Устройство для получения высокотемпературных минеральных расплавов объемным омическим нагревом

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано для получения высокотемпературных минеральных и других расплавов в производстве различных волокон, обладающих тепло- и звукоизоляционными свойствами и используемых в строительстве, машиностроении и др. областях промышленности. Техническая задача изобретения - создание энергосберегающей, экологически чистой, высокопроизводительной и надежной технологии получения высокотемпературных минеральных расплавов. Задача решается созданием конструкции устройства, содержащего корпус, внутри которого находится электродная плавильная камера с встроенными в нее электродными платами, имеющими отверстия для принудительного перемещения электродов. В передней части плавильной камеры смонтирован опрокинутый огнеупорный стакан, снабженный в нижней части - леткой и переливным отверстием, в верхней части - спускной леткой. 2 ил.

 

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано для получения минеральных и других расплавов в производстве различных волокон, обладающих тепло- и звукоизоляционными свойствами и используемых в строительстве, машиностроении и других областях промышленности.

По способу расплава шихты технологии подразделяются на газоплазменные, электродуговые, коксовые, высокочастотные, плазменные и комбинированные.

Известна установка для получения минерального волокна, в которой для получения расплава применяется плазмотрон, соединенный в единый узел с плазменным реактором прямоугольного сечения с отверстием для ввода сырья в верхней части и отверстием для выхода волокна и плазменной струи в нижней (РФ №2021217, C 03 B 37/06, 15.10.1994).

Известен также способ получения базальтового волокна плазменным нагревом (РФ №2035409, C 03 B 37/04, 20.05.1995), согласно которому на плазменный шнур надвигают с противоположных сторон стержни из минерального сырья. Под действием низкотемпературной плазмы края стержней оплавляются.

Однако недостатком известного способа является сложная конструкция применяемого плазменного реактора, сравнительно низкая его производительность, высокая пожароопасность.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения минерального волокна (варианты в патенте №2211193 от 27.08.2003 г.).

Расплавление минеральной шихты производится при непрерывной ее подаче в стабилизированный объем плазменного реактора с последующим перетеканием образовавшегося расплава по водоохлаждаемому поддону в аккумуляторный объем для дальнейших технологических операций.

Недостатками описанного способа и устройства являются относительно низкая удельная производительность (кВт/час на 1 кг шихты) и сложность устройства истечения расплава.

Изобретение решает задачу создания энергосберегающего, экологически чистого, высокопроизводительного, надежного и безопасного способа получения высокотемпературного минерального расплава и устройства для его осуществления.

Задача решается созданием конструкции устройства получения высокотемпературного (до 2000 град. С) минерального расплава с широким диапазоном применения исходного минерального сырья - от мелких пылевидных и до 25 мм фракций шихты, в т.ч. отсевы горнорудного производства.

Корпус устройства выполнен из огнеупорного материала (шамотный кирпич), внутри которого монтируется плавильная камера, состоящая из бакоровых плит (до 50 мм) с температурой эксплуатации до 2100 град С или из иных футеровочных материалов.

В наклонных бакоровых плитах плавильной камеры монтируются электродные платы (+ и -), выполненные из материалов электродов в виде прямоугольника или круга. Тиристорный источник осуществляет питание электродов, подвижных в отверстиях указанных плат и в наклонных бакоровых плитах.

Функции наклонных участков могут осуществлять и вертикальные бакоровые стенки совместно с электродными платами.

В передней части плавильной камеры устанавливается опрокинутый огнеупорный стакан, выполненный в форме цилиндра или призмы, в нижней части которого предусмотрено переливное отверстие, а в верхней его части монтируется спускной лоток, большая часть которого находится в перегретом расплаве.

Таким образом создается двухуровневая энергетическая система слива расплава с постоянным его прогревом.

На фасадной части устройства выполняется смотровое окно за счет изоляции огнеупорным материалом передней бакоровой стенки в целях визуального и системного бесконтактного определения температуры расплава, а также для удобства эксплуатации.

Шихта, принудительно подаваемая из приемного бункера через прогреваемый наклонный канал (верхняя часть устройства), поступает в плавильную камеру и заполняет ее, полностью закрывая межэлектродный объем и верхнюю плоскую часть огнеупорного стакана, что способствует ускоренному предварительному прогреву шихты.

Для достижения розжига электоры дистанцируются на необходимое межэлектродное расстояние.

Подающееся на электроды напряжение одновременно переносится на электродные платы (+ и -), и по мере заполнения расплавом плавильной камеры начинается нарастающий объемный омический нагрев с постепенным перераспределением удельных токовых электродных нагрузок на общую площадь электродных плат.

При заполнении расплавом плавильной камеры одновременно прогревается объем огнеупорного стакана и спускной лоток.

Т.о. создается расплавный затвор, препятствующий поступлению на спускной лоток попутных газов и непроплавов шихты.

Двухуровневая энергетическая система устойчиво выполняет функции гомоганизации (однородности) расплава.

Устройство состоит из корпуса 1, выполненного из шамотного кирпича, с вмонтированной плавильной камерой 2, состоящей из ограждающих бакоровых плит 3.

Плавильная камера 2 имеет наклонные (слева и справа) бакоровые стенки 4, на которых монтируются электродные платы 5 с отверстиями для электродов 14 (также слева и справа) с углами наклона для получения увеличенного эффективного энергетического объема плавления 6.

В передней части плавильной камеры 2 устанавливается огнеупорный стакан 7, в нижней части которого имеется переливное отверстие 8, а в его верхней части - спускной лоток 9.

Изоляция передней части устройства совместно со спускным лотком 7 образует смотровое окно 10.

Внизу огнеупорного стакана 7 предусмотрена выпускная летка 11, через которую выливается расплав по окончании плавки с использованием переливного отверстия 8.

В верхней части устройство выполнено в виде наклонного канала 12, по которому подается шихта 13.

Принцип работы устройства заключается в следующем. Пылевидная и с мелкими фракциями (до 15-20 мм) шихта (или отсевы горнорудного производства) по наклонному каналу 12 (см. фиг.1 и 2) дозируется по сигналам (напряжение, ток и др.) управляющей системы (не показана), поступает в плавильную камеру 2 и на верхнюю часть огнеупорного стакана 7.

В момент розжига основная энергия для начального расплава поступает в основном в межэлектродный объем. Одновременно напряжение и заранее заданная сила тока также поступают на электродные платы 5. Предварительно электроды (+ и -) механизмами подачи электродов (на фиг.1 и 2 не показаны) выставляются на расчетное взаимное положение для получения первичного разряда (эл. дуги), в результате чего шихта пробивается высоким напряжением (до 540 В) и с помощью образовавшихся оксидов металлов начинается омический межэлектродный расплав.

По мере заполнения расплавом плавильной камеры (после розжига) начинается нарастающий объемный омический нагрев шихты, т.е. силовые токи начинают пронизывать все увеличивающийся плавильный объем, и по мере его полного заполнения электроды втягиваются на уровень среза электродных плат, а сечения их работают в общей площади указанных плат, сила тока доводится системой управления до номинального значения. Таким образом полная силовая токовая нагрузка распределяется по всей площади плат, что значительно увеличивает энергетический плавильный объем с соответственным снижением удельных расходов электродов на единицу выпускаемого расплава (продукции).

Прогретая за счет указанного энергетического объема шихта, интенсивно плавясь, заполняет нижнюю часть плавильной камеры, одновременно прогревая огнеупорный стакан извне, а поднимающийся вверх расплав дополнительно прогревается и, достигнув уровня лотка 9, постепенно раскаляет (добела) и его.

Самый верхний объем огнеупорного стакана предназначен для окончательного прогрева спускного лотка 9 и дальнейшего беспрепятственного (без дополнительной автономной энергии) слива расплава.

По окончании плавки расплав выливается через летку 11, в т.ч. из плавильной камеры 2.

Применение объемного омического нагрева шихты по значительному сечению плавильной камеры с двухуровневой системой слива качественного расплава обеспечивает создание малых плавильных устройств с большой удельной производительностью, превышающей аналоги.

Преимущества предлагаемого устройства перед аналогами.

1. Большая удельная производительность на единицу объема плавильной камеры.

2. Получение высокотемпературного регулируемого расплава в диапазонах до 2000 град.С.

3. Уменьшенный расход электродов на единицу продукции.

4. Малая инерционность запуска (до 25 мин).

5. Возможность встраивания устройства с малыми объемами приспособлений в различные действующие технологии (газовые, электродные, высокочастотные и др.), в т.ч. и при организации передвижных производств на базе автономного энергосбережения (дизели с мощностью 250-500 л.с.).

6. Использование одного вида энергии с минимальными энергозатратами (до 1 кВт/час на 1 кг шихты).

7. Высокая эксплуатационная надежность при экологически чистом процессе плавки.

8. Безопасность эксплуатации (пожаро- и взрывобезопасность).

9. Большой КПД - до 90%.

10. В устройство легко встраивается система электронного управления с определением и регулированием температуры истекающего расплава.

Устройство для получения высокотемпературного минерального расплава объемным омическим нагревом, содержащее корпус, внутри которого находится плавильная камера с электродами, наклонный канал для подачи шихты, отличающееся тем, что в наклонных бакоровых частях камеры смонтированы электродные платы с отверстиями для электродов, в передней части плавильной камеры смонтирован опрокинутый огнеупорный стакан, выполненный в форме цилиндра или призмы с отверстием для перелива расплава в нижней его части и спускной леткой в верхней части.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано для получения высокотемпературных минеральных и других расплавов в производстве различных волокон, обладающих тепло- и звукоизоляционными свойствами и используемых в строительстве, машиностроении и др.

Изобретение относится к химической, металлургической отраслям промышленности, а также к промышленности строительных материалов и может быть использовано для эффективного слива минеральных и других расплавов из плавильных печей, в частности при производстве различных волокон, обладающих тепло- и звукоизоляционными свойствами.

Изобретение относится к способам и устройствам для получения чешуйчатых частиц из природных минералов и может быть использовано для производства стеклообразных наполнителей, применяемых на предприятиях химической и электротехнической промышленности, промышленности строительных материалов, в судо- и автомобилестроении, машино- и авиастроении, а также других областях народного хозяйства.

Изобретение относится к строительной индустрии и может быть использовано для получения минеральной ваты из золошлаковых отходов тепловых электрических станций с применением плазменной технологии.

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано для получения минеральных и других расплавов в производстве различных волокон, обладающих тепло- и звукоизоляционными свойствами и используемых в строительстве, машиностроении и других областях промышленности.

Изобретение относится к производству теплоизоляционных материалов при плавлении сырья в печах-вагранках, а именно к производству минеральной ваты, используемой для тепло- и звукоизоляции.

Изобретение относится к устройствам получения минеральных волокон, в том числе базальтового волокна, которые находят широкое применение в машиностроении, текстильной, химической промышленности, стройиндустрии и других областях хозяйства

Изобретение относится к области производства волокнистых теплозвукоизоляционных материалов и может быть использовано при получении штапельного полиэтилентерефталатного волокна способом раздува струи расплавленного материала потоком энергоносителя

Изобретение относится к области производства тепло- и звукоизоляционных волокнистых материалов способом раздува струи исходного расплавленного материала потоком энергоносителя и может быть использовано при производстве штапельного полиэтилентерефталатного волокна и изделий из него, например, холстов или нетканого материала, способом раздува струи расплавленного аморфного полиэтилентерефталата потоком сжатого воздуха, а также волокнистых материалов и изделий из природного минерального сырья

Изобретение относится к способу производства минеральной ваты, в котором минеральное сырье плавят в вагранке, при этом вагранка имеет шахту (11) для размещения сырья, нижняя часть упомянутой шахты (11) снабжена колосниковой решеткой (7), и под упомянутой решеткой (7) находится топочная камера (2), при этом топочную камеру (2) нагревают одной или несколькими горелками (6), причем горелку или горелки (6) снабжают жидким или газообразным топливом и кислородосодержащим газом. Согласно изобретению горелки работают таким образом, что длина пламени, возникающего во время сжигания топлива с кислородосодержащим газом, составляет от 60% до 100%, предпочтительно от 65% до 95% диаметра топочной камеры (2). Проекции центральных осей горелок и проекция диаметра топочной камеры, проходящие через выходное отверстие горелки, составляют угол между 3° и 20° на горизонтальной плоскости. Техническим результатом изобретения является равномерность нагревания вагранки и снижение выброса оксида азота. 17 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области производства штапельных волокнистых материалов из синтетического и минерального сырья способом раздува струи исходного расплавленного материала потоком энергоносителя. Техническим результатом изобретения является уменьшение расхода энергоносителя и повышение надежности работы устройства. Волокнообразующее устройство содержит сопло для выхода струи расплавленного материала в атмосферу и дутьевую головку с щелевым соплом для выхода энергоносителя в атмосферу, имеющую возможность совершения качательных движений вокруг оси дутьевой головки, проходящей через ось сопла для выхода расплавленного материала. При этом щелевое сопло выполнено плоскопараллельным и размещено в вертикальной плоскости горизонтально параллельно и ниже оси сопла для выхода расплавленного материала, а его срез лежит в одной плоскости со срезом сопла для выхода расплавленного материала. Ось качания дутьевой головки расположена вертикально и проходит симметрично через срез щелевого сопла, ширина которого определяется по формуле В=D/cosα, где D - диаметр сопла для выхода расплавленного материала, α - угол качания дутьевой головки. 3 ил.

Изобретение относится к области производства штапельных волокнистых материалов из синтетического и минерального сырья способом раздува струи исходного расплавленного материала потоком. Техническим результатом изобретения является уменьшение расхода энергоносителя и повышение надежности работы устройства. Волокнообразующее устройство содержит сопловой агрегат для выхода струи расплавленного материала в атмосферу, источник энергоносителя и дутьевую головку с щелевым соплом для выхода энергоносителя в атмосферу. При этом щелевое сопло размещено под углом 12-18 градусов к продольной оси соплового агрегата для выхода струи расплавленного материала, который выполнен в виде ряда цилиндрических отверстий в количестве A диаметром d=(0,75-0,85)(B/A), общая ось которых параллельна срезу щелевого сопла шириной B, а дутьевая головка связана с источником энергоносителя через устройство циклического прерывания потока энергоносителя. 2 ил.

Изобретение относится к способу и установке для получения минеральной ваты с использованием плазмы. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы установки и однородности волокон по форме и длине. Плазменный способ получения минеральной ваты включает загрузку золошлаковых отходов тепловых электростанций в реактор, расплавление сырья в реакционной камере реактора, вытекание расплава на раздувающий механизм и вытягивание волокон центробежно-дутьевым способом с последующей подачей волокон в камеру осаждения, вывод волокон из камеры осаждения. В качестве сырья для получения минеральной ваты также используют базальтовые породы. Плавление исходного сырья осуществляют с использованием переменного тока в установке - плазменном трехфазном сериесном реакторе. Загрузку сырья в реактор осуществляют путем равномерного распределения на три потока, подаваемых в зоны горения каждой из трех плазменных дуг соответственно, перемешивание всего объема расплава осуществляют путем равномерного магнитного поля, температуру и текучесть расплава регулируют пропусканием постоянного тока по цепи электрод-расплав-летка. Частичный или полный слив расплава регулируют путем изменения высоты поднятия/опускания графитового стержневого электрода, расположенного в центре реакционной камеры реактора, плавку сильно вспенивающегося при расплавлении и перемешивании сырья осуществляют путем установки кольцевой панели между крышкой и боковыми стенками реактора. Слив расплава из реактора осуществляют механизированным способом с возможностью точного и быстрого реагирования на изменение характеристик расплава вплоть до полного перекрытия отверстия летки без отключения графитового стержневого электрода и летки от источника питания, работающего в режиме постоянного тока, раздувание расплава в нити осуществляют с помощью раздувающего механизма, обдуваемого потоком воздуха в продольном направлении. 2 н.п. ф-лы, 2 пр., 4 ил.

Изобретение относится к искусственным волокнам. Технический результат изобретения заключается в расширении сырьевой базы. Минеральная вата имеет модуль кислотности A l 2 O 3 + S i O 2 C a O + M g O , равный от 1.0 до 1.5 по массе. Минеральная вата содержит следующие компоненты, мас.%: SiO2 36-44, Al2O3 8.0-14, MgO 4-13, СаО 32-44. Диаметр волокон от 4.5 до 5.6 мкм. В качестве исходных сырьевых компонентов используют шлак, послепотребительский бетон, кирпичную крошку, состоящую из послепотребительской кирпичной крошки, послепромышленной кирпичной крошки или их комбинации; стеклобой, послепотребительский формовочный песок и их комбинации. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 21 табл.
Наверх