рабочий програм. Полная курсовая. Введение Применение и производство базальтовых волокон

• Название: Введение Применение и производство базальтовых волокон
• Анкор: рабочий програм
• Дата: 12.03.2021
• Размер: 206 Kb.
• Имя файла: Полная курсовая.doc
• Тип: Реферат; #184191

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.

Интенсивность барботирования заметно влияет на производительность печи. Так, при расходе сжатого воздуха 3,5 нм³/(м²сут) съем расплава со­ставляет 1900-2000 кг/(м²сут), а при 17 нм³/(м²сут) - 2500-2600 кг/(м²сут).

При использовании в качестве энергоносителя при барботаже горючей газовоздушной смеси заметно увеличивалась температура расплава, что позволило снизить температуру пламенного пространства от 1450 до 1400 °С и тем самым увеличить срок службы печи.

При разработке ванных печей должны быть учтены особенности базальтового рас­плава, и в первую очередь низкая теплопрозрачность и агрессивность его по отношению к огнеупорам бассейна. Учитывается также и тот фактор, что при службе плавильных печей через кладку теряется значительное количество тепла, т.е. необходима эффективная теплоизоляция печи.

Стены бассейна печи будут изготовлены из бакора-33 (бакор-33 – огнеупорный кирпич, состоящий из сростков мелких кристаллов минерала ZrO₂, полученных в результате совместной эвтектической кристаллизации, отдельные кристаллы в небольшом количестве приурочены к стекловидной фазе), дно выложено бакоровой плиткой по шамотной кирпичной кладке. Стены пламенного пространства будут выполнены из магнезитового кирпича, и должны примыкать непосредственно к сте­нам бассейна. Внутренний свод складывается из бакоровых брусьев. Выше внут­реннего свода стены должны быть изготовлены из динаса, верхний свод также динасовый.

Для уменьшения потерь тепла через кладку вся наружная поверхность печи покрывается двухслойной теплоизоляцией: легковесным шамотным кирпи­чом толщиной 115 мм и базальтовым супертонким волокном толщиной слоя 35—45 мм. Изоляция общивается снаружи листовым алюминием, что дает высокую эффективность (температура внешней обшивки составляет 90-110°С).

При температуре в печи 1450°С применение тепловой изоляции обеспечи­вает уменьшение тепловых потерь до 1740-1850 Вт/м² (1500-1600 ккал/(м²ч)) и увеличение удельного съема расплава с 1 м² площади плавильной части на 25 % по сравнению с неизолированными печами такого типа.[1]

Для использования тепла отходящих газов печь будет оснащена металличес­ким рекуператором, состоящим из двух секций: радиационной и конвек­тивной. Вначале отходящие газы проходят через радиационную секцию, где отдают лучистое тепло и охлаждаются до 500-550°С, затем — через конвективную трубчатую часть, охлаждаясь до 150-180 °С. Температура нагрева воздуха, подаваемого вентилятором высокого давления, составля­ет 700-750 °С. Применение трубчатого рекуператора целесообразно при отсутствии во время плавления базальта уносов шихтовой пыли, являющихся серьезным препятствием для использования подобных теплообменников в стекловаренных печах. Положительным фактором является также и то, что в отходящих газах практически будут отсутствовать сернистые составля­ющие, оказывающие коррозионное действие на металл.

Температурный режим плавильного агрегата будет контролироваться стационар­но установленными термопарами: в печи — платинородиевой, после реку­ператора и в вытяжной трубе — хромель-алюмелевыми. Уровень расплава в печи поддерживается автоматически игольчатым уровнемером, установ­ленным в одном из фидеров.

Для загрузки дробленого базальта печь будет иметь два наклонных загрузоч­ных окна в одной из боковых стен. Выходные отверстия этих окон распологаются непосредственно под нижним сводом и находятся на высоте около 200 мм над уровнем расплава. Печь будет отапливаться газовоздушной смесью через систему горелок, расположенных в боковых стенах на высоте 50-70 мм от уровня расплава, что обеспечивает хорошую настильность выходящих из них факелов. Подогрев идущего на горение воздуха будет осуществляться в металлическом рекуператоре.

После 18-месячной эксплуатации печи следует ожидать значительное разрушение кладки пламенного простран­ства в районе загрузочных окон. Из-за налипания базальтовой крошки на стенки и нижний свод вокруг загрузочных окон и стекания расплава по этим элементам тонким слоем разрушение огнеупоров будет происходить очень интенсивно, так как не будет условий для образования гарнисажного слоя. Наибольшему разрушению подвергнутся стены выработочных каналов, выполненные из магнезитового кирпича. В области уровня расплава разъедание кладки по швам между кирпичами возможно будет сквозным, поэтому возростут местные тепловые потери и образуется слой закристаллизованного базальта, предотвративший дальнейшее раз­рушение. Дно выработочных каналов, выложенных также магнезитовым кирпичом будет покрыто тонким слоем закристаллизованного базальта, что приведет к наименьшим разрушениям. Проникновение расплава в теплоизоляционный слой через швы между кирпичами будет незначительным, так как они заполнены закристаллизованным базальтом.

Своеобразна картина разрушения базальтовым расплавом корвишитовых стен печи. Так как корвишитовый брус под плотным поверхностным слоем (3-5 мм) имеет очень пористую структуру, то расплав проникнет на глуби­ну 50-70 мм. Из-за большой поверхности соприкосновения с расплавом следует ожидать сильного разрушения этой зоны корвишитового бруса.

Наибольшее разрушение должен иметь свод и стены в районе загрузочных окон, местами до сквозного. С удалением от загрузочных окон степень разруше­ния уменьшается. В районе фидера разрушение может отсутствовать. Поверх­ность разрушаемого огнеупора свода будет ноздревата, покрыта слоем стекловидной темно-коричневой массы, являющейся продуктом взаимодействия динаса с базальтом. Внутри брусья будут иметь темно-серую окраску характерную при диффузии базальтового расплава в глубь динаса.

Попадание базальта на свод и стены является следствием интенсивного растрескивания кусков базальта в первые 5-10 мин после загрузки печи. Холодные куски, поступающие в расплав с температурой около 1400 °С, от быстрого нагрева трескаются с образованием разлетающихся частиц ба­зальта размером до 5 мм, бомбардирующих обращенные к ним поверхнос­ти огнеупорной кладки. Налипая на поверхность, куски плавятся и вступа­ют во взаимодействие с динасом. Будет образовываться пленка, стекающая вниз и вы­мывающая кварцевые зерна.

Следовательно, кроме улучшения режима сжигания топлива рациональ­ная загрузка ванных печей будет способствовать повышению срока их службы.

Таким образом, для кладки дна печи без применения барботажа расплава возможно использование не только бакора, но и основных и нейтральных огнеупоров (магнезита, шамота, форстерита и т.п.). При использовании барботажа, когда следует ожидать более интенсивное движение расплава в ванне, дно должно быть защищено электроплавленым огнеупором. Кладку стен и сводов пламенного пространства печей следует выполнять из огне­упоров, допускающих работу при температурах плавки. Однако необходимо учитывать, что в случае вероятности попадания базальтового расплава на какой-либо элемент (при загрузке, барботаже и т.п.) целесообразно изго­товление этого элемента из электроплавленых огнеупоров. При выполне­нии перечисленных условий продолжительность работы печи может со­ставлять до 4 лет без холодного ремонта. Благодаря применению много­сопловой горелки, барботажа расплава, эффективной теплоизоляции клад­ки, а также высокой степени использования тепла отходящих газов можно значительно повысить производительность печи до удельного съема более 2560 кг/м² в сутки при низких расходах топлива. Удельный расход тепла на 1 кг расплава составит 1040 ккал/кг, а КПД печи — 52 %.

Разработанный способ барботирования расплавов может быть использован более эффективно при проектировании и эксплуатации крупных камнеплавильных печей.

3. Расчет параметров и технической характеристики печи

В качестве сырья  для производства базальтовых  волокон, используются базальтовые горные породы, средний химический состав которых следующий (% по массе)[1]:

SiO₂ - 47,5-55,0; TiO₂ - 1,36-2,0; Al₂O₃ - l4,0-20,0; Fe₂O₃ + FeO - 5,38-13,5; MnO - 0,25-0,5; MgO - 3,0-8,5; CaO - 7-11,0; Na₂О – 2,7-7,5; К₂О - 2,5-7,5; P₂O₅ - не более 0,5; SO₃- не более 0,5; п.п.п.- не более 5.

Имеем следующие разработанные данные[1]:

Температура плавильной части, °С 1450±10

Температура подогрева воздуха, °С 250-270

Используемое топливо – природный газ
Определение основных размеров рабочей камеры.

По данным ранее разработанных печей [1], установим, что удельный съем расплава в варочной части 1250 кг/м² в сутки.

Площадь варочной части печи, м²:

, (3.1)

где G - производительность печи, G=500 кг/сут;

Тогда:



Длина варочной части для печи с подковообразным направлением пламени рассчитывается из соотношения:

, где В – ширина, L – длина.

Ширина пламенного пространства на 120 мм больше ширины бассейна, т.е.



Высота подъема свода:



Длина пламенного пространства:


Определение расхода топлива

Составим тепловой баланс варочной части печи.

Приходная часть

Данные взяты из справочника [2].

1.Тепловой поток, поступающий при сгорании топлива, кВт:

, (3.2)

где - теплота сгорания топлива, =1040 кДж/м³;

Х - секундный расход топлива, м³/с:



2. Поток физической теплоты, поступающий с воздухом, кВт:

, (3.3)

где - расход воздуха для горения 1 м² топлива, м³;

t_в - температура нагрева воздуха ˚,С;

с_в - удельная теплоемкость воздуха при температуре нагрева , кДж/(м³˚С).

Принимаем температуру подогрева воздуха 1100˚С и повышение температуры в горелке на 50˚С.

Тогда:



Потоками физической теплоты топлива, шихты и боя пренебрегаем ввиду их незначительности.

Общий тепловой поток будет равен:

(3.4)

Расходная часть

1.На процессы плавления базальта, кВт:

, (3.5)

где n - теоретический расход теплоты на плавление 1 кг базальта, кДж/кг;

g - съем расплава, кг/с.

Так как состав базальта в расчете не учитывается, то по табличным данным, можно принять расход теплоты на получение 1 кг расплава и равным 2930 кДж/кг [1]:



2.Тепловой поток, теряемый с отходящими из печи дымовыми газами, кВт:

, (3.6)

где - объем дымовых газов на 1м³ топлива, м³;

- температура уходящих из рабочей камеры дымовых газов, ˚С; принимается равной температуре варки =1500 ˚С;

- удельная теплоемкость дымовых газов при их температуре, данные из таблицы [2] =1,6 кДж/(м³·˚С)

Определяем тепловой поток:



3. Тепловой поток, теряемый излучением, кВт:

, (3.7)

где С_о- коэффициент излучения, равный 5,7 Вт/(м²·К⁴);

φ - коэффициент диафрагмирования;

F - площадь поверхности излучения, м²;

Т₁ и Т₂- абсолютная температура соответственно излучающей среды и среды, воспринимающей излучение, К.

а ) Излучение через загрузочный карман.

Для расчета коэффициента диафрагмирования φ принимаем отверстие за прямоугольную щель высотой Н = 0,04м, шириной равной ширине загрузочного кармана – 0,13 м, толщиной арки δ = 0,06 м.

Тогда:



Рассчитаем площадь излучения:

.

Принимаем температуру в зоне засыпки шихты t₁=1400˚C,а температуру окружающего воздуха t₂=20˚С.

Тогда:



Находим тепловой поток:



б) Излучение во влеты горелок.

Принимаем суммарную площадь влетов равной 3% площади варочной части:



Высоту влетов предварительно принимаем равной 0,04м; форма отверстия – вытянутый прямоугольник, размеры которого:

Н=0,04; δ=0,13:

Н/δ=0,3(φ).

Принимаем среднюю температуру в пламенном пространстве варочной части t₁=1450˚С, а температуру внутренних стенок горелок t₂=1350˚С. Тогда:



Определяем тепловой поток:



Общий тепловой поток излучением:



4. Расчет тепловой мощности, приходящейся на одну фурму.

По данным ранее разработанных печей [1], примем количество фурм равное 18 шт. По расчету из формулы (3.5) тепловой поток Q должен составлять 2373 кВт.

Тогда мощность одной фурмы составит:

(3.8)

4. Разработка конструкции питателя

4.1 Описание питателя

Для загрузки базальта в печь применяют винтовой конвейер (см. рис. 2). Винтовые конвейеры выполняют го­ризонтальными или пологонаклонными под углом до 20° (основной тип) и вер­тикальными или крутонаклонными. К ним можно также отнести винтовые транспортирующие трубы. Эти три вида винтовых конвейеров имеют как сходные, так и отличительные конструк­тивные характеристики, но особенно от­личаются друг от друга по принципу действия, рассматриваемому ниже.

Винтовые конвейеры применяют для транспортирования пылевидных, по­рошкообразных и реже — мелкокуско­вых насыпных грузов на сравнительно небольшое расстояние (обычно до 40 м по горизонтали и до 30 м — по верти­кали) при производительности обычно до 100 т/ч в химической и мукомольной промышленности и на предприятиях строительных материалов.[3]

Винтовыми конвейерами нецелесо­образно транспортировать липкие и сильно уплотняющиеся, а также высо­коабразивные грузы.

К преимуществам винтовых конвейе­ров относятся простота устройства и несложность технического обслужива­ния, небольшие габаритные размеры, удобство промежуточной разгрузки, герметичность, что особенно важно при перемещении пылящих, горячих и остропахнущих грузов. Недостатками винтовых конвейеров являются свя­занный со способом перемещения высо­кий удельный расход энергии, значи­тельное истирание и измельчение груза, повышенный износ винта и желоба, а также чувствительность к перегруз­кам, ведущая к образованию внутри же­лоба (особенно у промежуточных под­шипников) скопления грузов.

В данном случае применяется горизонтальный винтовой конвейер.

Горизонтальный (или пологонаклонный) винтовой конвейер состоит из винта в виде расположенно­го в подшипниках продольного вала с укрепленными на нем винтовыми вит­ками, желоба с полуцилиндрическим днищем, в котором винт размещен соосно, и привода (электродвигатель и ре­дуктор), вращающего винт. Насыпной груз подается в желоб через одно или несколько отверстий в его крышке и при вращении винта скользит вдоль желоба, подобно тому, как движется по винту гайка, удерживаемая от совмест­ного с ним вращения. Совместному вра­щению груза с винтом препятствует си­ла тяжести груза и трение его о желоб. Разгрузка желоба производится через одно или несколько отверстий в днище, снабженных затворами.

Винт конвейера выполняют с правым или левым направлением спирали, одно-, двух- или трехзаходным. По­верхность винта может быть сплошной, ленточной или прерывистой в виде от­дельных лопастей фасонной формы. Винт со сплошной поверх­ностью применяют преимущественно при перемещении сухого мелкозерни­стого и порошкового насыпного груза, не склонного к слеживанию; с ленточ­ной, лопастной и фасонной — при пере­мещении слеживающихся грузов. Кроме того, лопастный и фасонный винты ис­пользуют в тех случаях, когда при пере­мещении груза должен быть выполнен еще и определенный технологический процесс, например интенсивное переме­шивание.

Витки полностенного и ленточного винта изготовляют штамповкой из стального листа или полосы, а затем приваривают к валу. Спираль ленточно­го и лопасти лопастного винта укре­пляют на стерженьках, пропускаемых через просверленные в валу отверстия.

Вал винта, состоящий для удобства сборки из отдельных секций, может быть сплошным или трубчатым. Труб­чатые валы имеют меньшую массу, и их более удобно скреплять между собой с помощью вставляемых по концам ко­ротких соединительных валиков. Вал винта лежит в промежуточных и кон­цевых подшипниках. Промежуточные подшипники подвешиваются сверху на укрепленных на желобе поперечных планках. Они должны иметь по возмож­ности малые диаметр и длину (так как витки винта на эту длину приходится прерывать), а также надежное уплотне­ние во избежание загрязнения частица­ми груза. Нередко это подшипники скольжения, в которых вращаются со­единительные валики. Смазка к под­шипникам подводится по трубкам от пресс-масленок, расположенных сверху на планках. Концевые подшипники укрепляют в торцовых стенках желоба. Один из них делают упорным и устана­вливают обычно со стороны, в которую перемещается груз, для восприятия дей­ствующей вдоль вала осевой растяги­вающей силы.[3]
4.2 Расчет параметров питателя

По данным разрабатываемой печи, установим, что производительность печи 25 кг/ч, длина конвейера 2 м, транспортируемый материал – базальт.

Производительность винтового конвейера рассчитывается по формуле:

, (1)

где D – диаметр винта, м;

t – шаг винта, м;

п – частота вращения винта, об/мин;

ρ – плотность транспортируемого материала, т/м3;

С – поправочный коэффициент, зависящий от угла наклона конвейера β, при β = 0º ,принимаем С = 1;

ψ – коэффициент наполнения поперечного сечения винта, ψ = 0,125 [4].

В нормальных условиях работы рекомендуется шаг винта t принимать равным диаметру винта D [4]. Плотность базальта берем из справочника ρ = 20 кг/м3. Рекомендуемое число оборотов винта выбираем по ГОСТ 2037-65 п = 50 об/мин.

Из формулы (1) получим формулу для расчета диаметра винта:

(2)

.
Определение мощности на валу винта

Мощность на валу винта определяют по формуле [3]:

, (3)

где L_Г – горизонтальная проекция длины конвейера, м;

W – опытный коэффициент сопротивления при движении груза по желобу [3], W = 4;

k – коэффициент, учитывающий характер перемещения винта, k = 0,2;

qК – погонная масса вращающихся частей конвейера, кг/м;

 – осевая скорость движения груза, м/с;

В – коэффициент сопротивления движению вращающихся частей конвейера, при подшипниках качения В = 0,08.

(4)



(5)




Определение мощности и выбор электродвигателя

Мощность двигателя определяется с учетом КПД механизма:

, (9)

где  – механический КПД привода

, (10)

где h_м – кпд муфт, hм.=0,98;

h_ред – кпд двухступенчатого редуктора, h_ред= 0,96.




По ГОСТ 19523-81 выбираем асинхронный электродвигатель типа: 4АМ80А6У3 с номинальной мощностью 0,75 кВт и асинхронной частотой вращения n_дв.ном.= 1000мин^-1.

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

5.1 Мероприятия по оздоровлению условий труда

Создание здоровых условий труда при плавлении в ванной печи обеспечивается устройством вентиляции и проведением комплекса следующих мероприятий.

На колошниковых площадках, изолированных от других участков плавильного отделения, оборудуют общеобменную вентиляцию в виде вытяжки через открывающиеся окна, у загрузочных окон плавильной печи устраивают установки воздушного душирования и индивидуальные вытяжные зонты. Установки воздушного душирования устанавливают также на участках обслуживания печи, т. е. у желоба выдачи расплава. Участки сушки и подогрева разливочных ковшей снабжают системой общеобменной вентиляции, а также зонтами с механической вытяжкой теплого воздуха и газов.

В плавильных отделениях цехов широко применяют прогрессивные методы плавки в среде нейтральных газов и используют усовершенствованные конструкции ванных печей. Такие вагранки отличаются малым выделением тепла и газа.

При плавлении базальта применяется также ряд специальных мер, направленных на сохранение здоровья работающих. К ним относятся особый режим труда, при котором работа в течение смены чередуется с перерывами для отдыха в специально оборудованных комнатах, внеочередное снабжение рабочих путевками в санатории и дома отдыха и др. Рабочие плавильных отделений имеют право выхода на пенсию по достижении 50-летнего возраста.
5.2 Правила безопасного проведения работ

Безопасность труда при плавке базальта обеспечивается правильной эксплуатацией ванной печи и подъемно-транспортного оборудования, точным, соблюдением технологических режимов, подготовки печи к работе и плавки базальта. Нарушение этих условий может привести к серьезным авариям, взрыву и выводу из строя оборудования, стать причиной очень серьезных травм.

Учитывая это, при плавлении в ванных печах проводят следующий комплекс мероприятий:

- для снижения загазованности и предупреждения возможности взрыва вагранки снабжают пылеочистными устройствами и системами дожигания отходящих газов;

- чтобы обеспечить оптимальный режим плавки, плавильные установки оборудуют центральными пультами, имеющими аппаратуру контроля и корректирования параметров плавильных процессов;

- процессы загрузки базальта в ванную печь выполняются специальными автоматически действующими механизмами;

- при ремонте ванной печи температура в рабочем пространстве печи не должна превышать 50°С, для освещения используют только низковольтные (12 В) переносные лампы с бронированным проводом и защитной сеткой, после каждого ремонта тщательно контролируют качество его выполнения и полноту просушки футеровки рабочего пространства и желоба ванной печи;

- безопасность выдачи расплава из ванной печи достигается тщательной подготовкой и просушкой футеровки желоба ванной печи и разливочных ковшей;

- особое внимание обращают на состояние полов участков разливки и подготовку инструментов, так как ожоги рабочих чаще всего происходят искрами и брызгами расплава, образующимися при соприкосновении расплава с влагой пола, с влажным или ржавым инструментом;

- основным мероприятием по предупреждению травматизма при плавке базальта является снабжение рабочих специальной одеждой и средствами индивидуальной защиты.

Особая осторожность и соблюдение правил техники безопасности требуются при выпуске расплава из печи. При выполнении этой операции необходимо очистить площадку перед желобом от посторонних предметов, удалить от желоба посторонних людей, убедиться в готовности ковшей к приемке расплава, установить ковш точно под желоб так, чтобы струя расплава не лилась мимо ковша или на его борт.

Заполнять ковш расплавленным базальтом следует не более чем на 7/8 его высоты и так, чтобы уровень расплава в нем был ниже высоты кромки ковша не менее чем на 100 мм; летку вагранки следует заделывать глиняной пробкой, закрепленной на конце стальной штанги длиной не менее 1,8 м, пробки должны изготовляться из глины нормальной влажности и иметь правильную форму усеченного конуса, при выпуске расплава базальта запрещается стоять против летки или сбоку от нее.

Заключение

Для примера новых материалов возьмём одну из свежих разработок - регенерирующие маты. Они могут быть использованы для удаления излившихся нефтепродуктов с поверхности воды и почвы. Это волокнистый гидрофобизированный сорбент на основе базальтовых волокон, который обладает свойством почти полной регенерации. На практике это выглядит так: на месте, где по причине аварии была разлита нефть, повляется специальное спасательное судно и спускает на воду, покрытую нефтью, маты размером 1х5 м, которые сорбируют нефть. У них удивительная впитываемость: 10 кг сорбента вбирает до 500 кг нефтепродуктов. Затем, простым отжиманием (допустим, через валки или центрифугу) нефть сливается, причем она сохраняет все свои свойства и ее можно пускать в производство. Маты можно применять не только на воде, но и на почве. Кроме того, такие маты долговечны и после выжигания могут быть использованы еще многократно. Таких примеров можно привести очень много. Мы находимся только в самом начале захватывающего пути, и впереди нас ждет много неожиданых открытий. Несмотря на трудности в работе, новые материалы продолжают исследовать вопросы, касающиеся молекулярного производства композиционных материалов. Цель такой работы — создание новых технологий и материалов с совершенно новыми уникальными свойствами, которые смогут изменить все наши представления о свойствах вещества, позволят строить до сих пор невиданные конструкции здании, инженерных сооружении. Новые виды транспорта сделают наши путешествия более комфортными, быстрыми, безопасными. Благодаря будущим материалам, наши жилища станут удобнее, экологичнее, экономнее по энергопотреблению. Техника будущего, созданная из новых материалов по новым технологиям, позволит решать более сложные задачи по изучению и освоению окружающего нас мира.

Список использованной литературы

1. 
   Основы производства базальтовых волокон и изделий, – Д.Д. Джигирис, М. Ф. Махова, - Москва: «Теплоэнергетик», - 2002г.
   
2. 
   Металлургические печи, том 2 – А. И. Ващенко, М. А. Глинков, - Москва: «Металлургия», - 1964г.
   
3. 
   Транспортирующие машины, - А. О. Спиваковский, В. К. Дьячков, - Москва: «Машиностроение», - 1983г.
   
4. 
   Машины непрерывного транспорта, - Зенков Р.Л., Ивашков И.И., Колобов Л.Н., - Москва: «Машиностроение», 1987г.
   

Приложения