TW200938499A - Apparatus for shaping melts comprising inorganic oxides or minerals with an improved heating device - Google Patents

Description

200938499 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明有關一用於將含有無機氧化物或礦物質之熔體 成型、特別是用於生產玻璃纖維及玄武岩纖維的設備。該 設備包含一熔體容器’其具有一容器殼體及一配置在該熔 體容器的基底中之個別孔口或孔口板。 φ 【先前技術】 由高度熔化的無機氧化物或礦物質所製成之纖維、管 子、桿棒、條帶、或型材被大量地生產。來自該等材料之 纖維被使用，譬如用於強化塑膠、陶瓷及金屬。 用於生產玻璃紗之早期設備被顯示在該專利公告GB 361，220中。該圓柱形加熱室係由諸如燒過之火泥或耐熱 合金之耐火材料所製成，且沿著一側面係設有一或多個紡 絲噴嘴，該玻璃可經過該等噴嘴由該室抽拉。在該加熱室 〇 內配置有複數平行於該圓筒軸心之加熱元件。每一個包括 由已在它們之內部表面上配置一電阻的瓷料或耐熱合金所 製成之管子。由於燒過之火泥及瓷料的較佳使用，此設備 不能應付今日之品質需求與用於該等纖維的原料之必需的 多樣性。如果該設備係由耐火合金所製成，該加熱電流將 流經該整個設備，因爲加熱元件、阻抗及加熱室形成一整 體單元。 現今用於製造玻璃纖維或礦物質纖維之設備顯著地包 括鉑基金屬之合金，且被流過該設備之殼體的直流電所加 -5- 200938499 熱。此設備包含一具有配置在該熔體容器的基底中之個別 孔口或孔口板的熔體容器。該熔體容器可爲桶狀物、料槽 、圓錐體、圓筒等。該熔體容器中之熔體在該個別孔口或 孔口板的上方必需具有盡可能爲均勻的溫度分佈，以致沒 有該延伸製程之干擾的纖維能被延伸自所有具有相同纖維 橫截面之成型孔口。一孔口板能配備有數百個用於成型纖 維之個別孔口。具有孔口板之設備被顯示在專利特許公開 案說明書第 DE 196 38 056 Al、US 2003/0145631 A1 及 内 US 2003/09041 627 A1號中；一具有個別孔口之設備被敘 述於德國專利第DE 101 08 831 C1號中。 該等無機氧化物或礦物質係在一熔爐中使用習知方法 熔化及被導入該設備。於再熔化製程之案例中，該設備係 直接地連接至該熔爐；於直接熔化製程中，該設備被固定 地連接至一分配器通道。特別是鉛及鉑合金之金屬通常被 用作該等用於該設備及用於該孔口板與孔口之材料。因爲 該等金屬之高導熱性，該設備被隔離頂抗熱損失’以便確 〇 保該熔體之恆定的黏性及在該個別孔口或孔口板上方之盡 可能爲均勻的溫度分佈。藉由對比，該熔體容器的基底中 之個別孔口或孔口板不能被熱隔離’且因此發生熱對流之 傳送及熱至更冷環境之輻射。該熱損失通常藉由該熔體之 較高操作溫度及藉由該金屬設備之直接電加熱所補償’且 如此導致一高能量消耗。由於至該環境之熱損失’於該熔 體中有一溫度斜度及與其有關聯之黏性斜度。 200938499 【發明內容】 本發明之目的係指定一用於將含有無機氧化物或礦物 質之熔體成型的設備，該設備於該熔體中具有一更均勻的 溫度分佈’及一比此型式之傳統設備顯著減少的能量消耗 〇 此目的係藉著用於將含有無機氧化物或礦物質之熔體 成型的設備（1)所達成，該設備包含一熔體容器（2)，其具 0 有—容器殻體（3、4)及一個別孔口、或孔口板（7)，該孔口 板具有複數配置在該熔體容器的基底（6)中之孔口（8)。於 該設備中，一或多個管子（9)係坐落在該熔體容器。該等 管子具有經過該容器殼體至該外面之至少一連接部/開口 ，且其中該等電加熱元件（10)被插入該等管子。該熔體容 器（2)、該個別孔口或孔口板（7)、及該等管子（9)係由鉑、 鈀或其與一或多種金屬之合金所製成，該金屬選自铑、銥 及金。 〇 該加熱元件或加熱卡匣可爲市售之加熱元件，其可爲 例如由該康泰爾（Kanthal)公司所獲得，用於高達攝氏 1 8 5 0度之工作溫度。對於本發明必要的是該等加熱元件 係由它們被插入之管子電絕緣。與GB 36 1，220相反，根 據本發明之設備不被流經該熔體容器之殼體的直流電所加 熱。 根據本發明，該熔體之溫度以插入該等管子的加熱元 件之輔助被保持在一操作溫度。用於加熱該熔體之熱源係 因此直接地放置進入該熔體。該熱係藉由熱傳導及熱輻射 200938499 傳送至該熔體。其結果是，與該金屬設備之直接加熱相比 較’該加熱系統至該環境之熱損失被減少達超過百分之 50。亦不再需要用於將該電流導入該金屬設備之匯流條， 且因此可節省貴金屬。此外，根據本發明之設備使其可能 輕易地調整該熔體之溫度。 該設備係適合用於具有數百個孔口之孔口板及亦用於 個別孔口兩者。於該第一案例中，該熔體容器具有一長方 形之基底表面及藉由四側壁面界定其範圍。於此案例中， Q 其有利的是如果該等管子隨同該等加熱元件被引導在二相 向的容器壁面之間，且複數此等管子被配置成彼此平行。 此一設備係適合用於來自玻璃或礦物質之技術纖維的大量 製造。藉由對比，如果容器玻璃及高級技術之玻璃將被形 成，則其方便的是使用一具有許多孔口或僅只一個別孔口 之設備。該熔體容器係接著呈一壺罐、圓錐體或圓筒之形 式。於此案例中，用於加熱該溶體之管子可被設計爲一封 閉之圓形管。該加熱管係因此與該熔體容器之內部幾何形 © 狀匹配。一供給管由該外面引導經過該熔體容器之殼體， 且被連接至該圓形管。該加熱元件係經由該供給管插入該 圓形管及被供給電能。 該設備之容器殻體、該個別孔口或該孔口板、及該等 管子係由鉑、鈀、或該鈾金屬與該等金屬銘、銥及金的一 或多個之合金所製成。爲了滿足更高之溫度強度需求，該 鉑或該鉑合金能被細微地分佈於該金屬中之氧化材料所穩 定。氧化锆及氧化釔係特別適合用於穩定化之目的。該等 -8- 200938499 加熱管被焊接至該容器殼體，以便對該熔體漏出提供一密 封。 【實施方式】 圖1顯示經過根據本發明之設備（1)的一特別具體實 施例之橫截面。該設備包括該熔體容器（2)，其具有一容 器殻體（3、4)及一圓周凸緣（5)，該凸緣在該上側面圍繞之 ❹ ，且係意欲用於固定該熔體容器至一工作帶通道。一具.有 該等孔口開口（8)之孔口板（7)被嵌入該熔體容器之基底（6) 中。該等孔口開口可爲簡單之穿透鑽孔或深拉孔口或不然 被分開地製成之孔口。於操作期間，該熔體容器之整個內 部被該熔體充滿。在該孔口板之上方，於該設備之此具體 實施例中，穿透管（9)被配置於該容器殼體（3、4)的二相向 區段之間，且被引導經過該容器殻體。該等管子較佳地係 設有一圓形之橫截面，但亦可具有任何其他方便之橫截面 〇 形狀。具有向外引導之連接電線（11)的電加熱卡匣（ίο)被 插入該等管子。爲維持該熔體之操作溫度，該等加熱卡匣 被供給電流。圖2由圖1設備之上面顯示一視圖。該相同 之參考數字標示與圖1中相同之元件。 圖3顯示一設備，爲著要熱絕緣之目的，其熔體容器 (2)係以陶瓷隔離化合物（23)—體地鑄造。該工作帶通道 (20)係直接地配置在該設備之上方。圖3所示該工作帶通 道之縱向範圍係垂直於該圖示之平面。另一陶瓷磚或軸襯 塊料（22)具有該轉接器塊料及用於熱絕緣之作用。該工作 200938499 帶通道（20)係以一熔體充塡至該液位（21)。該熔體從一熔 爐經由該工作帶通道直接地通過進入該設備。該熔體容器 (2)被完全地以該熔體充塡。如於圖1中，該設備係配備 有穿透管（9)。該等穿透管被引導經過該陶瓷嵌入化合物 (23)中之鑽孔。 圖1至3顯示具有多數孔口（8)之設備的具體實施例 。藉由對比，圖4顯示一具有剛好一個別孔口（8)之設備 ，用於成型容器玻璃及高級技術之玻璃。圖4a)顯示一經 @ 過該設備之橫截面，而圖4b)於該箭頭A之方向中顯示該 設備的一視圖。用於加熱之目的，該熔體容器（2)包含一 管子（9)，其被彎曲及接合在一起，以形成一圓形環件。 該圓形管被連接至一餵入管（12)，該餵入管被引導經過該 容器殼體（3)及被焊接至其上，且允許一加熱元件將被插 入該加熱管（9)。參考數字（13)標示可由上面看見之孔口鑽 孔。 圖5於透視圖中顯示一根據圖1之設備。該等穿透管 〇 (9)之配置可被清楚地看出。圖6顯示與圖5相同之說明 ，但具有一在該等穿透管上方之篩子覆蓋物（3 0)。除了別 的以外，該篩子具有收集偶而包含於該熔體中之未溶解的 微粒之任務，且藉此防止該等孔口變得阻塞。 範例 用於傳統之直接加熱及用於根據本發明之加熱藉著插 入該等穿透管之加熱卡匣，已以模擬計算之輔助決定根據 -10- 200938499 圖1的設備內之溫度分佈及在該孔口板之下的溫度槪況。 該等計算係基於一具有以下尺寸之設備：長度=510毫米 ;寬度=160毫米；高度=50毫米；金屬片厚度=1.5毫米 。其被假設該設備係配備有2400個具有2毫米之確定直 徑的孔口。此一設備係每日能夠紡絲1 5 00公斤之玻璃， 以形成具有13微米直徑之玻璃纖維。使用鉑、玻璃及陶 瓷之習知熱性質作成該等計算。下面之表格列出所使用之 φ 材料的資料： 表格：用於該等模擬計算的材料之資料 陶瓷 鉑 玻璃 密度(公克/立方公分） 1.4 21.45 2.63 導熱性(W/mK) 3 71.6 0.8 熱容量(I/kgK) 800 130 800 放射率 0.42-0.26 (攝氏499-826度） 0.036-0.192 (RT-攝氏 1.226 度） 0.95-0.85 (攝氏260-540度） RT =室溫 ❹ 該等模擬計算供給以下之結果： 於該設備之傳統、直接加熱期間，需要21千瓦之加 熱功率，以便將該熔體保持在攝氏1125度之操作溫度。 該孔口板藉由該電阻加熱所導入之大部份熱能被直接地往 下輻射。藉由對比，如果相同之加熱功率經由該等穿透管 被直接地導入該玻璃熔體，則該熔體之溫度剛好在該孔口 板之上方增加至超過攝氏1400度。於傳統加熱期間，該 熔體容器內之熔體由該孔口板之上緣業已具有一急劇的溫 -11 - 200938499 度下降。於根據本發明的加熱之案例中，此溫度斜度係實 際上不存在的。再者，於該金屬設備之傳統直接加熱期間 ，由該外面至該中心具有一溫度下降之橫側溫度斜度被獲 得。於根據本發明的加熱之案例中，此溫度斜度係同樣實 際上不存在的。 以與傳統加熱中相同之能量輸入，根據本發明之加熱 因此導致該熔體之更均勻的加熱。熱現在係由該加熱來源 經過該等管子直接傳送至該熔體，且最後至具有孔口板之 @ 熔體容器。該熱係因此不直接地輻射至該環境。然而，因 爲於根據本發明之加熱期間的較小之熱損失，該熔體遠太 激烈地加熱，且因此所供給之熱量必需減少。僅只減少該 加熱功率至3.9千瓦係與傳統加熱期間在21千瓦所獲得 大約完全相同之溫度狀態。根據本發明之加熱因此允許能 量之輸入，以便將該熔體之操作溫度維持至減少至大約五 分之一。 當然，根據本發明設備之間接加熱不只能被使用於具 0 有多數孔口的設備之案例中，但亦能夠有利地使用於個別 孔口之案例中。 該設備較佳地是被用於生產由高度熔化的無機氧化物 或礦物質所製成之纖維、管子、桿棒、條帶、或型材。 【圖式簡單說明】 本發明係參考一示範具體實施例及圖1至6更詳細地 說明，其中： -12- 200938499 ，而具有 工作帶通 的透視圖 有覆蓋篩 圖1顯示經過一根據本發明之設備的橫截面 —孔口板及數百個孔口。 圖2由圖1設備之上面顯恭一視圖。 圖3如於圖1中顯示—設備，而具有一至該 道之陶瓷軸襯塊料及陶瓷隔離化合物。 圖4顯示一具有個別孔口之設備。 圖5顯示一具有孔口板及數百個孔口之設備 ❹ ，而沒有覆蓋篩。 圖6顯示一來自圖5之設備的透視圖，而具 【主要元件符號說明】 1 :設備 2 :熔體容器 3 :容器殼體 〇 4 :容器殼體 5 :凸緣 6 :基底 7 :孔口板 8 :孔口 9 :管子 1 0 :加熱元件 1 1 :連接電線 12 :餵入管 -13- 200938499 1 3 :孔口鑽孔 20 :工作帶通道 2 1 :液位 22 :軸襯塊料 23 :陶瓷隔離化合物 3 0 :篩子覆蓋物

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Claims (1)

1. 200938499 十、申請專利範圍 1. 一種用於將含有無機氧化物或礦物質之熔體成型的 設備（1)，該設備包含一熔體容器（2”其具有一容器殻體 (3、4)及一個別孔口、或孔口板（7)，該孔口板具有複數配 置在該熔體容器的基底（6)中之孔口（8)，其中一或多個管 子（9)係坐落在該熔體容器中，該等管子具有經過該容器 殼體至該外面之至少一連接部，且其中該等電加熱元件 φ (10)被插入該等管子及該熔體容器（2)，該個別孔口或孔口 板（7)及該等管子（9)係由鉑、鈀或其合金所製成，該合金 具有選自鍺、銥及金之金屬的一或多種。 2. 如申請專利範圍第1項用於將含有無機氧化物或礦 物質之熔體成型的設備，其中管子（9)隨同該加熱元件（10) 被配置於該容器殻體（3、4)的二相向區段之間，且被引導 經過該容器殼體。 3. 如申請專利範圍第2項用於將含有無機氧化物或礦 φ 物質之熔體成型的設備，其中該貴金屬或該貴金屬合金係 藉著由細微地分佈於該金屬中之氧化材料所穩定。 4. 如申請專利範圍第1項用於將含有無機氧化物或礦 物質之熔體成型的設備，其中每平方公分1至25個之孔 口被嵌入在該孔口板（7)中。 5 .如申請專利範圍第1項用於將含有無機氧化物或礦 物質之熔體成型的設備，其中僅只一個別孔口係存在於該 設備之基底（6)中。 6. —種設備之用途，該設備如前述申請專利範圍之一 -15- 200938499 中所請求的設備，其用於生產由高度熔化的無機氧化物或 礦物質所製成之纖維、管子、桿棒、條帶、或型材。 ❹

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