CHƯƠNG 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU CÓ
4.1. BÔNG KHOÁNG
4.1.5. Các phương pháp chế biến chất nung chảy thành sợi
chảy thành sợi
Hiện nay trong công nghiệp sử dụng nhiều phương pháp chế biến chất nung chảy thành sợi khác nhau. Các phương pháp đó được chia thành 3 nhóm chính:
+ Phương pháp thổi: có 2 dạng - Phương pháp thổi ngang;
- Phương pháp thổi dọc khuôn kéo. + Phương pháp quay ly tâm;
+ Phương pháp tổ hợp: có 2 dạng - Phương pháp thổi – quay ly tâm;
a) Phương pháp thổi
• Phương pháp thổi ngang
Phương pháp thổi ngang, dòng chất nung chảy khi ra khỏi thùng tiếp liệu gặp dịng khơng khí, hơi nước hay hỗn hợp khơng khí và hơi nước,
có tốc độ 400 – 800 m/s tác dụng gần như vng góc với dịng chất nung chảy sẽ bị kéo thành sợi mảnh. Trong phương pháp thổi ngang, góc tác dụng của dịng chất khí, α = 15 – 20o. Chi phí hơi nước, có áp suất dư dưới 0,6 MPa khoảng 1 – 1,45 tấn cho 1 tấn bơng thủy tinh. Chi phí khơng khí nén từ 1000 – 3500m3 cho 1 tấn bông các loại. Năng suất của thiết bị theo phương pháp này có thể đạt 2 tấn giờ và 1 tấn chất nung chảy tạo ra được 800 – 900kg bơng khống có khối lượng thể tích γo = 160 – 260kg/m3. Bơng khống chứa sơi có đường kính 5 - 7μm, dài 6 – 10mm. Hàm lượng tạp chất, thành phần không phải là sợi chiếm 64 – 73%
Thời gian chất nung chảy chuyển từ trạng thái chảy lỏng sang trạng thái nhớt và dẻo đàn hồi khoảng 0,007 – 0,009s, trên quãng đường 30 – 40cm. Vận tốc trung bình của sợi khoảng 45m/s. Trong phương pháp thổi ngang, quá trình tạo sợi diễn ra trong thời gian ngắn.
• Phương pháp thổi dọc khn kéo
Phương pháp này dòng chất nung chảy chảy qua các lỗ khuôn kéo khoan xuyên qua tấm platin – rơđi và rơi vào vùng tác động của dịng hơi nước hoặc khơng khí từ các họng thổi. Năng suất của thiết bị tạo sợi có thể
đạt 600kg/h. Bơng khống được chế tạo theo phương pháp này chứa một lượng rất nhỏ tạp chất khơng phải là sợi, khối lượng thể tích đạt khoảng 40 – 90kg/m3. Đường kính trung bình của sợi bơng khống khoảng 7μm, cịn sợi thủy tinh 12μm, chiều dài của sợi tương ứng 9 – 27mm và 50 – 80mm. Cứ 1 tấn bơng khống cần chi phí 2,5 – 9 tấn hơi nước hoặc 2500 – 13400m3 khơng khí.
b) Phương pháp quay li tâm
Chất nung chảy khi ra khỏi thiết bị nung sẽ rơi lên bề mặt của trục ly tâm thứ nhất có đường kính 150mm quay với tốc độ 3000v/ph. Vận tốc
dài của trục là 24m/s. Trục này có vai trị biến chất nung chảy thành màng mỏng hoặc các giọt bắn lên bề mặt của trục ly tâm thứ hai có đường kính 200mm quay với vận tốc 3500v/ph.Vận tốc dài là 37m/s. Tiếp sau trục 2 là trục ly tâm thứ 3 có đường kính 250mm,quay với vận tốc 4500v/ph, tương đương vận tốc dài 59m/s. Trục thứ 4 của cụm tạo sợi có đường kính bằng 250mm, quay với vận tôc 5000v/ph, tương đương vận tốc dài 65m/s. Sau khi được tạo, sợi sẽ giảm dần tốc độ và bị quạt hút vào buồng lắng sợi. Tại đây sợi sẽ lắng xuống bề mặt băng tải lưới. Các tạp chất không phải sợi rơi xuống bề mặt thiết bị vận chuyển (băng tải tấm, vít tải hoặc xe skip), sau đó được đưa ra khỏi phân xưởng. Năng suất của thiết bị tạo sợi dạng này đạt trên 2,5tấn/h. Chi phí điện năng khoảng 10kWh cho 1 tấn bông khống. Mỗi tấn chất nung chảy có thể chế tạo được 700kg bơng khống, có chứa 13% tạp chất có đường kính lớn hơn 0,25mm. Khối lượng thể tích của bơng khống đạt 90kg/m3 và đường kính sợi xấp xỉ 7μm.
c) Phương pháp tổ hợp
• Phương pháp thổi – quay ly tâm
Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi. Thiết bị dạng này có thể chế biến được 2,6 tấn chất nung chảy trong một giờ. Một tấn chất nung chảy
chế tạo được 750 – 780kg bơng khống có khối lượng thể tích 80 – 110kg/m3, với đường kính sợi trung bình 6,5 - 9μm, dài 18 – 23mm. Chi phí hơi nước khoảng 1,2 – 1,6 tấn hay 1400m3 khơng khí cho 1 tấn chất nung chảy
Dịng chất nung chảy, sau khi ra khỏi thùng cấp, chảy theo máng nghiêng có bộ phận làm nguội bằng nước được rót vào mặt trong của đĩa phân phối. Đĩa này quay với vận tốc 100 – 1160v/ph. Khi đĩa quay, chất nung chảy sẽ phân bố theo đường tròn dọc theo mép của đĩa quay dưới dạng màng, dịng hay giọt và nhờ có lực qn tính ly tâm chúng sẽ bứt ra khỏi mép đĩa quay. Sau đó chất nung chảy tiếp tục bị kéo thành sợi mảnh nhờ hơi nước hay khi nén thổi từ 80 họng thổi dạng hình cơn với đường kính phía trong 7mm đường kính ngồi 3mm. Họng thổi được gắn trên ống góp hình vành khăn chứa hơi nước áp suất dư 0,45 – 0,5MPa. Đĩa quay được đúc từ đồng đỏ liền khối dày 12mm hoặc từ thép. Đĩa quay có khoang làm nguội. Trục quay của đĩa là một ống đường kính 35 – 40mm, phía trong có ống bằng đồng dẫn nước làm nguội đến đĩa quay.
• Phương pháp thổi – quay ly tâm – khuôn kéo
Sơ đồ phương pháp này được biểu diễn trên hình 4.9. Cấu tạo gồm trục rỗng quay với vận tốc 3000v/ph. Phần dưới của trục rỗng loe rộng được khoan 5000 – 6000 lỗ có đường kính 1 – 2mm. Đầu loe của trục được đốt nóng bởi dịng khí đi ra từ họng thổi có nhiệt độ trên 1150oC và có hai lớp thành. Lớp ngồi từ hợp kim khó chảy, lớp trong từ hợp kim có khả năng chống ăn mịn bởi chất nung chảy và chịu mài mịn. Các lỗ khn kéo được khoan qua cả hai lớp. Đường kính phía trong 0,5 – 0,6mm và đầu ngồi là 1mm .