RU2171235C1

RU2171235C1 - Glassmelting apparatus for producing fiber glass

Info

Publication number: RU2171235C1
Application number: RU2000120966A
Authority: RU
Inventors: В.А. Ястребов; Р.Г. Черняков; А.М. Сюхин; Е.И. Рытвин; И.Н. Потапкина; С.Л. Перельман; Т.А. Мхитарян; Л.Э. Морозова; Н.В. Кравченко; Н.С. Верига; В.В. Васекин
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный комплекс "Суперметалл"
Priority date: 2000-08-14
Filing date: 2000-08-14
Publication date: 2001-07-27

Abstract

FIELD: continuous fiber glass manufacture equipment. SUBSTANCE: glass-melting apparatus has casing, supporting plate with spinnerets arranged at average density of 3-4 spinnerets/sq.cm, current supplies and heating screen (screens) with glass mass inlet openings and gas discharge openings. Ratio of average section area of screen (screens) to mean section area of spinneret plate is 2-3.4. Casing height and length ratio is 1.0-1.2. Area of single glass mass inlet opening in screen (screens) does not exceed area of spinneret discharge opening. Apparatus allows thin fiber glass (with diameter of 9 microns or less) to be produced in two stages. EFFECT: increased efficiency and reduced metal usage. 2 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к оборудованию для производства непрерывного стеклянного волокна двустадийным методом. The invention relates to equipment for the production of continuous glass fiber by a two-stage method.

Известен малогабаритный стеклоплавильный сосуд для выработки непрерывного стекловолокна, содержащий трубки и V-образный нагревательный элемент соединенный в один узел с фильтрующей сеткой (а.с. СССР N 234627, кл. C 03 B 37/09, 1967). Known small-sized glass melting vessel for the production of continuous fiberglass, containing tubes and a V-shaped heating element connected in one node with a filter mesh (AS USSR N 234627, class C 03 B 37/09, 1967).

Недостатком известной конструкции является повышенная материалоемкость и низкая производительность при получении непрерывного стекловолокна. A disadvantage of the known design is the increased consumption of materials and low productivity in the production of continuous fiberglass.

Известен также стеклоплавильный сосуд для выработки непрерывного стекловолокна, включающий корпус, фильерную пластину с фильерами, токоподводы, нагревательный и ячеистый гомогенизирующий экраны (а.с. СССР N 722860, кл. C 03 B 37/09, 1978). Also known is a glass melting vessel for producing continuous fiberglass, including a housing, a die plate with dies, current leads, heating and mesh homogenizing screens (AS USSR N 722860, class C 03 B 37/09, 1978).

Недостатком этой конструкции является ее высокая материалоемкость и, следовательно, низкая экономичность процесса получения стекловолокна. The disadvantage of this design is its high material consumption and, therefore, low efficiency of the process of obtaining fiberglass.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является стеклоплавильное устройство, в котором фильерная пластина выполнена со средней плотностью фильер 3-4 шт/см², отношение высоты к длине корпуса стеклоплавильного сосуда от 1,1 до 1,2, а отношение суммарной средней площади поперечного сечения экранов к средней площади поперечного сечения фильерной пластины составляет 3,5 - 5,0 (патент на изобретение Российской Федерации N 2147297, кл. C 03 B 37/09, 1999).The closest in technical essence and the achieved result is a glass melting device in which a spinneret plate is made with an average density of spinnerets of 3-4 pcs / cm ² , the ratio of height to length of the body of the glass melting vessel is from 1.1 to 1.2, and the ratio of the total average area the cross-section of the screens to the average cross-sectional area of the die plate is 3.5 - 5.0 (patent for the invention of the Russian Federation N 2147297, CL C 03 B 37/09, 1999).

Недостатком прототипа является низкая стабильность процесса формования тонких стеклянных волокон (диаметром 9 мкм и менее) и повышенный расход драгоценных металлов. The disadvantage of the prototype is the low stability of the process of forming thin glass fibers (with a diameter of 9 μm or less) and increased consumption of precious metals.

Задачей настоящего изобретения является снижение материалоемкости конструкции стеклоплавильного устройства для выработки тонких непрерывных стеклянных волокон двустадийным методом. The objective of the present invention is to reduce the material consumption of the design of a glass melting device for the production of thin continuous glass fibers by a two-stage method.

Технический результат достигается тем, что в известном стеклоплавильном устройстве для получения стекловолокна, включающем корпус с фильерной пластиной со средней площадью фильер 3-4 шт/см², токоподводы, нагревательный экран (или экраны) с отверстиями для прохождения стекломассы и выхода газов, отношение суммарной средней площади поперечного сечения экрана(ов) к средней площади поперечного сечения фильерной пластины составляет от 2 до 3,4, а соотношение высоты корпуса стеклоплавильного устройства к его длине - от 1,0 до 1,2, причем площадь единичного отверстия для прохождения стекломассы в экране(нах) не превышает площади выходного отверстия фильеры.The technical result is achieved by the fact that in the known glass melting device for producing fiberglass, comprising a housing with a spinneret plate with an average die area of 3-4 pcs / cm ² , current leads, a heating screen (or screens) with holes for the passage of glass melt and the exit of gases, the ratio of the total the average cross-sectional area of the screen (s) to the average cross-sectional area of the die plate is from 2 to 3.4, and the ratio of the height of the casing of the glass melting device to its length is from 1.0 to 1.2, and the area of a single hole for the passage of glass in the screen (s) does not exceed the area of the outlet of the die.

При этом средняя площадь поперечного сечения определяется как отношение объема элемента конструкции к его длине в направлении прохождения электрического тока. In this case, the average cross-sectional area is defined as the ratio of the volume of the structural element to its length in the direction of passage of electric current.

Таким образом, за счет оптимальных соотношений высоты корпуса H и его длины L, средней площади сечения нагревательного экрана S₁ и средней площади сечения фильерной пластины S₂, а также за счет более качественной термической подготовки стекломассы при прохождении через отверстия в нагревательном экране, обеспечивается стабильный процесс формования тонких стекловолокон и снижение массы стеклоплавильного устройства.Thus, due to the optimal ratios of the height of the casing H and its length L, the average cross-sectional area of the heating screen S ₁ and the average cross-sectional area of the die plate S ₂ , as well as due to better thermal preparation of the glass melt when passing through the holes in the heating screen, a stable the process of forming thin glass fibers and reducing the weight of the glass melting device.

Указанные соотношения определены экспериментальным путем. В таблице представлены параметры известных и предлагаемых 400-фильерных конструкций стеклоплавильных устройств. The indicated ratios are determined experimentally. The table shows the parameters of the known and proposed 400-spinneret designs of glass melting devices.

Устойчивый процесс формования тонких непрерывных стеклянных волокон (диаметром 9 мкм и менее) возможен лишь при достижении определенной степени термической и химической однородности стекла, которая обеспечивается нагревательными и гомогенизирующими элементами конструкции устройства и увеличением времени термической подготовки стекломассы, т.е. времени от момента попадания частиц стекла в расплав и до момента формования в волокно. A stable process of forming thin continuous glass fibers (with a diameter of 9 μm or less) is possible only when a certain degree of thermal and chemical uniformity of the glass is achieved, which is ensured by heating and homogenizing elements of the device structure and an increase in the time of thermal preparation of the glass melt, i.e. time from the moment glass particles get into the melt and until the fiber is spun.

Практически время пребывания расплава стекла в стеклоплавильном устройстве определяется дебитом фильер и высотой корпуса. Уменьшая диаметр и увеличивая длину фильер можно снизить их пропускную способность и тем самым увеличить время термической подготовки стекломассы в устройстве. Если плавильная способность нагревательных элементов стеклоплавильного устройства при этом остается неизменной, возможен критический рост уровня расплава стекла или перегрев стекломассы и ее вспенивание, что сопровождается переливом стекла через загрузочные элементы, разрушением огнеупорной обмуровки устройства и нарушением процесса формования непрерывного стекловолокна. Увеличение высоты корпуса стеклоплавильного устройства для предотвращения переливов, увеличивая время термической подготовки стекломассы, одновременно приводит к повышению материалоемкости устройства. In practice, the residence time of the glass melt in the glass melting device is determined by the flow rate of the dies and the height of the housing. By reducing the diameter and increasing the length of the dies, it is possible to reduce their throughput and thereby increase the time of thermal preparation of the glass melt in the device. If the melting ability of the heating elements of the glass melting device remains unchanged, a critical increase in the level of glass melt or overheating of the glass and its foaming is possible, which is accompanied by overflow of the glass through the loading elements, destruction of the refractory lining of the device and disruption of the process of forming continuous glass fiber. Increasing the height of the casing of the glass melting device to prevent overflow, increasing the time of thermal preparation of the glass melt, at the same time leads to an increase in the material consumption of the device.

С другой стороны, для ускорения процессов гомогенизации расплава, тепловыделение на нагревательных экранах, определяемое их относительным сечением, должно быть таким, чтобы стекломасса нагревалась до максимально высоких технологических температур, и при этом фильерная пластина оставалась в узком (как правило, не более 10-15^oC) температурном интервале, где вязкостные свойства стекломассы позволяют вытягивать ее в волокна.On the other hand, to accelerate the processes of melt homogenization, the heat release on the heating screens, determined by their relative cross-section, should be such that the glass melt is heated to the highest technological temperatures, while the spinneret plate remains narrow (usually no more than 10-15 ^o C) the temperature range where the viscosity properties of the glass melt allow it to be drawn into fibers.

Таким образом, конструкции стеклоплавильных устройств наряду с требованиями низкой материалоемкости, поскольку в условиях получения стекловолокна могут длительно эксплуатироваться только материалы на основе драгоценных металлов платиновой группы, должны обеспечивать определенное и стабильное распределение температуры стекломассы внутри корпуса, что достигается путем подбора сечений и размеров соответствующих элементов, а также их конфигурацией. Thus, the design of glass melting devices, along with the requirements of low material consumption, since only materials based on precious metals of the platinum group can be used for a long time under glass conditions, must provide a certain and stable distribution of the temperature of the glass melt inside the body, which is achieved by selecting the cross sections and sizes of the corresponding elements, as well as their configuration.

Выбор отношения высоты стеклоплавильного сосуда к длине в пределах от 1 до 1,2 при плотности фильер 3-4 шт/см², определяется тем, что при H/L менее 1 не достигается термическая подготовка стекломассы, необходимая для ведения устойчивого процесса формования тонкого стекловолокна. Процесс выработки характеризуется повышенной обрывностью, что снижает производительность устройства и, соответственно, его экономичность.The choice of the ratio of the height of the glass melting vessel to a length ranging from 1 to 1.2 at a die density of 3-4 pcs / cm ² is determined by the fact that with H / L less than 1 the thermal preparation of the glass melt necessary for a stable process of forming thin glass fiber is not achieved . The production process is characterized by increased breakage, which reduces the productivity of the device and, accordingly, its efficiency.

Относительное увеличение высоты стеклоплавильного устройства - H/L больше 1,2 - нецелесообразно, т.к. при этом возрастает расход драгоценных металлов. A relative increase in the height of the glass melting device - H / L greater than 1.2 - is impractical, because this increases the consumption of precious metals.

При отношении S₁/S₂ менее 2 плавильная способность экрана недостаточна для поддержания требуемого уровня расплава стекломассы в стеклоплавильном устройстве, что снижает его производительность.When the ratio S ₁ / S ₂ less than 2, the melting ability of the screen is insufficient to maintain the required level of molten glass in the glass melting device, which reduces its performance.

При отношении S₁/S₂ больше 3,4 и допустимом съеме стекломассы, тепловыделение на экранах приводит к ее перегреву, возможному вспениванию в сосуде и нарушению процесса формования стекловолокна.When the ratio S ₁ / S _{2 is} more than 3.4 and the permissible removal of the glass melt, heat generation on the screens leads to its overheating, possible foaming in the vessel and disruption of the glass fiber forming process.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан общий вид стеклоплавильного устройства. The invention is illustrated in the drawing, which shows a General view of a glass melting device.

Стеклоплавильное устройство содержит боковые стенки 1, торцевые стенки 2 с токоподводами 3 и фильерную пластину 4 с фильерами 5. Элементы 1, 2, 4 образуют корпус стеклоплавильного устройства. В верхней части корпуса расположена загрузочная щель 6, куда производится загрузка стеклошариков. Внутри корпуса расположены нагревательный(ные) 7 и гомогенизирующий 8 экраны. The glass melting device comprises side walls 1, end walls 2 with current leads 3 and a die plate 4 with dies 5. Elements 1, 2, 4 form the body of the glass melting device. In the upper part of the housing there is a loading slot 6, where the glass balls are loaded. Inside the housing there are heating (s) 7 and homogenizing 8 screens.

При работе стеклоплавильного устройства, стеклошарики (на чертеже не показаны) через загрузочную щель 6 поступают на нагревательный экран 7, где плавятся за счет его нагрева электрическим током, подводимым к токоподводам 3 от источника электропитания. Расплав стекломассы через отверстия 9, плавильного экрана 7, поступает в зону, где происходит термическая гомогенизация и осветление стекломассы, сопровождаемые выделением газов, растворенных в стекломассе. Газы выходят в атмосферу через отверстия 10. Далее термически подготовленная и осветленная стекломасса проходит через гомогенизирующий экран (он может отсутствовать в конструкции), поступает к фильерной пластине 4 и через фильеры 5 вытягивается в виде элементарных волокон (на чертеже не показаны). When the glass melting device is operating, the glass beads (not shown) through the loading slot 6 enter the heating screen 7, where they melt due to its heating by electric current supplied to the current leads 3 from the power source. The molten glass melt through the holes 9, the melting screen 7, enters the zone where thermal homogenization and clarification of the glass melt occurs, accompanied by the release of gases dissolved in the glass melt. Gases enter the atmosphere through openings 10. Next, the thermally prepared and clarified glass melt passes through a homogenizing screen (it may be absent in the structure), enters the spinneret plate 4 and is drawn through the spinnerets 5 in the form of elementary fibers (not shown in the drawing).

Технико-экономический эффект от использования изобретения выражается в снижении до 30% потребности в драгоценных металлах, необходимых для изготовления стеклоплавильного устройства. The technical and economic effect of the use of the invention is expressed in the reduction of up to 30% of the need for precious metals necessary for the manufacture of a glass melting device.

Claims

1. Glass melting device for producing fiberglass, comprising a housing, a spinneret plate with an average density of spinnerets of 3-4 pcs / cm ² , current leads and at least one heating screen with holes for the passage of glass mass and gas outlet, characterized in that the ratio is average the cross-sectional area of the screen to the average cross-sectional area of the die plate is from 2 to 3.4, and the ratio of the height of the housing to its length is from 1.0 to 1.2.

2. The glass melting device according to claim 1, characterized in that the area of a single hole for passing the glass melt in the screen does not exceed the area of the outlet of the die.