Фильерная пластина для вытягивания стекловолокна Советский патент 1982 года по МПК C03B37/08 

Изобре-тение относится к промышленности строительных материалов, в частности к устройствам для вытягива ния стекловолокна. Известна фильерная пластина для вытягивания стекловолокна, включающая перфорированную плиту, отверсти которой сгруппированы, и токоподвод 1. В известной пластине невозможно обеспечить гарантированное перетекание стекломассы в пределах группы и исключить или свести к минимуму перетекание стекломассы от отверстий одной группы к отверстиям -другой тру пы, т.е. нельзя обеспечить контролируемое перетекание, чтобы .при обриве стекловолокна производить выработку утолщенного волокна из пары соседних отверстий, которое затем легко разде лить на пару волокон, каждое из кото рых будет питаться че1)ез одиночное отверстие фильеры. Цель изобретения - повьичение эффективности вытягивания. Поставленная цель достигается тем что в фильерной пластине для вытягивания стекловолокна, включающей перфорированную плиту, отверстия которо сгруппированы, и токоподвод, группы включает не более трех отверстий оди накового диаметра с расстоянием между их центрами 1,20-1,45 диаметра, при этом расстояние между центрами крайних отверстий смежных групп составляет 1,4-1,55 диаметра отверстий. Число отверстий в каждой группе равно 3, а их центры расположены в вершинах равнобедренного треугольника. Группы расположены параллельными рядами, причем расстоянием ежду крайними отверстиями смежных рядов больше расстояния между крайними отверстиями смежных групп внутри рядов. Отверстия каждого ряда имеют одинаковый диаметр, а расстояния между крайними отверстиями смежных рядов составляют 1,55-1,70 диаметра. На фиг. 1 схематично показана установка для выработки стекловолокна, снабженная предлагаемой фильерной пластинойf на фиг. 2 - один из участков предлагаемой фильеры в увеличен ном масштабе, разрез; показано, каким образом в спаренных отверстиях фильеры происходит саМоиспра вление при забивании одного из отверстий; на фи1. 3 - сечение А-Л на фиг, 1. в увеличенном масштабе; на фиг. 4 сечение Б-Б на фиг. 3 (нижняя плоскость предлагаемой фильерной пластины, на фиг. 5 - нижняя полост ,сегмента фильерной пластины, выполненной в соответствии с первым вариантом конструкции, в увеличенном масштабе; на фиг. б - участок 6 сегмента фильерной пластины, изображенного на фиг, 5, в увеличенном масшта бе; на фиг. 7 - другой вариант выпол нения нижней поверхности предлагаемо фильерной пластины; на фиг. 8 - третий вариант выполнения фильерной пла тины; на фиг. 9 - участок фильерной пластины по третьему варианту изобре тения и изображено схематично несколько групп отверстий, одна из которых обведена на Фиг. 9 штрихпунктирной линией; вид снизу; на фиг. 10 кривая зависимости контактного угла равновесного состояния стекла от тем пературы стекла, типичная для тех со тов стекла, для вытяжки которых пред назначена предлагаемая фильерная пла тина. Установка имеет фидер стеклоплавильной печи 1, на котором снизу рас положена съемная втулка 2, в констру цию которой входит фильерная пластина 3. Расплавленное стекло 4 из фидера печи 1 поступает во втулку 2 и вытекает из отверстий фильеры 3 в виде отдельных тонких нитей стекловолокна 5. Волокна проходят через замасли ватель 6, который наносит на них сло связующего материала, и ролик 7 и на.правляготся к механизму В намотки, вдоль которого перемещается поперечный раскладчик 9. За счет резистивного нагрева филь ерной пластины 3 стекломасса внутри втулки 2 постоянно имеет повышенную температуру. Устройство для резистив ного нагрева фильерной пластины состоит из двух шин 10 и 11, которые крепятся к расположенным на противоположных концах фильерной пластины токопроводом 12. Расположение шин и,токопроводов таково, что ток течет вдоль фильернОй пластины в направлении, показанном стрелками на фиг. 3 и 4. Волокна стекла, вытягиваемые из отверстий фильерной пластины 3, охлаждаются потоком газа, направляемым соплом 13 на нижнюю поверхность филь ерной пластины. Газ (обычно воздух) обтекает фильерную пластину в попере ном направлении, перпендикулярно направлению протекающего через нее тока фиг. 4). Сопло 13 расположено под фильерной пластиной 3 у одной из ее боковых сторон и закреплено на кронштейне 14, позволяющем регулиро-вать угол наклона сопла к нижней поверхности фильерной пластины, Фильерная пластина 3 имеет ребра 15 с отверстиями, расположенные поперек пластины (фиг, 4), и перфорированный усиливающий лист или сетку 16, площадь которого равна площади рабочего участка фильерной пластины, причем этот лист соединен с верхними краями ребер и расположен параллельно верхней поверхности фильерной пластины. Сама фильерная пластина, ребра и усиливающая сетка изготовлены из одного и того же материала (например, сплава 90% платины и 10% родия) и образуют одну деталь. Втулка 2 имеет также выполненную с ней заодно облицовку 17, расположенную над фильерной пластиной, и отражатель 18, который крепится к облицовке 17 и расположен поперек подводящего канала 19, по которому внутри втулки поступает стекломасса. Отражатель- 18 имеет козырек и направляет поступающую во втулку стекломассу к боковым сторонам фильерной пластины. В отражателе сделаны отверстия, которые вместе с отверстиями сетки 16 удерживают твердые частицы (например, огнеупорные песчинки или кристаллы от попадания в отверстия Фильерной пластины, Подводящий канал 19 выложен изнутри платиновой фольгой 20, которая закрывает не только стенки подводящего канала 19, но и его верхнюю и нижнюю части (Фиг, 4) Предлагаемая фильерная пластина отличается тем, что в ее отверстия объединены попарно в группы, причем отверстия, входящие в группу, расположены в непосредственной близости друг от Друга, благодаря чему при обрыве волокна, выходящего из одного из этих отверстий, стекло из этого отверстия перетекает и соединяется с волокном, выходящим из другого отверстия, прежде чем оно достигнет других отверстий фильеры или прежде чем оно охладится настолько, что не обеспечит его соединения или слияния с волокном, выходящим из другого отверстия данной группы. Фильерная платина отличается также тем, что расстояние между спаренными отверстиями в пределах группы, обозначенное ниже как размер а, выбрано достаточно большим для того, чтобы волокна, выходящие из пары отверстий группы, не сращивались друг с другом при нормальной работе (в частности, при нормальном расходе газа). Размер а, показанный на фиг, 2, характеризует не только основной вариант предлагаемой конструкции,но и три дополнительных варианта, (фиг, ) и и;- epяeтcя между центрами пары отверстиг, объединенных в группу. На чертежах показан еще ряд характерных размеров. Размер b равен расстоянию между центрами соседних отверстий двух рас положенных в одном ряду групп в направлении протекающего через фильерную пластину тока. Размер с равен расстоянию между осями отверстий, расположенных в соседних рядах, т.е. в направлении дви жения газа и направления, перпендикулярном направлению протекаюгдего че рез фильерную пластину тока. Размер d равен .диаметру отверстий фильерной пластины. Размер е равен расстоянию между центрами крайних отверстий соседних укрупненных групп. Этот размер не ха рактеризует устройство фильерной пластины, у которой отверстия не объ единены в более крупные группы, как, например, у фильерной пластины с рав номерно расположенными отверстиями (фиг. 7). Размер b делается болыие размера а для того, чтобы при обрыве волокна вытягиваемого из одного из отверстий стекломасса, оставшаяся в этом отверстии, перетекала в соседнее парное отверстие и соединялась с вытягиваемым из него волокном и не могла попасть в отверстие соседней пары того ряда отверстий, в котором произошел обрыв. С другой стороны размер b выбирается достаточно большим с тем, чтобы увеличить плотность отверстий в фильерной пластине. Роль, которую играют размеры а и Ь, лучше всего можно понять с помощью фиг. 2, где показано поперечное сечение ряда отверстий, расположенных в направлении протекающего через фильерную пластину тока, и изображены, в частности, спаренные отверстия одной группы0-1 и 0-2и отверстие 0-3 соседней группы. На фиг. 2а фильерная пластина в момент обрыва -волокна, вытягиваемого из отверстий 0-1, когда на нижней поверхности филь ерной пластины в зоне этого отверстия образуется наплыв стекломассы, не достигающий соседних отверстий. На -фиг. 2Ь показана фильера в тот момент когда стекломасса из отверстия 0-1 до стигла волокна, вытягиваемого из отверстия 0-2. Очевидно, что из-за разницы размеров а и b стекломасса, вытекающая из-отверстия 0-1, достигнет отверстия 0-2 прежде, чем она достиг нет отверстия 0-3. На фиг. 2с показа но, как в следующий момент стекломас са, вытекающая из отверстий 0-1, пол ностью соединится с вытягиваемым из отверстия 0-2 волокном, в результате чего произойдет утолщение волокна в месте его выхода из отверстий 0-1 и 0-2, так как при этом оба эти отверстия- будут питать стеклом эту нить стекловолокна. В это время расстояние между волокнами, вытягиваемыми из отверстий 0-2 и 0-3, будет несколько другим, чем в момент, соответствующий состоянию фильерной пластины, показанному на фиг. 2Ь. На фиг. 2d и е показано, каким образом происходит разделение одиночной утол1денной нити, вытягиваемой из отверстий 0-1 и 0-2 (фиг. 2с) на две отдельные нити, питаемые стеклом, поступающим в отверстия 0-1 и 0-2. На фиг. 2 показан момент окончательного самоисправления фильеры и ее нормальной работы с вытяжкой из каждого отверстия соответствующей одиночной нити . в идеальном случае процесс самоисправления (фиг. 2а-) происходит автоматически без вмешательства оператора. Однако на практике, особенно в том случае, когда оператор хочет ускорить процесс самоисправления фильерной пластины, он всегда может это сделать вручную, используя для разделения волокон (фиг. 2d, е, ) струю воздуха. При автоматической подаче воздуха также можно ускорить процесс самоисправления фильеры (разделения волокон). Размер с выбирается больше размера Ь,так как участок фильеры между отверстиями в направлении размера с нагревается в большей степени, а следовательно, оказывается и более склонным к захлебыванию, чем в направлении размера Ь. Объясняется это увеличенной плотностью тока, протекающего че-, рез фильеру в направлении с, и меньшим чем в направлении b расходом газа. Плотность тока измеряется в направлении, перпендикулярном направлению размера с, а расход газа измеряется в направлении, перпендикулярном направлению размера Ь. Сравнительно большое расстояние между укрупненными группами спаренных отверстий (размер е) позволяет иметь на поверхности фильеры отдельные не залитые стеклом чистые участки, что создает особые преимущества при запуске установки н при неподдающемся самоисправлению обрыве сравнительно толстых волокон. Группы спаренных отверстий также способствуют очистке фильерной пластины, так как они допускают возможность образования утолщенных нитей, питаемых стеклом из двух или трех отверстий группы (фиг. 2с). Варианты фильерной пластины с двумя отверстиями в группе показаны на фиг. 5-7, а вариант фильерной пластины с тремя отверстиями в группе показан на. фиг. 8. Преимущества предлагаемой фильеры можно оценить, рассмотрев все условия работы установки для вытягивания стекловолокна. При пуске установки изобретение позволяет оператору должным образомпроизвести очистку фйльерной пластины. Пуск установки заключается в выполнении следующих операций. 1.Вначале фильерная пластина заливается стекломассой, которая должна покрывать ее поверхность. 2.Оператор разделяет слой стекло массы на ряд участков, отделенных друг от друга свободными участками, протяженностью равной величине разме ра е. 3.Оператор разделяет залитые стекломассой участки на волокна, Эти же самые операции выполняются и при исправлении фильеры, причем эта работа зависит от того, в какой степени произошло захлебывание фйльерной пластины. При нормальной работе установки, когда происходит обрыв какой-либо нити, обычно полное исправление филь ерной пластины происходит без вмешательства оператора (фиг.2). Если же по какой-либо причине этого не проис ходит, то все равно произойдет частичное самоисправление фйльерной пластины (-фиг. 2с7, сопровождающееся образованием волокон. Размеры отверстий фйльерной плас.тины и расстояние между ними определяются конкретными условиями работы установки. В табл. 1-3 даны конкретные значе НИН указаниях выше размеров (размеры в мм с точностью до одной сотой) для трех различных р.ежимов работы ус тановки. В первом варианте (фиг. 5 и 6) от верстия образуют ромбовидные группы, каждая из которых состоит из несколь ких-рядов отверстий, причем в каждом ряду расположено не менее двух спаренных отверстий. В этом варианте образующие один ряд группы отверстий состоит из двух отверстий. Ограничен вые 1атрих-пунктирными линиями на фиг. 5 участки Фйльерной пластины образуют сегменты, аналогичные сегментам, показанным на фиг. 4. Фильерная пластина состоит из нескольких Таких сегментов, расстояние между.ко тоЕялми больше размера е. Предпочтительно между сегментами расположить ребра 15 жесткости фйльерной пластины. В варианте, показанном на фиг. 7 каждая группа отверстий ряда также состоит из двух отверстий. Расстояние между этими группами равно Ь, а расстояние между рядами равно с. Однако в этом варианте отсутствует разбиение. отверстий на группы, отстоящие друг от друга на расстояние е. При желании это можно легко сделать, объединив отверстия в прямоугольные группы и расположив их на расстояние е друг от друга. В варианте, показанном на фиг. 9, отдельные группы отверстий образованы тремя отверстиями и расположены в рядах, отстоящих друг от друга на расстоянии с (расстояние между группами отверстий в пределах ряда равно Ь). Расстояние между отверстиями . каждой группы равно а. Участок фйльерной пластины, ограниченный на фиг. 8 штрих-пунктирной линией, образует одну из секций филь-; ерной пластины. Взаимное расположение этих секций показано на фиг. 9, и как видно из этого чертежа, между каждой парой усиливающих ребер 15 расположено шесть показанных на фиг. 8 секций. Смачиваемость между фильерой и расплавленным стеклом такова, что равновесный угол контакта лежит в пределах 30-40 . Этот угол равен углу между нижней плоскостью фильеры и касательной к капле жидкого стекла, образующейся на нижней поверхности фйльерной пластины, при захлебывании одного из ее отверстий. Полное. смачивание происходит в том случае, когда угол контакта равен нулю, а отсутствие смачивания означает, что этот угол превышает 90. На фиг. 10 показана зависимость от температуры равновесного угла контакта для стекла типа Е и фйльерной пластины, изготовленной из сплава пластины (90%) и родия (10%). На сечениях показаны углы смачивания, равные 30 и б о соответственно. Из приведенного графика видно, что максимальная смачиваемость имеет место при lOSO-llSO C. Именно при этих температурах, а также при температурах до 1300°С и происходит обычно вытягивание стекловолокна. Производительность 0,2-0,3 г/отверстие/мин

Таблица 1

1,12 1,22 1,32 1,42 1,45 1,55 1,55 1,65 . 1,22 1,32 1,42 1,52 1,57 1,68 1,68 1,78

1,27 1,40 1,50 1,60 1,65 1,75 1,75 1,88 Производительность 0,3-0,5 г/отверстие/мин Производительность 0,5-0,7 г/отверстие/мин

1,982,132,182,342,342,46

1,.781,98

2,062,212,292,412,412,46

1,852,06

2,132,292,362,512,512,64

1,912,13

2,212,362,442,592,592,74

1,982,21

Формула изобретения

с расстоянием между их центрами 1,20-1,45 диаметра, при этом расстояние между центрами крайних отверстий смежных групп составляет 1,41,55 диаметра отверстий.

.,-.- .,-

Таблица 2

Таблица 3

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

г-TV ч

/

0-г

С- ff-3

,

(риг.