Результат интеллектуальной деятельности: Многофильерный питатель для изготовления непрерывного волокна из расплава горных пород

Изобретение относится к устройствам для выработки волокон из минеральных расплавов, а именно к многофильерным питателям для изготовления непрерывного волокна из расплава горных пород, например, базальта.

Известен многофильерный питатель для изготовления непрерывного волокна из расплава горных пород (см. патент РФ №2407711 МПК С03В 37/09 опубл. 27.12.2010 Бюл. №36), включающий корпус, соединенную с ним фильерную пластину и токоподводы, размещенные по продольной оси симметрии фильерной пластины, выпуклый перфорированный нагревательный экран, соединенный с токоподводами и установленный над фильерной пластиной с наибольшим удалением от ее продольной оси симметрии и наименьшим расстоянием до наиболее удаленных от этой оси фильер и определенным расстоянием между крайними фильерами, при этом выпуклый перфорированный нагревательный экран выполнен в поперечном сечении в форме перевернутой циклоиды, причем перфорированные отверстия выполнены в виде усеченного конуса с углом конусности 8-12°.

Недостатком является энергоемкость изготовления непрерывного волокна из-за потерь тепловой энергии через наружную поверхность корпуса в окружающую среду, что требует дополнительных энергозатрат на теплопроводах для поддержания нормированной температуры в процессе обтекания выпускного перфорированного нагревательного экрана.

Известен многофильерный питатель для изготовления непрерывного волокна из расплава горных пород (см. патент РФ на полезную модель №139222 МПК С03В 37/09, опубл. 10.04.2014. Бюл. №10), включающий корпус, соединенную с ним фильерную пластину и токоподводы, размещенные по продольной оси симметрии фильерной пластины, выпуклый перфорированный нагревательный экран, соединенный с токоподводами и установленный над фильерной пластиной с наибольшим удалением от ее продольной оси симметрии и наименьшим расстоянием до наиболее удаленных от этой оси фильер и определенным расстоянием между крайними фильерами, при этом выпуклый перфорированный нагревательный экран выполнен в поперечном сечении в форме перевернутой циклоиды, причем перфорированные отверстия выполнены в виде усеченного конуса с углом конусности 8-12°, кроме того наружная поверхность корпуса покрыта тонковолокнистым базальтовым материалом, выполненным в виде пучков, продольно вытянутых по высоте корпуса от фильерной пластины до пластины для подачи расплава.

Недостатком является снижение качества готового продукта при длительной эксплуатации из-за наблюдаемого возрастания обрыва волокон при выходе расплава горных пород из отверстий выпуклого перфорированного нагревательного экрана, вследствие воздействия статического электричества и последующего интенсивного налипания волокон на внутреннюю поверхность перфорированных отверстий в виде усеченного конуса.

Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержание нормированного качества готового продукта путем устранения появления статического электричества, образующегося в результате взаимодействия суммарной энергии скольжения и микроударов твердых микрочастиц о внутреннюю поверхность перфорированных отверстий, движущегося расплава горных пород через выпуклый перфорированный нагревательный экран, и электрического поля в токоподводах за счет покрытия внутренней поверхности перфорированных отверстий диэлектриком в виде эпоксидной эмали.

Технический результат по обеспечению нормированного качества выхода готового продукта в виде непрерывных волокон из расплава горных пород достигается тем, что многофильерный питатель для изготовления непрерывного волокна из расплава горных пород включает корпус, соединенную с ним фильерную пластину и токоподводы, размещенные по продольной оси симметрии фильерной пластины, выпуклый перфорированный нагревательный экран, соединенный с токоподводами и установленный над фильерной пластиной с наибольшим удалением от ее продольной оси симметрии и наименьшим расстоянием до наиболее удаленных от этой оси фильер и определенным расстоянием между крайними фильерами, при этом выпуклый перфорированный нагревательный экран выполнен в поперечном сечении в форме перевернутой циклоиды, причем перфорированные отверстия выполнены в виде усеченного конуса с углом конусности 8-12°, кроме того наружная поверхность корпуса покрыта тонковолокнистым базальтовым материалом, выполненным в виде пучков, продольно вытянутых по высоте корпуса от фильерной пластины до пластины для подачи расплава. При этом выполнено покрытие внутренней поверхности перфорированных отверстий диэлектриком в виде эпоксидной эмали, обладающей раствороотталкивающим свойством.

На фиг. 1 изображен продольный разрез многофильерного питателя; на фиг. 2 – поперечный разрез по А-А; на фиг. 3 – разрез перфорированного отверстия нагревательного экрана; на фиг. 4 – вид сверху нагревательного экрана с рядами перфорированных отверстий; на фиг. 5 – разрез перфорированного отверстия, внутренняя поверхность которого покрыта диэлектриком из эпоксидной эмали.

Многофильерный питатель для изготовления непрерывного волокна из расплава горных пород включает корпус 1 с торцевыми и боковыми стенками, соединенную с корпусом 1 и установленную в его днище фильерную пластину 2 с фильерами 3. Питатель включает также токоподводы 4, размещенные по продольной оси симметрии фильерной пластины 2 и соединенные с торцевыми стенками корпуса 1, выпуклый перфорированный нагревательный экран 5, установленный над фильерной пластиной 2 в придонной зоне питателя. Выпуклый перфорированный нагревательный экран 5 выполнен в поперечном сечении в форме перевернутой циклоиды (см., например, Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике, стр. 802, «Некоторые замечательные кривые»). В результате под действием силы тяжести (это заложено по технологическому процессу изготовления непрерывного волокна на многофильерном питателе из расплава горных пород) происходит быстрое перемещение массы горячего расплава горных пород от одного, например, самого верхнего, к следующему, ниже расположенному перфорированному отверстию. Выпуклый перфорированный нагревательный экран 5 размещен над фильерной пластиной 2 с наибольшим удалением от ее продольной оси симметрии и с наименьшим расстоянием до наиболее удаленных от этой оси фильер. Многофильерный питатель снабжен пластиной 6 для его установки в дно устройства для подачи расплава горных пород. Выпуклый перфорированный нагревательный экран 5 соединен для электрического контакта с токопроводами 4 посредством торцевых стенок корпуса 1 и имеет перфорированные отверстия 7, выполненные в виде усеченного конуса с углом конусности 8-12 градусов и расположенные рядами, симметричными относительно продольной оси симметрии фильерной пластины 2. Наружная поверхность 8 корпуса 1 покрыта тонковолокнистым базальтовым материалом 9, выполненным в виде витых пучков 10, продольно вытянутых по высоте корпуса 1 от фильерной пластины 2 до пластины 6 для установки многофильерного питателя в дно устройства подачи расплава. Внутренняя поверхность 11 перфорированных отверстий 7 покрыта диэлектриком 12 из эпоксидной эмали, обладающей раствороотталкивающим свойством.

Многофильерный питатель для изготовления непрерывного волокна из расплава горных пород работает следующим образом.

При перемещении расплава горных пород через перфорированные отверстия 7 выпуклого перфорированного нагревательного экрана 5 наблюдается выделение суммарной кинетической энергии, включающей энергию трения о внутреннюю поверхность 11 и пульсирующую энергию удара твердых микрочастиц движущегося расплава горных пород (см., например, Седов Л.И. Механика сплошных сред. М.: Недра, 1970 – 415 с., ил.). Одновременно на выпуклый перфорированный нагревательный экран 5 вследствие электрического соединения его с токопроводами 4 воздействует электрическое поле.

В результате на внутренней поверхности 11 перфорированных отверстий 7 появляется статическое электрическое поле (см., например, Дмитриев В.Д., Прокофьев В.П. Основы физики. М.: Высшая школа: 2003 – 438 с., ил.), которое интенсифицирует процесс налипания расплава горных пород. Это приводит к возрастанию частоты обрыва непрерывного волокна на выходе из перфорированных отверстий 7 и, как следствие, ухудшается качество готового продукта.

При покрытии внутренней поверхности 11 перфорированных отверстий 7 диэлектриком в виде эпоксидной эмали, также являющейся раствороотталкивающим веществом (см., например, Лившиц М.Л., Пшиялковский Б.И. Лакокрасочные материалы. М.: Химия, 1982 – 360 с., ил.) наблюдается рассеивание энергии трения движущегося потока и ударной энергии мелкодисперсных твердых частиц расплава горных пород и, как следствие, уменьшается взаимодействие с электрическим полем токоподводов 4. В результате отсутствует налипание на внутреннюю поверхность 11 перфорированных отверстий 7 расплава горных пород и обеспечивается получение непрерывного волокна без обрывов с нормированным качеством готового продукта.

Температура внутри производственного помещения, где размещен многофильерный питатель, находится в пределах от 15°С до 25°С (см., например, СНиП 2.2.3-92. Строительная теплофизика. М.: ЦНТП Госстрой РФ, 1992), поэтому при поступлении расплава в корпус 1 через его наружную поверхность 8 интенсивно осуществляется отвод тепла в окружающую среду, т.е. к внутреннему воздуху помещения, что снижает температуру расплава и, как следствие, нарушает заданный теплообменный процесс при обтекании выпускного перфорированного нагревательного экрана 5, что приводит к ухудшению качества получения непрерывного волокна как готового продукта. При покрытии наружной поверхности 8 тонковолокнистым базальтовым материалом 9, обладающим теплоизоляционными свойствами, устраняются тепловые потери от корпуса в окружающую среду, а выполнение тонковолокнистого базальтового материала в виде витых пучков 10, расположенных продольно вытянутыми от фильерной пластины 2 до пластины 6 для установки многофильерного питателя в дно устройства подачи расплава приводит к аккумулированию теплоты раствора, т.е. накоплению по мере перемещения по выпуклому перфорированному нагревательному экрану (см., например, Волокнистые материалы из базальтов Украины, изд. «Техника». Киев. 1971 г. – 76 с., ил.) теплового потенциала, который впоследствии поддерживает теплообменный процесс поступления расплавов через ряды перфорированных отверстий 7. Следовательно, обеспечивается качественный выход готового продукта с минимизацией до нормированных энергетических затрат при длительной эксплуатации многофильерного питателя при изменяющихся температурных воздействиях внутреннего воздуха на его корпус.