DE2721954C2

DE2721954C2 - Nozzle bar for the production of glass threads

Info

Publication number: DE2721954C2
Application number: DE2721954A
Authority: DE
Inventors: Christian 6981 Hasloch Beck; Dieter 6980 Wertheim Kahnke; Heinz Keib; Fredo 8752 Johannesberg Schlachter
Original assignee: Glaswerk Schuller Gmbh, 6980 Wertheim
Priority date: 1977-05-14
Filing date: 1977-05-14
Publication date: 1987-03-05
Also published as: DE2721954A1; BE867076A; ZA782642B

Description

Die Erfindung betrifft eine Düsenleiste für die Herstellung von Glasfäden, bestehend aus einer Düsenwanne mit in ihren Boden eingesetzten Spinndüsen, auf die eine Schmelzwanne aufgesetzt ist, in die von oben über die gesamte Länge hinweg Glasrohstoff eingebracht wird.The invention relates to a nozzle bar for the production of glass threads, consisting of a nozzle trough with spinnerets inserted into its bottom, onto which a melting trough is placed, into which glass raw material is introduced from above over the entire length.

Derartige Düsenleisten sind Schmelzbehälter, die in der Glasfaserindustrie dazu eingesetzt werden, einen eingespeisten Glasrohstoff in der Schmelzwanne aufzuschmelzen und im richtigen geeigneten Viskositätszustand der Wanne mit den Spinndüsen zuzuführen, in der auch die Läuterung und Homogenisierung erfolgt. Sie werden zusammen mit einer die am Ausgang der Spinndüsen im sogenannten Spinnkegel entstehenden Fäden zur gewünschten Dicke ausziehenden Vorrichtung, z. B. einer schnellumlaufenden Trommel, verwendet. Damit gehört die Erfindung in das allgemeine Gebiet der Herstellung von Fäden und Fasern aus in der Wärme erweichenden mineralischen Stoffen, insbesondere Glas, durch Abzugvon aus Öffnungen eines geschmolzenes Glas enthaltenden Behälters fliessenden Strömen, aus denen nach ihrer Erhärtung endlose Fäden gewonnen werden, die anschließend zu Strängen zusammengefaßt oder in längere oder kürzere Fasern zerlegt werden können.Such nozzle strips are melting containers that are used in the glass fiber industry to melt a fed-in glass raw material in the melting tank and to feed it in the correct suitable viscosity state to the tank with the spinnerets, in which the refining and homogenization also take place. They are used together with a device that draws the threads created at the outlet of the spinnerets in the so-called spinning cone to the desired thickness, e.g. a fast-rotating drum. The invention therefore belongs to the general field of producing threads and fibers from mineral materials that soften when heated, in particular glass, by drawing off streams flowing from openings in a container containing molten glass, from which, after they have hardened, endless threads are obtained, which can then be combined into strands or broken down into longer or shorter fibers.

Diese Art der Faden- oder Faserherstellung setzt die kontinuierliche Speisung des die geschmolzene Glasmasse enthaltenden Behälters, d. h. den Ersatz des durch den Fadenabzug fortlaufend entstehenden Verbrauches an flüssigem Glas voraus. Hierzu wird über die Länge der Schmelzwanne kontinuierlich portioniertes Glas in Form von Kugeln, Pellets oder Scherben zugeführt.This type of thread or fiber production requires the continuous feeding of the container containing the molten glass mass, i.e. the replacement of the consumption of liquid glass that occurs continuously as the thread is drawn off. For this purpose, portioned glass in the form of balls, pellets or shards is continuously fed along the length of the melting tank.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art werden Glasportionen in Form von Kugeln auf nebeneinander liegenden getrennten Bahnen geführt, die in Richtung auf den oben offenen Schmelzraum geneigt sind. Über diese schrägen Bahnen werden die Kugeln einzeln getrennten, in direkter aber querschnittsverengter Verbindung mit dem Behälter stehenden Vorschmelzräumen zugeführt, die jeweils nur eine Portion aufnehmen. In den Vorschmelzräumen werden die Kugeln durch die Abstrahlungswärme des Behälterinhalts erwärmt, im weiteren Niedersinken erweicht und danach durch direkte Erwärmung eines beheizten Teiles des Behälters derart niedergeschmolzen, daß sie mit dem Behälterinhalt eine einheitliche Glasmasse bilden (DE-PS 15 96 667).In a known process of this type, glass portions in the form of balls are guided along separate tracks lying next to one another, which are inclined towards the melting chamber which is open at the top. The balls are fed via these inclined tracks to individually separate pre-melting chambers which are in direct but narrowed cross-section connection with the container and which each hold only one portion. In the pre-melting chambers, the balls are heated by the heat radiated from the contents of the container, softened as they sink further down and then melted by direct heating of a heated part of the container so that they form a uniform glass mass with the contents of the container (DE-PS 15 96 667).

Dieses Verfahren und die zu seiner Durchführung erforderliche Vorrichtung ist aufwendig und setzt für den einwandfreien Betrieb Glaskugeln gleicher Größe oder zumindest untereinander ganz gleichmäßig geformte Körper, z. B. Glasquader ganz glatter Oberfläche, voraus.This process and the equipment required to carry it out is complex and requires, in order to work properly, glass balls of the same size or at least bodies that are completely uniformly shaped, e.g. glass blocks with a completely smooth surface.

Außerdem hat dieses bekannte Verfahren den Nachteil, daß bei einer Störung in einer eine Reihe von Portionen führenden Bahn an der dieser Bahn zugeordneten Stelle des Schmelzbehälters durch fehlenden Nachschub sich ein von der Umgebung abweichendes Glasniveau und ein abweichender Viskositätszustand einstellt, was sich nachteilig auf den Spinnprozeß auswirkt. Für die Speisung einer Düsenleiste mit den gegenüber Glaskugeln sehr viel einfacher herzustellenden und damit billigeren, aber weniger gleichmäßig geformten sogenannten Pellets, die durch eine changierende Zuführungsrinne über die Länge der Düsenleiste dem Schmelzraum durch Einwurf von oben zugeführt werden (DE-OS 23 26 975) ist diese bekannte Methode nicht geeignet.This known method also has the disadvantage that if there is a fault in a line carrying a series of portions at the point in the melting vessel associated with this line due to a lack of supplies, the glass level and viscosity will be different from the surroundings, which has a detrimental effect on the spinning process. This known method is not suitable for feeding a nozzle bar with so-called pellets, which are much easier to produce than glass balls and are therefore cheaper, but less evenly shaped and which are fed into the melting chamber by being thrown in from above via an iridescent feed channel along the length of the nozzle bar (DE-OS 23 26 975).

Man ging deshalb dazu über, die Schmelzwanne aus nebeneinander in geringem Abstand angeordneten größeren Zylindern (von z. B. etwa 75 mm Durchmesser), sogenannten "Trichtern" aufzubauen, die durch kurze, in der Längsachse der Düsenleiste angeordnete Stege versteifend miteinander verbunden waren. Eine derartige Bauweise ist in ihrem Aufbau einfacher und verleiht dem Schmelzraum eine gute Formstabilität. Hierzu muß man sich vergegenwärtigen, daß die eigentliche, verhältnismäßig lange (z. B. 900 mm) und demgegenüber schmale (z. B. 70 mm) Düsenleiste, d. h. ohne ihr feuerfestes Einbettungsmaterial, wegen des sehr teuren Ausgangsmaterials aus sehr dünnen Blechen (erheblich unter 1 mm) gefertigt wird und trotzdem im Betrieb infolge der hohen Temperturunterschiede, die beim Anfahren und Abstellen (Auf-/Abtempern) auftreten, hohen Spannunggen ausgesetzt ist. Dem Vorteil der Formstabilität stand jedoch als äußerst nachteilig gegenüber, daß auf diese Weise keine gleichmäßige, für den einwandfreien Spinnprozeß erforderliche Temperaturverteilung über die Länge des Schmelzraumes zu erzielen war, weil die nebeneinander im Abstand liegenden Trichter keinen durchgehenden Schmelzraum bilden und damit eine gewissermaßen "punktförmige" Glaszufuhr bedingen. Der kalte Glasrohstoff gelangt über die Länge der Schmelzwanne nur an nebeneinander im Abstand voneinander liegenden Stellen in das vorher aufgeschmolzene Glas mit der Folge, daß in der Düsenwanne zwischen diesen Abschnitten eine Überhitzung der Glasmasse mit schlechten Abspinnergebnissen in diesen Zonen eintrat. Außerdem wurde natürlich durch die Überhitzungszonen die Wanne ungleichmäßig und teilweise zu hoch beansprucht, wodurch die Lebensdauer der gesamten Düsenleiste herabgesetzt wurde.The melting tank was therefore constructed from large cylinders (e.g. about 75 mm in diameter), so-called "funnels", arranged next to one another at a short distance from one another and connected to one another by short stiffening webs arranged along the longitudinal axis of the nozzle bar. This type of construction is simpler in its structure and gives the melting chamber good dimensional stability. It must be remembered that the actual nozzle bar, which is relatively long (e.g. 900 mm) and narrow (e.g. 70 mm), i.e. without its refractory embedding material, is made from very thin sheets (well under 1 mm) because of the very expensive starting material and is nevertheless exposed to high stresses during operation due to the high temperature differences that occur when starting up and shutting down (tempering up/down). The advantage of dimensional stability was offset by the fact that it was not possible to achieve the uniform temperature distribution required for a flawless spinning process over the length of the melting chamber in this way, because the funnels, which are spaced apart next to each other, do not form a continuous melting chamber and thus require a somewhat "point-like" supply of glass. The cold glass raw material only reaches the previously melted glass at points that are spaced apart next to each other along the length of the melting tank, with the result that the glass mass in the nozzle tank between these sections overheats, resulting in poor spinning results in these zones. In addition, the overheating zones naturally put uneven and sometimes excessive strain on the tank, which reduced the service life of the entire nozzle bar.

Um diesem Nachteil abzuhelfen, schien es nahezuliegen, den Temperaturausgleich nicht auf die eine verhältnismäßig geringe Glasmasse enthaltende Düsenwanne zu beschränken, sondern bereits auf die Schmelzwanne zu erstrecken und hierzu den Schmelzraum als durchgehende längliche, rechteckige Wanne auszubilden und zur Versteifung derselben in geringeren Abständen senkrecht zur Mittellängsebene Versteifungsstege, z. B. in Form von Sicken, einzubauen. Es zeigte sich, daß hierdurch zwar eine gute, gleichmäßige Temperturverteilung erzielt werden konnte, aber bei vertretbaren Blechdicken die Formbeständigkeit der Wanne nicht aufrechterhalten werden konnte. Vor allem bei krassen Temperaturwechseln, wie sie beim sogenanten Auf- und Abtempern entstehen, treten durch die dadurch bedingten Ausdehnungen und Zusammenziehungen Spannungen im Düsenleistenkörper auf, wodurch die Wände nach innen gezogen werden. Zusätzlich geschieht dies auch durch die erkaltende Glasmasse in der Schmelzwanne, wodurch sich ihr Volumen verändert, Risse entstehen können und die Beschickung erschwert wird.To remedy this disadvantage, it seemed obvious not to limit temperature equalization to the nozzle tank, which contains a relatively small amount of glass mass, but to extend it to the melting tank, and to design the melting chamber as a continuous, elongated, rectangular tank and to install stiffening webs, e.g. in the form of beads, at short intervals perpendicular to the central longitudinal plane to stiffen it. It was found that although this achieved a good, even temperature distribution, the dimensional stability of the tank could not be maintained with acceptable sheet thicknesses. Particularly in the case of drastic temperature changes, such as those that occur during so-called tempering, the expansion and contraction caused by this causes tensions in the nozzle bar body, which pulls the walls inwards. This also happens as a result of the cooling glass mass in the melting tank, which changes its volume, can cause cracks and makes feeding more difficult.

Nachteilig bei der ersterwähnten Art war auch, daß besonders darauf geachtet werden mußte, daß die Glasportionen jeweils nur in einen Trichter und nicht etwa auch in die Zwischenräume zwischen diesen fielen. Hierzu muß man entweder jedem Trichter eine besondere Zuführung zuordnen oder umständliche und verteuernde Leitblechanordnungen vorsehen, oder im Falle einer Zuführung mit über die Länge des Schmelzraumes changierender Rinne (DE-OS 23 26 975) eine entsprechende Zeitsteuerung vorsehen.Another disadvantage of the first-mentioned method was that special care had to be taken to ensure that the glass portions only fell into one funnel and not into the gaps between them. To achieve this, one either had to assign a special feeder to each funnel or provide complicated and expensive guide plate arrangements or, in the case of a feeder with a chute that changes over the length of the melting chamber (DE-OS 23 26 975), a corresponding time control had to be provided.

Aus der DE-OS 20 55 241 ist ferner eine Düsenleiste bekannt, die aus einer oberen Schmelzwanne und einer unteren Düsenwanne zusammengesetzt ist, bei der Glaskugeln über einzelne, in größeren Abständen nebeneinander angeordnete Einlaßöffnungen, die über Ringstutzen mit der oben geschlossenen Schmelzwanne verbunden sind, dieser zugeführt werden. Bei dieser bekannten Düsenleiste ist sowohl die Temperaturverteilung als auch die Formstabilität der Schmelzwanne unzureichend.From DE-OS 20 55 241, a nozzle bar is also known which is composed of an upper melting tank and a lower nozzle tank, in which glass balls are fed to the melting tank via individual inlet openings arranged at large distances from one another, which are connected to the melting tank, which is closed at the top, via ring nozzles. In this known nozzle bar, both the temperature distribution and the dimensional stability of the melting tank are inadequate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Düsenleiste der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so weiterzuentwickeln, daß bei einer über ihre Länge gleichmäßigen Beschickung eine gleichmäßige Temperaturverteilung der Glasmasse und gleichzeitig eine allen Anforderungen genügende Formstabilität der Schmelzwanne sichergestellt sind.The invention is based on the object of further developing a nozzle bar of the type specified in the preamble of patent claim 1 in such a way that, with a uniform feed over its length, a uniform temperature distribution of the glass mass and, at the same time, a dimensional stability of the melting tank that meets all requirements are ensured.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is achieved according to the invention by the features specified in the characterizing part of patent claim 1. Advantageous further developments of the invention are characterized in the subclaims.

Die erfindungsgemäße Düsenleiste hat einen durchgehenden Schmelzraum, der eine über ihre Länge gleichmäßige Zufuhr von Glasportionen ermöglicht und eine gleichmäßige Temperaturverteilung in der Glasschmelze sicherstellt, wobei gleichzeitig die Schmelzwanne durch die aneinander anliegenden und ineinander mündenden Zylinder eine hohe Formstabilität hat. Die gewölbten Wände verhindern ein Zusammenziehen und Ausdehnen der Schmelzwanne bei großen Temperaturschwankungen.The nozzle bar according to the invention has a continuous melting chamber that enables a uniform supply of glass portions over its length and ensures a uniform temperature distribution in the glass melt, while at the same time the melting tank has a high degree of dimensional stability due to the cylinders lying next to one another and flowing into one another. The curved walls prevent the melting tank from contracting and expanding in the event of large temperature fluctuations.

Außerdem kann durch die Form der Wölbung die Temperatur der Glasschmelze, die eine Funktion der Wandlänge ist, variiert werden.In addition, the shape of the curvature can be used to vary the temperature of the glass melt, which is a function of the wall length.

In den Zeichnungen ist die Erfindung zur Anschauung gebracht und anhand dieser nachfolgend beschrieben. Es stellt darThe invention is illustrated in the drawings and described below with reference to them. It shows

Fig. 1 eine Teilseitenansicht einer Düsenleiste nach der Erfindung in verkleinertem Maßstab, Fig. 1 is a partial side view of a nozzle bar according to the invention on a reduced scale,

Fig. 2 eine Aufsicht auf den Gegenstand nach Fig. 1, teilweise mit abgenommener Schmelzwanne, Fig. 2 is a plan view of the article according to Fig. 1, partially with the melting tank removed,

Fig. 3 eine der Fig. 2 gemäße Aufsicht auf eine abgewandelte Ausführungsform, Fig. 3 is a plan view of a modified embodiment according to Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt durch die Düsenrinne nach Fig. 2 oder 3, geschnitten längs der Linie IV-IV. Fig. 4 is a section through the nozzle channel according to Fig. 2 or 3, cut along the line IV-IV.

Eine Düsenleiste besteht, abgesehen von der nicht dargestellten und für die Erfindung nicht wichtigen, durch einen Rahmen zusammengehaltenen Einbettung aus hitzefestem Material, z. B. aus Schamottesteinen oder -gußmasse, aus der Düsenwanne 1 mit Spinndüsen 2, auf die die Schmelzwanne 3 aufgesetzt ist. Diese bildet den Schmelzraum, in den der Glasrohstoff, z. B. in Form sog. Pellets, eingebracht wird. Zur Düsenleiste gehören ferner die einen Teil der elektrischen Widerstandsheizung bildenden Anschlußfahnen 4. Die Spinndüsen 2 sind in den Boden 5 der Düsenwanne 1 eingesetzt, die mit der Schmelzwanne 3 über Öffnungen 6für den Glasdurchfluß in Verbindung steht. Die Öffnungen 6 sind in eine Wand 7 eingebracht, die gleichzeitig Boden von 3 und Decke von 1 ist.A nozzle bar consists, apart from the embedding made of heat-resistant material, e.g. firebricks or casting compound, which is not shown and not important for the invention and is held together by a frame, of the nozzle pan 1 with spinnerets 2 , onto which the melting pan 3 is placed. This forms the melting chamber into which the glass raw material, e.g. in the form of so-called pellets, is introduced. The nozzle bar also includes the connecting lugs 4 which form part of the electrical resistance heating. The spinnerets 2 are inserted into the base 5 of the nozzle pan 1 , which is connected to the melting pan 3 via openings 6 for the glass flow. The openings 6 are made in a wall 7 , which is simultaneously the base of 3 and the ceiling of 1 .

Erfindungsgemäß ist die Schmelzwanne 3 aus einer Anzahl von nebeneinander liegenden, aber nicht vollständig geschlossenen, nach Fig. 2 kreisförmigen Zylindern zusammengesetzt, die dort, wo sie aufeinandertreffen, ineinander münden. In diesen Mündungsbereichen können sie quer zur Längsachse nur durch einen die beiden äußeren Verbindungswandteile 9 über eine verhältnismäßig geringe Höhe des Schmelzraumes verbindende Stege 10 versteift sein. Dadurch wird einerseits für die Beschickung und vor allem auch für die gleichmäßige Temperaturverteilung in der über den Spinndüsen stehenden Glasmasse ein durchgehender Schmelzraum 11 geschaffen, andererseits aber eine hohe Formstabilität durch im Querschnitt annähernd kreisförmigen Körper erzielt, die wenigstens über einen Teil ihrer Höhe festigkeitsmäßig durch die Stege 10 geschlossen sind. Die gewölbten Wände verhindern ein Zusammenziehen durch die Glasmasse bei großen Temperaturschwankungen. Außerdem kann man durch die Wandlänge, d. h. eine mehr oder weniger große Wölbung, die Temperatur, die eine Funktion der Wandlänge ist, variieren. Das bedeutet, daß man durch die Wahl der Formgebung die Länge der Seitenwände so festlegen kann, daß man über diese den elektrischen Widerstand und damit die Heizleistung entsprechend beeinflussen kann. Gegenüber ener Dü -senleiste, deren Schmelzbehälter aus nebeneinander liegenden, getrennten Zylindern besteht, macht sich bei gleicher Spinndüsenzahl und Abmessungen außerdem eine Materialersparnis bemerkbar.According to the invention, the melting tank 3 is composed of a number of adjacent but not completely closed cylinders, which are circular according to Fig. 2 and which open into one another where they meet. In these opening areas, they can be stiffened transversely to the longitudinal axis only by a web 10 connecting the two outer connecting wall parts 9 over a relatively small height of the melting chamber. This creates a continuous melting chamber 11 for charging and, above all, for the uniform temperature distribution in the glass mass above the spinnerets, but on the other hand a high degree of dimensional stability is achieved by bodies which are almost circular in cross section and which are closed by the webs 10 for strength over at least part of their height. The curved walls prevent the glass mass from contracting in the event of large temperature fluctuations. In addition, the temperature, which is a function of the wall length, can be varied by the wall length, i.e. a more or less large curvature. This means that by choosing the shape, the length of the side walls can be determined in such a way that the electrical resistance and thus the heating power can be influenced accordingly. Compared to a nozzle bar, whose melting container consists of separate cylinders lying next to each other, there is also a noticeable saving in material with the same number of spinnerets and dimensions.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich von dem nach Fig. 2 dadurch, daß die einzelnen, nacheinander gestellten, den Schmelzraum 11 bildenden Zylinder 12 a, 12 b . . . im Querschnitt oval oder ellipsenförmig sind, also die Wandbereiche 13 und 14 verschiedene Radien haben, deren Mittelpunkte nicht auf der Mittellängsebene liegen müssen.The embodiment according to Fig. 3 differs from that according to Fig. 2 in that the individual cylinders 12 a , 12 b . . . which are placed one after the other and form the melting chamber 11 are oval or elliptical in cross-section, i.e. the wall regions 13 and 14 have different radii, the centers of which do not have to lie on the central longitudinal plane.

Die Stege 10 brauchen nur eine Höhe zu haben, und damit die Höhe des Schmelzraumes einzunehmen, die zur Versteifung ausreicht. Sie können natürlich auch eine größere Höhe einnehmen, jedoch müßten sie dann ihren Querschnitt schwächende Durchflußöffnungen aufweisen, ohne daß durch diese der Temperaturausgleich völlig sichergestellt werden kann.The webs 10 only need to have one height, and thus the height of the melting chamber, which is sufficient for stiffening. They can of course also have a greater height, but then they would have to have flow openings that weaken their cross-section, without these being able to fully ensure temperature equalization.

Claims

1. Nozzle bar for the production of glass threads, consisting of a nozzle tank with spinnerets inserted in its base, on which a melting tank is placed, into which glass raw material is introduced from above over the entire length, characterized in that the melting tank ( 3 ) is formed from cylinders ( 8, 12 ) lying next to one another, which are open on their mutually facing sides and open into one another.

2. Nozzle strip according to claim 1, characterized in that the wall region ( 9 ) connecting two cylinders to one another is connected transversely to the central longitudinal plane of the melting tank by webs ( 10 ) which take up only part of the cylinder height.

3. Nozzle bar according to claim 1, characterized in that the individual adjacent cylinders ( 8 ) forming the melting tank are circular cylinders with the exception of the open sides facing each other.

4. Nozzle bar according to claim 1, characterized in that the melting tank is constructed from oval or elliptical cylinders with the exception of the open sides facing each other.

5. Nozzle strip according to one of claims 1 to 4, characterized in that the total length of the wall of the melting tank and thus the degree of its curvature is selected according to the electrical resistance influencing the heating power.