. Благодаря тому, что общая площадь поперечных сечений сквозных каналов 17 задней группы превышает в 1,1 - 1,5 раза общую площадь сквозных каналов 16 передней группы, количество газообразного энергоносителя, подаваемого в заднюю трансформирующую часть 4 зоны волокнообразования превышает количество высокотемпературного газообразного энергоносителя, подаваемого в переднюю диспергирующую часть зоны волокнообразования, величина эжекции возрастает и, следовательно, увеличивается воздействие на частицы расплава, обуславливающее их вытяжение в волокно. В процессе вытяжки волокна в задней трансформирующей части 4 зоны волокнообразования благодаря последовательному увеличению общей площади поперечных сечений сквозных каналов 17 каждого последующего ряда на 5 - 50% трансформирующие воздействия к концу процесса вытяжки волокна увеличиваются, что обуславливает получение более тонкого минерального волокна и уменьшает количество неволокнистых отходов.

В качестве высокотемпературного газообразного энергоносителя в переднюю 8 герметичную секцию кольцевого коллектора могут подавать газовоздушную смесь или перегретый сжатый воздух, а в последующую 9 герметичную секцию кольцевого коллектора сжатый воздух, нагретый до 300^oC, или водяной пар, причем количество подаваемого в заднюю часть диффузора определяется тем, что кинетическая энергия струек газообразного энергоносителя, выходящих из задней группы сквозных каналов 17, превышает в 1,1 - 4,5 раза кинетическую энергию струек высокотемпературного газообразного энергоносителя, выходящих из передней группы каналов 16.