CS241847B1 - Elektrická odporová pec k výrobě skleněných vláken tažením - Google Patents

Abstract

Řešení se týká oboru výroby skla, jmenovitě výroby nekonečných skleněných vláken, a řeší problém konstrukce elektricky vytápěné pícky z platiny nebo slitiny platiny >a rhodia a jejího připojení na zdroj elektrického topného proudiu. Těleso (1) pece má uivnltř v horní části roztavovací sekci (2) tvořenou perforovanými přepážkami (9, 10) a zespodu je k němu připojena zvlálkňovací sekce (3). Roztavovací sekce (2) i zvlákňovací sekce (3) jsou každá připojeny přívody (12, 18) na samostatný zdroj (30, 32) elektrického proudu. Těleso (1) není vytápěno elektrickým proudem a je od obou sekcí (2, 3) elektrlcky izolováno.

Description

•Vynález se Itýká elektrické odporové pece k výrobě skleněných vláken tažením, zahrnující těleso, perforované přepážky, víko s dávkovacími otvory, dno s tažnými tryskami, a přívody elektrického proudu.

V současné době se konstrukce pecí pro výrobu skleněných vláken tažením ustálila na koncepci, jejímž typickým představitelem je např. pec uvedená v patentu USA č. 3 840 358. Pec ve tvaru kvádru je vytvořena pláštěm z bočních a čelních stěn, uzavřeným v horní části ivíkem s otvory pro přikládání skla ve formě kuliček nebo tablet, v dolní části pak dnem s určitým množstvím trysek, z nichž vytéká roztavená sklovlna ve formě soustavy elementárních praménků, ktteré se vytahují ve vlákna, druží do společného pramene a navíjejí na cívku.

Čelní stěny pláště jsoiu opatřeny plochými přívody, umístěnými obvykle ve svislé ose souměrnosti pece, které slouží k připojení pece .na, zdroj elektrického proudu o nízkém napětí a vysoké intenzitě, jehož působením dochází k odporovému ohřevu celého tělesa pece a tlm ik roztavení vsázky skla.

Pro zimtenzívnění tavení bývají uvnitř pece namontovány různě tvarované díly, vodivě spojené s čelními stěnami pece. Tvar a průřez těchto dílů je volen tak., ,aby bylo dosaženo co nejefektivnějšího¹ .přestupu tepla mezi nimi a tavenou .sktovinou.

Ták na.př. v patentu USA č. 3 815 314 má' tento vnitřní díl v příčném řezu tvar písmena V, v autorských osvědčeních SSSR č. 574 405 a 529 130 je vnitřních dílů několik, patent USA č. 3 920 429 uvádí jako prostředek pro intenzifikaci tavení zvlnění bočních stěn apod.

Všechny díly těchto pecí bývají v naprosté většině zhotoveny vzhledám k provozním podmínkám ze slitin platiny a rhodia, obvykle ve složení 90 % platiny, 10 % rhodia nebo· 70 '% platiny a 30 °/o rhodia.

•Provoz všech pecí pro tento způsob výroby je možný pouze v případě, že existuje rovnost mezi tavící a průtokovou kapacitou pece, to .znamená, že pec musí být navržena tak, aby při ustáleném režimu výtoku skloviny z trysek zůstávala zachována určitá výška roztavené náplně v peci.

Této rovnosti je při nepřetržitém zakládání skloviny do pece dosaženo vhodnou kombinací tepelných výkonů v horní a spodní části¹ pece. Protože napájecí napětí v oblasti dna pece i v oblasti tavící části je s ohledem na jediný napájecí zdroj a celkové uspořádání prakticky stejné, lze docílit náležitého poměru tepelných výkonů pouze určitým poměrem průřezů dna a tavící části pece.

Tato vzájemná vazba průřezů vede při zvyšování průtokových výkonů k značnému nárůstu průřezů tavící části pece a tím ke zvyšování její hmotnosti, což je s ohledem na zvyšování potřeby drahých kovů nežádoucí. Z .toho vyplývá, že průtokové výkony pecí této koncepce jsou v neposlední řadě limitovány ekonomickými dopady vyplývajícími ze spotřeby drahých kovů.

Významnou nevýhodou pecí popsané koncepce je to, že porucha kteréhokoliv místa pláště pece nutně vede k jejímu vyřazení z provozu. Např. porucha těsnosti tělesa pece, která může vzniknout jako následek interkrystalické koroze aktivované proudovým zatížením pláště pece, nutně vede k okamžitému vyřazení pece z provozu i v případě, že všechny ostatní díly jsou v dob-, rém stavu, protože sklovina vytékající do obkladového tepeHně-lzolačního materiálu poruší tepelné bilance pece a po proniknutí k tryskovému dnu znemožní zvlákňování.

Naopak, při případném poškození tryskového dna, např. nevhodným zásahem při obsluze pece nebo následkem únavových /jevů, je nutno rovněž pec vyřadit, 1 když ostatní díly jsou neporušené. Všechny tyto i jiné obdobné případy vodou k neekonomickému přepracovávání velkého množství zdravé slitiny.

Uvedené nevýhody se odstraní nebo podstatně omezí u pece v provedení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že dolní přepážka a horní přepážka, tvořící roztavovací sekci, jsou napojeny horními přívody, připojenými shora k čelům, na samostatný první zdroj elektrického proudu a k tělesu pece je zespodu připojena zvlákňovací sekce zasahující svou horní částí do prostoru tělesa a napojená dolními přívody na samostatný druhý zdroj elektrického proudu. Přitom roztavovací sekce i rozvlákňovací sekce jsou od vnitřního pllástě tělesa elektricky odizolovány.

Vzájemná elektrická nezávislost roztavovací Sekce a zvlákňovací sekce umožňuje použití podstatně menšího celkového průřezu soustavy topných prvků roztavovací sekce, protože zmenšený průřez lze snadno kompenzovat z hlediska dosažení potřebného topného výkonu zvýšením napájecího napětí, což u dosud používaného uspořádání není možné. Tím se podstatně omezí hmotnost a spotřeba slitiny platina-rhodium.

Celkovým uspořádáním roztavovací sekce, do které se elektrický proud .nepřivádí jako· u stávajících pecí v podélné ose, ale Shora, a současně diferenciací průřezů podélné přepážky, horní přepážky a dolní přepážky je dosaženo toho, že nejvyšší tepelný výkon je koncentrován do oblasti zakládání skla, což přispívá k intenzifikaci tavení a k účinnějšímu využití dodávané energie.

Zvýšené účinnosti tavení je mimoto dosaženo i tím, že na rozdíl od dosavadního způsobu, kdy elektricky otápěné obvodové stěny pece kontaktují sklo pouze svým vnitřním povrchem, je v provedení podle vynálezu sklo v kontaktu se všemi otápěnými povrchy roztavovací sekce. Mimoto jsou celkové tepelné bilance celé- soustavy příznivě ovlivněny tím, že 'z obvodu tělesa nevystupují na rozdíl od stávajících pe:cí žádné prvky pro připojení elektrického proudu, -takže celé těleso ipece je možno podstatně lépe tepelně izolovat.

Vedle těchto předností, spočívajících ve zlepšeném využití energie a snížení spotřeby slitin drahých kovů, přináší řešení podle vynálezu výhody z oblasti zvýšení životnosti. zařízení. Protože vnitřní plášť -tělesa pece má vzhledem k tomu, že není elektricky otápěn ani mechanicky zatěžován, prakticky neomezenou životnost, zůstává trvale na stanovišti pro výrobu vlákna.

Životnost .zvlákňovací sekce je -vzhledem k minimálnímu elektrickému namáhání podstatně vyšší než životnost 'stávajících pecí a je v podstatě limitována pouze protideformační odolností dna. Protože neexistuje elektrická vazba mezi zvlákňovací sekcí a roztavovací sekcí, je možno -tuto odolnost zvýšit náležitým dimenzováním dna, -aniž by z toho jako v případě stávajících pecí vznikly nároky na zvýšení průřezů a -tím i hmotnosti jednotlivých prvků roztavovací sekce.

Životnost roztavovací sekce, i když s oihledem na značné elektrické namáhání v porovnání s ostatními díly nižší, převyšuje životnost stávajících pecí, protože kontakt celého jejího povrchu se sklovinou zajišťuje dostatečný odvod tepla a zamezuje tak lokálnímu přehřívání, které je z hlediska degradace materiálu pro životnost dílů velmi významné. Mimoto, drobné -trhliny, vzniklé po čase jako- následek interkrystalické koroze a následného snížení mechanické pevnosti materiálu, neohrozí funkci roztavovací sekce.

' Toto celkové prodloužení životnosti všech díllů pece vede k úsporám nákladů z titulu přepracování slitiny, umožňuje snížit její 'zásoby a zvyšuje produktivitu výroby -tím, 'že je snížen počet prostojů sníženou frekvencí výměn pecí.

¹ Popsané přednosti provedení podle vynálezu lze dále doplnit o výhody z oblasti provozní. Tak např. jedna roztavovací sekte může -být vzhledem k variabilitě tav-icího 'výkonu použita pro různé typy zvlákňovafcích sekcí, což je výhodné zejména z hlediska unifikace výroby. Protože totéž platí O tělese, které má navíc životnost několikanásobně převyšující životnost zvlákňovafcí sekce, sníží se ipodstatně nároky na kapacitu prací spojených s tepelnou izolací pece a sníží se spotřeba tepelně-izolačníc-h imateriálů.

) Dále pak při eventuální poruše -roztavovací sekce je její výměna podstatně rychlejší než dosavadní výměna celé pece a navíc je možné ji provést, aniž by byl prostor tělesa zcela zbaven taveniny, což -snižuje výrobní ztráty dosud vznikající při výměně -celé pece a urychluje uvedení výrobního agregátu zno-vu -do prov-ozu.

¹ Příkladné provedení vynálezu je popsáno dále a schematicky znázorněno na připojených výkresech, na nichž představuje obr. 1 nárysný pohled na pec, obr. 2 boko-rysný řez pecí v rovině A—A z obr. 1 a obrázek 3 částečný nárysný řez pecí v rovině B—B z obr. 2.

Pec v provedení podle vynálezu je složena ze tří hlavních dílů: z tělesa 1 pece, roztavovací sek-ce 2 a zvlákňovací sekce 3 (obr. 1). Těleso 1 pece (obr. 2) je tvořeno tvarovým dílem 4 z žáruvzdorného tepellně-izolačníh-o materiálu, jehož vnitřní povrch je .chráněn před účinky roztavené skl-oviny vnitřním pláštěm 5, přecházejícím v horní části do horního lemu 6 a ve spodní části do spodního lemu 7.

¹ Vnitřní plášť 5 s l-emy 6 a 7 je 'zhotoven ze slitiny platina-rhodium nebo může být zhotoven z jiného materiálu, odolávajícího korozi v roztavené sklovině i atmosférické korozi při teplotách nad 100-0 °C. Celé těleso 1 je po -vnějším oíbvodě pokryto· tepelně-izolačním obkladem 26 pro snížení tepelných ztrát.

«Do tělesa 1 je shora vsazena roztavovací sekce 2, která se skládá z dvou protilehlých čel 8, dolní přepážky 9, horní přepážky 10 a podélné přepážky 11. Soustava přepážek může být tvarována jinak než je uvedeno, podstatné však je, že musí být provedena tak, aby bylo zabráněno propadání neroztavených kuliček -do spodní -části tělesa 1.

¹ Dolní přepážka 9 a horní přepážka 10 jsou perforovány, aby taveni-na mohla odtékat do- celéhot prostoru tělesa 1 pece. Čela 8 jsou opatřena horními přívody 12, sloužícími k připojení na zdroj elektrického proudu.

Roztavovací s.ek-ce 2 ⁽je vsazena do -tělesa 1 p-ece tak, že pravoúhle ohnutá čela -8 dosedají na plochu vytvořenou horním lemem 6, přičemž elektricky v-odivému spojení horního lemu 6 a čela 8 brání elektricky izolační vrstva 13, zhotovená z žáruvzd-ornéh-o elektricky nevodivého materiálu.

Všechny díly roztavovací .sekce 2 j-sou zhotoveny ze slitiny platina-rhodium, přičemž -tepelně málo namáhané přívody 12 'm-o-hou být s výhodou zhotoveny z méně u'šlechtilého materiálu, např. z paládia netb-o j-eho slitin.

¹ Spodní část tělesa 1 pece je uzavřena zvlákňovací sekcí 3, vytvořenou dnem 14, bočními -stěnami 15 a horní částí 16 střechovitého tvaru. Prostor vytvořený -těmito díly je u-zavřen čelními stěnami 17, k nimž js-ou připojeny dolní přívody 18 p-ro připojení zdroje elektrického proudu.

¹ Dno 14 je opatřeno zvlákňovacími tryskami 19 v provedení obvyklém pro tento druh výroby skleněného vlákna. K bočním stěnám 15 je upevněn límec 20 tak, aby při spojení -celé zvlákňovací sekce 3 s tělesem se střechovitá horní část 16 nacházela v prostoru tělesa 1 pece.

' 'Zvlákňovací sekce 3 je obložena tepelnou izolací 21 a lk tělesu 1 pece připevněna pomocí rámu 22 a šroubů 23. Mezi límec 20 a 'spodní llem 7 je při montáži vloženo těsnění •24, které brání průniku skloviny a současně elektricky izoluje zvlákňovací sekci 3 od vnitřního pláště 5 tělesa 1 pece.

¹ Proti průniku roztavené skloviny v místech spojení límce 20, těsnění 24 a spodního lemu 7 může být vnější obvod límce 20 v kontaktu s chladicí smyčkou 25, kterou protéká chladicí voda a která zajistí zatuhnutí skloviny, která by případně pronikla v místech spoje.

Všechny díly zvlákňovací sekce 3 jsou zhotoveny ze slitiny platí,na-rhodium, přičemž je výhodné diferencovat složení použitého materiálu podle úrovně namáhání •např. tak, že dno 14 je zhotoveno ze slitiny 7Q % platiny a 30 % rhodia, boční stěny 15 a čelní stěny 17 ze slitiny 90 % platiny a 10 % rhodia a přívody 18 z paládia a podobně.

Těleso 1 pece s namontovanou izvlákňovací sekcí 3 a vloženou roztavovací sekcí je shora uzavřeno víkem 27 is kamínky 28 pro· přikládání skla zhotoveným z kompaktního tepelně-izolačního materiálu, které pro^! zlepšení pracovních podmínek může být na funkčních plochách, tj. na vnitřním povrchu a v komín,cích 28 opatřeno vnitřním vyložením 29 z platiny něho- paládia ((obr. 3j.

i Roztavovací sekce 2 je připojena na první Izdroj 30 elektrického proudu (obr. lj, jehož napětí je nastavitelné např. potenciotoetirem 31. Zvlákňovací sekce 3 je připojena na druhý zdroj 32 elektrického proudu 'automaticky regulovaný např. pomocí terimiočlánku 34 a regulátoru 33 teploty tak, aby byla udržována určitá .nastavená teplota dna 14 zvlákňovací sekce 3.

Rozměry jednotlivých hlavních celků, tj. tělesa 1, roztavovací sekce 2 a zvlákňovací sekce 3 se mohou u jednotlivých provedení podstatně lišit s ohledem na požadovaný výkon a počet zvlákňovacích trysek 19. Pro správnou funkci a využití z vynálezu vyplývajících předností je však výhodné dodržet rozměrové vazby, vztažené k základ(ní výšce tělesa 1, tj. k vzdálenosti mezi 'spodním lemem 7 a horním lemem 8, která Je obvykle volena tak, aby bylo dosaženo náležitého (hydrostatického tlaku roztavené 'skloviny na dno 14 pro dosažení potřebného průtoku skloviny zvlákňovacími tryskami 19.

' iPec funguje následovně:

¹ Sklo např. ve formě kuliček se komínky 28 kontinuálně přikládá do iprostoriu vymezeného horní přepážkou 10 roztavovací sekte 2, kde se roztaví. Tavenina 35 protéká otvory v horní přepážce 10 a dolní přepážCe 9, kterými je dále přihřívána, do vnitřního· prostoru tělesa 1 a dále otvory v horní části 16 do prostoru zvlákňovací sekce 3, odkud vytéká zvlákňovacími tryskami 19 v praméncích 36.

' Praménky 36 se vytahují ve vlákna, po'mocí aplikátoru 37 se na ně nanáší lubri'kace, na družicím prvku 38 se sdruží do pramenee 39, který je navíjen ma cívku 40 navíjecího stroje 41.

I Regulátorem 33 teploty se nastaví teplota dna 14 na takovou hodnotu, která odpovídá požadovanému průměru avlákněného praménku 36. Potenciometrem 31 se nastaví hodnota napětí v· roztavovací sekci 2 na takovou hodnotu, aby výška hladiny ta'veniny 35 v prostoru tělesa 1 dosáhla požadované výše, případně aby bylo dosaženo stanoveného vertikálního teplotního' gradientu uvnitř taveniny 35.

Claims (1)

1. předmět i Elektrická odporová pec k výrobě skleněných vláken tažením, zahrnující těleso, perforované přepážky, víko s dávkovacími otvory, dno s tažnými tryskami a přívody elektrického proudu, vyznačená tím, že dolní přepážka (9) a horní přepážka (10), tvořící roztavovací sekci (2), jsou napojeny horními přívody (12), připojenými shora k čelům (8), na samostatný první zdroj (30)

   VYNÁLEZU 'elektrického proudu a k tělesu (1) je zespodu připojena zvlákňovací sekce (3) zasahující svou horní částí (16) do prostoru tělesa (1) a napojena dolními přívody (18) na samostatný druhý zdroj (32) elektrického proudu, přičemž roztavovací sekce '(2) i zvlákňovací sekce (3) jsou od vnitřního pláště ('5) tělesa (1) elektricky odizolovány.