способ получения стеклянных волокон одностадийным методом

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКЛЯННЫХ ВОЛОКОН ОДНОСТАДИЙНЫМ МЕТОДОМ путем подачи из фидера печи расплава стекла в фильерный питатель с горловиной, отличающийся тем, что расплав в горловине разделяют на несколько струй, выравнивают его вязкость, затем направляют на распределительный лоток, где доводят до выработочной вязкости 24 - 17, 150 - 80 Па с в зависимости от химического состава и распределяют равными порциями, каждая из которых питает отдельную группу фильер, образованную по крайней мере одним поперечным рядом фильерного поля.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам производства волокон из стекла и может быть использовано в промышленности стеклянного волокна, преимущественно для получения одностадийным методом волокон из тугоплавких, склонных к кристаллизации расплавов магнийалюмосиликатных и кальциймагнийалюмосиликатных стекол с пониженной теплопрозрачностью.

Известен способ производства стекловолокна по двухстадийной технологии, включающий плавление стекла, тепловую подготовку расплава стекла с последующей подачей его в зону формования. При этом тепловую подготовку расплава, который движется одним сплошным потоком, осуществляют по мере его перемещения из верхней зоны устройства в нижнюю [1].

Данный способ не обеспечивает гомогенизацию расплава и стабильный процесс выработки волокон, особенно из тугоплавких, склонных к кристаллизации расплавов стекол. Расплав стекла при перемещении из верхней зоны устройства в нижнюю не становится однородным, не освобождается от центров кристаллизации и газовых включений и характеризуется большим градиентом температур в горизонтальной и вертикальной плоскостях, т.к. он движется широким сплошным потоком и недостаточно прогревается.

Таким образом, расплав стекла оказывается неподготовленным к формованию волокна вследствие его негомогенности. Указанные обстоятельства приводят к повышению обрывности волокон при выработке, нестабильности процесса формования и снижению производительности.

Известен способ плавления стекла, включающий тепловую подготовку расплава стекла в течение 2,5 ч при вязкости 15-20 Пас с последующей подачей его в зону формования [2].

Известен также способ, согласно которому в период тепловой подготовки поток расплава разделяют на периферийный и центральный, при этом периферийный поток дополнительно подогревают до вязкости 8-6 Пас, а центральный выдерживают при вязкости 13-8 Пас в течение 5-30 мин. Этот способ по сравнению с вышеуказанными позволяет более полно осуществить гомогенизацию расплава [3].

Однако недостаток его заключается в необходимости подогрева расплава до слишком низких значений вязкости, соответствующих высоким температурам, которые приводят к уменьшению срока эксплуатации устройства для реализации этого способа. Кроме того, из-за недостаточной гомогенизации расплава не представляется возможным повысить производительность процесса формования в связи с появлением обрывности волокон.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ получения стеклянных волокон одностадийным методом путем подачи из фидера печи расплава стекла посредством струйного питателя в фильерный питатель общим потоком [4].

Данный способ, как и предыдущие, не обеспечивает гомогенизацию расплава и стабильный процесс выработки волокон, особенно из тугоплавких, склонных к кристаллизации расплавов стекол.

Целью изобретения является повышение производительности способа получения волокон из стекла путем улучшения гомогенизации расплава стекла и сокращения времени его тепловой подготовки до выработочной вязкости.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения стеклянных волокон одностадийным методом путем подачи из фидера печи расплава стекла в фильерный питательный с горловиной расплав в горловине разделяют на несколько струй, выравнивают его вязкость, затем направляют на распределительный лоток, где доводят до выработочной вязкости 24-17, 150-80 Пас в зависимости от химического состава и распределяют равными порциями, каждая из которых питает отдельную группу фильер, образованную, по крайней мере, одним поперечным рядом фильерного поля.

На чертеже изображена схема распределения потоков расплава стекла (стрелками показано направление перемещения струй расплава, на которые разделен общий поток).

Разделение общего потока 1 расплава стекла на несколько струй 2 при заданном общем его расходе обеспечивает уменьшение массы расплава в каждой струе по сравнению с массой в общем потоке, позволяет прогревать расплав при более низких теплозатратах, ускоряя при этом процесс газоотделения и сокращая время гомогенизации, что существенно сказывается на снижении обрывности волокон в процессе их формования и повышении производительности.

Выравнивание вязкости расплава происходит путем перемешивания центральной части общего потока 1, имеющей более низкую вязкость, с его менее нагретой периферийной частью за счет отражения центральной части потока 1 от распределительного конуса с отверстиями, вмонтированного в горловину устройства, и разделения ее на несколько отдельных струй, расположенных в периферийной части, что позволяет уже на первом участке (горловине) перемещения расплава в устройстве ускорить его гомогенизацию, способствуя уменьшению обрывности волокон при формовании и повышению производительности процесса.

Выровненный по вязкости расплав направляют на распределительный лоток с отверстиями, где в зависимости от химического состава доводят до выработочной вязкости в пределах 24-17; 150-80 Пас, дополнительно гомогенизируют и распределяют равными порциями 3, каждая из которых питает отдельную группу фильер, образованную, по крайней мере, одним поперечным рядом фильерного поля (не показано).

Особо следует отметить, что в способе получения волокон из стекла повышение производительности процесса достигается как за счет улучшения гомогенизации расплава, так и за счет увеличения количества фильер в устройствах, используемых для реализации этого способа, т.к. представляется возможным сократить время гомогенизации и, следовательно, увеличить количество расплава, подготавливаемого к формованию в единицу времени, снижая тем самым удельный расход драгметалла на производство единицы продукции. При этом возрастает срок эксплуатации устройства, т.к. процесс гомогенизации расплава стекла проводят при более низких температурах по сравнению с прототипом.

Все примеры были реализованы на специально разработанном для этой цели 400-фильерном питателе, обеспечивающем в сочетании со струйным питателем получение одностадийным методом волокон из тугоплавких, склонных к кристаллизации расплавов магнийалюмосиликатных и кальциймагнийалюмосиликатных стекол с пониженной теплопрозрачностью.

Техническая характеристика фильерного питателя Количество фильер 400

Диаметр фильеры, мм 0,9-1,1;

1,4-1,7

Высота питателя (от филь-

ерной пластины до перекрытия), мм 84

Ширина фильерной пластины, мм 72

Расстояние между торо- выми стенками пита- теля, мм 302 Масса питателя, г 2900

Марка сплава, из кото-

рого сделан питатель ПлРдРу35-0,1

Диаметр фильеры выбирают в зависимости от химического состава и выработочной вязкости используемого стекла, а также от требуемой линейной плотности вырабатываемой комплексной нити.

Технологические параметры процесса формования волокон, такие как температура и вязкость расплава, определяют с помощью приваренных к корпусу устройств термопар и введения их в исследуемые зоны.

П р и м е р 1. Расплав магнийалюмосиликатного стекла подают из фидера печи посредством струйного питателя в фильерный питатель общим потоком, который в горловине питателя разделяют на несколько струй, выравнивая его вязкость, затем направляют на распределительный лоток, где доводят до выработочной вязкости 24 Пас, дополнительно гомогенизируют и распределяют равными порциями, каждая из которых питает отдельную группу фильер, образованную одним-тремя поперечными рядами фильерного поля.

Реализация условий примера 1 приводит по сравнению с прототипом к повышению производительности в 1,1 раза.

П р и м е р 2. По примеру 1 расплав доводят до выработочной вязкости 17 Пас, реализация условий примера 2 приводит к повышению производительности в 1,15 раза.

П р и м е р 3. По примеру 1 расплав доводят до выработочной вязкости 20,5 Па с. Процесс получения стеклянного волокна по примеру 3 является наиболее стабильным, обрывность волокон не наблюдается, что свидетельствует о достаточной гомогенизации расплава, освобождении его от свили, химической и термической неоднородностей и газовых включений и приводит к повышению производительности в 1,2 раза.

П р и м е р 4. По примеру 1 расплав кальциймагнийалюмосиликатного стекла доводят до выработочной вязкости 150 Пас. Реализация условий примера 4 приводит по сравнению с прототипом к повышению производительности в 1,1 раза.

П р и м е р 5. По примеру 1 расплав кальциймагнийалюмосиликатного стекла доводят до выработочной вязкости 80 Пас. Реализация условий примера 5 приводит к повышению производительности в 1,15 раза.

П р и м е р 6. По примеру 1 расплав кальциймагнийалюмосиликатного стекла доводят до выработочной вязкости 115 Пас. Реализация условий примера 6 приводит к повышению производительности в 1,2 раза.

Выход за верхний и нижний пределы указанных параметров не будет способствовать достижению поставленной цели.

Если расплавы магнийалюмосиликатного и кальциймагнийалюмосиликатного стекол довести до вязкости соответственно более 24 и более 150 Пас, то из-за высокой вязкости расплавов не происходит их гомогенизация, расплавы не успевают освободиться от свили, химической и термической неоднородностей и газовых включений, что приводит к повышению обрывности волокон при выработке, нестабильности процесса формования и снижению его производительности. С другой стороны, если указанные расплавы стекол довести до вязкости соответственно менее 17 и менее 80 Пас, то из-за низкой вязкости расплавов при высоких температурах происходит смачивание и затекание фильерной пластины стекломассой магнийалюмосиликатного состава, что приводит к нарушению равномерности ее разогрева, резкому увеличению обрывности волокон, снижению производительности процесса выработки волокон и значительному сокращению срока эксплуатации фильерных питателей из-за чрезмерно высокой температуры их эксплуатации при выработке указанных составов стекол.

Таким образом, изобретение позволяет существенно увеличить объем расплава стекла, подготавливаемого к формованию в единицу времени, что обеспечивает возможность применения фильерных питателей с увеличенным количеством фильер.

Проверка изобретения при выработке непрерывных волокон из магнийалюмосиликатных и кальциймагнийалюмосиликатных стекол показала, что произво- дительность процесса производства волокон увеличилась в 1,1-1,2 раза по сравнению с прототипом.