CN116096682A - 用于漏板的漏嘴板和漏板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于接收高温熔体的漏板的漏嘴板和对应的漏板，其中漏嘴板提供高堆积密度的漏嘴布置。
Description
技术领域
本发明涉及用于接收高温熔体的漏板的漏嘴板和一种对应的漏板。术语“接收”包括所有种类的制备、储存和处理熔体。特别地，漏板及其漏嘴板旨在用于生产纤维，诸如玻璃纤维、矿物纤维、玄武岩纤维等。
背景技术
在下文中，将参考用于生产玻璃纤维(包括纺织玻璃纤维)的生产和设备来更详细地描述现有技术和本发明，尽管不限于这种用途。
100多年来，玻璃纤维一直是借助于漏板由玻璃熔体制成的。奥芬巴赫HVG玻璃工业股份有限公司(HVG Hüttentechnische Vereinigung der Deutschen Glasindustrie)公布的“用于玻璃纤维生产的漏板的设计和制造”是与杜塞尔多夫(Düsseldorf)2006年玻璃技术展览会相关的概述。
普通漏板的特征可以是类似于熔化容器(坩埚)的盒子，其常常提供立方体空间，并包括底部(即所谓的漏嘴板)，以及周向壁。
普通漏嘴板包括在上表面和下表面之间、与上表面相距一定距离的主体，以及在上表面和下表面之间延伸并穿过所述主体的多个所谓的漏嘴(也称为喷嘴和/或孔口)，在大多数情况下，在重力的影响下，熔体可以通过这些漏嘴/喷嘴/孔口离开漏板。
漏嘴板需要耐高温，并且因此需要昂贵的材料(如贵金属)来承受高温熔体(例如高达1700℃)。普通漏嘴板中喷嘴的设计和布置各不相同，并且取决于玻璃纤维厂的当地条件和目标产品。虽然漏嘴常常具有1-4mm的内径和2-8mm的长度，但是一个漏嘴板的漏嘴数量可高达几千个。在各种实施例中，漏嘴在熔体的流动方向(在使用期间为z方向)上突出漏嘴板的下表面。
过去已经进行了若干尝试，以在单位面积上布置尽可能多的漏嘴，从而减少制造具有一定数量漏嘴的漏嘴板所需的贵金属的量和成本。在现有技术中，每单位面积的漏嘴(具有对应的流通开口)的数量被称为漏嘴板的“堆积密度”。
为了实现高堆积密度，US 5062876 A公开了一种漏嘴板，其中漏嘴的下端的形状基本上是正多边形。用常规的制造技术难以实现与焊接到漏嘴板的漏嘴相关的规则多边形形状，这导致玻璃熔体不规则地流过这些孔口，并导致散热困难。
例如：从这种孔口(漏嘴、喷嘴)向下拉伸纤维的速度可以约为每分钟1000米，并且允许形成非常细的连续玻璃纤维丝，其直径甚至小于50μm，常常为4至35μm。
本发明的一个目的是尽可能多地克服已知的缺点，并且特别是提供一种具有高堆积密度(并因此具有有利的关系：漏嘴的数量/所需的贵金属质量)、优异的使用寿命和/或允许高均匀性和高品质的玻璃纤维生产的漏嘴板。
发明内容
本发明基于以下发现：
与现有技术的漏嘴板相比，实现更高的(漏嘴的)堆积密度的一个限制因素是喷嘴(漏嘴)的布置，以及因此在漏嘴板上表面处的流通开口的布置。特别是在漏嘴通过焊接或冲压固定到漏嘴板的情况下如此。在其使用位置中，该上表面完全被玻璃熔体覆盖，并且由于漏板包含一定体积的所述玻璃熔体，所以流体静压力是高的。
典型地，漏嘴一个接一个地布置成一排，即并排布置，其中它们的中心纵向轴线与共同的虚拟直线相交。至少另外的多个漏嘴沿着至少一条另一(共同的)虚拟直线布置成另一排，并且这些线(排)彼此平行延伸，共同形成一组漏嘴。可以添加第三个、第四个等类似布置。若干个组彼此间隔开，使得所谓的冷却片可以布置在漏嘴板的下表面处和相邻组之间。漏嘴也可以布置为具有中间冷却片的双重、三重、四重等排。
为了允许通过漏嘴板的漏嘴的高熔体流速，可以在漏嘴板的上表面处使用相对大的流通孔口。为了避免源自相邻漏嘴的熔体颗粒(液滴)在漏嘴的相对(下端，出口)端处接触，相邻漏嘴在它们下端(在操作位置中)处的相应距离应该尽可能大。漏嘴的熔体出口端处的较大距离进一步允许改进的漏嘴周围的冷却。漏嘴两端处的这些设计特征的组合导致关于生产率和生产可靠性、熔体流动特性和纤维品质的协同行为。对应的设计还导致高堆积密度和通过漏嘴熔体的高流速。
虽然在漏嘴板上表面处的相邻虚拟直线之间的最小距离由这样的布置来限定，在该布置中，相邻的孔口在它们外周界处的对应点处彼此接触，但是最大距离必须小于相应孔口在上表面处的直径。对应地，沿着不同的虚拟线布置但彼此相邻的孔口导致“交叠”，这将在下文中进一步详细描述。
由于制造原因(尽管有制造公差或限制)和玻璃纤维的所需品质，假定大多数漏嘴(>50％，常常>70％，>80％，>90％)具有基本上相同的尺寸，尤其是它们的流通开口具有相同的设计和横截面。对于沿着漏嘴板的中心部段布置的漏嘴来说尤其如此。
在相邻排的漏嘴(孔口)的距离、漏嘴(孔口)的直径(特别是在漏嘴板的上表面)处、和相邻漏嘴的距离之间存在几何关系。例如：如果所提到的虚拟直线之间的距离大于上表面处漏嘴的直径，则堆积密度在特征上变差。如果一条线的相邻漏嘴之间的距离被扩大到这样的程度，即，到相邻线的漏嘴的相同距离将需要两条线之间的距离大于漏嘴板表面处的漏嘴直径，则情况也是如此。
通过圆柱形管道(此处：漏嘴的流通开口)的体积流率可根据针对层流的Hagen-Poiseuilles方程进行计算；
其中
V＝体积流率，单位为m3/s
D＝漏嘴直径，单位为m
Δp＝压差，单位为Pa
η＝动力粘度，单位为Pa s
L＝漏嘴长度，单位为m
对应地，熔体的质量流率Ps计算如下
其中
g＝地球重力，ρ＝熔体密度(单位为kg/m3)，且H＝压头(单位为m)
在管道的横截面(流通开口)为非圆形的情况下，以下几何因子Q代替D4/L：
其中
对于平截头体，其中d1定义较大的直径，d2定义较小的直径，并且L也是漏嘴的长度，它们都以m(米)为单位。
尽管外部影响(如温度、环境扰动等)在这个方程中不被考虑，但是它可以用于根据本发明的漏嘴的计算。
关于本发明，一个重要的发现是相对于质量流率设定漏嘴的中心纵向轴线的距离，换句话说：在保持质量(熔体)流率恒定的同时，使该距离尽可能小。
在其最一般的实施例中，本发明涉及一种用于接收高温熔体的漏板的漏嘴板，该漏嘴板在其操作位置中包括：沿坐标系的两个方向(x，y)延伸的上表面、与上表面相距一定距离的下表面、以及位于两者之间的主体、以及多个漏嘴，所述漏嘴具有在x-y方向上基本上圆形横截面的流通开口，并且它们的最大直径(dmax)与漏嘴板的上表面相邻，所述漏嘴从上表面延伸穿过主体并突出下表面，并且高温熔体可以通过所述漏嘴在坐标系的第三(z)方向上离开漏嘴板，其中
-第一多个漏嘴被并排布置，使得每个对应的流通开口的中心纵向轴线与(共同的)虚拟第一直线相交，并且相邻的中心纵向轴线具有≥1.0dmax至≤1.3dmax的距离(dT1)，
-第二多个漏嘴被并排布置，使得每个对应的流通开口的中心纵向轴线与(共同的)虚拟第二直线相交，并且相邻的中心纵向轴线具有≥1.0dmax至≤1.3dmax的距离(dT2)，
-虚拟第一直线和虚拟第二直线以距离dL＝≥0.866dmax且＜1.0dmax彼此平行延伸。
距离dL＝0.866dmax以及距离dT1和dT2＝1dmax定义一种布置，通过该布置，相邻的漏嘴在它们的外周界上的一点处彼此接触。
距离dL＝dmax定义两条相邻虚拟线之间的最远距离，该距离允许两条线的相邻漏嘴之间的至少点接触。
dL的上限也可以设置为＜1.0、＜0.97或＜0.95。
虽然本发明涉及具有流通开口的漏嘴，该流通开口的特征在于在x-y方向上具有基本上圆形的横截面，但是这包括精确的圆形横截面，并且在一个实施例中，流通开口的特征在于稍微不同的横截面轮廓、但具有基本上整体圆形的轮廓，例如多边形轮廓，这也将是可行的。
在这种背景下，典型漏嘴板的尺寸非常重要：
-长度：200-1500mm
-宽度：50-400mm
-厚度(无漏嘴突出部分)：1-3mm
-漏嘴：长度(突出漏嘴板主体的部分)：2-5mm
-漏嘴：漏嘴板上表面处的外径/内径：1.5-4.5mm/1.0-4.0mm
-漏嘴：相对端处的外径/内径：1.5-4.5mm/1.0-4.0mm
就本发明所指的“基本上圆形的横截面”而言，这不是在精确的几何意义上理解，而是在技术上理解。在稍微非圆形横截面的情况下，所述(一)“直径”将由所谓的等效直径代替。
关于漏嘴沿虚拟直线的布置，可以理解的是，相邻漏嘴的中心纵向轴线的距离也可以略小于1.0dmax(特别是低至最小为0.9dmax)，尽管这导致相邻漏嘴的相邻圆形开口在漏嘴板的上表面处的某种相交，并因此导致熔体沿这样的漏嘴(喷嘴)的相应横截面的流动行为的某种不规则性。
本发明还提供了一种制造技术，即增材制造，其允许高精度设计以及关于漏嘴几何形状的进一步的灵活性和自由度。特别地，漏嘴板可以制造为一个整体部分，即具有与漏嘴板主体一起成形的漏嘴(喷嘴)。对于使漏嘴成形，这相对于焊接或冲压技术来说具有相当大的优势。
只要技术上可行，本发明的任选特征包括以下单独的或与其他特征结合的特征：
-漏嘴(其孔口)的最大直径可恰好在漏嘴板的上表面处，尽管略微凹入的设计也将是可以接受的。
-沿着每条虚拟直线的对应流通开口的超过50％的中心纵向轴线可以彼此具有相同的距离(dT1、dT2)；换句话说：对应的漏嘴可以具有彼此相等的距离。这种设计可以在沿着≥70、≥80直至100％的线长度的漏嘴处实现。
-沿着虚拟第一和第二直线的所有漏嘴的相邻流通开口的中心纵向轴线的多于50％可以彼此具有相同的距离。这种布置可以导致这样的设计，在这种设计中，三个相邻漏嘴(在两条相邻线上)的中心纵向轴线的虚拟连接导致等边三角形，这是根据本发明的有利设计。同样，这种布置可以利用沿着线的≥70％、≥80％直至100％的长度的漏嘴来实现。
-距离dT1(沿着一条线的相邻漏嘴之间)和/或dT2(沿着相邻线的相邻漏嘴之间)可以被限制为＜1.2dmax、＜1.15dmax或者甚至＜1.1dmax。dT1和/或dT2越小，堆积密度越高。
-沿着虚拟第一和第二直线的所有漏嘴的流通开口的中心纵向轴线的多于50％可以被布置成使得沿着一条直线的两个相邻的流通开口的中心纵向轴线和相邻直线的一个流通开口形成等腰三角形或者甚至等边三角形。50％值可增加到≥70％、≥80％、≥90％直至100％。
-在另一个实施例中，流通开口内部形状，该内部形状在流通开口的总长度的至少70％上对应于平截头体，其较大直径朝向漏嘴板的上表面。70％的值可提高到≥80％、≥90％或者甚至100％。另外的实施例涉及具有内部形状的流通开口，该内部形状对应于平截头体，其较大或最大直径(dmax)与漏嘴板的上表面相邻。对应地，漏嘴可以具有截头圆锥形外部形状，遵循与流通开口的平截头体相同的取向。这些截头圆锥形设计选项导致这样的优点，即，相邻漏嘴之间在漏嘴的向下突出漏嘴板主体的那部分周围有附加的空间(在操作位置中)。换句话说：在它们的上端(在操作位置中)处，漏嘴被布置得尽可能接近，以允许可能的最高堆积密度，而朝向它们下端的漏嘴设计被选择成在相邻漏嘴之间提供最大可能的距离(间隙)。这种设计允许流动特性、材料减少和冷却效果的协同组合。
-至少50％(或≥70％或≥90％)的相邻漏嘴在其下部自由突出端处具有至少0.23dmax，且最大为0.45dmax的最小距离。从如上所述的一个或多个典型尺寸开始，最小距离应为0.8mm。根据不同的实施例，该极限可以被设置为0.85、0.90、0.95、1.0、1.05、1.1、1.15或1.2。
-漏嘴的截头圆锥形状允许进一步优化：根据一个实施例，漏嘴的最下端，即与漏嘴板上表面相对的一端，由与上部部分不同的合金制成，以在贵金属、玻璃和环境之间提供不同的接触角。虽然像Pt/Rh 90/10这样的Pt/Rh合金通常被证明适用于漏嘴板及其漏嘴，但是漏嘴最下端的合金现在可以包括一种或多种另外的合金材料，如金。另一种选项是用Au至少部分替代Rh和/或Pt，在所有情况下，与Pt/Rh合金相比，允许增加接触角。Pt/Au 95/5和Pt/Rh/Au 90/5/5合金具有比Pt/Rh 90/10更大的接触角A。更大的接触角降低了在一个漏嘴的出口端处意外形成的熔体滴还会影响相邻漏嘴出口端的处熔体行为和纤维生产的风险。换句话说：本发明的设计降低了纤维生产期间的中断风险(这会导致漏嘴板被淹没)和/或允许在保持制造条件不变的同时，减小相邻漏嘴之间在它们下端处的距离。
-如上所述，漏嘴沿着第一和第二虚拟线(L1、L2)、任选地(如在大多数情况下)也沿着至少第三、第四等线的布置通常将会被复制若干次，以提供具有更多漏嘴的更大漏嘴板(区域)。换句话说：漏嘴板于是可以包括具有如前所述的漏嘴的两个或更多(虚拟)线的>10个或>20个布置，通常在它们之间具有冷却片。这些冷却片将在相邻的漏嘴布置之间和漏嘴板的下表面处延伸。
-鉴于尺寸和准确度，如上述的漏嘴的具体布置需要对应的制造技术。如果至少50％、更好地≥70％、≥80％≥90％或100％的漏嘴板体积通过增材制造(也称为3D打印技术或3D激光打印)来生产，则这可以实现。增材制造允许以所公开的方式在漏嘴板的上表面处布置漏嘴/孔口，同时允许朝向其相对端设计定制的漏嘴几何形状(平截头体、截头圆锥、截头圆锥形状)以及相邻漏嘴之间在它们熔体出口端处的所需距离。最终形状随后在多个单独的“打印步骤”中(一步一步)构建，从而允许以所述方式修改布局，以及甚至修改后续制造序列之间的布局(物理结构)，例如通过不同的激光强度。可以避免冲压的孔口或焊接的漏嘴。
最后，本发明还涉及一种用于接收高温熔体的漏板，并且在其最广泛的实施例中，该漏板包括漏嘴板，并任选地包括一个或多个如前所述的特征。漏板也可以部分或完全通过增材制造来制成。
附图说明
本发明的另外的特征可以从从属权利要求和其他申请文件中得出。现在将参照所附附图描述本发明，附图以非常示意性的方式示出了
图1a：具有几个示例性漏嘴的漏嘴板的上侧的一部分的第一实施例的俯视图
图1b：根据图1a的漏嘴的透视图，
图2：具有两组示例性漏嘴的漏嘴板的上侧的一部分的第二实施例的俯视图，
图1a和图2显示了坐标系的x-y平面。在附图中，相同的部分或具有基本等同功能或行为的部分用相同的数字表征。
具体实施方式
图1a是漏嘴板TP上表面US的一部分的俯视图，并示出了两条虚拟直线L1、L2，它们以距离dL彼此平行延伸。沿着两条线L1、L2，可以看到多个并排放置的漏嘴TI的流通开口TO的上端。为简化起见，沿每条线L1、L2显示仅两个漏嘴TI。每个漏嘴TI在上表面US处提供直径为dmax的基本圆形横截面的流通开口TO，并且一排漏嘴TI(沿着L1)与相邻排的漏嘴TI(沿着L2)“交叠”。在该实施例中，dL对应于0.866dmax，这导致这样一种设计，在该设计中，相邻的漏嘴TI(或者相应地它们的流通开口TO)在沿着它们相应的周界的一个公共点P处彼此接触。因此，虚拟直线L1的相邻漏嘴TI之间的距离dT1和虚拟直线L2的相邻漏嘴TI之间的距离dT2对应于形成等边三角形的dmax和三个相邻流通开口的中心纵向轴线A，这代表有利的高堆积密度。
漏嘴TI从上表面US向下延伸，从而穿透漏嘴板TP的主体BO(厚度为d)，并从漏嘴板TP的下表面LS向下突出，如图1b所示，从该下表面可以看到漏嘴TI的突出部分的壁厚和漏嘴TI的截头圆锥形外部形状，在图1a中由漏嘴TI的流通开口TO内的内部闭合虚线表示。这种设计导致相邻漏嘴TI之间的空间的有利效果，这允许冷却空气从其通过。玻璃熔体的流动方向(Z)或玻璃纤维相应地通过所述漏嘴TI的拉伸方向由箭头Z表示(＝漏嘴板TP的使用位置中坐标系的Z方向)。
图2的实施例与图1的实施例的不同之处在于漏嘴TI彼此之间的布置和距离。
在图2的上部部分中，虚拟直线L1的相邻漏嘴TI的中心纵向轴线A之间的距离dT1和虚拟直线L2的漏嘴TI之间的距离dT2以同样的方式各自被放大到ca 1.2dmax。线L1、L2之间的距离dL与图1中的相同。这导致与不同线L1、L2的相邻漏嘴TI相比，漏嘴TI沿着相同虚拟直线L1或L2的周界之间的距离更大，并且最终导致这样一种设计，在这种设计中，来自2条线L1、L2的三个相邻漏嘴TI的三个中心纵向轴线A的连接限定等腰三角形(由粗线表示)，其中在相邻漏嘴TI(孔口)之间具有空间S1.1、S1.2、S1.3。虽然对应的堆积密度小于图1中的堆积密度，但是该实施例仍然限定高堆积密度。
在图2的下部部分中，沿着线L1和L2的相邻漏嘴TI之间的距离已经被进一步放大(dT1＝1.5dmax；dT2＝1.5dmax)，因此相邻漏嘴TI之间的空间S的增加。
在图2的上部和下部部分之间，可以看到冷却片CF，该冷却片CF不是漏嘴板TP的一部分，并且布置在所述的漏嘴板TP的相邻布置之间。
所有的漏嘴板TP和相关联部分都已通过增材制造来制造，使用PtRh 90/10合金来提供整体漏嘴板TP。
Claims (10)
1.一种用于接收高温熔体的漏板的漏嘴板(TP)，包括：在其操作位置中，沿坐标系的两个方向(x，y)延伸的上表面(US)、与上表面(US)相距一距离(d)的下表面(LS)、以及位于两者之间的主体(BO)，以及多个漏嘴(TI)，所述漏嘴在x-y方向上具有基本上圆形横截面的流通开口(TO)，并且它们的最大直径(dmax)与所述漏嘴板(TP)的上表面(US)相邻，所述漏嘴(TI)从所述上表面(US)延伸穿过所述主体(BO)并且突出所述下表面(LS)，并且高温熔体可以通过所述漏嘴在坐标系的第三(z)方向上离开漏嘴板(TP)，其中
a)第一多个漏嘴(TI)被并排布置，使得每个对应的流通开口(TO)的中心纵向轴线(A)与虚拟第一直线(L1)相交，并且相邻的中心纵向轴线具有≥1.0dmax至≤1.3dmax的距离(dT1)，
b)第二多个漏嘴(TI)被并排布置，使得每个对应的流通开口(TO)的中心纵向轴线(A)与虚拟第二直线(L2)相交，并且相邻的中心纵向轴线具有≥1.0dmax至≤1.3dmax的距离(dT2)，
c)虚拟第一直线(L1)和虚拟第二直线(L2)以距离dL＝≥0.866dmax且＜1.0dmax彼此平行延伸。
2.根据权利要求1所述的漏嘴板，其中，所有漏嘴(TI)的沿着所述第一和第二虚拟直线(L1，L2)的相邻流通开口(TO)的多于50％的中心纵向轴线(A)彼此具有相同的距离(dT1，dT2)。
3.根据权利要求1的漏嘴板，其中dT1、dT2或两者都≤1.2dmax。
4.根据权利要求1所述的漏嘴板，其中，所有漏嘴(TI)的沿着第一和第二虚拟直线(L1，L2)的流通开口(TO)的中心纵向轴线(A)的多于50％被布置成使得沿一条虚拟直线(L1，L2)的两个相邻的流通开口(TO)的中心纵向轴线(A)与相邻的虚拟直线(L2，L1)的一个流通开口(TO)形成等腰或等边三角形。
5.根据权利要求1所述的漏嘴板，其中，所述流通开口(TO)具有内部形状，所述内部形状在其总长度的至少70％上——在z方向上——对应于平截头体，其较大直径朝向所述漏嘴板(TP)的上表面(US)。
6.根据权利要求1所述的漏嘴板，其中，所述漏嘴(TI)沿其突出部分具有截头圆锥形外部形状，其较大横截面积朝向所述漏嘴板(TP)的下表面。
7.根据权利要求1所述的漏嘴板(TP)，其中，漏嘴(TI)沿着虚拟第一和第二直线(L1，L2)的布置通过一条或多条虚拟直线延伸，沿着所述虚拟直线以类似的方式布置另外的漏嘴(TI)。
8.根据权利要求1所述的漏嘴板(TP)，其中，至少50％的相邻漏嘴(TI)在其自由突出端处具有0.8mm至1.1mm之间的距离。
9.根据权利要求1所述的漏嘴板(TP)，其至少50％的体积通过增材制造来生产。
10.一种用于接收高温熔体的漏板，包括根据权利要求1所述的漏嘴板(TP)。
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