Фильера для производства волокон, в частности стекловолокон, и волокнообразующая установка

Изобретение относится к волокнообразующей установке, в частности к одному из элементов установки - фильере. Техническим результатом изобретения является повышение качества изготовляемого волокна. Фильера (12) для производства нитей волокна, в частности стекловолокна, содержащая на одной из своих сторон решетку (13), через которую сквозь отверстия поступает расплавленный материал, а на своей противоположной стороне - дно (15), содержащее множество отверстий (16), через которые вытекает расплавленный материал, содержит запорную плиту (17), неподвижно соединенную с частью общей поверхности решетки (13) фильеры. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.

 

Настоящее изобретение касается волокнообразующей установки, производящей нити, в частности нити стекловолокна, и касается, в частности, одного из элементов установки - фильеры.

Как известно из предшествующего уровня техники, волокнообразующая установка содержит блок загрузки стекла (flow block), в который подают расплавленное стекло, выходящее из канала, соединенного с печью, в которой плавится стекло, промежуточный блок (bushing block) и фильеру (bushing). В своей верхней части фильера содержит решетку, которая позволяет распределять поток стекла, питающий упомянутую фильеру, а на дне - плиту, содержащую множество отверстий, из которых вытекает расплавленное стекло, которое затем вытягивают в виде множества нитей.

Эти нити, диаметр которых может колебаться от 5 до 33 мкм, собираются, по меньшей мере, в один слой, сходящийся к сборочному устройству для формирования, по меньшей мере, одного жгута и, например, для его намотки на катушку. В зависимости от дальнейшего назначения жгут может быть разрезан (штапельные нити) или может подаваться на ленточный конвейер (сплошные нитевые маты).

Полученный продукт в основном применяют для различных усилений.

На заводе по производству волокна несколько волокнообразующих установок располагают рядом друг с другом. На входе расплавленное стекло выходит из печи и течет по главному каналу из огнеупорного материала, затем распределяется в зависимости от типа конфигурации по двум поперечным каналам, выполненным в виде поперечины Т-образной формы. Эту Т-образную поперечину обычно называют передним корпусом, и под ее дном располагают множество волокнообразующих установок.

Недостатком такой конфигурации и, следовательно, такого распределения является наличие горячей зоны в месте, куда попадает наиболее горячий поток стекла, то есть на пересечении Т-образной поперечины, которое называют входной частью переднего корпуса, и следовательно, на уровне двух первых волокнообразующих установок, находящихся по обе стороны от этого пересечения; и, наоборот, на концах Т-образной поперечины по обе стороны выходной части переднего корпуса поток стекла является наиболее холодным, при этом охлаждение становится еще более заметным на концевой стенке канала переднего корпуса.

Таким образом, температура стекла, поступающего в каждую волокнообразующую установку, отличается в зависимости от положения волокнообразующей установки под передним корпусом и в зависимости от особенностей геометрической формы указанного переднего корпуса.

Данный термический дисбаланс влияет на поток стекла, вытекающий из дна фильеры волокнообразующей установки и изменяет даже титр двух жгутов, получаемых одновременно на одной и той же волокнообразующей установке (отмечается отклонение в 5%).

Таким образом, этот недостаток не позволяет уверенно планировать качество титра жгутов, иногда приводит к остановкам процесса волокнообразования и, как следствие, к потерям времени и материала. Следствием этого является снижение качества производимых изделий, а также увеличение количества брака и, следовательно, повышение производственных затрат.

Указанный термический дисбаланс в фильере можно откорректировать для обеспечения однородной температуры на уровне дна фильеры путем конструктивной адаптации размеров переднего корпуса, и/или блока загрузки стекла, и/или промежуточного блока.

В патенте US 6044666 описана, например, специальная внутренняя конструкция блока загрузки стекла, где стенки образуют множество каналов разной ширины, что позволяет, таким образом, отводить главный поток стекла для его лучшего смешивания.

Другое устройство, позволяющее направлять расплавленное стекло в волокнообразующую установку по определенному пути для обеспечения лучшего смешивания, однородного по температуре, раскрыто, например, в патенте US 5928402. Так, фильера имеет специальную конструкцию и содержит две решетки, отстоящие друг от друга и расположенные над дном фильеры, при этом решетки частично перекрываются в разных местах в зависимости от их взаимного расположения. Согласно данной концепции фильера имеет высоту примерно 4 см, при этом высота, отделяющая дно фильеры от верхней решетки, примерно равна 2,5 см. Недостатком такой конструкции является существенное увеличение количества металла или ценного сплава для изготовления фильеры, необходимость большего количества электрической энергии для нагрева и потеря напора при подаче стекла на дно фильеры.

Кроме того, указанные корректирующие устройства необходимо предусматривать с самого начала изготовления волокнообразующих установок на заводе, и они не приспособлены для уже существующих установок, так как необходимо предусматривать либо абсолютно определенный блок загрузки стекла, либо специальную фильеру, имеющую высоту, не соответствующую обычным размерам.

Кроме того, необходимо наличие разных видов фильер и, в случае необходимости, промежуточных блоков для обеспечения замены изношенного оборудования, при этом данное оборудование также характеризуется определенной сложностью изготовления.

Наконец, из патента US 2003/205067 известна комбинация из двух решеток одинаковой площади, где отверстия каждой из решеток находятся друг против друга, при этом отверстия решетки, находящейся над другой решеткой в конструкции фильеры, имеют меньший диаметр, чем отверстия нижней решетки.

Однако данная конфигурация требует изготовления решетки, имеющей такую же площадь, как и другая решетка, что не отвечает целям экономии дорогостоящих материалов. Кроме того, возникает необходимость механической обработки решетки в специальных местах при специальных значениях диаметра отверстий, что усложняет изготовление каждой из фильер.

Задачей настоящего изобретения является создание простого средства, адаптируемого для любой уже существующей волокнообразующей установки, которое позволяет создать препятствие на пути горячего потока расплавленного стекла и отвести его к холодному потоку для получения однородной температуры на всей площади дна фильеры, из которого вытягивают нити волокон.

Согласно изобретению фильера для производства нитей волокна, в частности стекловолокна, содержащая решетку на одной из своих сторон, через которую поступает расплавленный материал, такой как стекло, а на ее противоположной стороне - дно, содержащее множество отверстий, через которые вытекает расплавленный материал, отличается тем, что содержит запорную плиту, неподвижно соединяемую с частью общей поверхности решетки в месте поступления наиболее горячего потока расплавленного материала, при этом плита имеет площадь, меньшую, чем решетка, и имеет форму, соответствующую форме наиболее горячего потока расплавленного материала.

Под соответствующей формой следует понимать форму, контур которой наилучшим образом соответствует замкнутой линии, ограничивающей наиболее горячую зону материала, но не обязательно строго следует этой линии.

Таким образом, запорная плита выполняет роль средства распределения расплавленного материала, такого как стекло, в фильере в месте поступления наиболее горячего потока, заставляя это более горячее стекло смешиваться с более холодным стеклом, чтобы получить однородную температуру стекла на уровне дна фильеры.

Эта плита имеет ограниченную площадь, соответствующую наиболее горячей зоне потока материала, что требует для ее изготовления совершенно определенного количества материала.

Кроме того, преимуществом устройства в соответствии с настоящим изобретением является то, что плиту размечают, вырезают по требуемым размерам и сваривают с решеткой, когда фильера уже полностью изготовлена и футерована огнеупорным материалом. Эту операцию можно осуществлять непосредственно перед установкой фильеры на место в переднем корпусе, для которого она предназначена. Как правило, плиту устанавливают со смещением относительно центра поверхности решетки. Например, если волокнообразующую установку устанавливают под передним корпусом, в котором поток течет слева направо, запорную плиту размещают по левой стороне решетки фильеры.

Согласно другому отличительному признаку плиту неподвижно соединяют с верхней стороной решетки, на которую поступает поток расплавленного материала.

Предпочтительно плиту неподвижно соединяют при помощи сварки на уровне ее периферии и несплошным сварным швом. Например, ее можно соединять при помощи множества сварных точек или, по меньшей мере, по двум противоположным боковым линиям.

Предпочтительно плита может иметь прямоугольную, овальную или ромбовидную форму.

Согласно другому отличительному признаку плита имеет толщину, находящуюся в пределах от 0,2 до 0,5 мм, соответствующую требуемому корректировочному эффекту. Ее выполняют из того же металла или сплава, что и фильеру, обладающего стойкостью по отношению к агрессивному воздействию расплавленного материала, в частности, из стекла.

Наконец, можно предусмотреть, чтобы плита была сплошной или содержала отверстия диаметром, отличающимся от диаметра отверстий решетки фильеры.

Другие преимущества и отличительные признаки изобретения будут более очевидны из более детального нижеследующего описания, приводимого со ссылками на прилагаемые фигуры чертежей, в числе которых:

Фиг.1 изображает вид в разрезе волокнообразующей установки.

Фиг.2 - схематичный вид в изометрии фильеры в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 и 4 изображают вид сверху фильеры, показанной на фиг.2, согласно вариантам неподвижного соединения и конфигурации.

На фиг.1 схематично показана волокнообразующая установка 1, содержащая блок 10 загрузки стекла, куда поступает расплавленное стекло 1а, выходящее из переднего корпуса 1b, промежуточный блок 11, через который течет стекло, и фильеру 12, в которую поступает стекло.

Фильера 2 имеет высоту примерно 50 мм. На своей верхней стороне, то есть куда поступает стекло, она содержит решетку 13, содержащую отверстия 14, при этом данная решетка обеспечивает замедление потока стекла, направляемого в фильеру. На своей противоположной стороне она содержит дно 15, содержащее множество сквозных отверстий или очков 16, выполненных практически по всей площади дна и обеспечивающих выход стекловолокон 2.

На фиг.2 более детально показана верхняя часть фильеры, в которую из промежуточного блока попадает стекло.

В соответствии с настоящим изобретением решетка 13, выполненная в верхней части фильеры, на своей наружной стороне 13а оборудована плитой 17, неподвижно соединяемой с частью поверхности решетки для перекрывания части отверстий 14.

Эта запорная плита выполнена из того же материала, что и фильера, то есть из платины или из сплава платины и родия. Она имеет толщину от 0,2 до 0,5 мм.

Ее площадь, форма и положение относительно общей поверхности решетки 13 зависят от места, на уровне которого находится наиболее горячая зона потока расплавленного материала. Действительно, именно в этом месте следует устанавливать плиту для отвода наиболее горячего стекла в сторону более холодного стекла для достижения однородности конечной температуры стекла, вытекающего через очки 16.

Плита 17 имеет форму, контур которой наиболее соответствует замкнутой линии, ограничивающей наиболее горячую зону потока стекла.

Плита 17 может быть сплошной (фиг.3) или содержать сквозные отверстия 17с диаметром, отличающимся от диаметра отверстий 14 решетки фильеры (фиг.4).

Плиту 17 крепят на решетке несплошным сварным швом на уровне ее периферии либо несколькими сварными точками 17а (фиг.3), либо линейными сварными участками 17b (фиг.4) и предпочтительно по двум противоположным сторонам.

Таким образом, когда отмечается разброс титра нитей волокна на одной или нескольких волокнообразующих установках завода по производству волокна, следует определить наиболее горячие зоны потока в фильерах путем исследования потери гидравлического и термического напора с учетом вязкости стекла и затем адаптировать форму, размер и положение запорной плиты 17, закрепляемой на решетке 13 фильеры.

Например, было отмечено колебание от 2 до 5% по абсолютной величине титра четырех жгутов, выходящих соответственно из четырех зон одной фильеры, при этом данные зоны, располагающиеся слева направо, далее называются левой, центральной левой, центральной правой, правой, и стекло поступает в фильеру через левую часть переднего корпуса. Путем добавления плиты 17 осуществляют корректировку разброса титра, который не превышает 1%.

В следующей таблице приведены значения отклонения относительно номинального титра в процентном выражении с плитой и без плиты.

Зоны	Левая	Центральная левая	Центральная правая	Правая
Без плиты	-5%	-3%	+2%	+4%
С плитой	-1%	-0,5%	0%	+0,3%

1. Фильера (12) для производства нитей волокна, в частности стекловолокна, содержащая на одной из своих сторон решетку (13), через которую сквозь отверстия (14) поступает расплавленный материал, а на своей противоположной стороне - дно (15), содержащее множество отверстий (16), через которые вытекает расплавленный материал, отличающаяся тем, что содержит запорную плиту (17), неподвижно соединенную с частью общей поверхности решетки (13) в месте поступления наиболее горячего потока расплавленного материала, при этом плита имеет площадь, меньшую площади решетки, и имеет форму, соответствующую форме наиболее горячего потока расплавленного материала.

2. Фильера по п.1, отличающаяся тем, что плиту (17) устанавливают со смещением относительно центра поверхности решетки (13).

3. Фильера по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что плиту (17) неподвижно соединяют со стороной (13а) решетки, на которую поступает поток расплавленного материала.

4. Фильера по п.1, отличающаяся тем, что плиту (17) неподвижно соединяют при помощи сварки на уровне ее периферии и не сплошным сварным швом.

5. Фильера по п.4, отличающаяся тем, что плиту (17) неподвижно соединяют при помощи множества сварных точек.

6. Фильера по п.4, отличающаяся тем, что плиту (17) неподвижно соединяют, по меньшей мере, по двум противоположным боковым линиям.

7. Фильера по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что плита имеет прямоугольную, овальную или ромбовидную форму.

8. Фильера по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что плита (17) имеет толщину, находящуюся в пределах от 0,2 до 0,5 мм.

9. Фильера по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что плиту (17) выполняют из того же металла или сплава, что и фильеру.

10. Фильера по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что плиту (17) выполняют сплошной, или в ней выполняют сквозные отверстия (17 с) диаметром, отличающимся от диаметра отверстий (14) решетки.

11. Волокнообразующая установка, содержащая фильеру по любому из пп.1-10.