CS263882B1

CS263882B1 - Electric resistance furnace for glass fibre production

Info

Publication number: CS263882B1
Application number: CS878556A
Authority: CS
Inventors: Milan Smejc; Jaroslav Nespor; Frantisek Smid
Original assignee: Milan Smejc; Jaroslav Nespor; Frantisek Smid
Priority date: 1987-11-26
Filing date: 1987-11-26
Publication date: 1989-05-12
Also published as: CS855687A1

Abstract

Elektrická -pečusestává ae·,tří podstatě ných částí, zhotovených ze slitin drahýGh ko- · vůá vzájemně elektricky odizolovaných,ra to tělesa.,pece,· zvlákňovací sekce a roztavova-v cítsekůs.* Roztavovaeí sekte je· představová*;, nahopným členem, vytvarovaným do tvam vlnovce,■■ Jehož-Z vrcholyv-zasahují:’ v ,horníčásti do oblasti zakládání...:a·;-v dolní části’ d-sn blízkosti ■ zvlákňovací. · sekce/ Řešením/ se dosáhne příznivé distribuce tepla po, dek! ceň výšce tělesa pece,■· usnadní’se montáž/ 1 demontáž a stoupne unifikace; pece, kte-- rowlze využít pro jedno t dvotietupňový-žpůň sob tažení vláken.Electric-carries ae · three parts, made of precious metal alloys, electrically insulated from each other the furnace, the spinning section, and the molten * The melting sect is · imaginary *; a tapping member shaped into tvam bellows, ■■ whose-Z peaks: 'in, upper part to the loading area ...: and ·; -in the bottom ’ d-n proximity ■ spinning. · Section / solution / a favorable heat distribution is achieved through the heat. furnace height, ■ easy assembly / 1 disassembly and unification; ovens rowlze can be used for one t two-stage-stub thread drawing.

Description

Vynález se týká elektrické odporové pece k výrobě skleněných vláken tažením. Elektrická pec sestává ze tří podstatných částí, přednostně zhotovených ze slitin vzácných kovů a vzájemně elektricky odizolovaných, a to z roztavovací sekce představované topným členem s izolovanými přívody elektrického prvku, dále z tělesa pece zahrnujícího vaničku, případně s víkem a dále ze zvlákňovací sekce, zahrnující perforovanou homogenizační vložku a zvlákňovací trysky.The invention relates to an electric resistance furnace for the production of glass fibers by drawing. The electric furnace consists of three essential parts, preferably made of precious metal alloys and electrically insulated from each other, namely a melting section represented by a heater with insulated electrical element feeds, a furnace body including a tray, optionally with a lid, and a spinning section comprising perforated homogenizing insert and spinnerets.

V československém A. O. č. 241 874 je popsána pec, vytvořená demontovatelnou soustavou tří částí, které jsou vzájemně galvanicky odděleny. Základní část tvoří těleso pece, v jehož horní části je vložena soustava topných členů tvořících roztahovací sekci a v dolní části je namontována zvlákňovací sekce, opatřená tryskami pro výtok skla. Vzhledem k tomu, že roztavovací sekce i zvlákňovací sekce jsou napájeny z vlastních, samostatných ovládaných zdrojů elektrického proudu, nemusí být u této konstrukce dodrženy vzájemné průřezové vazby jednotlivých sekcí a spotřeba drahých kovů je nižší.In CSO No. 241 874, there is described a furnace formed by a removable system of three parts that are galvanically separated from each other. The base part is formed by a furnace body, in the upper part of which a set of heating elements forming an expanding section is inserted and in the lower part a spinning section is provided, provided with nozzles for the glass outlet. Since both the melting sections and the spinning sections are supplied from their own, separately controlled power sources, the cross-sectional links of the individual sections need not be maintained and the consumption of precious metals is lower.

Nevýhodou tohoto konstrukčního uspořádání je, že v roztavovací sekci dochází směrem k jejím spodním partiím, tj. partiím, které jsou nejvíce vzdáleny od přívodů elektrického proudu, k úbytku napájecího napětí, což sice příznivě působí na intenzitu tavení v horní části, tj. v oblasti přikládání skla, ale současně vytváří nežádoucí pásmo nízkých teplot v oblasti nátoku skla do zvlákňovací sekce.The disadvantage of this design is that in the melting section, towards its lower portions, i.e. the port furthest away from the power supply, the supply voltage drops, which in turn has a favorable effect on the melting intensity in the upper part, i.e. in the region. however, it also forms an undesirable low temperature zone in the region of the glass inflow to the spinning section.

Protože pokles napájecího napětí a tím i topného účinku spodních partií roztavovací sekce je tím větší, čím vyšší je roztavovací sekce, je omezena konstrukční výška tělesa pece a tím i hladina skloviny a tedy hydrostatický tlak ovlivňující průtok tryskami zvlákňovací sekce. Odstranění těchto jevů je možné buď průřezovou diferenciací jednotlivých dílů roztavovací sekce, nebo zavedením části zvlákňovací sekce do prostoru tělesa pece tak, aby oblast nátoku skla do zvlákňovací sekce byla doplňkově přitápěna, případně kombinací obou těchto úprav. Diferenciace jednotlivých průřezů dílů roztavovací sekce však komplikuje její výrobu, přičemž výsledný efekt 'je vždy nejistý vzhledem k tomu, že koncepce roztavovací sekce, složené z několika paralelních přepážek s odlišnými průřezy, představuje z fyzikálního hlediska soustavu paralelně zapojených topných otvorů, 'jejichž vzájemné tepelné ovlivnění v daných pracovních podmínkách lze jen obtížně předem stanovit.Since the drop in supply voltage and thus the heating effect of the lower parts of the melting section is greater the higher the melting section, the design height of the furnace body and hence the glass level and hence the hydrostatic pressure affecting the flow through the nozzles of the spinning section are limited. The elimination of these phenomena is possible either by cross-sectional differentiation of the individual parts of the melting section, or by introducing a part of the spinning section into the furnace body so that the glass inflow area into the spinning section is additionally heated, or by a combination of both. The differentiation of the individual cross-sections of the melting section parts, however, complicates its production, and the resulting effect is always uncertain, since the concept of the melting section, composed of several parallel baffles with different cross sections, represents physically a plurality of heating holes connected in parallel. influencing the working conditions is difficult to predict.

Nedostatky stávající konstrukce pecí se Odstraní nebo podstatně omezí v pro.vedení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v 'tom, že roztavovací sekce je vyvořena topIným členem, který je perforovaný a je vytvarován do tvaru vlnovce, jehož vrcholy zasahují v horní části do oblasti zakládání skla a v dolní části do blízkosti zvlákňovací sekce.The drawbacks of the existing furnace design are eliminated or substantially reduced in the embodiment according to the invention, which consists in that the melting section is formed by a heating element which is perforated and shaped into a bellows shape, whose apexes extend at the top into the loading area glass and in the lower part near the spinning section.

Topný člen je v tomto případě lineární topný člen z elektrického hlediska představující soustavu sériově řazených odporů. Tímto řešením topného členu se dosáhne potřebné výhodné distribuce tepla, jak v prakticky neomezené výšce tělesa pece, tak i po jeho délce, protože topné průřezy i výšky vln lze diferencovat, aniž by to neúměrně zkomplikovalo výrobu. Protože délka vlnovce v napřímeném stavu přesahuje podstatně délku tělesa pece, lze v důsledku zvýšeného elektrického odporu použít k napájení elektrický proud o vyšším napětí a nižší intenzitě, což se příznivě projeví na využití elektrické energie tím, že poklesnou ztráty na spojích přívodního vedení i ztráty magnetickým polem. Dosažení potřebné distribuce tepla v celé výšce tělesa pece umožňuje použít pro- zvlákňovací sekci zvlákňovací pece, jejíž konstrukce je obdobná jako konstrukce běžných zvlákňovacích pecí používaných v jednostupňové výrobě 'skleněného· vlákna. Tím še sníží spotřeba drahých kovů, usnadní montáž a demontáž a stoupne unifikace výroby, protože pro jedinostupňový i dvoustupňový způsob výroby vlákna lze používat zvlákňovací pece shodného provedení.The heater in this case is a linear heater from an electrical standpoint representing a series of resistors in series. This solution of the heating element achieves the necessary advantageous heat distribution, both at virtually unlimited height of the furnace body and over its length, since the heating cross sections and wave heights can be differentiated without disproportionately complicating production. Since the length of the bellows in the upright state substantially exceeds the length of the furnace body, due to the increased electrical resistance, a higher voltage and lower intensity current can be used to supply the electric energy by reducing losses on the supply lines and magnetic losses. field. Achieving the necessary heat distribution over the entire height of the furnace body makes it possible to use a spinning section of a spinning furnace whose construction is similar to that of conventional spinning furnaces used in single-stage fiberglass production. This reduces the consumption of precious metals, facilitates assembly and disassembly, and increases the unification of production, since spinning furnaces of the same design can be used for the single-stage and two-stage fiber production processes.

Příkladné provedení vynálezu je popsáno dále a schematicky znázorněno na připojených výkresech, na nichž představuje Obr. 1 celkový nárysný pohled na pec zabudovanou v agregátu na výrobu vlákna, obr. 2 bókorysný řez pecí v rovině A—A z obr. 1 a 'obr. 3 nárysný řez pecí v rovině B—B z obr. 2.An exemplary embodiment of the invention is described below and schematically shown in the accompanying drawings, in which: FIG. Fig. 1 is a general elevational view of the furnace incorporated in the fiber assembly; Fig. 2 is a sectional view of the furnace in line A-A of Fig. 1; 3 is a front sectional view of the furnace in the plane B-B of FIG. 2.

Pec v provedení podle vynálezu je složena ze tří hlavních dílů: z tělesa 1 pece, topného členu 2 a zvlákňovací sekce 3 (obr. 1). Těleso 1 pece (obr. 2] je tvořeno tvarovým dílem 4 ze žáruvzdorného tepelně-izolačního materiálu, jehož vnitřní povrch je chráněn před účinky taveniny 5 vnitřním pláštěm 8, přecházejícím v horní části do horního lemu 7 a ve spodní části do spodního lemu 8. Vnitřní plášť 8 s lemy 7 a 8 je zhotoven ze slitiny platina-rhodium nebo může být zhotoven z jiného materiálu, odolávacího korozi v roztavené sklovině i atmosférické korozi při teplotách nad 1000 stupňů Celsia. Celé těleso 1 je po vnějším obvodně pokryto tepelněizolačním obkladem 9 pro snížení tepelných ztrát.The furnace according to the invention consists of three main parts: the furnace body 1, the heating element 2 and the spinning section 3 (Fig. 1). The furnace body 1 (FIG. 2) is formed by a molded part 4 of a heat-insulating heat-insulating material, the inner surface of which is protected from the effects of the melt 5 by an inner casing 8 passing into the upper edge 7 and the lower edge 8. The inner sheath 8 with the flanges 7 and 8 is made of platinum-rhodium alloy or may be made of another material resistant to both molten glass and atmospheric corrosion at temperatures above 1000 degrees Celsius. reduction of heat loss.

Do tělesa 1 je shora vsazen topný člen 2, který se skládá ze dvou protilehlých přívodů 10 elektrického proudu a vlnovce 11. 'Ačkoliv vlnovec 11 může být vytvořen z jediného kusu materiálu konstantní tloušťky, je pro zlepšení funkčních vlastností výhodné jednotlivé jeho díly průřezově diferencovat, aby protilehlé vnější díly 12 měly průřez menší než vnitřní díly 13 a závěsné žlaby 14 měly průřez větší než vnitřní dílyA heating element 2 is inserted from above into the body 1, which consists of two opposing power supplies 10 and a bellows 11. Although the bellows 11 can be made of a single piece of constant thickness, it is advantageous that the opposing outer parts 12 have a cross section smaller than the inner parts 13 and the suspension trays 14 have a cross section greater than the inner parts

263382263382

13. Zmenšený průřez vnějších dílů 12 kompenzuje tepelné ztráty vznikající v důsledku spoje přívodů 10 s chlazeným přívodním vedením, zvětšený průřez závěsných žlabů 14 snižuje teplotu a zabraňuje tak nalepování skleněných kuliček v této oblasti. Vnější díly 12 a vnitřní díly 13 jsou perforovány, aby tavenina odtékala do prostoru tělesa 1 pece, a tvarově zpevněny lemy 15. Topný člen 2 je do tělesa 1 pece vsazen tak, že pravoúhlé ohnuté přívody 10 dosedají na plochu vytvořenou horním lemem 7 a závěsné žlaby 14 jsou podepřeny tyčemi 16. Elektricky vodivému spojení topného členu 2 a horního lemu 7 brání elektricky izolační vrstva 17 a tyče 16, zhotovené z elektricky nevodivého žáruvzdorného materiálu. Tyče 16 jsou opatřeny nákružky 45, které chrání topný člen 2 proti doteku s vnitřním pláštěm 6 tělesa 1. Všechny díly topného členu 2 jsou zhotoveny ze slitin platina — rhodium, přičemž tepelně málo namáhané přívody 10 mohou být zhotoveny z méně ušlechlitého materiálu, např. z paládia nebo jeho slitin.13. The reduced cross-section of the outer parts 12 compensates for the heat losses due to the connection of the leads 10 to the cooled supply line, the increased cross-section of the suspension troughs 14 decreases the temperature and prevents glass beads sticking in this region. The outer parts 12 and inner parts 13 are perforated so that the melt flows into the space of the furnace body 1, and is reinforced by flanges 15. The heating element 2 is inserted into the furnace body 1 so that the right angled bends 10 abut the surface formed by the top flange 7 and The gutters 14 are supported by rods 16. An electrically insulating layer 17 and a rod 16 made of an electrically non-conductive refractory material prevent an electrically conductive connection of the heating member 2 and the top flange 7. The rods 16 are provided with collars 45 which protect the heater 2 against contact with the inner casing 6 of the body 1. All parts of the heater 2 are made of platinum-rhodium alloys, the thermally low stressed leads 10 may be made of less noble material, e.g. of palladium or its alloys.

¹ Spodní část tělesa 1 pece je uzavřena žvlákňovací sekcí 3, vytvořenou dnem 18, bočními stěnami 19 a perforovanou homogenízační vložkou 20. Prostor vytvořený těmito díly je uzavřen čelními stěnami 21, k nimž jsou připojeny dolní přívody 22 pro připojení zdroje elektrického proudu. Dno 18 je opatřeno zviákňovacími tryskami 23 v provedení odpovídajícím použitému způsobu rozvlákňování. K bočním stěnám 19 a čelním stěnám 21 je upevněn límec 24. Žvlákňovací sekce 3 je obložena tepelnou Izolací 25 a k tělesu 1 pece je připevněna 'pomocí rámu 26 a šroubů 27. Mezi límec 24 a spodní lem 8 je při montáži vloženo těsnění 28, které brání průniku skloviny a současně elektricky izoluje žvlákňovací sekci 3 od vnitřního pláště 6 tělesa 1 pece. Proti průniku roztavené skloviny v místech spojení límce 24, těsnění 28 a spodního lemu 8 může být vnější obvod límce 24 v kontaktu S chladicí smyčkou 29, kterou protéká chladicí voda a tak zajišťuje zatuhnutí skloviny, která by případně mohla proniknout v imístech spoje. Všechny díly žvlákňovací sekce 3 jsou zhotoveny ze slitiny platinarhodium, přičemž je výhodné diferencovat složení použitého materiálu podle úrovně namáhání tak, že např. dno 18 je zhotoveno ze slitiny 70 % hmot. p’atiny a 30 % hmot. rhodia, boční stěny 19 a čelní stěny 21 ze slitiny 90 % hmot. platiny a 10 % hmot. rhodia a přívody 22 z paládia a podobně. ¹ The lower part of the furnace body 1 is closed by the fiberizing section 3 formed by the bottom 18, the side walls 19 and the perforated homogenizing insert 20. The space formed by these parts is closed by the front walls 21 to which the lower inlets 22 are connected. The bottom 18 is provided with winding nozzles 23 in an embodiment corresponding to the pulping method used. A collar 24 is fastened to the side walls 19 and the end walls 21. The fiberizing section 3 is lined with thermal insulation 25 and is fastened to the furnace body 1 by means of a frame 26 and screws 27. it prevents the penetration of the glass and at the same time electrically insulates the spinning section 3 from the inner casing 6 of the furnace body 1. Against the penetration of molten glass at the junctions of the collar 24, the seal 28, and the bottom collar 8, the outer periphery of the collar 24 may be in contact with the cooling loop 29 through which the cooling water flows to provide solidification of the molten glass. All parts of the spinning section 3 are made of platinum-rhodium alloy, it is advantageous to differentiate the composition of the material used according to the stress level such that the bottom 18 is made of 70% by weight alloy. % and 30 wt. rhodium, side walls 19, and end walls 21 of an alloy of 90 wt. % platinum and 10 wt. rhodium and lead 22 from palladium and the like.

Těleso· 1 pece s namontovanou zvlákňovací sekcí 3 a vloženým topným členem 2 je shora uzavřeno víkem 30 s otvory 31 pro přikládání skla, zhotoveným z kompaktního žáruvzdorného tepelněizolačního materiálu. V čelních stěnách víka 30 jsou výřezy 32, kterými procházejí přívody 10 topného čle-4 nu 2 a které zajišťují správnou polohu topného členu 2 v tělese 1. Výřezy 33 v bočních stěnách víka fixují polohu tyčí 16 a tím i neměnný tvar vlnovce 11.The furnace body 1 with the spinning section 3 mounted and the heater 2 inserted therein is closed from above by a lid 30 with glass feeding openings 31 made of a compact refractory heat insulating material. In the front walls of the lid 30 there are slots 32 through which the inlets 10 of the heater 4 pass through and which ensure the correct positioning of the heater 2 in the body 1. The slots 33 in the side walls of the lid fix the position of the bars 16 and thus the unchangeable bellows shape.

Topný člen 2 je připojen na první zdroj 34 elektrického proudu (obr. lj, jehož napětí je nastavitelné např. potenciometrem 35. Žvlákňovací sekce 3 je připojen na druhý zdroj 36 elektrického proudu automaticky regulovaný, např. pomocí termočlánku 37 a regulátoru 38 teploty tak, aby byla udržována určitá nastavená teplota dna 18 zvlákňovací sekce 3.The heater 2 is connected to a first power source 34 (FIG. 11), the voltage of which can be adjusted, for example, by a potentiometer 35. The fiberizing section 3 is connected to a second power source 36 automatically regulated, eg by thermocouple 37 and temperature controller 38. to maintain a certain set temperature of the bottom 18 of the spinning section 3.

Rozměry jednotlivých hlavních celků, tj. tělesa 1 pece, topného členu 2 a zvlákňovací sekce 3 se mohou u jednotlivých provedení podstatně lišit s ohledem na požadovaný výkon a počet zvlákňovacích trysek 23. Pro správnou funkci a využití z vynálezu vyplývajících předností je však výhodné dodržet rozměrové vazby, vztažené k základní výšce tělesa 1, tj. k vzdálenosti mezi spodním lemem 8 a horním lemem- 7, která je obvykle volena tak, aby bylo dosaženo náležitého hydrostatického tlaku roztavené skloviny na dno 18 pro dosažení potřebného průtoku skloviny zviákňovacími tryskami 23:The dimensions of the individual main assemblies, i.e. the furnace body 1, the heating element 2 and the spinning section 3, can vary considerably with respect to the desired output and the number of spinning nozzles 23. However, it is advantageous to maintain dimensional dimensions bindings, relative to the base height of the body 1, i.e. the distance between the bottom flange 8 and the top flange 7, which is usually selected so as to achieve an appropriate hydrostatic pressure of the molten glass to the bottom 18 to achieve the necessary glass flow through the nozzles 23:

Pec pracuje následovně:The furnace works as follows:

Sklo, např. ve formě kuliček, se otvory 31 kontinuálně přikládá do prostorů vymezených prohlubněmi vlnovce 11 topného členu 2, kde se roztaví. Tavenina 5 protéká otvory vlnovce 11 a kolem něho do vnitřního prostoru tělesa 1 a dále otvory v homogenizační vložce 20 do prostoru zvlákňovací sekce 3, odkud vytéká zviákňovacími tryskami 23 v praméncích 39. Praménky 39 se vytahují ve vlákna, pomocí aplikátoru 40 se na ně nanáší lubrikace, na družícím prvku 41 se sdruží do pramence 42, který je navíjen na cívku 43 navíjecího stroje 44. Regulátorem 38 teploty se nastaví teplota dna 18 na takovou hodnotu, která odpovídá požadovanému průměru zvlákněného praménku 39. Potenciometrem 35 se nastaví napětí v topném členu 2 na takovou hodnotu, aby výška hladiny taveniny 5 v prostoru tělesa 1 dosáhla požadované výše, případně aby bylo dosaženo stanoveného vertikálního teplotního gradientu uvnitř taveniny.The glass, e.g. in the form of spheres, is continuously fed through the apertures 31 into the spaces delimited by the recesses of the bellows 11 of the heater 2 where it melts. The melt 5 flows through the openings of the bellows 11 and around it into the inner space of the body 1, and further through the openings in the homogenizing insert 20 into the space of the spinning section 3, from where it flows through the winding nozzles 23 in the strands 39. the lubrication element on the mating element 41 is combined into a strand 42 which is wound on a spool 43 of the winding machine 44. The temperature controller 38 sets the bottom temperature 18 to a value corresponding to the desired diameter of the stranded strand 39. 2 to a level such that the level of the melt 5 in the space of the body 1 reaches the desired level, or to achieve a determined vertical temperature gradient within the melt.

Je zřejmé, že použití pece v uspořádání Rodle vynálezu se neomezuje pouze na popsaný příklad. Tak např. žvlákňovací trysky 23 mohou být nahrazeny pouhými otvory nebo výstupky se skupinami otvorů, zvlákněné praménky mohou být sekány na střiž nebo dále zvlákňovány rozfukováním pomocí horkých plynů a podobně.Obviously, the use of the furnace in the arrangement according to the invention is not limited to the described example. For example, the spinnerets 23 may be replaced by mere holes or projections with groups of holes, the spinning strands may be chopped or further spun by hot gas blowing and the like.

V jiném případě, kdy je taveno a zvlákňováno sklo s nižší teplotou tavení, mohou být základní díly pece, tj. vnitřní plášť 6 tělesa 1, topný člen 2 a žvlákňovací sekce 3, vyrobeny z méně ušlechtilých materiálů, 'než je slitina platina-rhodium, např. z korozivzdorných a žárupevných ocelí.In another case, when glass with a lower melting point is melted and fiberized, the furnace base parts, i.e. the inner casing 6 of the body 1, the heating member 2 and the fiberizing section 3, can be made of less noble materials than platinum-rhodium alloy. , eg of stainless and heat resistant steels.

Claims

SUBJECT

An electric resistance furnace for the production of glass fibers by drawing, which preferably consists of precious metal alloys and is made up of three substantial parts electrically insulated from each other, namely a melting section represented by a heater with insulated power supplies, and a furnace body including a tray and a spinning section comprising a perforated homogenizing insert and spinnerets, characterized in that the heating element (2) is perforated and is shaped like a bellows (11), the apexes of which extend at the top into the region of loading. glass and at the bottom near the spinning section (3 j.