Способ плавки силикатного материала

1 Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к способам получения силикатного расплава и может найти преимущественное использование при производстве базальтового супертонкого волокна. В настоящее время супертонкое волокно из силикатного расплава получают по так называемой двухстадийной технологии (дуплекс процесс) (1), которая включает процесс плавления силикатного материала, переливание его в платинородиевый сосуд, формование (вытягивание) первичных непрерывных нитей и дополнительный их нагрев с последующим раздувом. Технология отличается сложностью е реализации. Производство супертонкого волокна по одностадийной технологии (плавление силикатного материала и его раздув) на сегодняшний день практически не применяется по следующим причинам. 1. Осуществление раздува расплава до образования нитей супертонкого волокна возможно при условии нагрева расплава выше 1500 С. Достижение такой температуры расплава из базальта с помощью газоплавильных печей вызывает определенные технологические трудности, и потому газоплавильные печи для этой цели практически не используются, или используются в сочетании с электроплавильными камерами, осуществляющими дополнительный догрев расплава. 2. Нагрев до нужной температуры можно осуществить с помощью электропечей. В частности, известен способ плавления силикатного материала (2), при котором сначала с помощью дуги между электродами, питаемыми переменным током, получают расплав сырья, а затем, по мере накопления жидкого расплава в ванне,электроды погружают в расплав, и плавка шихты осуществляется резистивным методом - за счет выделения Джоулева тепла в расплаве (т.е. печь работает в режиме сопротивления). Нагрев расплава регулируют путем изменения напряжения и глубины погружения электродов. Однако в расплаве из базальтового сырья, предназначенном для выработки супертонкого волокна по одностадийной технологии, не должны проходить химические процессы, обусловливающие изменение состава кремнийкислородных комплексов, формирующих цепочные структуры пироксенов. Т. е. в расплаве недопустимы восстановительные реакции, которые однако имеют место в печах с электродами погружного типа. Под влиянием углерода, вносимого в расплав при сгорании угольных или графитовых электродов, восстанавливается большое количество окиси железа и небольшая часть двуокиси кремния, которые, соединяясь с железом, образуют ферросилиций. Интенсивное восстановление железа ведет к обеднению расплава пероксенами и быстрому загрязнению плавильной ванны. Но самое главное: обеднение расплава 2 пироксенами делает его малопригодным к выработке супертонкого волокна. Кроме того, расплав должен отличаться высокой степенью однородности струи, направляемой на раздувочное устройство, вследствие чего процесс перемешивания расплава является,как правило, предметом самостоятельных технических решений. Задачей, решаемой изобретением, является разработка электродугового способа плавки силикатного материала, который позволяет осуществить нагрев расплава до температур, превышающих 1500 С с сохранением в составе расплава кремнекислородных комплексов, т.е. сохранением в нем цепочной структуры пироксенов. Получение такого расплава позволяет осуществить процесс выработки базальтового супертонкого волокна по одностадийной технологии, путем раздува расплава. Технический результат достигается благодаря тому, что основной процесс плавки осуществляют с помощью электродов, подключенных к источнику постоянного тока, но не погруженных в расплав, а находящихся над расплавом. Способ заключается в том, что плавку ведут комбинированным, резистивно-дуговым методом, при котором процесс протекания тока от одного электрода к другому происходит через две открытые дуги между ними и расплавом и непосредственно через расплав. Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена принципиальная схема плавильной печи, с помощью которой осуществляется заявляемый способ. Печь содержит плавильную ванну 1, оборудованную устройством 2 для подачи угольных электродов 3 и 4, шнековым устройством 5 для подачи измельченной шихты и сливным устройством 6. Процесс плавки силикатного материала в печи осуществляют следующим образом. Загружаемую шихту на начальной стадии плавят с помощью открытой дуги, которую поджигают между сведенными электродами постоянным током. По мере накопления расплава в ванне электроды поднимают над зеркалом расплава. Затем после достижения расплавом уровня порога сливного устройства (т. е. когда уровень расплава стабилизируется и больше не растт),электроды аккуратно разводят в стороны и формируют две дуги: между расплавом и электродами. Однако процесс первоначального подогрева можно осуществить и следующим образом. Электроды подводят к поверхности шихты, а между ними устанавливают проводящую перемычку, которая инициирует первоначальное прохождение тока через электроды, и при е сгорании плавится небольшое количество шихты, в результате чего образуется неширокая дорожка расплава, через которую начинает течь 4 тогда как в печах с традиционными методами нагрева он на порядок больше. Таким образом, предлагается комбинированный процесс плавки, который исключает непосредственный контакт электродов с расплавом, вследствие чего последний обладает качествами, позволяющими осуществлять процесс производства супертонкого волокна по одностадийной технологии. Плавильная печь, реализующая предложенный способ, изготовлена и успешно используется в производстве минерального волокна толщиной 2-2,5 мкм. При мощности потребления печи 200 КВА и объеме зеркала расплава в 1 м 2, производительность установки для производства минерального волокна с использованием указанной печи составляет 140 кг/ч. Литературные источники, принятые во внимание: 1 Горяйнов К.Э, Горяйнова С.К. Технология теплоизоляционных материалов. М., Стройиздат, 1982 г., с. 164- 168. 2. Авторское свидетельство СССР 1692956, кл. С 03 В 5/027. ток. При увеличении объма расплава высота электродов над его уровнем поддерживается автоматически с помощью устройства подачи электродов. Ток в процессе плавки идет по цепи, показанной на фиг.1 пунктирной стрелкой: от положительного электрода по открытой дуге к участку расплава между электродами и далее через вторую открытую дугу к отрицательному электроду (положительный электродоткрытая дугарасплавленный материалоткрытая дугаотрицательный электрод). Температуру нагрева расплава регулируют величиной напряжения, питающего электроды и изменением расстояния между ними. Благодаря тому, что печь работает на постоянном токе и электроды подняты над поверхностью расплава, в области положительного электрода образуется мощный стационарный поток плазмы, который в зоне положительного электрода создает эффект вскипания или интенсивного перемешивания расплава, что делает расплав однородным в зоне большой текучести,обусловленной высокой температурой. Зона высокой текучести локализована в околоэлектродном пространстве. Расширение этой зоны зависит от скорости подачи шихты,скорости отбора расплава, а также силы тока,протекающего через электроды. Поскольку нагрев расплава осуществляется не во всей массе шихты, заполняющей печь, а только в узком,околоэлектродном пространстве, это позволяет в течение длительного времени сохранять огнеупорную футеровку внутренней поверхности печи. Одним из достоинств этого метода является малая длительность цикла "разжигания" печи от холодного (отключенного) состояния до рабочего. Этот цикл составляет примерно 1,5-2 ч, ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ плавки силикатного материала электродуговым методом, отличающийся тем,что плавление и/или нагрев расплава осуществляют комбинированным, резистивно-дуговым методом. 2. Способ плавки по п.1, отличающийся тем, что поджиг дуги осуществляют с помощью токопроводящей перемычки между электродами. 3. Способ плавки по п.1, отличающийся тем, что питание электродов осуществляют постоянным током.