Плавильный сосуд для получения волокна из термопластичного материала

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОЬГКтКНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<11>975612 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 18. 03. 81 (21) 3263250/29-33 (51) М. Кп.з с присоединением заявки ¹â€”

С 03 В 37/09

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (53) УДК666.189. .212(088.8) Опубликовано 233.182. Бюллетень ¹ 43

Дата опубликования описания 2>1.82.

Н.П.Черкасов, И. H.Èíÿêèíà, В.1

В.В.Ведерников, В.А«Шеме

«1 „д

1 -"" с (72) Авторы изобретения щюв, с (71) Заявитель (541 ПЛАВИЛЬНЫЙ СОСУД ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНА

И3 ТЕРМОПЛАСТИЧНОГО МАТЕРИАЛА

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к оборудованию заводов стеклянного волокна.

Известен плавильный сосуд для получения стеклянного волокна из расплава, содержаций корпус с внутренним нагревательным элементом, прямоугольную горизонтальную фильерную пластину и токоподводы и снабженный отверстиями в верхней части для поступления стеклошариков.

Корпус сосуда образован плоскими вертикальными боковыми торцевыми стенками и фильерной пластиной-дном.

Два вертикальных токоподвода присоединены к торцевым стенкам, внутренний горизонтальныи по длине сосуда нагревательный перфорированный элемент 1экран) отделяет верхнюю зо«у пчавления стеклошариков (1).

Основной недостаток такой конструкции сосуда — ограничения в повышении производительности оборудования и труда в стеклoTlрядении из-за нестабильности технологического процесса обрывности волокон) и в повышении качества волокна из-за разброса по диаметру волокна.

Это ограничение отчасти связано с качеством исходного стекла (стеклошариков), но в большой мере определяется конструкцией сосуда.

Вязностная характеристика расплава по температуре изменяется в широких пределах не только при разных составах стекол, но и в пределах разных партий одного состава и зависит от времени, а сосуд — одноконтурный нагреватель прямого электрического сопротивления, в зависимости от заложенных соотношений сечений его элементов, имеет постоянное нерегулируемое в ходе процесса распределение электрического тока, тепла и температуры в области подачи расплава к фильерам, в области плавления шариков, по длине элементов и не дает возможности относительного перераспределения энергии между элементами и по длине элементов в технологическом процессе, вследствие чего температурный режим работы сосуда не может быть оптимальным.

Неизбежное в такой конструкции сосуда для получения приемлемых энергетических характеристик отношение высоты сосуда к длине фильерноЗ0 го поля менее единицы не позволяет

975612 выбрать параметры фильер, снижающих усилие деформации расплава при формовании волокна вытягиванием, не позволяет устранить влияние неравномерности температуры в зоне плавления на распределение температуры по длине фильерного поля, создает предпосылки для образования круговых конвекционных потоков расплава в вертикальной плоскости, приводящих к разбросу по времени подготовки малых 10 объемов расплава в сосуде.

Наличие в сосуде внутреннего горизонтального перфорированного для прохода расплава нагревательного элемента — экрана, отделяющего область 15 плавления шариков, отсутствие свободного от влияния загрузки шариков зеркала горячего расплава и организованного восходящего потока расплава препятствует свободному выделению газов 2О из расплава.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является плавильный сосуд для получения волокна из термопластич- 5 ного материала, преимущественно стекла, включающий корпус с загрузочной щелью, токоподводами и фильерной пластиной, и расположенный внутри корпуса нагревательный элемент с перфорацией.

В данной конструкции отверстие для поступления стеклошариков выполнено в виде щели по длине сосуда и сосуд снабжен рядом внутренних нагревательных перфорированных элементов экранов, расположенных по длине сосуда друг над другом (2 )

Недостатки конструкции плавильного сосуда -.ограничение производительности из-за нестабильности технологического процесса по причине не- 40 . возможности относительного перераспределения электрического тока, тепла и температуры между элементами сосуда и по длине элементов в ходе технологического процесса, ограничение 45 воэможности снижения натяжения волокна неизбежно малым отношением высоты сосуда к длине фильерного поля, наличие неопределенного "плавающего" уровня расплава с отсутствием контроля параметра гидростатического давления.

Введение экранов позволяет снизить их температуру, но затрудняет газбвыделение. б

Помимо этого, существенным недос,татком такой конструкции является неизбежное малое электрическое сопротивление, из-за необходимости удаления эоны плавления от фильер за счет высоты сосуда, увеличения ширины сосуда за счет сокращения длины для повышения равномерности распределения температуры по фильерному полю, вследствие чего требуемый нагрев сосуда возможен при величинах электрического 65 тока порядка 5-8 тыс. ампер и более, что приводит к потерям электроэнергии, соизмеримым с полезно затрачиваемой.

Конструкция сосуда, выполняемая из тонких листовых плоских элементов из платиновых сплавов, работающих при температуре порядка 1200-1500ОС с величинами температурного расширения элементов порядка 3-4 мм, приводит к угару драгметалла до 3,5-5,5%, высоким механическим нагрузкам на элементы, потере формы конструкции до разрушения, ограничивает срок службы сосуда и возможность снижения удельного расхода драгметалла на единицу продукции.

Расположение фильерного поля не позволяет получить оптимальную технологическую линию при выработке из одного сосуда с приемом на отдельные паковки ряда комплексных нитей.

Целью изобретения является повышение производительности, улучшение качества волокна, сокращение удель- ного расхода драгметаллов и электро— энергии.

Поставленная цель достигается тем, что плавильный сосуд для получения волокна из термопластичного материала, включающий корпус с загрузочной щелью, токоподводами и фильерной пластиной, и расположенный внутри корпуса нагревательный элемент с перфорацией, снабжен установленными на фильерной пластине S-образными компеьсаторами температурного расширения и дополнительными токоподводами, выполненными в виде кольцевых roAp c опорныМи бортами и водоведущих трубок, причем одни расположены вверху и снизу корпуса, а другие — на крышке, при этом корпус и нагревательный элемент выполнены в виде вертикальных концентрических труб переменного диаметра и сечения, сходящихся снизу, а нагревательный элемент — с крышкой с отверстиями для датчика уровня расплава и сообщения с атмосферой, загрузочная цель образована корпусом и нагревательным элементом, токоподводы установлены горизонтально и соединены с S-образными компенсаторами температурного расширения, а фильерная пластина выполнена с фильерами с фасками и с патрубком в виде усеченной пирамиды с кольцевым бортом и гофрами — компенсатором температурного расширения, который соединен с нижним кольцевым токоподводом по принципу стеклозамка, при этом отношение высоты корпуса к его диаметру в нижней части составляет 3,3-6, высоты сосуда к длине фильерного поля — 1,5-6, а к высоте корпуса - 1,2-1,7 и отношение наружного диаметра фильеры к внутреннему — 1,7975612

3. Плавильный сосуд снабжен ребрами жесткости, а корпус выполнен из секций, причем ребра жесткости расположены в местах стыка секций. С целью полу.еения и приема на отдельные пасовки из одного сосуда нескольких комплексных нитей, сосуд снабжен дополнительными кольцевыми токоподводами и фильерными пластинами, а нижняя секция корпуса выполнена в виде усеченной пирамиды, в дне которой выполнены отверстия по числу комплексных нитей с шагом, равным длине паковки для установки фильерных пластин, а отношение высоты сосуда к длине нижней секции корпуса составляет 1,12,0. При этом сосуд снабжен расположенными выше нижней секции корпуса дополнительным кольцевым токоподводом.

На фиг.1 и 2 изображен сосуд в двух проекциях, общий вид; на фиг;3узел I на фиг.1; на фиг.4 и 5 — в двух проекциях вариант сосуда для получения с приемом на отдельные паковки ряда комплексных нитей; на фиг.б — часть сосуда при использовании теплопрозрачных расплавов.

Сосуд включает корпус 1 с внутренним нагревательным элементом 2, выполненным в виде двух вертикальных концентрических труб переменного диаметра и сечения, сходящихся внизу в образующих вверху кольцевую щель 3 для загрузки шариков.

Трубы корпуса 1 и внутреннего нагревательного элемента 2 выполнены из ряда секций с ребрами жесткости 4 на стыках секций. Корпус 1 снабжен вверху и снизу кольцевыми с гофрами опорными бортами — компенсаторами 5 и б температурного расширения, которые одновременно являются токоподводами.

Внутренняя труба — нагреватель 2 выполнена с перфорацией 7 и 8 в верхней и нижней частях для прохода расплава из внутренней трубы 2 и кольцевую щель 3 вверху и из кольцевой щели 3 во внутреннюю трубу 2 в нижней части.

Внутренняя труба 2 снабжена крьиакой 9 с отверстиями 10 для датчика уровня расплава (не показан) и сооб- щения с атмосферой.

На крышке 9 установлен токоподвод в виде двух водоведущих трубок 11, соединенных через фланец 12 с токоведущей шиной (не показана).

Фильерная пластина 13 с множеством фильер 14 снабжена патрубком 15 в виде усеченной пирамиды, имеющем в верхней части кольцевой борт с гофрами компенсатор температурного расширения 16, которнй герметично соединен с нижним фланцем — токоподводом б корпуса 1 по принципу стеклозамка через кольцо 17 из электроизоляционного материала и токоведущее водоохлаждаемое кольцо 18.

На концах фильерная пластина 13 выполнена с S-образными компенсаторами 19 температурно о расширения, связанными с плоскими токоподводами 20.

Отношение высоты h корпуса 1 к его диаметру 0 в нижней части находится в пределах 3,3-6.

10 h

Уменьыение величины - за предел

3,3 приводит к невозможности получения требуемого распределения температуры и потоков расплава для реали15 зации разработанного технологического процесса плавления шариков и подготовки стекла и к ухудшению электротехнических характеристик сосуда, а выполнение этого соотношения более

20 шести приводит к черезмерным потерям энергии на вязкое трение в потоке расплава .и к повышению удельного расхода драгоценных металлов.

Отношение высоты Н сосуда к длине фильерного поля К выполнено в пределах 1,5-6.

Это позволяет выбрать параметры фильер, обеспечивающие снижение усилия деформации при формовании воло30 кон, улучшить подготовку расплава и равномерность распределения темпера туры, Н

При уменьшении соотношения Е увеличивается разброс по времени пребы35 вания малых обьемов расплава в сосуде, неровнота распределения температуры по фильерному полю и уменьшается возможность снижения усилия деформации расплава при формовании, 40 что ведет к повышению обрывности волокон, а увеличение этого соотношения приводит к ухудшению электрических характеристик сосуда.

Отношение высоты Н сосуда к высо45 те h корпуса 1 выполнено в пределах

1,2-1,7.

Уменьшение этого соотношения ведет к нарушениям в распределении потока расплава по фильерам, а увеличение

50 к необходимости повышения температуры в зоне плавления шариков и подготовки стекла и повышению удельного расхода драгоценных металлов.

Отношение наружного диаметра 0 фильеры 14 к внутреннему дФ выполнено в пределах 1,7-3, что позволяет повысить стабильность условий формования волокна за счет увеличения при этом разности скоростей и соответственно времени охлаждения наружных и внутренних слоев расплава в "луковице" и становится возможным при .выполнении условия — = 1,5-6 (см.выше). и

Уменьшение величины - приводит к

ОФ

43 повышению обрывности волокон, а даль975612 нейшее увеличение соотношения возможно лишь за счет увеличения О+, чтоповышает натяжение волокна и также ведет к повышению обрывности уже по другой причине, Для получения из одного сосуда с приемом на отдельные паковки ряда комплексных нитей корпус 1 сосуда снабжен в нижней части распределительным коробом 21 в виде усеченной пирамиды, в дне которой выполнены по числу комплексных нитей с шагом равным длине паковки (не показано) нити, ряд отверстий с кольцевыми фланцами — компенсаторами расширениятокоподводами 6, соединенными по !5 принципу стеклоэамка через кольца

17 и 18 и борта - компенсаторы 16 с соответствующим числом фильерных пластин 13, При этом отношение высоты Н сосуда к длине L распределительного короба 21 находится в пределах 1,1-2,0.

Н

Уменьшение отношения — ведет к

L ухудшению равномерности подготовки и распределения расплава по фильерным пластинам, а увеличение этого отношения приводит к снижению длины и веса паковки получаемых нитей или к уменьшению числа получаемых нитей.

При использовании теплопрозрачных расплавов для экономии электроэнергии и снижения расхода драгоценных металлов над распределительным коробом 21 установлен общий кольцевой токоподвод-компенсатор 22 корпуса 1, а соединение фланцев-компенсаторов 6 с кольцевыми бортами-компенсаторами 16 фильерных пластин 13 по принципу стеклозамка осуществлено через кольца 17 из электроизоляционного темпе- 4Р ратуростойкого материала.

Сосуд работает следующим образом.

Для работы сосуд монтируется в каркасе с теплоизоляцией (не показано). Чад сосудом устанавливается 45 питающий бункер со стеклошар хами (не показано). Сосуд устанавливается соответственно технологической линии над замасливающим нитеформируюцим и приемновытяжным устройствами 5р (не показаны).

Сосуд является нагревателем прямого электрического сопротивления и позволяет изменить способ включения сосуда в силовую электрическую цепь. 55 .Конструкцией сосуда предусмотрена возможность нескольких вариантов подключения силовой электрической цепи к сосуду, но во всех вариантах нагрев зоны плавления шариков и подготовки расплава в концентрических вертикальных трубах 1 и 2 и нагрев фильерных пластин 13 осуществлен от двух электрических независимых силовых цепей, имеющих независимые средства уп- 45 равления и регулирования (не показаны) .

Нагрев зоны плавления щариков и подготовки расплава при теплопрозрачных расплавах наиболее экономичен при подключении электрической цепи к токоподводам 6 и 12 (фиг.1 и 2) для выработки одной комплексной нити и к токоподводам 6 и 12 или 22 и 12 (фиг.4,5 и 6) для выработки ряда комплексных нитей.

В этом случае корпус 1 и короб 21 распределителя не включены в электРическую цепь.

При менее теплопроэрачных расплавах возможно подключение силовой электрической цепи к токоподводам 6 и 5 параллельно с токоподводами 12 или 5 и 12.

Во всех вариантах подключения силовой цепи для эоны плавления шариков и подготовки расплава регулирование подаваемой энергии осуществлено по импульсу датчика уровня (не показано) свободного зеркала расплава 23 в центральной трубе 2, чем обеспечивается постоянное гидростатическое давление столба расплава над фильерами, электрически независимое от температуры фильерной пластины 13.

Вертикальное направление электрического тока совпадает с направлением потока стеклошариков и расплава и обеспечивает строго симметричное распределение электрического тока, тепла и температуры в каждом горизонтальном сечении относительно вертикальной оси корпуса 1 сосуда.

Нагрев фильерной пластины 13 (фиг.1 и 2) осуществлен от другой силовой электрической цепи через токоподводы 20„ регулирование подаваемой энергии в которой осуществлено по импульсу термопары (не обозначены), установленной на патрубке 15.

При получении ряда комплексных нитей с использованием ряда фильерных пластин 13 (фиг.4 и 5) все фильерные пластины включены в цепь через токоподводы 20 последовательно, регулирование энергии осуществлено o=. одной термопары, а выравнивание разогрева отдельных фильерных пластин 13 относительно друг друга осуществлено известным способом электрического шунтирования.

Стеклошарики 24 поступают из питающего бункера (не показано) непрерывно самотеком в кольцевую щель 3 сосуда между трубами 1 и 2 со скоростью, соответствующей объемному расходу расплава через фильеры 14, и погружаются в расплав до уровня, где ширина сужающейся щели 3 становится меньше диаметра шариков 24.

Скорость движения шариков 24 и распределение температуры в верхней

975612

10 части щели 3 установлены таким образом, что до погружения шариков 24 в расплав они не успевают нагреться до температуры прилип ания .

Погружение в расплав ускоряет нагрев и плавление шариков путем от- 5 дачи им части тепла расплавом. При этом происходит перемешивание расплава.

Далее кольцевой поток расплава, нагреваясь до требуемой температуры 10 (вязкости), продолжает движение вниз до нижней зоны перфорации 8 трубы 2 и через отверстия проходит внутрь трубы 2, разделяясь на 2 вертикальных центральных потока (обозначенные стрелками, фиг." ).

Один поток поступает вниз к фильерной пластине 13, а другой поднимается вверх до свободного зеркала расплава 23,вынося с собой газовые пузыри,после чего через верхнюю зону перфорации 7 трубы 2 расходится в кольцевую щель З,заполняя лустоты между шариками 24 и т.д. непрерывно.

При выработке ряда комплексных нитей из одного сосуда центральный нисходящий поток расплава из трубы

2 поступает в распределительный короб 21 (фиг.5 .и 6), из которого распределяется на соответствующее число потоков к ряду фильерных пластин 13.

Технико-экономический эффект от использования плавильного. сосуда выpàæàeòñÿ в возможности для всего пры -,шленного ассортимента комплекс- 35 ных сгеклонитей повышения производительности труда и оборудования в стеклопрядении в два и более раз за счет применения для выработки нити требуемой линейной плотности стекло- 4Q плавильных сосудов с большим соответственно числу получаемых иэ одного сосуда нитей числом фильер при повышении стабильности процесса.

Кроме того, эффект достигается за счет снижения удельных расходов драгоценных металлов, электроэнергии, сырьевых материалов и за счет повышения качества комплексной нити.

Формула изобретения

1 плавиль ный сосуд для получения 55 волокна из термопластичного материала, включающий корпус с загрузочной щелью, токоподводами и фильерной пластиной, и расположенный внутри корпуса нагревательный элемент с перфорацией, отличающийся

60 тем, что, с целью повышения производительности, улучшения качества волокна, сокращения удельного расхода драгметаллов и электроэнергии, он снабжен установленными на фильерной пластине S-образными компенсаторами температурного расширения и дополнительными токоподвоцами, выполненными в виде кольцевых гофр с опорными бортами и водоведущих трубок, причем одни расположены вверху и снизу корпуса, а другие — на крышке, при этом корпус и нагревательный элемент выполнены в виде вертикальных концентрических труб переменного диаметра и сечения, сходящихся снизу, а нагревательный элемент — с крышкой с отверстиями для датчика уровня расплава и сообщения.с атмосферой, загрузочная щель образована корпусом и нагревательным элементом, токоподводы установлены горизонтально и соединены с

S-образными компенсаторами температурного расширения, а фильерная пластина выполнена с фильерами с фасками и с патрубком в виде усеченной пирамиды с кольцевым бортом и гофрами — компенсатором температурного расширения, который соединен с нижним кольцевым токоподводом по принципу стеклозамка, при этом отношение высоты корпуса к его диаметру в нижней части составляет 3,3-6, высоты сосуда к длине фильерного поля - 1,5-6, а к высоте корпуса — 1,2-1,7 и отношение нару><ного диаметра фильеры к внутреннему—

1,7-3.

2. Сосуд по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что он снабжен ребрами жесткости, а корпус выполнен из секций, причем ребра жесткости расположены в местах стыка секций.

3. Сосуд по пп.1 и 2, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью получения и приема на отдельные паковки из одного сосуда нескольких комплексных нитей, он снабжен дополнительными кольцевыми токоподводами и фильерными пластинами, а нижняя секция корпуса выполнена в виде усеченной пирамиды, в дне которой выполнены отверстия по числу комплексных нитей с шагом, равным длине паковки для установки фильерных пластин, а отношение высоты сосуда к длине нижней секции корпуса составляет 1,1-2,0.

4. Сосуд по п.3, о т л и ч а юшийся тем, что он снабжен расположенным выше нижней секции корпуса дополнительным кольцевым токоподводом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СИА Р 3628930, кл. 65-2, опублик. 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 546574, кл, С 03 В 37/02, 1975.

975612

72

18 !

6 фиг 4

17

Ю

5 фиг.6

Составитель Н. Ильи ных

Редактор Н.Гунько Техред М.Коштура Корректор И.Ватрушкина

Заказ 8918/34 Тираж 508 Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений.и открытий

1 1 30 35 р Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4