RU2793313C1 - Method for manufacturing a device for producing glass or basalt fibre - Google Patents
Method for manufacturing a device for producing glass or basalt fibre Download PDFInfo
- Publication number
- RU2793313C1 RU2793313C1 RU2022110286A RU2022110286A RU2793313C1 RU 2793313 C1 RU2793313 C1 RU 2793313C1 RU 2022110286 A RU2022110286 A RU 2022110286A RU 2022110286 A RU2022110286 A RU 2022110286A RU 2793313 C1 RU2793313 C1 RU 2793313C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gold
- platinum
- layer
- drawing die
- glass
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение может применяться в металлургической промышленности.The invention can be applied in the metallurgical industry.
Фильеры — специальные высокопрочные формы (пластины, колпачки) с калиброванными отверстиями, расположенными в определённом порядке. Фильеры предназначены для разделения потока жидкого вещества (раствора или расплава) на отдельные капли лукообразной формы, из которых вытягивают отдельные волокна с последующим соединением в нити или жгуты.Drawers are special high-strength forms (plates, caps) with calibrated holes arranged in a certain order. The spinnerets are designed to separate the flow of a liquid substance (solution or melt) into separate onion-shaped drops, from which separate fibers are drawn with subsequent connection into threads or bundles.
При производстве стеклянных или базальтовых волокон часто наблюдается затекание дна фильерного питателя расплавом стекла или базальта. Затекание фильерного дна приводит к нарушению нормального режима образованию волокон, снижает качество волокна и производительность работы устройств, при этом в некоторых случаях для очистки заплывшего фильерного дна может потребоваться демонтаж устройства. Использование предложенного изобретения позволяет: значительно уменьшить смачиваемость внешней поверхности фильерного поля расплавами стекла и базальта; снизить капиллярную обрывность волокна на 20-30%; повысить качество волокна; получать волокна из новых видов стекла и базальта с очень высокой степенью смачиваемости сплавов на основе платины, которые ранее не удавалось получать из-за затекания фильерного поля оксидными расплавами.In the production of glass or basalt fibers, flowing of the bottom of the spunbond feeder with a melt of glass or basalt is often observed. Leakage of the spinneret bottom leads to a disruption in the normal mode of fiber formation, reduces the quality of the fiber and the performance of the devices, while in some cases it may be necessary to dismantle the device to clean the swollen spinneret bottom. The use of the proposed invention makes it possible to: significantly reduce the wettability of the outer surface of the spunbond field with melts of glass and basalt; reduce the capillary breakage of the fiber by 20-30%; improve fiber quality; to obtain fibers from new types of glass and basalt with a very high degree of wettability of platinum-based alloys, which previously could not be obtained due to the leakage of the spinneret field by oxide melts.
Из литературных источников известно, что золото и его сплавы смачиваются расплавами некоторых стекол меньше, чем платина, палладий и платинородиевые сплавы [Рытвин Е.И. Платиновые металлы и сплавы в производстве стеклянного волокна. М.: Химия, 1974. 261с., (см. стр. 209-216)]. В качестве критерия смачиваемости используют краевой угол θ, образуемый твердой поверхностью и касательной к поверхности жидкой капли (см. рис. 3) в точке контакта трех фаз (третья фаза – газ). При уменьшении значения θ увеличивается смачивание. В работе [Рытвин Е. И. Свойства и применение платиновых сплавов в производстве стеклянного волокна. М., ВНИИСПВ, 1973. 150 с. (см. стр. 125-133)] было показано, что при изготовлении фильер из материала с углом смачиваемости оксидными расплавами не менее 60-70° не происходит затекания фильер. Наилучшим образом данному условию удовлетворяют сплавы на основе платины с содержанием золота до 5%, тем не менее побочным эффектом фильер, изготовленных из этих сплавов, является низкая смачиваемость их внутренней поверхности оксидными расплавами, что приводит к затруднению прохождения расплава через фильеру и, как следствие, к снижению производительности устройства. Также в кратковременных испытаниях при отсутствии затекания было обнаружено, что наибольшую производительность (дебит) имеют фильеры из платинородиевых сплавов с содержанием родия 3-20% с краевым углом смачиваемости менее 40°, превышающую в 2-3 раза дебит фильер из сплавов на основе платины с содержанием золота до 5% с краевым углом смачиваемости не менее 60-70°. It is known from literary sources that gold and its alloys are less wetted by melts of some glasses than platinum, palladium and platinum-rhodium alloys [Rytvin E.I. Platinum metals and alloys in glass fiber production. Moscow: Chemistry, 1974. 261 pp., (see pp. 209-216)]. The wettability criterion is the contact angle θ formed by the solid surface and the tangent to the surface of the liquid drop (see Fig. 3) at the contact point of three phases (the third phase is gas). As the value of θ decreases, wetting increases. In [Rytvin E. I. Properties and application of platinum alloys in the production of glass fiber. M., VNIISPV, 1973. 150 p. (see pp. 125-133)] it was shown that in the manufacture of dies from a material with an oxide melt wettability angle of at least 60-70°, the dies do not leak. This condition is best satisfied by platinum-based alloys with a gold content of up to 5%, however, a side effect of dies made from these alloys is the low wettability of their inner surface by oxide melts, which leads to difficulty in passing the melt through the die and, as a result, degrade device performance. Also, in short-term tests in the absence of leakage, it was found that the highest productivity (debit) is dies made of platinum-rhodium alloys with a rhodium content of 3-20% with a wetting angle of less than 40°, exceeding the debit of dies made of platinum-based alloys with gold content up to 5% with a contact angle of at least 60-70°.
С учетом изложенного предпринимались попытки по изготовлению фильер из сплавов с содержанием золота с целью уменьшения затекания и обрывности волокна. Известен способ [ТУ 1995-117-00196533-2010. Изделия технические из благородных металлов и их сплавов] изготовления фильерного дна питателей из платинородиевых сплавов с добавлением золота 3 – 10%, которое снижало смачиваемость расплавами стекла и базальта. Основными недостатками таких сплавов с содержанием золота является низкая технологичность и трудная деформируемость, приводящая к хрупкому разрушению при получении проката и к образованию трещин при сварке листовых деталей [Дмитриев В. А. Высокотемпературное разрушение платиновых металлов и сплавов. — М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2003. — 176 с. (см. стр. 69-74)], а также пониженный дебит при выработке волокна, вследствие низкой смачиваемости внутренней поверхности фильеры оксидными расплавами (см. выше).In view of the foregoing, attempts have been made to manufacture dies from gold-containing alloys in order to reduce wicking and fiber breakage. A known method [TU 1995-117-00196533-2010. Technical products from noble metals and their alloys] manufacturing of a spunbond bottom of feeders from platinum-rhodium alloys with the addition of gold 3 - 10%, which reduced the wettability of glass and basalt melts. The main disadvantages of such gold-containing alloys are low processability and difficult deformability, leading to brittle fracture during the production of rolled products and to the formation of cracks during welding of sheet parts [Dmitriev V. A. High-temperature destruction of platinum metals and alloys. - M .: Publishing house "Ore and metals", 2003. - 176 p. (see pp. 69-74)], as well as a reduced production rate during fiber production, due to the low wettability of the inner surface of the spinneret by oxide melts (see above).
С целью одновременного повышения механических характеристик сплавов и снижения смачиваемости расплавами стекла и базальта использовали для изготовления фильерных полей дисперсно-упрочненные сплавы на основе платины с содержанием золота до 5% [A. E. Heywood and R. A. Benedek, Dispersion Strengthened Gold-Platinum, Platinum Metals Review, September 2010, 98-103.]. Недостатком таких сплавов является трудная деформируемость с появлением холодных трещин и отслоений при изготовлении пластин и фильерных полей, а также появление горячих трещин в около шовных зонах при эксплуатации изделий за счет диффузии золота к границам зерен и микротрещинам (эффект Ребиндера).In order to simultaneously improve the mechanical characteristics of alloys and reduce the wettability of glass and basalt melts, dispersion-strengthened alloys based on platinum with a gold content of up to 5% were used for the manufacture of spunbond fields [A. E. Heywood and R. A. Benedek, Dispersion Strengthened Gold-Platinum, Platinum Metals Review, September 2010, 98-103.]. The disadvantage of such alloys is the difficult deformability with the appearance of cold cracks and delaminations in the manufacture of plates and die fields, as well as the appearance of hot cracks in the near-seam zones during the operation of products due to the diffusion of gold to grain boundaries and microcracks (the Rebinder effect).
Известен способ изготовления сварных двухслойных фильер (см. рис. 4), у которых внутренний слой из платинородиевого сплава, а наружный из золотосодержащего (или из чистого золота) [Рытвин Е. И. Свойства и применение платиновых сплавов в производстве стеклянного волокна. М., ВНИИСПВ, 1973. 150 с. (см. стр. 125-133)]. Недостатком данного способа является склонность к повышенному образованию трещин в около шовной зоне вблизи приварки кольцевым швом фильер в виде трубок к фильерной пластине, в связи с тем, что золото является поверхностно-активным по отношению к платиновым сплавам и в расплавленном состоянии при приварке фильер вызывает хрупкое разрушение в около шовной зоне по эффекту Ребиндера платиновых сплавов, находящихся в твердом состоянии [Дмитриев В. А. Высокотемпературное разрушение платиновых металлов и сплавов. — М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2003. — 176 с. (см. стр. 69-74)].A known method of manufacturing welded two-layer dies (see Fig. 4), in which the inner layer is made of a platinum-rhodium alloy, and the outer layer is made of gold-containing (or pure gold) [Rytvin E. I. Properties and application of platinum alloys in the production of glass fiber. M., VNIISPV, 1973. 150 p. (See pp. 125-133)]. The disadvantage of this method is the tendency to increased formation of cracks in the near-seam zone near the welding of the annular weld of the dies in the form of tubes to the die plate, due to the fact that gold is surface-active with respect to platinum alloys and in the molten state when welding the dies causes brittle destruction in the near-seam zone according to the Rebinder effect of platinum alloys in the solid state [Dmitriev VA High-temperature destruction of platinum metals and alloys. - M .: Publishing house "Ore and metals", 2003. - 176 p. (See pp. 69-74)].
Техническим решением, наиболее близким к заявляемому, является фильерный питатель (RU 2167835) для выработки непрерывного волокна из расплава горных пород, включающий корпус, фильерную пластину с фильерами, токоподводы, и снабженный подфильерным холодильником, а на фильерной пластине сдвоенные ряды фильер расположены продольно по отношению к длинной стороне фильерного питателя с шагом 10-30 мм, обеспечивающим установку как минимум одного опорного водоведущего охлаждающего элемента в виде трубок различного профиля, фильерная пластина выполнена с укрепляющим в продольном расположении элементом, который представляет собой V-образный или U-образный элемент, вершина которого находится на расстоянии 5-20 мм от плоскости фильерной пластины, а опорный элемент подфильерного холодильника выполнен из огнеупорной керамики, причем количество опорных охлаждающих элементов составляет три и более, причем два крайних охлаждающих элемента установлены на периферийных направлениях. Однако при использовании прототипа существенно наблюдается затекание внешней поверхности фильеры расплавами стекла.The technical solution closest to the claimed one is a spunbond feeder (RU 2167835) for producing continuous fiber from molten rocks, including a housing, a spunbond plate with spinnerets, current leads, and equipped with a spunbond cooler, and on the spunbond plate double rows of spinnerets are located longitudinally with respect to to the long side of the spinneret feeder with a pitch of 10-30 mm, which ensures the installation of at least one supporting water-carrying cooling element in the form of tubes of various profiles, the spinneret plate is made with a longitudinally strengthening element, which is a V-shaped or U-shaped element, the top which is located at a distance of 5-20 mm from the plane of the die plate, and the support element of the under-die cooler is made of refractory ceramics, and the number of support cooling elements is three or more, and two extreme cooling elements are installed in peripheral directions. However, when using the prototype is significantly observed leakage of the outer surface of the die glass melts.
Задача изобретения заключается в создании стеклоплавильных аппаратов, работающих по принципу тиглей и фильерных питателей, с уменьшенным затеканием внешней поверхности фильеры и фильерного поля расплавами стекла или базальта.The objective of the invention is to create glass-melting apparatuses operating on the principle of crucibles and spinneret feeders, with reduced leakage of the outer surface of the spinneret and spinneret field with melts of glass or basalt.
Техническим результатом является снижение затекания внешней поверхности фильеры /фильерного поля плавильного устройства расплавами волокон. Также технический результат заключается в уменьшении капиллярной обрывности и увеличении выработки волокна.The technical result is to reduce the leakage of the outer surface of the spinneret / spinneret field of the melting device with fiber melts. Also, the technical result is to reduce capillary breakage and increase fiber production.
Сущность заявленного способа состоит в том, что на внутреннюю поверхность фильерного дна наносят защитное покрытие из шеллака толщиной не менее 10 мкм, при этом на наружную поверхность дна наносят металлический слой, содержащий 99,9 % золота, или слой бинарного платинозолотого сплава с содержанием золота не менее 0,1% или платинородиевозолотого сплава с содержанием золота и родия не менее 0,1%, толщиной не менее 0,1 мкм, с последующим спеканием металлического слоя при температуре 500-1850°С.The essence of the claimed method is that a protective coating of shellac with a thickness of at least 10 microns is applied to the inner surface of the spunbond bottom, while a metal layer containing 99.9% gold or a layer of a binary platinum-gold alloy with a gold content of not less than 0.1% or a platinum-rhodium-gold alloy with a gold and rhodium content of at least 0.1%, a thickness of at least 0.1 microns, followed by sintering the metal layer at a temperature of 500-1850°C.
Защитное покрытие на основе шеллака наносят сплошным равномерным слоем с целью исключения или снижения попадания покрытия с содержанием золота на внутреннюю поверхность фильерного дна, так как попадание материала с содержанием золота на внутреннюю поверхность фильерного дна приводит к затруднению прохождения расплава стекла или базальта через фильеру и, как следствие, к снижению производительности устройства.A protective coating based on shellac is applied in a continuous uniform layer in order to prevent or reduce the ingress of a gold-containing coating onto the inner surface of the spinneret bottom, since the ingress of gold-containing material onto the inner surface of the spinneret bottom makes it difficult for the glass or basalt melt to pass through the spinneret and, as consequently, to a decrease in the performance of the device.
С целью закрепления малосмачиваемого покрытия на внешней поверхности фильерного дна проводится высокотемпературное спекание при температурах 500-1850ºС, т.к. при меньших температурах происходит окисление родия, а при температурах выше температуры эксплуатации устройства спекать нецелесообразно, так как может происходить интенсивная возгонка покрытия (испарение), что приводит к уменьшению толщины слоя покрытия или к полному удалению покрытия. Использование платины и родия в материале с содержанием золота повышает жаропрочность покрытия при температурах эксплуатации изделия 500-1850ºС.In order to fix the low-wettable coating on the outer surface of the spinneret bottom, high-temperature sintering is carried out at temperatures of 500-1850ºС, because at lower temperatures, rhodium is oxidized, and at temperatures above the operating temperature of the device, it is not advisable to sinter, since intense sublimation of the coating (evaporation) can occur, which leads to a decrease in the thickness of the coating layer or to complete removal of the coating. The use of platinum and rhodium in the gold-containing material increases the heat resistance of the coating at product operating temperatures of 500-1850ºС.
Устройство для изготовления волокна содержит ёмкость с фильерным полем. The fiber manufacturing device contains a container with a spunbond field.
В частном варианте выполнения устройства ёмкость выполнена в виде фильеры плавильного устройства.In a particular embodiment of the device, the container is made in the form of a die of a melting device.
В частном варианте выполнения способа, фильера может содержать от 2 до 8000 отверстий.In a particular embodiment of the method, the die may contain from 2 to 8000 holes.
В частном варианте выполнения, устройство и его элементы могут быть выполнены любых параметров и пропорций, из любого известного в уровне техники материала, устойчивого к работе плавильного устройства. In a particular embodiment, the device and its elements can be made of any parameters and proportions, from any material known in the prior art, resistant to the operation of the melting device.
В частном варианте выполнения, в качестве плавильного устройства может быть использован фильерный питатель или тигель.In a particular embodiment, a spunbond feeder or a crucible can be used as the melting device.
Пример №1. На внутреннюю поверхность дна нанесли слой защитного покрытия из шеллака. На внешнюю поверхность фильерного дна фильерного питателя с количеством 1000 фильер гальваническим способом нанесли слой с содержанием золота 99,9% толщиной 1 мкм. Выполнили температурное спекание покрытия при температуре 500°С в течение 90 мин. Полученное фильерное дно направили на изготовление фильерного питателя для выработки непрерывного базальтового волокна. Эксплуатация полученного фильерного питателя показала отсутствие смачиваемости внешней поверхности фильер и фильерного поля базальтовым расплавом и, как следствие, снижение капиллярной обрывности волокна. Example #1. A layer of protective shellac coating was applied to the inner surface of the bottom. On the outer surface of the spunbond bottom of the spunbond feeder with the number of 1000 dies, a layer with a gold content of 99.9% with a thickness of 1 μm was electroplated. Thermal sintering of the coating was performed at a temperature of 500°C for 90 min. The resulting spunbond bottom was sent to the manufacture of a spunbond feeder for the production of continuous basalt fiber. The operation of the obtained spinneret feeder showed the absence of wettability of the outer surface of the spinnerets and the spinneret field by basalt melt and, as a result, a decrease in the capillary breakage of the fiber.
Пример №2. На внутреннюю поверхность дна нанесли слой защитного покрытия из шеллака. На внешнюю поверхность дна гальваническим способом нанесли слой с содержанием золота 5%, платины 94% и родия 1% толщиной 0,5 мкм. Выполнили высокотемпературное спекание покрытия при температуре 1800°С в течение 30 мин. Полученное дно направили на изготовление тигля для выработки стекловолокна. Эксплуатация полученного тигля показала отсутствие смачиваемости внешней поверхности фильер и фильерного поля расплавом щелочного стекла и увеличение производительности устройства. Example #2. A layer of protective shellac coating was applied to the inner surface of the bottom. A layer containing 5% gold, 94% platinum and 1% rhodium with a thickness of 0.5 μm was electroplated on the outer surface of the bottom. High-temperature sintering of the coating was carried out at a temperature of 1800°C for 30 min. The resulting bottom was sent to the manufacture of a crucible for the production of fiberglass. The operation of the resulting crucible showed the absence of wettability of the outer surface of the spinnerets and the spinneret field by the melt of alkaline glass and an increase in the productivity of the device.
Claims (1)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202380013791.9A CN118043287A (en) | 2022-04-17 | 2023-04-11 | Method for manufacturing device for producing glass or basalt fiber |
| PCT/RU2023/050081 WO2023204733A1 (en) | 2022-04-17 | 2023-04-11 | Method for manufacturing a device for producing glass or basalt fibre |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2793313C1 true RU2793313C1 (en) | 2023-03-31 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2818865C1 (en) * | 2023-11-15 | 2024-05-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Технология и Оборудование для Стеклянных Структур" | Method of making a spinneret for drawing articles from molten electron-tube glass |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1242921A (en) * | 1969-01-27 | 1971-08-18 | Pilkington Brothers Ltd | Improvements in or relating to glass fibre production |
| US5017205A (en) * | 1989-04-14 | 1991-05-21 | Nitto Boseki Co., Ltd. | Nozzle plate for spinning glass fibres |
| US20030177793A1 (en) * | 2002-01-28 | 2003-09-25 | W. C. Heraeus & Co. Kg | Bushing for drawing glass fibers |
| RU2599518C2 (en) * | 2011-10-06 | 2016-10-10 | Сэн-Гобэн Адфорс | Device dispensing glass fibres, with reduced content of precious metals |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1242921A (en) * | 1969-01-27 | 1971-08-18 | Pilkington Brothers Ltd | Improvements in or relating to glass fibre production |
| US5017205A (en) * | 1989-04-14 | 1991-05-21 | Nitto Boseki Co., Ltd. | Nozzle plate for spinning glass fibres |
| US20030177793A1 (en) * | 2002-01-28 | 2003-09-25 | W. C. Heraeus & Co. Kg | Bushing for drawing glass fibers |
| RU2599518C2 (en) * | 2011-10-06 | 2016-10-10 | Сэн-Гобэн Адфорс | Device dispensing glass fibres, with reduced content of precious metals |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2818865C1 (en) * | 2023-11-15 | 2024-05-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Технология и Оборудование для Стеклянных Структур" | Method of making a spinneret for drawing articles from molten electron-tube glass |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101808962B1 (en) | Apparatus for use in direct resistance heating of platinum-containing vessels | |
| US20090120133A1 (en) | Process and system for fining glass | |
| JP5045667B2 (en) | Apparatus for transferring molten glass onto a float bath | |
| US11427493B2 (en) | Method and apparatus for managing glass ribbon cooling | |
| KR20190077245A (en) | Glass manufacturing apparatus, glass manufacturing method, glass supply pipe and molten glass conveying method | |
| EP0684933B1 (en) | Apparatus for producing glass fibers | |
| JP2007131525A (en) | Process for producing flat glass, particularly float glass easy to become glass ceramic | |
| RU2793313C1 (en) | Method for manufacturing a device for producing glass or basalt fibre | |
| JP2010502543A (en) | Bushing assembly with cooling support fins | |
| WO2023204733A1 (en) | Method for manufacturing a device for producing glass or basalt fibre | |
| WO2019035327A1 (en) | Method for manufacturing glass article, and melting furnace | |
| CN112638833B (en) | Glass fiber manufacturing is with wire drawing crucible | |
| JP2018083739A (en) | Heating apparatus and glass supply pipe | |
| US6427492B1 (en) | Bushing including a terminal ear | |
| KR100747351B1 (en) | Heater having multi hot-zone, furnace for drawing down optical fiber preform into optical fiber and method for optical fiber drawing using the same | |
| JP6219828B2 (en) | Molten glass filament supply device and manufacturing method thereof | |
| KR20200033897A (en) | Method and device for adjustable glass ribbon heat transfer | |
| US20090107179A1 (en) | Glass passage and method of manufacturing molded product of optical glass using the passage | |
| Koch et al. | Design and manufacture of bushings for glass fibre production | |
| RU2749757C1 (en) | Device for production of glass filaments from thermoplastic material | |
| US20230286850A1 (en) | Apparatus and method to improve attributes of drawn glass | |
| CN110108125B (en) | Melting furnace for processing silicate melt | |
| CN117602851A (en) | Metal-plated optical fiber coating device and preparation method of metal-plated optical fiber | |
| KR20240024190A (en) | Glass manufacturing apparatus and method capable of controlling fluid flow with dual phases | |
| JP2012171837A (en) | Flat glass manufacturing apparatus and flat glass manufacturing method |