CN103011580A - 一种高强玻璃纤维池窑拉丝方法及其装置 - Google Patents

一种高强玻璃纤维池窑拉丝方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强玻璃纤维池窑拉丝方法及其装置，所述拉丝方法方法，包括将高强玻璃一次熔融后直接拉丝，所采用的加热方式为电容电极加热；所述装置包括顺序相接的投料装置、高温窑炉和高温作业通路，所述高温作业通路底部设有高温拉丝漏板，高温拉丝漏板底部设有与其相对应的拉丝机，所述高温窑炉内设有用来加热的电熔电极。本发明实现了一步法池窑拉丝生产方法，能耗低、污染小、效率高；采用电熔电极加热方式或电熔电极与顶置燃烧装置相结合的方式，加热效率高，可使高强玻璃液温度高达1500℃以上。

Description

一种高强玻璃纤维池窑拉丝方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种高强玻璃纤维池窑拉丝方法及其装置。
背景技术
高强玻璃纤维是用硅-铝-镁系统的玻璃拉制的玻璃纤维，与常规E玻璃纤维相比，新生态强度高25%以上，具有弹性模量高、刚性好、断裂伸长量大、抗冲击性能好、抗疲劳强等优异的机械性能，同时具有耐高温、耐腐蚀、介电常数低、耐辐射等优良的功能性。高强玻璃纤维产品主要应用于更高性能要求的玻璃纤维增强先进复合材料领域。
高强（HS）玻璃的主要成分中SiO2、Al2O3、MgO合量在92%以上，辅以少量助溶剂和澄清剂。该类玻璃具有熔化温度高、玻璃析晶上限温度高、析晶速度快等特点，因此在生产中，玻璃熔制和纤维成型难度均远远高于普通E玻璃纤维。
具体来说，在玻璃熔化方面，高强玻璃熔化温度比E玻璃纤维高150℃以上，通常高强玻璃中引入氧化铁、氧化钛等助剂（如高强HS玻璃），使玻璃颜色深，玻璃透热差，然而采用E玻璃纤维火焰辐射加热的方法难以达到熔制温度；在纤维成型方面，由于析晶上限温度和纤维成型温度比E玻璃纤维高200℃以上，纤维成型漏板温度高，更接近于铂铑合金熔点，漏板易变形，温差大，加之高强玻璃易析晶，难以实现多排多孔漏板规模化生产。
目前，高强HS玻璃纤维生产采用的方法为二步法。即将高强HS玻璃原料先行熔化成玻璃，并冷却制成玻璃球；然后，再投入到单个坩埚中，再次熔化成玻璃，然后流入每个坩埚底部设置的拉丝漏板，在拉丝机牵伸下拉制成高强HS玻璃纤维。其缺点是：
⑴能耗高，玻璃需要进行二次熔化，而且玻璃通过二次高温熔化后，带来大量耐火材料二次污染，影响拉丝效率；
⑵由于玻璃熔化和拉丝温度高，而坩埚热容量低，难以采用大流量漏板，单台坩埚的年生产能力仅能达到数十吨；
⑶由于坩埚拉丝过程中间断有冷玻璃球投入到坩埚内熔化，而坩埚热容量小，流入到漏板内的玻璃温度变化较大，不但影响玻璃液的温度均匀性，而且也会对纤维的质量带来较大影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强玻璃纤维池窑拉丝方法及其装置。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种高强玻璃纤维池窑拉丝方法，包括将高强玻璃一次熔融后直接拉丝，所采用的加热方式为电熔电极加热。
采用电熔电极加热可将玻璃一次熔融后直接拉丝，能耗低、产量大、产品质量高。
为了提高加热效率，使高强玻璃液表面和内部受热均匀，所采用的加热方式为电熔电极加热和表面火焰加热相结合的方式。
为了进一步提高加热效率，所述电熔电极为高纯度钼电熔电极，熔化部电极从窑炉底部插入，加热高强玻璃并将温度保持在玻璃析晶上限温度以上温度场分布。
为了提高产品质量，拉丝前去除高强玻璃液表面的生料和高强玻璃液底部的高温侵蚀物。
为保证生产的顺利进行，拉丝前用电熔电极加热至高强度玻璃液的温度为1500℃以上，高于高强玻璃的析晶上限温度并保持各拉丝区域温度场的均匀性，放置玻璃液在漏板处析晶。
漏板为生产玻璃纤维的必要装置，为了提高生产效率，拉丝所用漏板为400孔以上长期在高温下作业的拉丝漏板，孔径为0.9-2mm。
上述高强玻璃纤维池窑拉丝方法，通过采用电熔电极的加热方式，实现了高强玻璃纤维的一步法生产，即将玻璃一次熔融后直接拉丝，能耗低、产量大、产品质量高。
上述高强玻璃纤维池窑拉丝方法，可利用如下装置实现:
一种高强玻璃纤维池窑拉丝装置，包括顺序相接的投料装置、高温窑炉和高温作业通路，所述高温作业通路底部设有高温拉丝漏板，高温拉丝漏板底部设有与其相对应的拉丝机，所述高温窑炉内设有用来加热的电熔电极。
高强玻璃纤维生产需要1500℃以上，而现有的玻璃纤维制备工艺由于窑炉装置及加热方式的限制，无法实现对高强玻璃纤维的一步法制备，申请人经过研究发现，采用用本发明所属装置及电熔电极加热可使高强玻璃液的温度达到1500℃以上，可顺利实现高强玻璃纤维的一步法生产。
为了使高强玻璃液内外受热均匀，所述电熔电极设在高温窑炉的底部，所述高温窑炉内还设有顶置燃烧装置，以提高表面熔化率；所述高温作业通路内设有电熔电极。上述设在高温窑炉内和高温作业通路内的电熔电极的数量可根据玻璃保温或加热功率的需要而确定。
为了保证加热效率，并节约资源，所述高温窑炉内部横截面为长方形，长与宽的比为(1-4):1。
为了使耐火材料高温侵蚀物停滞在窑炉内而不进入高温作业通路，所述高温窑炉内的底部低于高温作业通路内的底部，所述高温窑炉内的底部和高温作业通路内的底部连接处通过台阶过渡。耐火材料高温侵蚀物为沉淀物，这样通过层层台阶的阻挡，耐火材料高温侵蚀物便被挡在了高温作业通路的以外。
为了进一步隔绝表面生料进入高温作业通路，所述台阶的上方、高温窑炉的顶部设有挡砖，挡砖和台阶之间留有空隙，即挡砖与台阶之间形成流液洞。
挡砖和台阶之间留有玻璃液通道是为了保障高温窑炉的高强玻璃液能顺利流入高温作业通路，从而实现高强玻璃纤维的顺利生产。
为了更进一步隔绝表面生料进入高温作业通路，所述挡砖的底部不高于高温作业通路内的底部，也能杜绝表面生料进入高温作业通路。
为了提高挡砖的寿命，所述挡砖的外表面包覆钼板层或铂合金层。钼板层厚优选为5-8cm，铂合金层厚优选为0.5-1mm，也可根据实际需要选择其他厚度。
为了提高生产效率，且同时能保证产品质量，所述高温作业通路底部设有多块400孔以上的高温拉丝漏板，每块高温拉丝漏板底部设有与其相对应的拉丝机。高温拉丝漏板的数量可根据实际需要确定，由于本发明采用了电熔电极加热和保温的方式，当多块漏板时生产也可顺利实现，高温拉丝漏板的孔径优选为0.9-2mm，也可根据具体需要具体设定。
为了提高加热效率，所述电熔电极为可将温度保持在玻璃析晶上限温度以上温度场分布的高纯度钼电熔电极，所述高纯度钼电熔电极的形状为棒状或板状，电熔电极从窑炉底部插入。高纯度钼指钼含量大于99.999%。
为了提高高温窑炉的寿命，所述高温窑炉由致密锆砖或铬刚玉砖制备而成。
为了方便生产，所述投料装置为连续自动投料装置。
上述连续自动投料装置可采用现有技术中的任何自动投料装置。
本发明未特别说明的技术均为现有技术。
本发明高强玻璃纤维池窑拉丝装置，解决了高强玻璃熔化与纤维成型温度高、玻璃透热性差、析晶速度快等工艺难点，池窑拉丝装置作业稳定，使用寿命长，实现了一步法池窑拉丝生产方法，玻璃无需二次融化，能耗低、污染小、效率高；采用电熔电极加热方式或电熔电极与顶置燃烧装置相结合的方式，加热效率高，可使高强玻璃液温度高达1500℃以上，达到高强玻璃熔制所需要的温度，在高温窑炉内可形成利于玻璃熔化和均化的温度场和流场，使得熔制均化好的玻璃液顺利流入到高温作业通路及漏板上，玻璃料均匀性好，无析晶，实现了高强玻璃纤维的高效生产；高温作业通路热容量大，在更换漏板时，单个漏板的冷却，不会影响其它漏板的运行；通过精确连续自动投料控制，使玻璃液面保持恒定，流入漏板内的玻璃液温度稳定，利于纤维成型，并可减少玻璃析晶；高温窑炉通过选择适合于电熔高温加热的高质量、抗剥落的耐火材料，大大降低了耐火材料的侵蚀，在窑炉与高温作业通路的交接处，挡砖采用耐玻璃高温侵蚀的金属进行保护，在减少自身的侵蚀基础上，避免窑炉侵蚀的耐火材料结石或表面生料流入高温作业通路；高温作业通路上安装的高温作业漏板，单个流量比目前二步法漏板的流量增加100%以上，且在拉丝工艺上，可实现多分拉生产，通过原丝总能耗相对于现有技术可降低20%以上。
附图说明
图1为本发明高强玻璃纤维池窑拉丝装置结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
如图1所示的高强玻璃纤维池窑拉丝装置，包括顺序相接的连续自动投料装置1、高温窑炉2和高温作业通路6，所述高温作业通路6底部设有5-10块800孔的高温拉丝漏板7，每块高温拉丝漏板7底部设有与其相对应的拉丝机8，所述高温窑炉2底部设有用来加热的高纯度钼电熔电极4，顶部设有顶置燃烧装置3或只在底部设有高纯度钼电熔电极4；所述高温作业通路6内也设有高纯度钼电熔电极4；所述高温窑炉2由致密锆砖或铬刚玉砖制备而成。高纯度钼电熔电极4的形状为棒状。
所述高温窑炉2内的底部低于高温作业通路6内的底部，所述高温窑炉2内的底部和高温作业通路6内的底部连接处通过台阶过渡。所述台阶的上方、高温窑炉2的顶部设有挡砖5，挡砖5和台阶之间留有玻璃液通道，挡砖5的底部不高于高温作业通路6内的底部，挡砖5的外表面包覆厚为3-8cm的钼板层或铂合金层。
应用实施例1
当高温窑炉2内的加热装置为高纯度钼电熔电极4时：
通过连续自动投料装置1与液面控制仪连锁控制，在保证一定液面高度的条件下，使高强HS玻璃粉料自动、连续加入到高温窑炉2中。高强HS玻璃粉料的熔化能源采用电能，通过已熔化玻璃自身作为电阻发热体，通电加热，以高纯度钼电熔电极4作为引电电极，通过电熔加热，能使窑内高强HS玻璃液热点温度达到1550℃-1650℃，满足了高强HS玻璃熔化和均化的要求。
高温窑炉2熔化部长宽比为2：1，耐火材料采用适合于电熔的耐高温耐火材料，如致密锆砖、铬刚玉砖等，其耐火材料厚度与窑炉设计寿命相匹配。同时，在高温窑炉2结构上，采用台阶过渡（多层爬坡），使得耐火材料高温侵蚀物停滞在高温窑炉2内而不进入高温作业通路6；同时设置挡砖5（与台阶之间形成流液洞），进一步隔绝表面生料进入高温作业通路6。由于挡砖5的区域玻璃温度高，流速快，耐火材料易被侵蚀，因此采取了特殊的保护措施，用耐高强HS玻璃高温侵蚀的金属如钼板或铂合金包覆挡砖5进行保护。
熔化澄清好的高强HS玻璃液经过挡砖5后，进入高温作业通路6，该部分的主要任务是维持整条通路的高强HS玻璃液热点温度在1500℃以上，并在垂直方向上，保持合理的温降，避免玻璃析晶。
高强HS玻璃的保温和加热采用电熔方式。在高纯度钼电熔电极的设置上，避免了电极谐波电压叠加导致的对地电压增加，使得高温拉丝漏板7对地电压均控制在150伏以内，提高了高温拉丝漏板7使用安全性和可操作性。
进入高温作业通路6的高强HS玻璃液经设置在高温作业通路6底的流槽砖进入高温拉丝漏板7。高温拉丝漏板7的漏嘴孔数为800孔，根据产品要求，通路上可设置5-10块高温拉丝漏板7。高温拉丝漏板7的特点是进入高温拉丝漏板7内的玻璃液温度高，达到1450℃以上；高温拉丝漏板7在结构设计上需要满足高温玻璃对漏板温度均匀性的影响；另外，由于高温拉丝漏板7本身的温度较高，达到1450℃以上，在结构设计上还要保持一定的高温强度。
进入高温拉丝漏板7的高强HS玻璃液通过漏嘴流出，经丝根冷却后，在拉丝机8的牵引下拉制成纤维。为满足不同原丝规格的要求，可采用单拉和多分拉的形式。
应用实施例2
当高温窑炉2内的加热装置为高纯度钼电熔电极4和顶置燃烧装置3：
由于高强HS玻璃液色深，透热性差，如提高高温窑炉2单位面积熔化量，单纯采用电熔会导致表面温度偏低。为提高单位面积熔化能力，可以在高温窑炉2顶部安装顶置燃烧装置3，燃料为天然气，燃气用量与窑内火焰空间温度联锁，能自动调节燃气量，相应的助燃风量也按比例调节，保证燃烧完全，并使窑内呈微氧化状态（防止高强HS玻璃液内的氧化铁被还原）。通过高纯度钼电熔电极4并辅以顶置燃烧装置3的火焰加热，能使窑内高强HS玻璃液热点温度达到1550℃-1600℃，满足了高强HS玻璃熔化和均化的要求。
其它步骤同应用实例1。实施例中没提及的技术均参照现有技术。
通过上述方法生产高强HS玻璃纤维，可克服目前高强HS玻璃纤维采用二步法生产的缺点，满足了高强HS玻璃纤维规模化生产的要求，单条高强HS玻璃纤维池窑拉丝装置的生产能力可达千级，提高了生产效率，节能降耗效果显著。

Claims (17)

1.一种高强玻璃纤维池窑拉丝方法，其特征在于：包括将高强玻璃一次熔融后直接拉丝，所采用的加热方式为电熔电极加热。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所采用的加热方式为电熔电极加热和表面火焰加热相结合的方式。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述电熔电极为高纯度钼电熔电极，电熔电极从窑炉底部插入，加热高强玻璃并将温度保持在玻璃析晶上限温度以上温度场分布。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：拉丝前去除高强玻璃液表面的生料和高强玻璃液底部的高温侵蚀物。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：拉丝前用电熔电极加热至高强度玻璃液的温度为1500℃以上。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：拉丝所用漏板为400孔以上的高温拉丝漏板，孔径为0.9-2mm。
7.权利要求1-6任意一项所述方法所用的高强玻璃纤维池窑拉丝装置，包括顺序相接的投料装置、高温窑炉和高温作业通路，所述高温作业通路底部设有高温拉丝漏板，高温拉丝漏板底部设有与其相对应的拉丝机，其特征在于：所述高温窑炉内设有用来加热的电熔电极。
8.如权利要求7所述的高强玻璃纤维池窑拉丝装置，其特征在于：所述电熔电极设在高温窑炉的底部，所述高温窑炉内还设有顶置燃烧装置；所述高温作业通路内设有电熔电极。
9.如权利要求7所述的高强玻璃纤维池窑拉丝装置，其特征在于：所述高温窑炉内部横截面为长方形，长与宽的比为(1-4):1。
10.如权利要求7所述的高强玻璃纤维池窑拉丝装置，其特征在于：所述高温窑炉内的底部低于高温作业通路内的底部，所述高温窑炉内的底部和高温作业通路内的底部连接处通过台阶过渡。
11.如权利要求10所述的高强玻璃纤维池窑拉丝装置，其特征在于：所述台阶的上方、高温窑炉的顶部设有挡砖，挡砖和台阶之间留有玻璃液通道。
12.如权利要求11所述的高强玻璃纤维池窑拉丝装置，其特征在于：所述挡砖的底部不高于高温作业通路内的底部。
13.如权利要求11或12任意一项所述的高强玻璃纤维池窑拉丝装置，其特征在于：所述挡砖的外表面包覆钼板层或铂合金层。
14.如权利要求7-12任意一项所述的高强玻璃纤维池窑拉丝装置，其特征在于：所述高温作业通路底部设有400孔以上的高温拉丝漏板，每块高温拉丝漏板底部设有与其相对应的拉丝机。
15.如权利要求7-12任意一项所述的高强玻璃纤维池窑拉丝装置，其特征在于：所述电熔电极为可将温度保持在玻璃析晶上限温度以上温度场分布的高纯度钼电熔电极，所述高纯度钼电熔电极的形状为棒状或板状，电熔电极从窑炉底部插入。
16.如权利要求7-12任意一项所述的高强玻璃纤维池窑拉丝装置，其特征在于：所述高温窑炉由致密锆砖或铬刚玉砖制备而成。
17.如权利要求7-12任意一项所述的高强玻璃纤维池窑拉丝装置，其特征在于：所述投料装置为连续自动投料装置。
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