Плавильная печь

Содержание

Введение…………………………………………………………….................2

1. Применение и производство базальтовых волокон……………………...4

2. Разработка конструкции ванной печи для плавления базальта…............7

3. Расчет параметров и технологической характеристики печи ...…..…...15

4. Разработка конструкции питателя……………………………...……..…20

4.1 Описание питателя……………………………………………………20

4.2 Расчет параметров питателя………………………………………….22

5.Указания по технике безопасности при плавлении базальта в ванной печи……………………………………………………………………………… 25

5.1 Мероприятия по оздоровлению  условий труда……………………..25

5.2 Правила безопасного проведения  работ…………………………….25

Заключение…………………………………………………………………...28

Список использованной литературы………………………...……………..29

Приложения…………………………………………………………………..30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Базальт – наиболее распространённая излившаяся вулканическая порода на поверхности нашей планеты. В  минералогическом и химическом отношении  базальты представляют собой эффузивные аналоги габбро (Габбро (итал. gabbro) —  магматическая интрузивная основная горная порода основного состава).

Это плотные породы (плотность 2,75-3,1), реже с пористой структурой. Цвет материала может быть тёмно-серым  и чёрным. Базальты из верхних частей потоков лавы могут быть пузыристыми, поскольку при затвердевании горячей массы, из неё выделялись газы и пары. Впоследствии в образовавшихся пузырях откладывались другие минералы – цеолит, кальцит, самородная медь, пренит. Так получились миндалекаменные базальты.

Некоторые виды базальта могут иметь стекловолокнистую или тонкозернистую структуру с вкраплениями кристаллов оливина, авгита и плагиоклаза. Базальты в основном состоят из полевого шпата и авгита. Реже вместо авгита базальт может содержать другой пироксен. При вхождении в состав базальта оливина, образуются оливиновые базальты.

Базальт залегает в виде межпластовых тел, а чаще всего в  виде потоков лавы, образовавшихся при извержениях вулканов. Наибольшие залежи базальта на Земле находятся  в Западной Индии на плато Декан, а также в Кордильерах на Колумбийском плато (США). Гавайские острова имеют вулканическое происхождение, почти целиком состоят из базальтовых пород. На сегодняшний день базальтовыми являются вулканы Этна, Везувий и некоторые действующие вулканы Курильских островов и Камчатки. Во многих районах Европы распространены базальтовые породы третичного возраста, а в Ирландии и Шотландии даже имеется базальт каменноугольного возраста. В Гренландии и Исландии находятся залежи молодых базальтовых пород.

 

Базальты добывают в  карьерах открытым способом. Используют этот плотный материал в строительстве для мощения, облицовки, в качестве строительного камня, в виде щебня, брусчатки. Базальты часто используют как сырьё для каменного литья. Из него производят базальтовое волокно, из которого получается прекрасный тепло- и звукоизоляционный материал (каменная или базальтовая вата).

Благодаря своим уникальным свойствам, базальтовое волокно  и продукция на его основе находит  все более широкое применение во всех отрослях промышленности. Материалы  на основе базальтового волокна выдерживают температуры до 7000С, устойчивы к кислотам и щелочам, обладают значительной механической прочностью, благодаря чему успешно потеснили изделия из стекловолокна. Базальтовое волокно сегодня выпускается в нескольких модефикациях. Это прежде всего супертонкое волокно БСТВ (базальтовое супертонкое волокно), тонкое волокно БТВ (базальтовое тонкое волокно) и непрерывное базальтовое волокно БНВ (базальтовое непрерывное волокно).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Применение и производство базальтовых волокон

Производство базальтовых волокон  основано на получении расплава базальта в  плавильных печах и его свободном вытекании  через специальные фильерные пластины, изготовленные из  платины или жаростойких металлов. Плавильные печи могут быть электрическими, газовыми, или оборудоваться мазутными горелками.

Тонкое волокно получают путем  раздува сжатым воздухом или паром  струек  жидкого базальта, вытекающего через отверстия в фильерных пластинах из жаростойкого металла. При этом раздув может быть как вертикальным, так и горизонтальным, а сами раздувочные головки круглой или прямоугольной формы. Реже в производстве тонкого волокна вместо раздува  используют центробежные разбрызгивающие устройства.

Супертонкое базальтовое волокно  получают так называемым  «двухстадийным» способом. Расплавленный базальт вытекает через отверстия фильерной пластины, изготовленной из жаростойкого металла,  и застывает в виде базальтовых нитей. Нити захватываются вытягивающим устройством и подаются в высокотемпературную скоростную струю, создаваемую газом, сгорающим в потоке сжатого воздуха. Базальтовые нити плавятся с одновременной  вытяжкой.  После раздува волокна попадают в камеру волокноосаждения   и осаждаются  в  виде ковра на приемном барабане или конвейере.

Непрерывное волокно получают путем вытягивания базальтовых нитей из фильер специальными  наматывающими устройствами, которые наматывают нити на катушки. При этом скорость намотки регулируется в зависимости от толщины слоя намотки, чем создается постоянная скорость вытягивания волокна и его постоянная толщина. .

Материалы на основе базальтового волокна  обладают  следующим важными свойствами:  пористость, температуростойкость, паропроницаемость и химическая стойкость.

Пористость базальтового волокна  может составлять  70 %  по объему и более. Если поры материала заполнены воздухом, то при такой пористости он характеризуется  небольшой  теплопроводность.

Температуростойкость является весьма важным свойством теплоизоляционных  материалов, особенно при использовании  их для изоляции промышленного оборудования, работающего при высоких температурах. Температуростойкость материалов характеризуют технической температурой  применения, при которой материал может эксплуатироваться без изменения технических свойств.

Паропроницаемость -  это способность материала пропускать через свои поры водяной пар.  Наличие в материалах из базальтового волокна  сообщающихся пор, они пропускают такое же количество пара, как и воздуха. Благодаря большой  паропроницаемости эти материалы при эксплуатации  почти всегда сухие; конденсация пара наблюдается в основном в следующем слое на более холодной стороне ограждения.

Химическая стойкость. Базальтовые  волокна  обладают хорошей стойкостью к действию органических веществ (масло, растворители и др.), а также к воздействию щелочей и кислот.

Благодаря этим свойствам, базальтовое  волокно и материалы на его  основе находят сегодня все более  широкое применение. Базальтовое  волокно применяется:

- для теплозвукоизоляции и огнезащиты  в жилых и промышленных зданиях  и сооружениях, банях, саунах, бытовках и т. д.;

- для теплоизоляции энергетических  агрегатов, трубопроводов большого  диаметра;

- для теплоизоляции бытовых  газовых и электрических плит, жарочных шкафов и т.д. 

-  в трехслойных  строительных панелях-сэндвичах;

- для утепления реконструируемых  зданий с установкой, как изнутри,  так и снаружи; 

-  для утепления плоских крыш;

- в промышленных холодильниках  и холодильных камерах, бытовых  холодильниках;

- изоляция кислородных  коллон;

- для изоляция низкотемпературного оборудования при производстве и использовании азота;

-в промышленной хладоизоляции.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Разработка конструкции ванной печи для плавления базальта

При плавлении горных пород в ванных печах (см. рис. 1) происходят восстановительные процессы оксидов железа, что приводит к нарушению однородности расплава. Следовательно, выбор рационального вида ванных печей имеет важное значение.

Известно, что свойства стекла оказывают значительное влияние  на расход топлива, производительность печей и требуют различных конструктивных решений тепловых агрегатов.

При проектировании печей  для плавления горных пород типа базальтов также необходимо учитывать  свойства их расплавов: высокую кристаллизационную способность, крайне низкую поглощательную способность, обусловленную значительным содержанием оксидов железа, низкую вязкость. Поэтому по глубине расплава возникают большой температурный и вязкостный градиенты (при понижении температуры от 1400 до 1250 ºС вязкость увеличивается в 5-8 раз).[1]

При плавлении базальта вследствие малой теплопрозрачности расплава и повышенной температуры кристаллизации его толщина активного плавильного слоя при температуре в печи 1450-1500 °С не превышает 150 мм.

Учитывая, что загружаемые  в печь куски базальта не плавают  на поверхности расплава, а тонут, теплопередача "снизу" крайне незначительна. Объясняется это худшими по сравнению с варкой стекла условиями теплообмена. Как известно, в стекловаренных печах теплопередача к шихте происходит как непосредственно излучением от факела горящего газа, т.е. "сверху", так и конвективными потоками расплавленного стекла, т.е. "снизу".

Поэтому особенностью конструкций  камнеплавильных базальтовых печей  является бассейн небольшой глубины (до 300 мм). Для улучшения условий  теплообмена загружаемый базальт необходимо распределять на возможно большую площадь.

При конструировании  большое внимание уделено сжиганию топлива и организации факела. Для получения жесткого и настильного  светящегося факела с равномерным  по ширине печи тепловым потоком печь оборудовалась диффузионной многосопловой горелкой.

Для интенсификации процесса плавления базальта на основе опыта  применения перемешивания расплава в производстве штапельного стеклянного волокна проведены исследования по барботажу расплава горючей газовоздушной смесью. Барботажные сопла устанавливались по уровню донной части печи в два поперечных ряда по три сопла в каждом ряду. Расстояние между соплами составляет 300 мм, а между рядами - 500 мм. Первый ряд сопел расположен на расстоянии 200 мм от торцевой стенки бассейна, у загрузочного окна. Сопла изготовлены из жаростойкой стали с диаметром отверстия 4 мм. Увеличение диаметра выходного отверстия приводит к быстрому заплыванию расплавом в случае кратковременного перебоя в подаче энергоносителя, а его уменьшение способствует засорению нагаром.

Важной особенностью барботажа расплава горных пород  является его непосредственная связь  с загрузкой для достижения высокого тепло-, массообмена и продвижения  загружаемой породы от загрузочного окна. Для этого подачу энергоносителя в сопла по ходу процесса равномерно ступенчато снижали от 100 до 80-70 %. Снижение интенсивности барботажа в первом ряду сопел у загружаемого окна приводило к сбиванию базальта в кучи, торможению загрузки и продвижению его по зеркалу ванной печи.

При большой разнице в интенсивности  барботажа в направлении рабочего потока наблюдалось быстрое продвижение не полностью расплавившегося базальта к выработочной части печи. Поэтому в зависимости от высоты фонтанирования расплава и скорости продвижения базальта регулировалось давление энергоносителя на рядах сопел.

Отсутствие пылеобразования при  плавлении базальта при этом положительно сказалось на износостойкости огнеупоров печи.

При бурлении расплава резко уменьшается  толщина придонного слоя закристаллизованного базальтового стекла. Так, при температуре в печи 1450°С его толщина уменьшается до 50 мм. Толщина слоя закристаллизованного стекла, а также износ огнеупоров определялись с помощью специально изготовленного глубиномера (щупа), представляющего собой шарнирно закрепленный на штанге стальной стержень длиной 550 мм с насеченной на нем шкалой.

Температурный режим печи заметно  влияет на процесс барботажа расплава. При высоких температурах 1400-1450°С возникает бурление, имеющее фонтанирующий характер. При понижении температуры до 1300°С наблюдается образование крупнопузырчатой пены с высотой слоя до 300 мм, которая попадает в каналы фидеров, на стены и в окна печи, чехлы термопар.

С целью получения качественного  расплава проведены исследования насыщенности газовыми включениями расплава при разных температурах. Расход воздуха на барботирование поддерживался в пределах 8-8,5 нм³/(м²ч). Пробы отбирали в зоне выработанных окон печи с глубины 100-120 мм от зеркала расплава; после охлаждения определяли их плотность. Плотность проб, взятых при температуре расплава 1400-1450°С, мало отличается от плотности пробы расплава, полученного без барботирования, и равна 2,9 г/см³. Расплав полностью очищается от пузырьков до входа в фидерные каналы. Высокая температура в процессе плавления в сочетании с интенсивным барботированием способствует не только увеличению производительности печи, но и повышению однородности расплава по глубине печи.

Следует отметить, что при недостаточной  глубине бассейна и большом расходе энергоносителя при чрезмерно интенсивном бурлении расплав может попадать на поверхность свода и разрушать кислый огнеупор — динас. Необходимо также учитывать качество кладки ванны, так как при повышенных температурах в печи возможен выход маловязкого расплава через швы между бакоровыми брусьями. Поэтому при кладке их необходимо уплотнять раствором огнеупорной глины на жидком стекле, а теплоизоляцию стен ванны выполнять на высоте 150-200 мм ниже уровня зеркала расплава.