Устройство для производства стекловолокна
Союз Советских
Социалистических
Р@спу олий
ОЛ БСЛЦИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ (и)79 1 67О
К АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт, свид-sy (22) Заявлено 070778 (21) 2639742/29-33 с присоединением заявки Но (23) Приоритет
Опубликовано 30.12,80. Бюллетень Мо 48
Дата опубликования описания 10. 01. 81 < 3
С 03 В 37/09
Государственный комитет
СССР по делам изобретена;"1 и открыто 6 (53) УДК ббб. 189. .212j088.8) (72) Авторы
t0.Ñ.Tîðoïoâ, Г.А. Таксис, Д.С.Рутман; A.Ô.Ìàóðèí, С.10.Плинер, Е.И.Рытвин, М.Н.Бутова, B.È.Çèíäåð и В.А.Дмитриев т изооретень .. (71) Заявитель
Восточный научно-исследовательский и проектный институт огнеупорной промышленности (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТЕКЛОВОЛОКНА
Изобретение отно;.тся к про ъшленно -ти строительных материалов, в частности к оборудованию заьодов стеклянного волокна.
Известно устройство для производства стекловолокна, в котором с целью повышения температуры нагрева стекломассы стеклоплавильного платинового сосуда, на его стенки и днище наносят многослойное плотное нысокоогнеупорное покрытие, способствующее снижению скорости износа металла в результате испарения и уменьшающее ьеличину деформации днища (1).
Уязвимость металлических электро- 15 нагревателей, в частности изготовлен— ных из платины и ее сплавов, как наиболее высокотемпературных материалов для применения в кислородсодержащей газовой атмосфере при нагревании, заклю- 20 чается в интенсивном испарении металла. При температурах выше 1500 C потери платины в результате испарения настолько существенны, что нарушаются электрические характеристики эле- -з
7 ктронагревателя и„ следовательно, тепловое поле. Иеханизм износа платиновых электронагревателей связан с поверхностным окислением металла, последующим испарением и конвектив- 30 ным уносом продуктов испарения. Защитные покрытия, наносимые на платине ь качестве газоплотного отражающего экрана, увеличивая сроки службы электронагревателей, не решают проблемы коренным образом. Наблюдаемая при этом неравномерность износа является дополнительным отрицательным фактором, сказывающимся на качестве вырабатываемого волокна. ГлаBHtMë причинами неравномерности износа электронагревателей являются трудноконтролируемые отклонения по толщине электронагревателя, покрытия, неоднородности структуры того и другого.
Наиболее близким к изобретению по те нической сущности и достигаемому эффекту является устройство для производства стекловолокна, включающее стеклоплавильный сосуд иэ высокоогнеупорного материала с фильерами в его днище, холодильник, расположенный под днищем между фильерами, для регулирования температуры вытягиваемых нитей на выходе из фельер, металлический электронагреватель с токоподводящими электродами для нагрева стеклоплавильного сосуда и. на ходящейся в нем стекломассы метал7!31670 лический корпус печи с внутренней огнеупорной футеровкой для размещения стеклоплавильного сосуда, дозатор для питания стеклоплавильного сосуда и механизм для намотки стекловолокна.
Отличительной особенностью этого устройства является конструкция стеклоплавильного сосуда, объединенная в одно целое с электронагревателем, суть которой заключается в следу|ощем.
Стеклоплавильный сосуд изготовлен из высокоогнеупорного материала, способного работать при высоких температурах, достаточных для производства тугоплавкого стекловолокна. На боковые стенки его снаружи нанесен металлический электропроводящий слой хромоникелевого сплава, играющего роль электронагревателя, к которому присоединены токоподводящие электроды.
Электропроводящий слой защищен газоплотным покрытием, предохраняющим его от окисления f2/.
Существенными недостатками данного устройства для производства стекловолокна являются низкая.температура нагрева стеклоплавильного сосуда, недостаточная для изготовления волокна из тугоплавких стекол, и низкое качество волокна.
Низкая температура нагрева стеклоплавильного сосуда обусловлена тем, что в качестве электронагревательного элемента используется токоподводящее металлическое покрытие стенок стеклоплавильного сосуда, температура службы которого существенно ниже огнеупорности материала, из которого изготовлен сам сосуд, Ь конкретном примере исполнения стеклоплавильный сосуд может быть нагрет до температуо ры не выше 1100 С, что связано с применением хромоникелевого сплава для изготовления электронагревателя.
Даже если использовать в качестве конструкционного материала электронагревателя платину, то рабочая температура стеклоплавильного сосуда на может быть превышена 1600 С, что так0
>ке недостаточно для произвоцства стекловолокна из тугоплавких материалов.
Другим важным недостатком известного устройства является принцип совмещения в одну, конструкцию двух различных по функциональному назначени|о элементов устройства: стеклоплавильного сосуда и электронагревателя.
Существо этого недостатка заключается в том, что источник тепла расположен в непосредственной близости к обогреваемой им стекломассе и поэтому температурное поле содержимого сосудом черезвычайно чувствительноок изменению режима работы йагревателя, ко всем неоднородностям температурного поля на самой тепловыделяющей поверхности электронагревателя. Сказан15 пературного режима в процессе вытя>кки волокна, что в конечном счете снижает его качество.
Оснащение устройства окисным высокотемпературным электронагревателем, выполненным в виде раздельно скомпанованной от стеклоплавильного сосуда конструкции, имеет ряд преиО муществ
Окисные электронагреватели, например, из двуокиси циркония, позволяют получать температуру до 2100 С в кислородсодержащей газовой среде, характеризуются устойчивостью электрических свойств в течение длительного времени эксплуатации, что позволяет осуществлять длительный нагрев стеклоплавильнОго сосуда при высокой температуре в тепловом поле, устой60 чивом во времени.
Отсутствие прямого контакта окис2О
39
40 ное станет понятнЬ, если обратить внимание на технологию газопламенного напыления металлических покры:тий, которая практически не мо>кет гарантировать равномерной толщины покрытия, наносимого на большие площади боковых поверхностей ти-гля.
Таким образом, близкое расположение электронагревателя к стекломассе, неравномерность создаваемая им температурного поля в стеклососуде, обусловленная как cBOHcTHcLMH применяемых для их изготовления материалов, так и технологией изготовления покрытия, приводит к нарушению темЦель изобретения — повышение температуры нагрева стеклоплавильного сосуда до 2000 С в кислородсодержащей газовой атмосфере и улучшение качества стекловолокна.
Достигается это тем, что устройство для производства стекловолокна, включающее стеклоплак>ильный сосуд из высокоогнеупорного материала с фильерами в его днище, холодильник, располо>ке нный под днищем между 1ильерами для регулирования температуры вытягиваемых нитей на выходе из фильер, электронагреватель с токоподводящими электродами для нагрева стеклоплавильного сосуда, металлический корпус печи с внутренней огнеупорной футеровкой для размещения стеклоплавильного сосуда и средств нагрева, дозатор для питания стеклоплавильного сосуда и механизм для намотки стекловолокна, снабжено резистивным окисным высокотемпературным электронагревателем со средствами предварительного нагрева его, расположенным с зазором снаружи стеклоплавильного сосуда. ного электронагревателя со стеклоплавильиым сосудом, расположение нагревателя с наружной стороны его с воздушным зазором между излучающими
791670
О
3S
65 плоскостями электронагревателя и наружной поверхностью стеклоплавильного сосуда способствует выравниванию температуры нагрева сосуда и находящейся в нем стеКломассы, исключает местный перегрев или охлаждения стекломассы, что способствует пов>шению качества получаемого стекловолокна.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет достичь цели, увеличить температуру нагрева стеклоплавильного сосуда до уровня, необходимого для производства стекловолокна иэ тугоплавких стекол. и повысить качество волокна.
На фиг. 1 изображено устройство, вертикальный разрез; на фиг. 2 окисный реэистивный высокотемпературный электронагреватель.
Устройство для производства сте- кловолокна содержит стеклоплавильный сосуд 1 с фильерами 2 в днище, изготовленный из высокоогнеупорных окисных материалов, например AlgOy;
СаЕгО>,; ЕгОр. Выступами 3 сосуд 1 опирается на опорную поцставку 4, изготовленную из материала того же состава, что и сосуд, которая одновременно играет роль теплового экрана, предохраняющего вытягиваемые нити 5 от прямого теплового излучения высокотемпературного реэистивного окисного электронагревателя 6. Нижней частью опорная подставка 4 стоит на теплоизоляционной футеровке 7 подовой части печи. Под сосудом 1 в подовой футеровке имеется сквозной канал 8 для размещения холодильника и свободного прохождения вытягиваемых стеклонитей из фильер к механизму 9 намотки. Канал выполнен в виде трубопровода 10 с пластинчатыми элементами 11, которые располагаются между выступами фильер, но не касаются их, Стеклоплавильный сосуд 1 в месте с опорной подставкой 4 находится внутри высокотемпературной рабочей камеры, образованной иэлучательной поверхностью плоскостей окисного высокотемпературного электронагревателя
6, не касаясь элементов нагревателя.
Окисный реэистивный высокотемпературный электронагреватель 6 выполнен в виде трех составных фигурных пластин иэ двуокиси циркония, стабилизированной окисью иттрия. Две вертикально, ориентированные пластины
12 на нижнем конце имеют увеличенного сечения выводную часть 13, высокотемпературную излучательную плоскость 14 и ребра 15 жесткости. Горизонтально ориентированная пластина
16 имеет также высокотемпературную излучательную плоскость 17, ребра 18 жесткости и отверстие 19 для трубь>
20 дозатора 21 стеклоплавильного сосуда. Высокотемпературные излучательные плоскости составных частей эле-,ктронагревателя обращены внутрь рабочей камеры.
Вертикальные ориентировочные пластины 12 окисного электронагревателя выводами 13 установлены на токоподводящих электродах 22, изготовленных из пластины хромита лантана или хромита меди. Для охлах<дения токоподводящих электродов 22 снизу печи подведены водоохлаждаемые холодильники 23 из нержавеющей стали. Между холодильником 23 и электродом 22 находится керамическая прокладка 24 из окиси алюминия, предназначенная для электроизоляции электродов и смягчения режима их охлах<дения. Сверху и сбоков окисный высокотемпературный электронагреватель закрыт отражательным высокоогнеупорным экра,ном 25 иэ И90, Ег0 или CaZrOp, предназначенным для теплоизоляции высокотемпературного электронагревателя и для защиты от перегревания карбидокремниевых стержневых электронагревателей 26, исгольэуемых для пускового предварительного нагрева окисного высокотемпературного электронагревателя 6. Металлический корпус печи 27 защищен теплоизоляционной футеровкой 7.
Труба 20 дозатора 21 проходит сквозь отверстие теплоизоляционной футеровки крышки 28, через отверстие отражательного экрана 25 и отверстие горизонтальной пластины 16 окисного электронагревателя.
Для создания более равномерного температурного поля в стеклоплавильном сосуде 1, он мо>хет быть удлинен- ным с ограниченным количеством рядов фильер, располох<енных в днище мех<ду продольными стенками, а оки"ный высокотемпературный электронагреватель
6 может состоять из одной секции (фиг. 2), или нескольких секций, установленных параллельно с промежутком или без промежутка между секциями.
Во втором варианте исполнения устройства для производства стекловолокна могут быть использованы известные стержневые окисные электронагре-. ватели, расположенные вряд вдоль боковых стенок стеклоплавильного сосуда.
В третьем варианте исполнения устройства для производства стекловолокна стеклоплавильный сосуд может быт> расположен внутри окисного высокотемпературного электронагревателя, выполненного в виде вертикально расположенной трубы с внешними утолщениями на концах, причем в поперечном сечении внутренний контур трубы мох<ет иметь любую форму, повторяющую внешние очертания боковых стенок стеклоплавильного сосуда, например прямоугольник.
791670
1 .: 00 л, ;, C >. а !:. ВК Н 0 ущЕСТВЛЯЕ 1 i-я
<„ ледующим >бразог<
Стекло лавильный сосуд 1 загружают стеклянной шихтой до необходимого уровня. После этого включают карбидокреглниевые электронагреватели 26 и нагревают окисный резистивный высокотемпературный электронагреватель
6 со скоростью, не превышающей
60 град/ч. Когда окисный электронагреватель нагреется до температуры
1200 С и станет достаточно электро- )G провоцным, на электроды 22 подают силовос электрическое питание из расчета, чтобы первоначальная величина электрического тока не превышала g, во избежание локального перегрева на стыках электронагревателя и в области контакта с электродами.
После включения окисного электронагревателя карбидокремниевые электронагреватели отключают. Температуру окисного элекгронагревателя регулирОВанием режима электричесг<огo питания поднимают до величины, например до 2000 С, необходимой для расплавления тугоплавкой стекломассы и ее свободного истечения из фильер. Затем, .корректируя выделяемую мощность на нагревателе, положение находящегося под фильерами холодильника, режим расхода хладагента и скорость вытягивания нитей, устанавлива- 39 ют нужный технологический режим выработки волокна, соответствующий требуемому качеству продукции„ Пополнение расходуемой массы осуществляют с помощью дозатора 21 через канал 35 керамической трубы ?0.
По окбнчании процесса. получения волокна выключение устройства производят следующим образом.
Снижают температуру окисного элео ктронагревателя до 1200 С пОстепенным уменьшением электрической нагруз ки. Включают карбидокремниевые электронагреватели и поднимают на них температуру до 1200 С, а затем отключают окисный высокотемпературный электронагреватель и охлаждают печь до комнатной температуры, регулируя скорость охлаждения силитовыми электронагревателями.
Скорость нагрева и охлаждения окис-БО ного электронагревателя, гарантирующая надежность его работы и предотвращение растрескивания B процессе изменения на нем температуры, не должна превышать 60 град/ч на любом температурном интервале как при увеличении температуры, так и при ее снижении.
Устройство позволяет производить стекловолокно из тугоплавких стекол при т мпературе до 2<,!;0"C в сочетани. ; с к,.;:слородсодержащей газовой средой„ рабочего пространства, что недоступно для других устройств, оснащенных любыми другими резистивными электронагревателями: карбидокремниевыми,. дис.".глнцидмолибденовыигг, на основе сплавов платины с блаv ородными мет л лами.
Усгтойчивость электрических ха1-,.="
Ктеристик окисных злектронагреваTe лей, а также отсутстгие прямого кон такта стеклоплаВильнс>го сосуда с
НаГрЕВатЕЛЕМ, ОрИГ>г..:1>1ЬНая КОНСтрунция окисного электрон;=гревателя обеспечивают стабильны: режим процесса производства качеств и><ого стеклово локна в течение длитсньного времени, Перечисленные пренм ще;тва устрог!" ства по достигаемому "ехн..геском. положительному эффе:;:,. д полняются экономическим эффект,:м В;.:езультат экономии доагметаллсьi н . !Ользуе
В 1<ачестве I Формула изобретения VcTpoAcTBo для пр >и3ВОдсTва c гекловолокна, вклгочающее стеклоплав л ;-ный сосуд из высокоогнеупорного г..а-териала с фильерами B eI O,,G,нище, лодильник, расположенный под днищем между фильерами, электронагреватель с токопоцводящими электродами для нагрева стеклоплавильного сосуда, металлический корпус печи с; внутрен-ней огнеупорной футеровкой для размещения стеклоплавильного сосуда и средств нагрева, дозатор для питания стеклоплавильного сосуда и механизм для намотки стекловолокна, о т л и ч а и щ е е с я тем, что, с целью повышения температуры нагрева стеклоплавильного.сосуда до 2000<>С в кислородсодержащей газовой атмосфере и улучшения качества стекловолокна, оно снабжено резистивным окисным вы,сокотемпературным электронагревателем со средствами предварительного нагрева его, расположенным с зазором снаружи стеклоплавильно"o "осуда. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США Р 3685978, кл. 65-1, 1969. 2. Заявка ФРГ Р 2328441, кл. 32а, 37/00, 1973. 191670 г г Фиг. 1 Фиг.г Составитель И.Ильиных Техред N.Ãîëèíêà Корректор Г.Решетник Редактор Т. Кузьмина Заказ 93 7 20 Тираж 5 8. БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 
