CN101522583A

CN101522583A - 具有冷却支承翼的衬套组件

Info

Publication number: CN101522583A
Application number: CNA2007800320120A
Authority: CN
Inventors: W·L·施特赖歇尔; T·L·安德森
Original assignee: OCV Intellectual Capital LLC
Current assignee: Owens Corning Intellectual Capital LLC
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2007-08-16
Publication date: 2009-09-02
Also published as: WO2008027200A1; RU2452697C2; RU2009111205A; CA2661088A1; BRPI0716051A2; TW200817296A; KR20090052863A; JP2010502543A; MX2009002142A; US20080053156A1; EP2069248A1

Abstract

一种用于由熔融的无机材料流生产连续细丝的装置，包括：用于供应熔融的玻璃流(13)的供给装置(12)；用于冷却所述熔融的玻璃流(13)的冷却翼(30)；以及用于支承所述供给装置(12)并冷却所述熔融的玻璃流(13)的冷却支承翼(40)。所述冷却支承翼(40)具有保持支承杆(70)以至少部分地支承所述供给装置(12)的开放的上部槽道(50)和构造成用于容纳冷却流体的封闭的下部槽道(60)。可选择地，构造成用于容纳冷却流体的通道(126)位于所述冷却支承翼(40)的下方。

Description

具有冷却支承翼的衬套组件

技术领域

本发明主要涉及一种用于生产连续纤维材料的装置，尤其是，涉及一种用于生产玻璃纤维的衬套。特别是，本发明涉及一种用于纤维衬套喷嘴板的冷却支承翼以及具有该冷却支承翼的纤维衬套组件。

背景技术

在连续玻璃纤维的生产中，形成物料组份的玻璃被加入到熔炉中，它们在熔炉中被加热到熔融状态。熔融的玻璃借助于诸如通道和前炉的玻璃输送系统从所述熔炉转移到一个或多个衬套组件中。每个衬套具有排列在喷嘴板上的多个喷嘴，熔融的玻璃流通过这些喷嘴借助于重力流动。这些玻璃流通过绕线机或类似装置被机械拔拉从而形成连续的玻璃纤维。

将所有的衬套顶端喷嘴通常设置在相同的水平面上是合适的。典型地，在所述喷嘴板下面设置有多个冷却翼片。所述冷却翼片在各排喷嘴板的喷嘴之间延伸。热量从所述喷嘴和玻璃流辐射且对流传递到冷却翼片，从而确保将熔融的玻璃流适当冷却成玻璃纤维。

发明内容

一种用于由熔融无机材料流生产连续细丝的装置，包括：供给装置，冷却翼和冷却支承翼。所述供给装置包括具有排出熔融无机材料流的孔的喷嘴板。所述冷却翼位于喷嘴板的下面以从熔融无机材料流中移去热量。所述冷却支承翼位于所述喷嘴板的下面。所述冷却支承翼至少部分地支承所述喷嘴板并且从所述熔融无机材料流中移去热量。每个冷却翼具有主体和支承杆，其中，所述主体具有保持与所述喷嘴板直接接触的支承杆的开放的上部槽道。

在某些实施例中，冷却支承翼的主体还具有封闭的下部槽道，用于容纳冷却流体源。在其它实施例中，在冷却支承翼之下设置有通道，用于容纳冷却流体源。

另外，在某些实施例中，冷却支承翼的主体由单件材料制成，并且所述支承杆由陶瓷材料制成。

当参照附图阅读时，根据下文详细描述的优选实施例，本领域的技术人员可更加清楚地理解本发明的各种目的和优点。

附图说明

图1为具有喷嘴板和冷却歧管的玻璃供给装置的侧视图，局部为剖视图，其中，所述冷却歧管包括冷却支承翼的一个实施例。

图2为沿着图1中线2-2的、显示根据一个实施例的与玻璃供给装置的喷嘴板支承接触的冷却支承翼的位置的视图，局部为剖视图。

图2A为图2中所示的冷却支承翼的放大图。

图3为具有喷嘴板和冷却歧管的玻璃供给装置的侧视图，局部为剖视图，显示了冷却支承翼的另一个实施例。

图4为沿着图3中线4-4的、显示根据另一个实施例的与玻璃供给装置的喷嘴板支承接触的冷却支承翼的位置的视图，局部为剖视图。

图4A为图4中所示的冷却支承翼的放大图。

图5为喷嘴板、具有附连在其上的冷却翼的冷却歧管和冷却支承翼的局部底视图。

具体实施方式

现在参考附图，图1显示了用于保持处于熔融状态的玻璃体11的衬套组件10。所述衬套组件10通过任何适合的装置例如玻璃熔融炉(未示出)被供给熔融的玻璃。所述衬套组件10包括衬套或玻璃供给装置12，该衬套或玻璃供给装置具有多个从喷嘴板(tip plate)16延伸的顶端或喷嘴14。

所述供给装置12通过电阻加热而被加热，并且在很多情况下在高于2300℉的温度下工作。每个喷嘴14限定有孔18，这样玻璃的熔流13从每个孔18排出以便变细形成纤维15。

在某些实施例中，所述喷嘴板16具有容易地可分数量的喷嘴14。例如，所述喷嘴板16可具有4000个喷嘴14；因此，所述衬套12可生产4000根细丝15。所述细丝15可被聚集成一股或多股(未示出)，它们以缠绕成捆的方式被收集。这些细丝15可以以离散数量收集(例如1000，2000，3000或4000)，以便生产用于不同用途的股。

一方面，由于本发明消除了下陷现象，因此提高了生产效率并且增加了衬套的寿命。另外，由于有能力制造比先前实践中更大的喷嘴板，因此允许在喷嘴板16中使用更多数量的喷嘴14。此外，由于减少了对用于喷嘴板的大范围的支承结构的需要，因此可以使用较少数量的昂贵合金。本发明使用了独特的冷却支承装置以便为喷嘴板提供支持，并且允许衬套的实际操作性能比当前“现有技术中”的衬套组件好。

为了提高对形成具有均匀尺寸和特性的玻璃细丝15的满意度，在工业中使玻璃在相对低的粘度下流过喷嘴14。另一方面，非常重要的是，要增加邻近喷嘴14外部的玻璃流13的粘度以便令人满意地由玻璃流13拉细出精细的细丝15。因此，如图5中所示，设置有冷却歧管20，用于将热量从玻璃流13中移去，从而增加玻璃的粘度。

所述冷却歧管20设置在玻璃供给装置12的喷嘴板16的下方。所述喷嘴14成排设置，因此熔融的玻璃流13也是成排的。如图2和5中所示，所述冷却歧管20包括多个传热部件30，这里通常称为冷却翼。

所述冷却翼30可被如此定位，从而它们被布置在各排喷嘴14之间以便使冷却效率最优。典型地，所述冷却翼30具有设置于它们之间的一排或两排喷嘴14。如图5中所示，每个冷却翼30具有熔接、焊接或以其它方式固定于所述歧管20上的第一端32和第二端34。

所述歧管20设置用于容纳循环冷却流体(未示出)。所述冷却翼30吸收或排出来自熔融玻璃流13的热量，并且由冷却翼30传递到歧管20的热量被循环冷却流体带走。在某些优选实施例中，所述冷却流体包括水，所述水可以在受控流速和预定成在所述冷却翼30和从喷嘴14排出的熔融玻璃流13之间形成所需要的温差的温度下流经所述歧管20。通过这种设置，热量从熔融玻璃流13中的排出或吸取增加了玻璃的粘度，从而提高了玻璃流的拉丝效率以形成良好的细丝15。

在某些实施例中，所述冷却翼30为实体的镀镍铜翼；然而，在另外的实施例中，所述翼可以具有冷却流体通道(未示出)。

当所述供给装置12相对较新时，所述喷嘴板，或喷嘴板16是直的并且所述冷却翼30与所述喷嘴14一致地对齐。从喷嘴14排出的玻璃流13因此具有均匀的粘度，因此生产出具有均匀性能的玻璃纤维15。然而，上述均匀的范围只有在供给装置寿命的早期阶段才会出现。当所述供给装置12已经工作了一段时间后，高温产生的应力、玻璃重量以及拉丝产生的张力使喷嘴板16开始下陷。喷嘴板16下陷的越多，翼区域或防护就越不平均。这样，喷嘴板14的热量降低了喷嘴板材料14的结构特性。玻璃静压力产生的应力、重力和成型张力使形成喷嘴板16的合金材料产生高温蠕变。这种合金蠕变使喷嘴板16变形，使它向下陷。随着所述喷嘴板16下陷，喷嘴14呈现出不同的取向。因此，一些喷嘴14比其它喷嘴更接近某些冷却翼30。

在过去，为了补偿喷嘴板的变形下陷，不得不停止细丝的生产过程，并且必须将冷却翼30降低到最下部的喷嘴14的底部。因此，所述冷却翼30距离所有的喷嘴14不是等距离的。所以，一些喷嘴14太靠近所述冷却翼30并因此太冷；而一些喷嘴14距离30冷却翼太远并因此太热。如果移动的喷嘴14太冷，那么生产出的纤维15的直径减小。直径的减小与随后成形张力的增加通常会导致成形纤维的断裂。如果喷嘴14太热，玻璃的流速就会不希望地增加以及粘度减小，这随后导致了常常使玻璃纤维断裂的流速不稳定性。断裂是由喷嘴14形成的纤维15的中断或分离。所述断裂需要所有的纤维断开，最终使全部纤维成形中断。最终的结果是暂时生产损失并且形成了废料纤维。

高温还产生了另外一个问题。例如，当生产高温纤维产品时，例如由美国俄亥俄州托莱多市的Owens Corning生产的Advantex

玻璃纤维产品，衬套必须被加热到比在其它玻璃成形生产中的温度更高的温度，这进一步威胁了喷嘴板16的完整性，从而进一步减少了衬套12的预期寿命。由于用昂贵的新衬套更换损坏的衬套，因此短的衬套寿命使生产损失更高。衬套的更换工序需要生产中断至少一个轮班。

另一个与短的衬套寿命有关的问题在于，在衬套寿命的末期，衬套被切开、精炼并且用于制造一个新的衬套。这种方法需要大量人力并且损失了部分珍贵资源。

在本发明中，冷却翼40用于至少部分支承喷嘴板16，因此延长了它的使用寿命，同时提供了相当均匀的玻璃细丝15。另外，冷却支承翼40允许在喷嘴板16中使用更多数量的喷嘴14。

图1显示了设置在外部以便从下面支承所述喷嘴板16从而防止所述喷嘴板16变形的冷却支承翼40。在本发明预期的范围中，可以使用一个以上的冷却支承翼40来支承喷嘴板16；然而，为了解释的目的，只显示了一个冷却支承翼40。

所述冷却支承翼40包括第一端42和相对的第二端44。如图1中所示，每个冷却支承翼40连接在相对的导管26和28上，与它们处于热传导关系。所述导管26和28设置用于容纳循环冷却流体(未示出)。

如图2和2a中最好地所示，所述冷却支承翼40包括主体46和支承杆70。在某些实施例中，支承杆70包括电和热的绝缘材料。在某些实施例中，所述支承杆70具有基本矩形的形状。已经发现，特别有用的支承杆70可以由陶瓷材料，例如氧化铝材料制成，这种材料具有所需要的强度，不太易碎。

冷却支承翼40的主体46包括开放的上部槽道50和封闭的下部槽道60。所述开放的上部槽道50由纵向延伸的并且相对的壁52，54以及底表面56限定。所述开放的上部槽道50的壁52，54以及底表面56构造成用于保持支承杆70。

封闭的下部槽道60位于开放的上部槽道50的下方，这样开放的上部槽道50通过主体46的中间段48与封闭的下部槽道60分开。

所述封闭的下部槽道60由纵向延伸的壁，如图2a中所示的壁62，64，66和68限定。所述封闭的下部槽道60可具有其它适合的形状。所述封闭的下部槽道60在冷却支承翼40的第一端42和第二端44之间纵向延伸。所述封闭的下部槽道60构造成接受基本连续流动的冷却流体(未示出)。

冷却流体借助于与冷却支承翼40的第一端42连接的相应第一导管26通过封闭的下部槽道60供给。冷却支承翼40的第二端44与相应的第二导管28接触，从而冷却流体可从封闭的下部槽道60排出。

在图1和2所示的实施例中，所述支承杆70与喷嘴板16的底表面17接触，并且用作喷嘴板16的支承件。如图2中所示，所述支承杆70具有接触并支承喷嘴板16外部底表面17的上表面72。所述支承杆70还具有放置在开放的上部槽道50的底表面56上的下表面74。在一些其它的实施例中，在支承杆70和喷嘴板16的底表面17之间可设置有垫片。

在某些实施例中，所述冷却支承翼40由单件材料例如金属制成，这样限定了开放的上部槽道50的壁52，54和底表面56、所述主体46，和封闭的下部槽道60的壁62，64，66和68被形成为单件。

再次参考图5，显示出冷却支承翼40和连接至歧管20上的多个冷却翼30一起被安装在衬套组件10上。当支承杆40与喷嘴板12接触并且不能移动时，冷却翼30可被移近或远离所述喷嘴板12以便调节纤维码数。

冷却支承翼40从玻璃流13中吸收或排出热量，由冷却支承翼40传导到所述导管28的热量被循环冷却流体带走。通过这种设置，由冷却支承翼40从玻璃流13中吸收或提取的热量也增加了玻璃的粘度，从而提高了由玻璃流拉细成精细的细丝15的效率。

在某些实施例中，开放的上部槽道50包括冷却支承翼40的主体46的高度的大约10％至约50％，这样主体46的中间段48包括冷却支承翼40的高度的至少约50％至约90％。另外，在某些实施例中，所述封闭的下部槽道60具有一高度，该高度为冷却支承翼40的主体46的高度的约20％至约50％。例如，所述开放的上部槽道50可具有相对的侧壁52和54，所述侧壁被构造成在开放的上部槽道50中固定底部部分，例如支承杆70的下半部。另外，其它适合的构型落在本发明的预期范围内。

在某些其它有用的构型中，所述开放的上部槽道50包括主体46的高度的约5％至约10％，所述中间段48包括主体46的高度的至少约60％至约70％，所述封闭的下部槽道60包括主体46的高度的约15％至25％。例如，所述开放的上部槽道50的相对侧壁52和54可具有约0.06至约0.18英寸之间的高度。所述支承杆70可具有约0.12至约0.38英寸之间的高度，这样支承杆70的至少下半部被固定于开放的上部槽道50内。所述开放的上部槽道50可具有约0.06至约0.12英寸之间的截面宽度。在所述开放的上部槽道50和封闭的下部槽道60之间延伸的中间段48可具有约0.50至约1.5英寸的高度。另外，所述封闭的下部槽道60可具有约0.06至约0.12英寸之间的截面宽度和约0.12至约0.5英寸之间的高度。此外，其它适合的构型也落在本发明预期的范围内。

在某些衬套组件中，所述冷却支承翼40在下方均匀地间隔开并且与喷嘴板16的外部底表面17支承接触。此外，在某些衬套组件中，冷却支承翼40可具有与冷却翼30基本相同的截面宽度。例如，在某些实施例中，所述衬套组件10可包括42个冷却翼和3个冷却支承翼40。这种实施例，例如可具有11个冷却翼、第一冷却支承翼、10个冷却翼、第二冷却支承翼、10个冷却翼、第三冷却支承翼和11个冷却翼的模式。其它有用的构型也落在本发明可预期的范围内。

图3和图4显示了其它实施例，其中冷却支承翼140具有第一端142和相对的第二端144。为了容易说明，与图1和图2中相同的部件采用相同的附图标记。

冷却歧管120延伸越过在喷嘴14之间的玻璃供给装置12的喷嘴板16。如图4所示，所述冷却歧管120包括多个传热部件130，这里通常称作冷却翼。所述冷却翼130可将所述喷嘴14和玻璃流13分成多种结构。典型地，所述冷却翼130具有设置它们之间的一排或两排喷嘴14。每个冷却翼130被熔接、焊接或以其它方式固定在歧管120上，该歧管120设置用于容纳循环冷却流体(未示出)。

如图3中所示，每个冷却支承翼140被熔接、焊接或以其它方式固定在纵向延伸的通道126上，并与该通道126处于热传导关系。

所述通道126被设置在冷却支承翼140下面并与该冷却支承翼140触摸接触。在某些实施例中，所述通道126例如通过焊接或软焊被熔接到冷却支承翼140上。所述通道126在冷却支承翼140的第一端142和第二端144之间延伸。所述通道126设置用于容纳循环冷却流体(未示出)。

如图4和4a中最好所示，所述冷却支承翼140包括主体146和支承杆170。在某些实施例中，所述支承杆170包括电和热的绝缘材料。在某些实施例中，所述支承杆170具有基本矩形形状。已经发现，特别有用的支承杆可由诸如氧化铝材料的陶瓷材料制成，这种材料具有所需要的强度，而且不易碎。

所述冷却支承翼140的主体146包括由纵向延伸并且相对的壁152，154和底表面156限定的开放的上部槽道150。所述开放的上部槽道150的壁152，154和底表面156构造成用于保持支承杆170。

冷却支承翼140中的支承杆170与喷嘴板16的底表面17直接接触，以用作喷嘴板16的支承件。

如图4中所示，所述支承杆170具有接触并支承喷嘴板16的外部底表面17的上表面172。所述支承杆170还具有放置在开放的上部槽道150的底表面156上的下表面174。

在某些实施例中，所述开放的上部槽道150包括冷却支承翼140的高度的约15％至约25％。另外，在某些实施例中，包括主体146和壁152，154的所述冷却支承翼140由单件材料，例如金属制成。也就是说，限定开放的上部槽道150的壁152，154和底表面156以及主体146被制成单件。

所述冷却支承翼140从熔融玻璃流13吸收或排出热量，以及通过冷却支承翼140传导到下部通道126的热量被循环冷却流体带走。通过这种设置，由冷却支承翼140从熔融玻璃流13排出或提取的热量也增加了玻璃的粘度，从而提高了由玻璃流拉细成精细的细丝15的效率。

在某些实施例中，所述开放的上部槽道150包括冷却支承翼140的高度的约10％至50％，这样所述主体46包括冷却支承翼140的高度的至少约50％至90％。例如，所述开放的上部槽道150可具有相对的侧壁152和154，所述侧壁构造成为将所述支承杆170的至少下半部固定在所述开放的上部槽道150内。其它有用的构型也落在本发明预期的范围内。

在某些其它有用的构型中，所述开放的上部槽道150包括所述冷却支承翼140的高度的约5％至约10％。例如，在某些有用的构型中，所述开放的上部槽道150的相对侧壁152和154可以具有约0.06至约0.18英寸之间的高度。所述支承杆170可以具有约0.12至约0.38英寸之间的高度，这样所述支承杆170的至少下半部被固定在所述开放的上部槽道150内。所述开放的上部槽道150可以具有约0.06至约0.12英寸之间的截面宽度。

在某些衬套组件中，所述冷却支承翼140在喷嘴板16的外部底表面17下面均匀间隔开并且与该喷嘴板16的外部底表面17支承接触。另外，在某些衬套组件中，冷却支承翼140可以具有与冷却翼130基本相同的截面宽度。

上文中对本发明优选和可替换的实施例的描述用于解释的目的，并不用于限定所附权利要求的内容和范围。

根据本发明公开的内容，本文要求和公开的所有方法和组成可被制造和实现，而不需要过度实验。虽然已经根据前述阐释性实施例对本发明的方法和组成进行了描述，但是可应用于本文描述的组成和/或方法的改变、变化、修改和替换对于本领域的技术人员来说是显而易见的，没有背离本发明的真正思想、精神和范围。

Claims

1、一种用于由熔融的无机材料流生产连续细丝的装置，包括：

(i)供给装置，其构造成为容纳熔融的无机材料，并且具有喷嘴板，所述喷嘴板具有构造成用于排出熔融的无机材料流的孔；

(ii)冷却翼，其位于所述喷嘴板的下面，并且与所述喷嘴板间隔开，所述冷却翼构造成用于从所述熔融流中移去热量；和

(iii)冷却支承翼，其位于所述喷嘴板的下面，所述冷却支承翼构造成用于至少部分地支承所述喷嘴板以及从所述熔融流中移去热量；

其中，所述冷却支承翼具有主体和支承杆，该支承杆位于所述主体的上方以至少部分地支承所述喷嘴板，所述主体具有构造成用于保持所述支承杆的开放的上部槽道，所述主体还具有用于容纳冷却流体源的封闭的下部槽道。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支承杆与所述喷嘴板直接接触。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷却支承翼的主体由单件金属制成。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述封闭的下部槽道具有一高度，该高度是冷却支承翼的主体的高度的约20％至约50％。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支承杆包括陶瓷材料。

6、根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述陶瓷材料包括氧化铝。

7、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷却支承翼中的开放的上部槽道具有用于将一部分支承杆固定在所述开放的上部槽道内的相对的侧壁。

8、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷却支承翼在喷嘴板下面均匀地间隔开。

9、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷却支承翼具有与所述冷却翼基本相同的截面宽度。

10、一种用于由熔融的无机材料流生产连续细丝的装置，包括：

其中，所述冷却支承翼具有主体和支承杆，该支承杆位于所述主体的上方以至少部分地支承所述喷嘴板，所述主体具有构造成用于保持所述支承杆的开放的上部槽道，以及

(iv)位于所述冷却支承翼下方的通道，所述通道构造成用于容纳冷却流体源。

11、根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述冷却支承翼的主体由单件金属制成。

12、根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述冷却支承翼的主体包括该冷却支承翼的高度的至少约50％至约90％。

13、根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述支承杆包括陶瓷材料。

14、根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述陶瓷材料包括氧化铝。

15、根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述冷却支承翼中的开放的上部槽道具有构造成用于将一部分支承杆固定在该开放的上部槽道内的相对的侧壁。

16、根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述冷却支承翼在喷嘴板的下方部均匀地间隔开。

17、根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述冷却支承翼具有与所述冷却翼基本上相同的截面宽度。

18、一种用于由熔融无机材料流生产连续细丝的方法，包括：

从供给装置的喷嘴板中的孔供应熔融无机材料流；

利用冷却翼和冷却支承翼以受控的速率移去热量；以及

利用冷却支承翼至少部分地支承所述喷嘴板；

其中，所述冷却支承翼具有主体和支承杆，该支承杆位于所述主体的上方以至少部分地支承所述喷嘴板，所述主体具有构造成用于保持所述支承杆的开放的上部槽道。

19、根据权利要求18所述的方法，其特征在于，位于冷却支承翼下方的通道容纳冷却流体源。

20、根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述冷却支承翼包括构造成用于容纳冷却流体源的封闭的下部槽道。