Опыт производства базальтового волокна фильерным способом с применением щелевых фильерных питателей



Скачать 54.37 Kb.
Дата02.05.2016
Размер54.37 Kb.



ОПЫТ ПРОИЗВОДСТВА БАЗАЛЬТОВОГО ВОЛОКНА

ФИЛЬЕРНЫМ СПОСОБОМ С ПРИМЕНЕНИЕМ

ЩЕЛЕВЫХ ФИЛЬЕРНЫХ ПИТАТЕЛЕЙ



УЛЫБЫШЕВ В.В.

ФГУП «НПК «Суперметалл», Москва, Россия

Из базальтовых расплавов с использованием фильерных питателей вырабатывают:

A) супертонкое базальтовое волокно БСТВ способом раздува первичных волокон потоком горячих газов;

Б) непрерывные базальтовые моноволокна БШВ способом воздушного вытягивания, используемые при изготовлении глушителей автомобилей;

B) непрерывное базальтовое волокно НБВ в виде нитей способом


механического вытягивания, используемое для текстильной переработки и
при изготовлении ровингов.

В технологически сложном процессе выработки нити из базальтового расплава, в котором необходимо обеспечить высокую стабильность процесса формования при больших скоростях вытягивания волокон, широко используются струйные фильерные питатели. Существует устойчивое мнение разработчиков о том, что в этой технологии использование фильерных питателей щелевого типа невозможно.

В технологии производства БСТВ, где скорости вытягивания первичных волокон малы, широко используются щелевые фильерные питатели и даже фильерные пластины, но на тех заводах, где производят БСТВ, щелевые питатели работают более или менее устойчиво при уровне расплава базальта над фильерной пластиной не более 40 мм.

Видимо, по этой же причине в технологии производства непрерывного базальтового волокна и используются исключительно струйные двухконтурные фильерные питатели, ибо из теории и практики формования непрерывного волокна известно, что при малых уровнях расплава над фильерной пластиной обеспечить стабильный процесс формования невозможно.

Нами в период 1998-2003г.г. в производственных условиях проводились работы по созданию двух технологических процессов и оборудования - для волокон БСТВ БИТВ.

В начале работы мы использовали известную по технологии выработки стекловолокна «стандартную» конструкцию основного технологического узла, включающего в себя элементы фидера, фильерный питатель, кольцевой холодильник, каркас фильерного питателя, схему их монтажа. При испытании этой конструкции мы выяснили, что на базальтовом расплаве она неработоспособна при повышенных уровнях расплава над фильерной пластиной. Многократно проводя в разных вариантах опыты по постепенному повышению уровня расплава над фильерной пластиной, мы всегда получали один и тот же эффект: при увеличении уровня более 35-40 мм возникает и постепенно увеличивается градиент температуры по длине фильерного поля. Опыт заканчивался тем, что рядом, на расстоянии 80-100 мм друг от друга, могли сосуществовать два участка - один перегретый, из фильер которого расплав выливался с весьма большим дебитом, другой - настолько холодный и темный, что расплав из фильер переставал вытекать и начинал кристаллизоваться.

Для понимания этого явления мы рассмотрели картину теплового баланса фильерной пластины, показанную на рис. 1.


Qp - количества тепла, поступающего с расплавом,

Qэл – количество тепла, выделяемое на фильерной пластине за счёт обогрева электирическим током,

Qизл.+ Qконв.- количество тепла, отдаваемое фильерной пластиной за счёт излучения и конвекции


Тепло, которое получает фильерная пластина, равна сумме тепла, выделяемого в ней от обогрева электрическим током Qэл и тепла, которое передается фильерной пластине от расплава, к ней подходящего.

Рассмотрим достаточно длинный отрезок фильерной пластины, на котором между участками 1 и 2 возникает градиент температуры (Рис.2)



Q1-2р - количество тепла, передаваемое по массе расплава за счёт теплопередачи,

Q1-2λ - количество тепла, передаваемое вдоль фильерной пластины за счёт теплопроводности
Начальный импульс возникновению градиента температуры может, скорее всего, дать разница в температуре расплава, подходящего к фильерной пластине:
Участок 1 начинает перегреваться. Но с увеличением его температуры дебит расплава через него еще больше увеличивается и Q1 р уже растет не только за счет более высокой температуры расплава, но и за счет увеличения дебита. Появляется тенденция к еще большему росту температуры на участке 1. Но появляются и факторы, препятствующие росту температуры. Во-первых, увеличивается количество тепла, отдаваемого фильерной пластиной на участке 1 в окружающую среду по сравнению с участком 2. Во-вторых, за счет теплопроводности по металлу фильерной пластины идет переток тепла Q1-2 от участка 1 к участку 2. В третьих, за счет теплопрозрачности расплава идет переток тепла от горячего расплава в зоне 1 к более холодному в зоне 2.

Из практики работы щелевых питателей на обычных стеклах при уровне расплава над фильерной пластиной 180-230 мм мы знаем, что действительно возникают градиенты температуры, но они стабилизируется на каких-то значениях и не приводят к полному нарушению работоспособности фильерных питателей.

По сравнению с обычными стеклами при работе с базальтовыми расплавами есть два принципиальных отличия.

Во-первых, базальтовые расплавы имеют существенно более крутую зависимость вязкости от температуры, поэтому при локальном повышении температуры дебит расплава и количество подводимого с ним к фильерной пластине тепла растет ускоренно.

Во-вторых, базальтовый расплав - темный и имеет низкую теплопрозрачность, это означает, что в нем, с одной стороны, возникают большие исходные градиенты температуры, которые инициируют неравномерность температуры фильерного поля, а с другой стороны, взаимообмен теплом по расплаву от горячих участков к холодным при возникновении градиента температуры весьма незначителен.

В целом получается, что в базальтовом расплаве максимально выражено то, что способствует развитию неравномерности температуры по фильерному полю и, наоборот, минимально - то, что способствует выравниванию температуры.

На основе этого анализа нам удалось найти такие технические решения, которые за счет принципиального изменения картины теплообмена между расплавом и фильерной пластиной обеспечивают работоспособность щелевых фильерных питателей при достаточно высоких значениях уровня расплава над фильерной пластиной.

В процессе БСТВ на щелевом фильерном питателе при длине фильерного поля 400 мм мы работаем при уровне расплава над фильерной пластиной 85-90 мм.

В процессе БШВ при длине фильерного поля 230 мм уровень расплава над фильерной пластиной составляет 120-130 мм.

Оригинальное оформление узла формования включает в себя:

A) отдельно отапливаемую секцию фидера;

Б) специально разработанную нами конструкцию щелевой горелки для отопления секции фидера;

B) фильерный щелевой питатель;

Г) кольцевой холодильник и каркас.



Мы предполагаем, что на основе этих разработок можно создать вариант узла формования для выработки нитей НБВ из щелевых фильерных питателей.


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница