RS61476B1 - Proizvodnja kontinuiranih bazaltnih vlakana - Google Patents

Description

Opis

[0001] Ovaj pronalazak se odnosi na poboljšani postupak za proizvodnju kontinuiranih mineralnih vlakana, određenije kontinuiranih bazaltnih vlakana. Dalje se odnosi na opremu za proizvodnju kontinuiranih mineralnih vlakana.

[0002] Bazaltna vlakna se koriste kao materijali za ojačavanje kod različitih tipova kompozitnih materijala, kao što su polimerni frikcioni materijali, karoserije automobila, sportska oprema, ali takođe i u betonu. Takođe mogu da se koriste kao zaštita od toplote u različitim primenama. Nove primene se kontinuirano razvijaju. Bazaltna vlakna su veoma fina prečnika od oko 5 do 15 µm, ponekad do 25 µm, i nude bolja mehanička svojstva od staklenih vlakana. Iako su njihova mehanička svojstva i dalje ispod onih od karbonskih vlakana, njihova cena je značajno niža od cene karbonskih vlakana.

[0003] Bazaltna vlakna su suštinski napravljena od bazaltne stene koja se topi na temperaturi većoj od 1400 °C, bez značajnog dodavanja dodatnih sirovina, a da to nisu neki dodaci za obradu, i zatim se ekstrudiraju kroz odgovarajući kalup. Bazalt generalno obuhvata 45,0-60,0 mas.% SiO2, poželjno 45,0 do 55,0 mas.% SiO2, 12,0-25,0 mas.% Al2O3, poželjno 12,0 - 18,0 mas.% Al2O3, 5,0-25,0 mas.% ukupno železo-oksida izraženog kao Fe203, poželjno 10,0 - 18,0 ukupno železo-oksida, ukupno alkalija 2,0-6,0 mas.%, 5,0-25,0 mas.% CaO, poželjno 5,0 do 13,0 ili čak ispod 10,0 mas.%, 4,0-25,0 mas.% MgO, poželjno 5,0 - 12,0 mas.% MgO, i 0,0-5,0 mas.% TiO2. Kod bazaltnih vlakana, sadržaj železo-oksida je relativno visok, veći od 12 mas.%, ili 13 mas.%, ili čak 15 mas.%, prilično smanjenog CaO sadržaja.

Sadržaj Na2O može da varira između 0,5 i 5,0 mas.%, a K2O može da varira između istih granica.

Uobičajene formulacije mogu da obuhvataju kompoziciju bazaltne stene plus pomoćna sredstva za obradu, uključujući ali bez ograničenja na TiO2.

[0004] US2014007623 A1 izučava postupak i uređaj za proizvodnju kontinuiranih mineralnih vlakana, pri čemu taj postupak obuhvata uvođenje šarže u topionik za podpovršinsko sagorevanje, pri čemu je topi, i stvara vlakna.

[0005] WO2013186480 A1 izučava pravljenje bazaltne vune. Vlakna se prave u topioniku za podpovršinsko sagorevanje sa dvostrukim metalnim zidovima hlađenih tečnošću.

[0006] Proizvodnja bazaltnih vlakana zahteva velike utroške energije, i više nego ikada postoji sve veća potreba za poboljšanjem energetske efikasnosti proizvodnog postupka.

[0007] Štaviše, zbog izuzetno korozivne prirode sirovina i rastopa koji se obrađuje, potrebno je da se vatrostalna obloga peći, u kojima se bazaltna stena topi, popravlja ili menja nakon relativno kratkih vremenskih perioda. Pored toga, rastop kontaminiraju čestice ili elementi koji otpadaju sa vatrostalne obloge peći. Samim tim postoji potreba da se pronađe način da se prevaziđe taj tehnički problem.

[0008] Prema ovom pronalasku kako je definisano u zahtevu 1, postupak za proizvodnju kontinuiranih mineralnih vlakana može da obuhvati uvođenje čvrstog šaržnog materijala za pripremu kontinuiranih mineralnih vlakana u topionik, čime se topi čvrsti šaržni materijal u topioniku podpovršinskim sagorevanjem, i stvara rastop u kontinuiranim mineralnim vlaknima, kao što je ekstrudiranjem kroz odgovarajuće čaure za vlakna.

[0009] Ovaj postupak može biti izveden pomoću postupka i/ili topionika otkrivenog u bilo kom od WO 2015/014919 WO 2015/014920 ili WO 2015/014921.

[0010] Prema ovom pronalasku, sirovina se suštinski sastoji od bazaltne stene. Kontinuirana vlakna predstavljaju bazaltna vlakna.

[0011] Topionici za podpovršinsko sagorevanje su poznati. Ove topionike karakteriše činjenica da uključuju jednu ili više mlaznica gorionika izvedenih ispod površine rastopa, kao koplja, u zidovima topionika i/ili u dnu topionika poželjno u dnu topionika, tako da plamen gorionika i/ili proizvodi sagorevanja prolaze kroz rastop i prenose energiju direktno u rastop.

[0012] Takvi gorionici izvedeni ispod površine rastopa su ovde ponekad označeni kao podpovršinski gorionici; imajući to u vidu oni su podpovršinski kada je rastop prisutan u topioniku.

[0013] Određenije u slučaju bazalta, temperatura topljenja je između 1350 i 1450, poželjno viša od 1400°C.

[0014] Topionik za podpovršinsko sagorevanje obezbeđuje efikasno mešanje u rastopu, i homogenizuje rastop u smislu temperaturnog profila i kompozicije, što dovodi do vlaknastog proizvoda visokog kvaliteta. Mešanje smanjuje potrebno vreme zadržavanja u topioniku pre povlačenja za završnu obradu. Takođe pogoduje apsorpciji sirovine u rastop i poboljšava prenos toplote na svežu sirovinu. Sveža sirovina može da se puni u topionik u obliku relativno velikog kamenja i ne zahteva usitnjavanje u veličinu finih granula. Visoka turbulencija koja se stvara u rastopu ga održava u potrebnom viskoznom stanju pogodnom za fiberizaciju, na temperaturi ispod temperature normalno potrebne u standardnim topionicima sa rezervoarom bazaltne stene za fiberizaciju u kontinuirana vlakna.

[0015] Rastop sadržan u topioniku za podpovršinsko sagorevanje se poželjno održava u turbulentnom stanju. Poznato je da podpovršinsko sagorevanje stvara veliko mućkanje i turbulenciju u rastopu metala, zbog gasova sagorevanja ubrizganih pod velikim pritiskom u rastop i zbog konvekcionih tokova koji se stvaraju rastopu. Poželjno, podpovršinski gorionici se kontrolišu tako da je zapremina turbulentnog rastopa najmanje 8%, poželjnije najmanje 10%, čak poželjnije najmanje 15%, veća od zapremine koju bi imala da nema paljenja gorionika. Zaključeno je da ubrizgavanje gasova u tečni rastop i konvekcioni tokovi koji se time stvaraju u rastopu smanjuju njegovu gustinu. Pogodna kontrola gorionika sa oksigorivom stvara željeno smanjenje gustine ili porast zapremine. Poželjno, postupak se izvodi tako da se na gornjem sloju rastopa ne stvara značajan sloj pene ili se ne stvara uopšte. Zaključeno je da takav sloj pene nije poželjan za prenos energije unutar topionika, i samim tim ni za njegovu efikasnost.

[0016] Radi pojašnjenja i potpunosti, nivo na kojem bi rastop bio kada se gorionici ne pale može biti izračunat na osnovu kompozicije rastopa i/ili verifikovan omogućavanjem rastopa da se zamrzne u topioniku. Nivo turbulentnog rastopa može biti određen odgovarajućim uređajem za merenje, kao što je poznati laserski pokazivač ili sličan uređaj, koji daje prosek nivoa rastopa tokom datog vremenskog perioda, kao što je 1 ili 5 minuta.

[0017] Povećana ili smanjena gustina rastopa metala se smatra odrazom nivoa turbulencije u rastopu; što je rastop turbulentniji, više gasnih mehurova se apsorbuje unutar rastopa i tako se "provetrava" rastop. Smanjen sloj pene na gornjem delu rastopa takođe odražava da se mehurovi koji se stvaraju ubrizgavanjem gasa održavaju unutar rastopa metala, pre nego što se akumuliraju na njegovoj površini.

[0018] Homogenost kompozicije rastopa je važan faktor u kontinuiranom ekstrudiranju vlakana malog prečnika. Dalje, izuzetno homogen rastop takođe utiče na kvalitet konačnog proizvoda, uključujući mehanička i hemijska svojstva. Homogenost rastopa kroz postupak ekstrudiranja dalje smanjuje pucanje kontinuiranog vlakna tokom postupka ekstrudiranja.

[0019] Dalje, zidovi komore za topljenje proizvodne opreme kako je definisano u zahtevu 9 obuhvataju dvostruke čelične zidove razdvojene rashladnom tečnošću koja cirkuliše, poželjno vodom. Određenije u slučaju cilindrične komore za topljenje, takav sklop je relativno lako napraviti i otporan je na velika mehanička naprezanja. Cilindrični oblik topionika olakšava ravnotežu naprezanja na spoljašnji zid. Kako se zidovi hlade, na primer kako se hlade vodom, rastop poželjno prelazi u čvrsto stanje i stvara zaštitni omotač na unutrašnjosti zida topionika. Sklop topionika ne mora da zahteva bilo koju unutrašnju vatrostalnu oblogu i samim tim mu je potrebno manje održavanja ili ekonomičnije održavanje. Pored toga, rastop nije kontaminiran nepoželjnim komponentama vatrostalnog materijala koji normalno erodira sa unutrašnje vatrostalne obloge. Unutrašnja strana zida topionika poželjno može da bude opremljena sa jezičcima ili lepljivim krhotinama ili drugim malim elementima koji se projektuju prema unutrašnjosti topionika. Oni mogu da pomognu u stvaranju i popravljanju sloja očvrslog rastopa na unutrašnjem zidu topionika koji stvara podlogu koja ima termičku otpornost i koja smanjuje prenos toplote na tečnost za hlađenje u dvostrukim zidovima topionika.

[0020] Topionik može biti opremljen opremom za ponovno dobijanje toplote. Topla isparenja iz topionika mogu da se koriste kako bi se prethodno zagrejala sirovina ili se termička energija koja se u njima nalazi može ponovo dobiti ili koristiti na drugi način. Slično, termička energija sadržana u rashladnoj tečnosti koja cirkuliše između dva zida topionika takođe može ponovo da se dobije radi grejanja ili drugih svrha.

[0021] Sveukupno, efikasnost energije topionika za podpovršinsko sagorevanje je značajno poboljšana u odnosu na uobičajene topionike sa rezervoarima.

[0022] Sirovine mogu da se napune kroz otvor u zidu topionika, iznad površine rastopa. Pomenuti otvor može da se otvara i zatvara, na primer klipom, kako bi se na minimum svelo bežanje toplote i isparenja. Sirovina može da se pripremi i napuni u neposredni kanal i nakon toga upadne u topionik, u suprotnom smeru od bežećih isparenja, na površinu rastopa. Ovaj protok u suprotnom smeru poželjno može prethodno da zagreje sirovine. Alternativno, sirovine mogu da se pune ispod nivoa rastopa, pomoću pužnog uvodnika ili hidrauličnog uvodnika.

[0023] Rastop može kontinuirano ili po šaržama da se povlači iz topionika radi daljeg oblikovanja u odgovarajućoj opremi za ekstrudiranje ili čauri . Gde se sirovina puni blizu zida topionika, izlaz za rastop je poželjno raspoređen naspram ulaza za materijal. U slučaju diskontinuiranog pražnjenja rastopa, otvor za pražnjenje može da se kontroliše, na primer, keramičkim klipom. Kao alternativa može da se koristi pražnjenje sifonskog tipa koje kontroliše nivo rastopa u topioniku.

[0024] Podpovršinski gorionici poželjno ubrizgavaju mlazove visokog pritiska proizvoda sagorevanja u rastop koji je dovoljan da prevaziđe pritisak tečnosti i da stvori prinudno kretanje plamena na gore u proizvoda sagorevanja. Brzina sagorevanja i/ili sagorljivih gasova, naročito na izlazu iz mlaznice(a) gorionika, može biti ≥ 60 m/s, ≥ 100 m/s ili ≥ 120 m/s i/ili ≤350 m/s, ≤330 m/s, ≤300 ili ≤200 m/s.

Poželjno brzina gasova sagorevanja je u opsegu od oko 60 do 300 m/s, poželjno 100 do 200, poželjnije 110 do 160 m/s.

[0025] Prema poželjnom načinu ostvarivanja, podpovršinsko sagorevanje se izvodi tako da se suštinski obrazac torusnog protoka rastopa stvara u rastopu, sa suštinski vertikalnom centralnom osom obrtanja, koji obuhvata glavne, centralno ka unutra konvergentne protoke na površini rastopa; rastop se kreće na dole u blizini vertikalne centralne ose obrtanja i recirkuliše uzlaznim kretanjem unazad prema površini rastopa, čime se suštinski definiše i obrazac torusnog protoka.

[0026] Stvaranje takvog obrasca torusnog protoka obezbeđuje izuzetno efikasno mešanje rastopa i apsorpciju sirovine u rastop, i homogenizuje rastop u smislu temperaturnog profila i kompozicije, što dovodi do visokog kvaliteta finalnog proizvoda.

[0027] Poželjno, faza topljenja obuhvata topljenje čvrstog šaržnog materijala, u topioniku za podpovršinsko sagorevanje podvrgavanjem rastopa obrascu protoka koji, kada se simulira računarskom analizom dinamike protoka, pokazuje suštinski torusni obrazac protoka rastopa u rastopu, koji obuhvata glavne, centralno ka unutra konvergentne vektore protoka na površini rastopa, sa centralnom osom obrtanja torusa koja je suštinski vertikalna.

[0028] Na vertikalnoj osi obrtanja pomenutog obrasca torusnog protoka, vektori protoka imaju komponentu usmerenu na dole koja odražava značajno pomeranje rastopa na dole u blizini pomenute ose. Prema dnu topionika, vektori protoka menjaju orijentaciju čime se pokazuju komponente usmerene ka spolja a zatim na gore.

[0029] Poželjno obrazac dinamike tečnosti je kod ANSYS R14.5, uzimajući u obzir oblast višefaznog protoka koji je u opsegu od čvrstog šaržnog materijala do tečnog rastopa i gasa koji se stvara tokom pretvaranja, i pretvaranja šarže u rastop.

[0030] Obrazac torusnog protoka rastopa može da se dobije upotrebom gorionika za podpovršinsko sagorevanje koji su izvedeni na dnu topionika u suštinski prstenastom delu gorionika koji prenosi gasove sagorevanja suštinski vertikalno na gore. Poželjno, gorionici su izvedeni na međusobnoj udaljenosti od oko 250 - 1250 mm, poželjno 500 - 900 mm, poželjno oko 600 - 800, čak poželjnije oko 650 - 750 mm. Poželjno je da se susedni gasovi ne sjedinjuju.

[0031] Osa svakog gorionika i/ili vektor brzine rastopa koji se kreće na gore iznad ili pored podpovršinskih gorionika može biti blago nagnuta u odnosu na vertikalu, na primer pod uglom koji je ≥1°, ≥2°, ≥3° ili ≥5 i/ili koji je ≤ 30°, poželjno ≤ 15°, poželjnije ≤10°, posebno u odnosu na centar topionika. Takav raspored može da poboljša protok i da usmeri protok rastopa od izlaznog otvora i/ili ka centru topionika što pogoduje torusnom protoku i inkorporisanju sirovina u rastop.

[0032] Prema jednom načinu ostvarivanja, centralna osa svakog gorionika je nagnuta pod uglom vrtloga u odnosu na vertikalnu ravan koja prolazi kroz centralnu vertikalnu osu topionika i centar gorionika. Ugao vrtloga može biti ≥1 °, ≥2°, ≥3°, ≥5° i/ili ≤ 30°, ≤ 20°, ≤ 15° ili ≤ 10°. Poželjno, ugao vrtloga svakog gorionika je otprilike isti. Raspored svake ose gorionika pod uglom vrtloga blago daje komponentu tangencijalne brzine plamenovima usmerenim na gore, čime se omogućava vrtložno kretanje rastopa, pored obrasca torusnog protoka.

[0033] Zona gorionika je definisana kao suštinski prstenasta zona. Rasporedi gorionika, na primer na eliptičnoj ili ovalnoj liniji unutar relevantne zone su mogući, ali gorionici su poželjno izvedeni na suštinski kružnici gorionika.

[0034] Poželjno, obrazac protoka obuhvata konvergentni protok usmeren ka unutra na površini rastopa praćen protokom orijentisanim na dole u blizini centralne ose obrtanja torusa. Pomenuta centralna osa obrtanja poželjno odgovara vertikalnoj osi simetrije topionika. Pod osom simetrije se misli na centralnu osu simetrije a, ukoliko topionik pokazuje transverzalni unakrsni presek koji nema definisanu ni jednu jedinu osu simetrije, zatim i na osu simetrije kruga u koji je upisan presek topionika. Protok koji je orijentisan na dole je praćen protokom koji je orijentisan ka spolja na dnu topionika i suštinski prstenastim protokom usmerenim na gore u blizini gorionika, čime se odražava recirkulisanje rastopa prema zoni gorionika i uzlaznim kretanjem unazad prema površini protoka, čime se suštinski definiše obrazac torusnog protoka.

[0035] Konvergentni vektori protoka na površini rastopa usmereni ka unutra poželjno pokazuju brzinu koja obuhvata između 0,1-3 m/s. Vektori brzine orijentisani na dole u blizini vertikalne centralne ose obrtanja su poželjno značajnog intenziteta koji odražava relativno veliku brzinu protoka materijala na dole. Vektori brzine usmereni na dole mogu biti između 0,1-3 m/s. Rastop i/ili sirovine unutar topionika, najmanje na jednom delu rastopa a posebno na površini rastopa (naročito konvergentni vektori protoka usmereni ka unutra na površini rastopa) i/ili na ili blizu vertikalne centralne ose obrtanja, mogu da dostignu brzinu koja iznosi ≥0,1 m/s, ≥0,2 m/s, ≥0,3 m/s ili ≥0,5 m/s i/ili koja je ≤2, 5 m/s, ≤2 m/s, ≤1, 8 m/s ili ≤1,5 m/s.

[0036] Poželjan obrazac torusnog protoka obezbeđuje izuzetno efikasno mešanje i homogenizuje rastop u smislu temperaturnog profila i kompozicije. Takođe pogoduje apsorpciji sirovine u rastopu i poboljšava prenos toplote na svežu sirovinu. Ovo smanjuje potrebno vreme zadržavanja u topioniku pre povlačenja, pri čemu se izbegava ili se barem smanjuje rizik od kratkog prekida cirkulisanja rastopa.

[0037] U jednom poželjnom načinu ostvarivanja, gorionici su izvedeni na udaljenosti od oko 250 - 750 mm od bočnog zida pomenute komore za topljenje; ovo pogoduje prethodno opisanom poželjnom protoku i izbegava se privlačenje plamena na bočne zidove komore za topljenje. Premala udaljenost između gorionika i bočnog zida može oštetiti ili nepotrebno opteretiti bočni zid. Dok određeni protok rastopa između gorionika i zida ne može biti štetan i čak može biti poželjan, prevelika udaljenost obično generiše neželjene protoke rastopa i može da stvori mrtve zone koje se manje mešaju sa rastopom u centru topionika i dovode do smanjenja homogenosti rastopa.

[0038] Udaljenost između podpovršinskih gorionika je poželjno izabrana tako da obezbedi željeni obrazac torusnog protoka unutar rastopa ali takođe i da se izbegne sjedinjavanje susednih plamenova. Dok ova pojava zavisi od mnogo parametara kao što su temperatura i viskozitet rastopa, pritisak i druge karakteristike gorionika, utvrđeno je kao poželjno da se izabere kružni prečnik gorionika koji obuhvata između oko 1200 i 2000 mm. U zavisnosti od tipa gorionika, radnog pritiska i drugih parametara, prevelik prečnik dovodi do razdvajanja plamenova; preuzak prečnik dovodi do sjedinjavanja plamenova.

[0039] Poželjno je obezbeđeno najmanje 6 gorionika, na primer izvedenih na kružnici gorionika, poželjnije 6 do 10 gorionika, čak poželjnije 6 do 8 gorionika, u zavisnosti od dimenzija topionika, dimenzija gorionika, radnog pritiska i drugih parametara modela.

[0040] Svaki gorionik ili svaki od mnoštva grupa gorionika, na primer suprotstavljenih gorionika, može pojedinačno da se kontroliše. Gorionici bliski pražnjenju sirovina mogu da se kontrolišu pri različitim, poželjno većim brzinama i/ili pritiscima gasa u odnosu na susedne gorionike, čime se poboljšava prenos toplote na svežu sirovinu koja se unosi u topionik. Veće brzine gasa mogu biti neophodne samo privremeno, odnosno, u slučaju unosa svežih sirovina po šaržama, samo tokom vremenskog perioda neophodnog za apsorpciju relevantnog unosa u rastop koji se nalazi u topioniku.

[0041] Takođe može biti poželjno da se kontrolišu gorionici koji se nalaze blizu izlaza za rastop pri nižoj brzini/pritisku gasa kako se ne bi ometalo ispuštanje rastopa.

[0042] Komora za topljenje je poželjno suštinski cilindrična na unakrsnom preseku; ipak, može imati eliptični ili mnogougaoni unakrsni presek koji ima više od 4 strane, poželjno više od 5 strana.

[0043] Kompozicija proizvedenog rastopa obično obuhvata:

moguće sa manjim količinama drugih oksida koji se dodaju do 100%.

[0044] Način ostvarivanja topionika pogodnog za upotrebu prema ovom pronalasku je opisan u nastavku, uz pozivanje na priložene crteže pri čemu:

Fig.1a i 1b su šematski prikazi obrasca torusnog protoka;

Fig.2 je šematski prikaz vertikalnog preseka kroz topionik praćenog uređajem za ekstrudiranje; a Fig.3 predstavlja šematski prikaz nacrta gorionika.

[0045] Vezano za Fig.1a i 1b, poželjno je utvrđen obrazac torusnog protoka u kojem rastop ide u smeru na gore blizu podpovršinskih gorionika 21, 22, 23, 24, 25, 26 koji su izvedeni na kružnici 27 gorionika, teče unutra prema centru kružne linije gorionika na površini rastopa, i teče na dole u blizini pomenutog centra. Torusni protok stvara mešanje u rastopu, obezbeđuje dobro mešanje rastopa, i apsorpciju sirovine u rastop.

[0046] Ilustrovani topionik 1 obuhvata: cilindričnu komoru 3 za topljenje unutrašnjeg prečnika od oko 2,0 m koja sadrži rastop; gornju komoru 5; i dimnjak za evakuaciju isparenja. Gornja komora 5 je opremljena pregradama 7 koje sprečavaju dospevanje bilo kakvih projekcija rastopa koje mogu biti odbačene sa površine 18 rastopa u isparenja. Uvodnik 10 sirovina je raspoređen na gornjoj komori 5 i osmišljen je tako da unosi svežu sirovinu uključujući i mineralna vlakna koja pravi čovek u topionik 1 na položaju 11 koji se nalazi iznad površine 18 rastopa i blizu bočnog zida topionika. Uvodnik 10 obuhvata sredstva za horizontalno uvođenje, na primer pužni uvodnik, koji prenosi mešavinu sirovina u levak pričvršćen za topionik, čije dno može da se otvara i zatvara pomoću vertiklanog klipa. U alternativi, podpovršinski uvodnik može da puni sirovinu direktno u rastop, ispod nivoa rastopa. Dno komore za topljenje obuhvata šest podpovršinskih gorionika 21, 22, 23, 24, 25, 26 izvedenih na kružnici 27 gorionika koja je koncentrična sa osom topionika i čiji je prečnik od oko 1,4 m. Rastop može biti povučen iz komore 3 za topljenje kroz izlazni otvor 9 koji je pod kontrolom u bočni zid komore za topljenje, blizu dna topionika, suštinski naspram uvodnika 10. Rastop povučen iz topionika se zatim može ostaviti da se ohladi i usitni po potrebi. U alternativi, može da se koristi izlaz sifonskog tipa koji istovremeno kontinuirano kontroliše nivo rastopa u topioniku.

[0047] Temperatura unutar rastopa može biti između 1350°C i 1450°C, poželjno oko 1400°C, u zavisnosti od kompozicije rastopa, željenog viskoziteta i drugih parametara. Poželjno, zid topionika predstavlja dvostruki čelični zid ohlađen rashladnom tečnošću, poželjno vodom. Priključci za vodu za hlađenje koji

Claims (12)

1. se nalaze na spoljnom zidu topionika omogućavaju protok koji je dovoljan da se povuče energija iz zida sa unutrašnje strane tako da rastop može da očvrsne na unutrašnjem zidu a da tečnost za hlađenje, u ovom slučaju voda, ne ključa.

   [0048] Topionik 1 može biti montiran na prigušivače podešene da apsorbuju vibracione pokrete.

   [0049] Podpovršinski gorionici obuhvataju koncentrične cevaste gorionike koji rade pri protoku gasa od 100 do 200 m/s, poželjno 110 do 160 m/s i stvaraju sagorevanje gorivnog gasa i kiseonik koji sadrži gas unutar rastopa. Sagorevanje i gasovi sagorevanje stvaraju mućkanje unutar rastopa pre nego što odu u gornju komoru a zatim kroz dimnjak. Ovi topli gasovi mogu da se koriste da se prethodno zagreju sirovina i/ili gorivni gas i/ili oksidans (npr. kiseonik, industrijski kiseonik imaju sadržaj kiseonika ≥ 95 mas.% ili vazduh obogaćen kiseonikom) koji se koriste u gorionicima. Isparenja su poželjno filtrirana pre otpuštanja u sredinu, opciono pomoću razblaženja sobnim vazduhom kako bi im se smanjila temperatura pre filtriranja.

   [0050] Zaključeno je da raspored gorionika i kontrola da bi se dobio gore opisani obrazac torusnog protoka rastopa mogu da obezbede odgovarajuće mešanje u rastopu kao i potrebnu turbulenciju da se dovoljno poveća zapremina rastopa (ili da se smanji gustina rastopa) kako bi se postigao cilj ovog pronalaska. Stvaranje pene je naročito smanjeno, kako se mehurovi gasa koji dosežu do vrha rastopa reapsorbuju i mešaju unutar rastopa kao rezultat obrasca torusnog protoka.

   [0051] Otopljena bazaltna stena zatim može da se prazni kontinuirano ili po šaržama u uređaj 20 za ekstrudiranje ili čauru za vlakna koji je sam po sebi namenjen za stvaranje kontinuiranih bazaltnih vlakana. Otopljena bazaltna stena se prazni direktno u uređaj 20 za oblikovanje, odnosno bez bilo koje neposredne faze rafiniranja.

   [0052] Dobijena kontinuirana vlakna mogu da se koriste kao takva ili da se dalje obrađuju ili kondicioniraju radi završnih primena kako je pogodno.

   [0053] Dobijena kontinuirana vlakna su visokog kvaliteta. Gore opisani proizvodni postupak zahteva manje energije od poznatih postupaka, zbog izbora topionika za podpovršinsko sagorevanje koji omogućavaju poboljšan prenos energije u rastop, kraća vremena zadržavanja i samim tim manji gubitak toplote, i zbog toga što visoka turbulencija i mešanje dovode do homogenijeg rastopa pri smanjenoj viskoziteta rastopa, što za uzvrat može da obezbedi rad na sniženim temperaturama. Dalje, podpovršinsko sagorevanje poželjno može da se izvodi u topionicima rashlađenim vodom koji su lakši i ekonomičniji za održavanje i popravku što dalje omogućava recikliranje energije povučene iz rashladne tečnosti.

   Patentni zahtevi

   1. Postupak za proizvodnju kontinuiranih bazaltnih vlakana, koji obuhvata faze:

   - uvođenja čvrstog šaržnog materijala koji se suštinski sastoji od bazaltne stene za pripremu kontinuiranih bazaltnih vlakana u topionik;

   - topljenja čvrstog šaržnog materijala u topioniku podpovršinskim sagorevanjem kako bi nastao tečni rastop;

   - pri čemu zidovi komore za topljenje obuhvataju dvostruke čelične zidove razdvojene rashladnom tečnošću koja cirkuliše;

   - pražnjenja tečnog rastopa direktno u uređaj za oblikovanje bez bilo koje neposredne faze rafiniranja, i oblikovanja najmanje dela tečnog rastopa u kontinuirana bazaltna vlakna.
2. 2. Postupak prema zahtevu 1 u kom sirovina obuhvata 45,0-60,0 mas.% SiO2, 12,0-25,0 mas.% Al2O3, 5,0-25,0 mas.% ukupnog železo-oksida izraženog kao Fe203, ukupno alkalija od 2,0-6,0 mas.%, 5,0-25,0 mas.% CaO, 4,0-25,0 mas.% MgO i 0,0-5,0 mas.% TiO2 i količine drugih oksida u tragovima koje se dodaju do 100%.
3. 3. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, pri čemu zidovi komore za topljenje obuhvataju dvostruke čelične zidove razdvojene rashladnom vodom koja cirkuliše.
4. 4. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, u kom se toplota ponovo dobija:

   - iz toplih isparenja i/ili iz rashladne tečnosti; i/ili

   - iz toplih isparenja kako bi se prethodno zagrejale sirovine.
5. 5. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, u kom se najmanje deo rastopa povlači iz topionika kontinuirano ili po šaržama.
6. 6. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, u kom topionik obuhvata najmanje jedan podpovršinski gorionik, i pri čemu se pomenuti najmanje jedan podpovršinski gorionik kontroliše tako da održava rastop u turbulentnom stanju tako da je zapremina turbulentnog rastopa najmanje 8%, poželjno najmanje 10%, poželjnije najmanje 15% veća od nivoa na kom bi rastop bio ukoliko gorionici ne bi goreli, a posebno kada funkcioniše tako da se ne stvara značajan sloj pene preko gornjeg nivoa rastopa.
7. 7. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, u kom se podpovršinsko sagorevanje izvodi tako da se obrazac torusnog protoka rastopa suštinski stvara u rastopu, sa suštinski vertikalnom centralnom osom obrtanja, koji obuhvata glavne, centralno ka unutra konvergentne protoke na površini rastopa; rastop se kreće na dole u blizini vertikalne centralne ose obrtanja i recirkuliše uzlaznim kretanjem unazad prema površini rastopa, čime se definiše suštinski obrazac torusnog protoka.
8. 8. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, u kom faza topljenja obuhvata topljenje čvrstog šaržnog materijala, u topioniku za podpovršinsko sagorevanje podvrgavanjem rastopa obrascu protoka koji prikazuje suštinski obrazac torusnog protoka rastopa u rastopu, koji obuhvata glavne, centralno ka unutra konvergentne vektore protoka na površini rastopa, sa centralnom osom obrtanja torusa koja je suštinski vertikalna a, posebno, pri čemu prema dnu topionika, vektori protoka menjaju orijentaciju čime se pokazuju komponente usmerene ka spolja a zatim na gore, u kom se obrazac protoka rastopa određuje simulacijom pomoću računarske analize dinamike tečnosti.
9. 9. Proizvodna oprema za proizvodnju kontinuiranih bazaltnih vlakana koja obuhvata topionik (1) za podpovršinsko sagorevanje koji obuhvata zidove (19) komore (3) za topljenje i najmanje jedan podpovršinski gorionik, i opremljen je ispustom ili uvodnikom (10) sirovina i izlazom (9) rastopa, i uređaj (20) za oblikovanje vlakana, pri čemu zidovi komore (3) za topljenje obuhvataju dvostruke čelične zidove (19) razdvojene rashladnom tečnošću koja cirkuliše, poželjno vodom, pri čemu su gorionici (21,22,23,24,25,26) za podpovršinsko sagorevanje izvedeni na dnu topionika u suštinski prstenastoj zoni gorionika, poželjno na kružnici (27) gorionika, i pri čemu je topionik direktno praćen uređajem (20) za oblikovanje bez bilo koje neposredne faze rafiniranja.
10. 10. Proizvodna oprema prema zahtevu 9, pri čemu su gorionici (21,22,23,24,25,26) izvedeni na međusobnoj udaljenosti od 250 - 1250 mm, poželjno 500 - 900 mm, poželjno 600 - 800, čak poželjnije 650 - 750 mm.
11. 11. Proizvodna oprema prema bilo kom od zahteva 9 do 10, pri čemu je osa svakog gorionika i/ili vektor brzine rastopa koji se kreće na gore preko ili pored podpovršinskih gorionika blago nagnuta od vertikale, na primer pod uglom koji je ≥1°, ≥2°, ≥3° ili ≥5 i/ili koji je ≤ 30°, poželjno ≤ 15°, poželjnije ≤10°, posebno prema centru topionika (1).
12. 12. Proizvodna oprema prema bilo kom od zahteva 9 do 11, pri čemu je centralna osa svakog gorionika nagnuta pod uglom vrtloga u odnosu na vertikalnu ravan koja prolazi kroz centralnu vertikalnu osu topionika i centar gorionika, pri čemu je ugao vrtloga ≥1°, ≥2°, ≥3°, ≥5° i/ili ≤ 30°, ≤ 20°, ≤ 15° ili ≤ 10°.