Способ получения минеральных и металлических волокон из расплавов термоупругих вязкоактивных материалов

Способ получения минеральных и металлических волокон из расплавов термоупругих вязкоактивных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение касается производства минеральных и металлических волокон из вязкоактивных материалов. С целью повьшения качества волокон и производительности процесса способ получения волокон включает выпуск расплава из плавильной печи в виде струи, двухступенчатый раздув ее в потоке энергоносителя в виде пара и сжатого воздуха. Первичный раздув струи расплава осуществляют в дозвуковом воздушном потоке c|0,, температурой 274 - 293 К и плотностью 1,019 - 1,205 кг/м, а повторный раздув ведут дискретными сверхзвуковыми паровыми струями с М 1,8 - 2,04, температурой 348 - 366 К и плотностью 0,5 - 0,745 кг/м , подаваемыми под углом 4-8 к оси потока смеси воздуха и расплава, где М - число Маха. 2 табл. i (Л С 9 Зо СП ел эо

СО1ОЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„ 558 А.1 (дц 4 С 03 В 37/06

1,(C

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3617940/29-33 (22) 13.07.83 (46) 23.06,87.Бюл, 9 23 (71) Харьковский авйационный институт им. Н.Е.Жуковского (72) В.Г,Карнаухов, В.М.Ковылов, Л.И.Корницкий, Ю,И.Томилин и А.И,Яковлев (53) 666.198 (088.8) (56) Патент Великобритании

В 1523823, кл. С1М, опублик. 1978, Справочник по производству теплозвукоизоляционных материалов. — М.:

Стройиздат, 1975, с,131.. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ

И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВОЛОКОН ИЗ РАСПЛАВОВ ТЕРМОУПРУГИХ ВЯЗКОАКТИВНЫХ МАТЕРИА-

ЛОВ (57) Изобретение касается производ ства минеральных и металлических волокон из вязкоактивных материалов, С целью повышения качества волокон и производительности процесса способ получения волокон включает выпуск расплава иэ плавильной печи в виде струи, двухступенчатый раздув ее в потоке энергоносителя в виде пара и сжатого воздуха. Первичный раздув струи расплава осуществляют в дозвуковом воздушном потоке с,0,65 « М а 1, ф температурой 274 — 293 К и плотностью

1,019 — 1,20о кг!м, а повторный раа- Щ дув ведут дискретными сверхзвуковыми паровыми струями с M =.1,8 - 2,04, температурой 348 — 366 К и плотностью э

0,5 — 0,745 кг/м, подаваемыми под .

0 углом 4-8 к оси потока смеси воздуха и расплава, где M — число Маха.

2 табл.

1318558

Изобретение касается производства минеральных и Металлических волокон из вязкоактивных материалов,например расплава алюмосиликата, расплавов на основе отходов электротехнических сталей и других материалов.

Цель изобретения — повышение качества волокон и производительности процесса.

Способ реализуется следующим образом.

Струя расплава под действием сио лы тяжести под углом 90 входит в дозвуковой воздушный поток, который захватывает ее, разворачивает вдоль набегающего потока и,сообщает ей ускорение. От взаимодействия наружной поверхности развернутого участка струи расплава с обтекающим его потоком воздуха на ней возникают поверхностные волны с возрастающей со временем амплитудой, Аэродинамические силы способствуют росту амплитуды волн, а силы поверхностного натяжения препятствуют этому„ вследствие этого происходит .разрушение струи на капли, длина которых пропорциональна длине волны. Отрываясь от струи, капли мгновенно разрушаются на множество мелких частиц, которые ! попадают в зону действия паровых струй, где из них происходит формование волокон.

Разделение зон распыла и волокнообразования позволяет формировать аэродинамический поток в каждой из зон для оптимального выполнения поставленных перед ним задач, Пример, Из алюмосиликатного расплава состава: А1 0 50% и

Si0 50% с температурой струи на выходе из печи 2173-2203 К при параметрах энергоносителя, приведенных в табл.1, получены волокна, свойства которых также приведены в табл.1, Зона распыла образована дозвуковым воздушным потоком с параметрами

0,65 « М «1 (здесь M — число Маха), что позволяет создать сильный аэродинамический напор, который способен захватить и развернуть струю расплава с расходом до 500 кг/ч вдоль по потоку, разрушить ее на равновеликие объемы. Дозвуковой режим течения воздуха характеризуется своей стабильностью, устойчивым ядром потока, в котором за время подачи капель в зону волокнообразования последним не

f0

50 позволяют охладиться до температуры замерзания, а охлаждение капель происходит до температуры, обеспечивающей рабочую вязкость расплава около

1000 Пз, позволяющую деформацию капель и формование. волокон с минимальным содержанием неволокнистых включений под действием мощного аэродинамического потока, который формиру-ют паровые струи, При этом процесс формирования волокон из капель расплава происходит плавно, что важно для получения длинных и тонких волокон.

Увеличение скорости потока воздуха до звуковых скоростей и вьппе (М 1) приводит к возникновению в зоне распыла скачков раэреженияуплотнения, что приводит к некачественному распылу струи расплава, в результате которого содержание неволокнистых включений .,больше 0 5 мм в готовой продукции возрастает до

5%. Уменьшение скорости потока воздуха до М 0„65 приводит к распылу струи, при котором наряду с каплями появляются комки расплава, которые из-за своей инерционности поступают в зону волокнообразования изрядно охлажденными, что приводит к образованию большого количества крупных корольков (до 7%), а волокна имеют циаметр 8-13 мкм, Ковер из такого материала получается колючим и рыхлым, Параметры паровых струй зависят от аэродинамических характеристик, воздушного потока, который вводит в зону волокнообразования уже с достаточной скоростью капли расплава с заданной рабочей вязкостью. Уменьшение скорости М « 1,8 приводит к формованию толстых волокон. Так, например, при M = 1,5 формуются волокна, диаметры которых находятся в диапазоне 3-5 мкм. Увеличение скорости паровых струй выше М = 2,04 приводит к формованию очень коротких волокон в виде иголок, что осложняет использование такого материала в народном хозяйстве. При скорости M = 2,1 волокна имеют длину 15-38 мм и очень хрупкие, Так как струи пара размещены концентрично по отношению к развернутой а на 90 струе расплава, в результате их взаимодействия в зоне оси симметрии скорость суммарного потока зави13185 сит от угла наклона этих струй к оси симметрии. Для плавного формования волокон из капель расплава необходим мощный устойчивый суммарный поток энергоносителя с высокой сте- 5 пенью турбулентности. Такой поток при скорости паровых струй М = 1,8—

2,04 обеспечивает угол наклона к оси симметрии, равйый 4 — 8 . Увеличение о угла выше 8 приводит к резкому снижению скоррсти потока энергоносителя в зоне волокнообразования и развитому эффекту смешения со значительными поперечными градиентами, а это приводит к неэффективному формованию волокон, резкому охлаждению капель расплава и, как следствие, к образованию некондиционной продукции, в которой каплевидных включений больше, чем волокон. Уменьшение угла меньше 4 приводит к уменьшению эффективной зоны волокнообразования и часть капель не попадает в силовой поток, что влечет за собой образование следа в центре потока, состоящего иэ множества капель, увеличивающих процент содержания неволокнистых включений в готовой продукции.

Паровые струи расположены концентрично развернутой воздушным потоком струе расплава таким образом, что два соседние выходные сечения соприкасаются друг с другом. Все струи ориентированы к оси симметрии под одним углом. Это позволяет создать 35 высокотурбулентный;равномерный поток энергоносителя с минимальными .потерями скорости при взаимодействии струй и сильным эжекционным эффектом, который мгновенно подает капли расплава в активную зону волокнообразования и обеспечивает получение волокнистого материала с минимальным содержанием неволокнистых включений.

Состав волокон

Расход распла ва в струе, кг/ч

Диаметр, волокон, х 10,мм

Длина волоСодержание общих неволокнистых включений,Ж кон, мм

Воздух

Пар

М=0,65

Т=293К

И=1,8

370 2,2-4,6 50-70

25,6

Т = 363 К

P = 1,205 кг/м — О, 745 кг/м

Параметры энергоносителя

58 4

В табл.2 приведены сравнительные характеристики материала, полученного известным и предлагаемым способами, а также соответствие указанных данных ГОСТУ на муллитокремнеэемистый рулонный волокнистый материал.

Металлические волокна, полученные данным способом из расплава Fe 80X и В 20 имеют следующие характеристики: диаметр волокна (18-68) х х 10, мм, длина волокна 5-20 мм, техническая прочность 3,6 х 10 Па.

Предлагаемый способ позволяет в 1,5 раза повысить производительность производства волокнистого материала, улучшить качество готовой продукции, снизив в 1,7-2 раза содержание неволокнистых включений, кажущуюся плотность волокнистого материала, и уменьшить диаметр получаемых волокон.

Формула изо бретения

Способ получения минеральных и металлических волокон из расплавов термоупругих вязкоактивных материалов, включающий выпуск расплава из плавильной печи в виде струи, двухступенчатый раздув ее в потоке энергоносителя в виде пара и сжатого воздуха, отличающийся тем, что, с целью повышения качества волокон и производительности процесса, первичный раздув струи распла" ва осуществляют в дозвуковом воздушном потоке с 0,65 с М с.1, температурой 274-293 К и плотностью 1,019—

I 205 кг/м, а повторный раздув вез дут дискретными сверхзвуковыми паровыми струями с М = 1,8-2,04, темпе-. ратурой 348-366 К и плотностью 0,5

0,745 кг/м, подаваемыми под углом а

4-8 к оси потока смеси воздуха и расплава, где M — число Маха.

Т а б л и ц а 1

1318558

Продолжение табл.1

Состав волокон

Параметры энергоносителя

Длина волоПар кон, мм

Воздух

2 То же

397 1,8-4,0 52-68 28, 7

420 1,6-3,6 43-60 32,3

420 I 8-2,8 63-100 25,2

То же

4 М= 0,95

М= 2,04

Т = 274 К T = 348 К

0,.5 кг/м

1,019 кг/м

450 1,3-2,0 70-96 24,6

То же

500 1,2-1,8 52-80 27,8

420 1,2-1,8 74-98 24,6

7 М = 0,8

М == 1,92

Т=286К Т:=356К

0,6 кг/м

1,14 кг/м

8 То же

450

1,3-1,9 80-90 23,4

То же

480 1, 0-1, 4 64-96 25, 7,Таблица 2

Способ получения волокон Соответствие

Показатель

1 ОСТу

Предлагаемый Изве стный

370-500

300

23,4-32,3

52,7

1,5

72,9

3,0

86., 6

3,0

130

2,0-4,0

2-4

1,0-4, 6

Диаметр волокон, мкм

0 052

О, 047

266х10

287x10

Производительность, кг/ч

Общее содержание неволокнистых включений, 7.

Содержание неволокнистых включений размером более

0,5 мм, 7.

Кажущаяся плотность, кг/м

КозфАициент теплопроводо ности, BT/м С

Техническая прочность волокна, Па

Расход расплава в струе, кг/ч

Диаметр, волокон х 10,мм

Содержание общих неволокиистых включений,Ж