ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 162
Скачиваний: 1
Таким образом, при постоянном |
разрежении |
температура нача |
||||
ла выделения газов из стекла одного и того же |
состава указывает |
|||||
на качество дегазации стекла; эта |
температура |
|
принимается |
как |
||
критерий оценки способности стекла |
к вспениванию. Установка |
для |
||||
определения температуры вспенивания |
(рис. 4.3) |
состоит из |
ста |
|||
нины 5, вакуумной нагревательной |
печи |
с вариатором |
напряжения |
|||
РНО-250-10 6, съемного шлифа 2 |
с отверстием |
для |
наблюдения |
за образцом, системы откачивания с вакуумным насосом 4, ртут ного манометра 3, переносного потенциометра 1.
Рис. 4.3. Установка для определения температуры вспенивания:
/ — потенциометр; 2 — съемный шлиф; 3 — ртутный манометр; 4 — вакуумный
. н а с о с ; 5 — станина; 6 — вариатор напряжения .
Образцы стекла (два стеклянных шарика) помещают |
в |
пла |
тиновые тигли и опускают на подвеске в вакуумную печь, |
в |
кото |
рой они нагреваются до определенной температуры. Затем |
вклю |
чается система |
откачивания |
и над образцом создается давление |
|
75 мм |
рт. ст. Через съемный |
шлиф ведется наблюдение за состоя |
|
нием |
образца |
(выделением |
пузырьков газа). Если пузырьки газа |
выделяются, то температура образца принимается за температуру вспенивания стеклянных шариков. При отсутствии выделения пу зырьков газа температуру в печи поднимают на 20 °С и операцию повторяют. Для правильного определения температуры вспенива ния образцов стеклянных шариков достаточно трех замеров.
Ниже приводятся минимальные допустимые температуры вспе
нивания (в °С) для |
различных стекол: |
|
|
Бесщелочное |
алюмоборосиликатное |
1200 |
|
Щелочное |
№ |
11 |
1140 |
Щелочное |
№ 7-А |
1180 |
Как правило, стеклянные шарики, вырабатываемые на заводах, имеют температуру вспенивания значительно (до 80°С) выше минимально допустимой; это позволяет полностью предотвратить вспенивание в стеклоплавильном сосуде.
82
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОИЗВОДСТВА СТЕКЛЯННЫХ ШАРИКОВ
Доля затрат на производство стеклянных шариков в себестои мости стекловолокнистых материалов значительна и составляет от 10 до 30% для различных материалов. Совершенствование техно логии вытягивания стеклянного волокна, снижение удельного рас хода драгоценных металлов, увеличение выпуска нетканых стек ловолокнистых материалов могут в ближайшие годы привести к тому, что затраты на производство стеклянных шариков будут еще более резко влиять на стоимость изделий из стеклянного во локна и стеклопластиков. Стоимость стеклянных шариков опре деляется главным образом затратами на сырье, особенно на бор ную кислоту. В себестоимости шариков из алюмоборосиликатного стекла затраты на сырье составляют 55%, а из щелочного стекла— только 25%. Даже небольшое снижение расхода борной кислоты при -использовании для производства шариков стекла с 8% В 2 0 3 приводит к значительному снижению стоимости стеклянных шари ков.
При производстве стеклянных шариков относительно большая доля затрат приходится на топливо и эксплуатацию оборудования. Эти затраты могут быть резко снижены при увеличении мощности стекловаренных ванных печей и их производительности. Так, на пример, увеличение мощностей ванных стекловаренных печей с 10 до 40—50 т/сутки, даже без увеличения их производительности, даст возможность уменьшить эксплуатационные расходы и повы сить в 2—3 раза производительность труда. Большое значение для повышения качества стеклянных шариков, увеличения производи тельности стекловаренных печей, снижения себестоимости шариков имеет качество сырья и шихты. Тонкий помол сырья, гранулирова ние шихты, применение комплексного сырья (нефелиновый кон центрат, каолин, борат кальция) способствуют удешевлению про изводства стеклянных шариков и одновременно улучшению их качества.
6*
Р А З Д Е Л I I
П Р О И З В О Д С Т ВО НЕПРЕРЫВНОГО СТЕКЛЯННОГО ВОЛОКНА
При производстве непрерывного стеклянного волокна в единый комплекс входят различные процессы и операции: подготовка и подача стеклянных шариков в стеклоплавильный сосуд, плавление шариков и подготовка стекломассы к формованию, формование стеклянных волокон, охлаждение волокон, нанесение на них замасливателя и соединение их в нить, раскладка и намотка нити на бобину.
Каждая операция не только определяет последующую, но и зависит от нее. Основной и наиболее сложной операцией техноло гического процесса является формование волокна.
Г Л А В А 5
МЕХАНИЗМ ПРОЦЕССА ФОРМОВАНИЯ НЕПРЕРЫВНОГО СТЕКЛЯННОГО ВОЛОКНА
Процесс формования непрерывного стеклянного волокна вклю чает две стадии: течение стекломассы через фильеру и утонение стекломассы в зоне формования. Первая стадия определяет коли чество стекломассы, вытекающей из фильеры в единицу времени, и теоретическую производительность установки, вторая — устойчи вость процесса и качество волокна.
ТЕЧЕНИЕ СТЕКЛОМАССЫ ЧЕРЕЗ ФИЛЬЕРУ
Фильеры представляют собой короткие (3—6 мм) тонкостенные
(толщина |
0,4—1 мм) трубочки с внутренним диаметром 0,8—3 |
мм, |
||
вваренные |
с одного конца в фильерную |
пластину стеклоплавиль |
||
ного сосуда. |
|
|
|
|
Стекломасса, находящаяся в сосуде, вытекает из |
фильер |
под |
||
действием |
собственного веса. Давление Р |
(в дин/см2), |
создаваемое |
84
стекломассой в сосуде, измеряется силой, действующей на единицу площади фильерной пластины вдоль оси фильер:
P*=pgh |
|
( 5 . 1 ) |
где р — плотность стекломассы в сосуде, г/см3; |
g |
— ускорение свободного па |
дения, см/сек2; h — высота уровня стекломассы |
в |
сосуде, см. |
Встекломассе, как и в других жидкостях, при движении одних
ееслоев относительно других возникают силы трения. Известно, что при движении жидкости в трубе пристеночный слой обычно неподвижен, остальные слои скользят относительно друг друга. Наибольшая скорость наблюдается по оси трубы. Объем жидкос ти, Q (в см3/сек), вытекающей в единицу времени из трубы диа метром D и длиной L при поддержании на ее концах разности давлений АР, равен
Q = |
128T)L |
( 5 ' 2 > |
где г| — коэффициент вязкости (в пз), характеризующий меру сопротивления жидких тел течению.
Уравнение (5.2) называется уравнением Пуазейля. Оно спра ведливо при определенных условиях:
1) жидкость подчиняется уравнению Ньютона
F = i\S |
У |
( 5 . 3 > |
|
1 |
|
где F — сила, необходимая для поддержания постоянного градиента (разности)' скорости (ѵг — ѵ2) между двумя движущимися параллельными слоями с общей поверхностью площадью S, находящимися на неизменном расстоянии х, и про порциональная вязкости г);
2)температура и, следовательно, вязкость жидкости в трубе постоянны;
3)скорость движения жидкости в пристеночном слое трубы равна нулю.
Уравнение Пуазейля достаточно точно описывает поведение маловязких жидкостей и очень важно для понимания процесса формования стеклянного волокна и управления им. Действитель но, это уравнение, отнесенное к фильерам стеклоплавильного со суда, непосредственно или косвенно устанавливает связь между
основными технологическими параметрами процесса (диаметром и длиной фильер, уровнем стекломассы в сосуде, температурой фильерной пластины), а объемный расход стекломассы* опреде ляет теоретическую производительность одной фильеры. В соот
ветствии |
с уравнением увеличение диаметра фильер |
и напора при |
|||
водит к |
росту |
теоретической |
производительности, |
а увеличение |
|
длины фильер |
и вязкости |
стекломассы (уменьшение температуры |
|||
фильерной пластины) — к |
ее |
снижению. Определяющим парамет- |
* Расходом стекломассы через фильеру (расходом стекломассы) называется количество стекломассы, протекающей через фильеру в единицу времени.
85
ром является диаметр фильер, входящий в уравнение с показате лем степени, равным четырем. Влияние остальных параметров, вхо дящих в уравнение с показателем степени, равным единице, на производительность одинаково и определяется величиной измене ния этих параметров.
Первоначально уравнение Пуазейля без каких-либо оговорок было использовано для описания и расчета течения стекломассы через фильеры стеклоплавильного сосуда. Однако со временем бы
ло обнаружено расхождение полученных |
на |
практике |
данных |
||
с теми, .которые можно было ожидать, исходя |
из |
уравнения Пуа |
|||
зейля. Ввиду большой практической важности, |
остановимся на |
||||
этом вопросе |
подробнее. |
|
|
|
|
Влияние |
напора стекломассы в сосуде |
на |
ее |
расход. |
Рассмот |
рим связь уровня стекломассы в сосуде с разностью давлений на входе и выходе из фильеры и влияние изменения уровня на объемный расход стекломассы. Напор, создаваемый стекломассой
в сосуде, Р затрачивается на преодоление местных |
гидравлических |
|||
сопротивлений внутри сосуда Рг |
(фильтрующие сетки, отверстия |
|||
в перегородках и т. п.), сопротивлений на входе в |
фильеру Рв, |
сил |
||
поверхностного натяжения стекломассы на выходе |
из фильеры |
Ру |
||
и, главным образом, на продавливание |
стекломассы через филье |
|||
ру АР: |
|
|
|
|
Р = РГ + Рв |
+ Ру + |
АР |
|
(5.4) |
Гидравлические сопротивления внутри сосуда определяются сум марной площадью отверстий и прорезей в перегородках и плот
ностью сеток, перекрывающих эти |
отверстия. Площади отверстий |
и сечение сетки подбираются таким |
образом, чтобы потери напора |
на их преодоление не превышали 5% общего напора.
Скорость стекломассы, поступающей из сосуда в фильеру, мак симальна по оси входного отверстия и снижается по мере прибли жения к его кромке. Различия в скорости между смежными струя ми потока вызывают затрату напора на преодоление вязкого сопро тивления стекломассы на входе в фильеру.
Потери напора на входе в фильеру составляют
|
РВ = А + - ^ . |
|
|
|
( 5 . 5 ) |
где А — константа; т]в — вязкость стекломассы |
на входе |
в |
фильеру; |
R — ра |
|
диус |
фильеры. |
|
|
|
|
Из уравнения (5.5) видно, что потери |
напора |
на |
входе в |
филье |
|
ру |
зависят от объемного расхода стекломассы, |
радиуса |
фильер |
и вязкости стекломассы на входе в фильеру. По абсолютному зна чению Рв составляют 25—30% полного напора стекломассы в со суде.
Силы поверхностного натяжения стекломассы, вытекающей из фильер, стремятся уменьшить свободную поверхность капли или луковицы и противодействуют напору стекломассы в сосуде. В про мышленных стеклоплавильных сосудах потери напора на преодо-
«6
ление этих сил достигают 5—10% от общего напора стекломассы в начальный момент образования капли, когда ее радиус равен радиусу фильеры; они резко уменьшаются по мере роста капли и составляют доли процента от общего напора при вытягивании волокна.
Силы, затрачиваемые на продавливание стекломассы через фильеру, АР равны разности давлений на входе и выходе из филье
ры; |
эти силы |
обусловливают |
|
|
|
|
|
||||||
движение |
стекломассы |
|
по |
|
|
|
|
/ |
|||||
фильере и составляют 60—70% |
|
|
|
|
|||||||||
общего |
напора |
стекломассы в |
|
|
|
|
|||||||
сосуде. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Зависимость |
расхода |
стек |
|
|
|
|
||||||
ломассы от ее напора |
в сосуде |
|
|
|
|
||||||||
для |
фильер |
различного |
диа |
|
|
|
|
|
|||||
метра при температуре филь- |
|
|
|
|
|
||||||||
ерной |
пластины |
1220 °С |
пред |
|
|
|
|
|
|||||
ставлена на |
рис. 5.1, из |
кото |
|
|
|
|
|
||||||
рого видно, что в области на |
|
|
|
|
|
||||||||
поров |
стекломассы |
|
2—13 |
см |
|
|
|
|
|
||||
зависимость |
эта может |
быть |
|
|
|
|
|
||||||
принята линейной; |
при |
увели |
|
|
|
|
3 |
||||||
чении напора в 2—3 раза рас |
|
|
|
|
|||||||||
ход стекломассы |
растет |
быст |
|
|
|
г |
|
||||||
рее, чем напор, причем этот |
|
|
|
|
|||||||||
эффект тем заметнее, чем боль |
|
|
/ \ |
|
|
||||||||
ше |
диаметр |
фильер. |
Зависи |
|
|
|
.—г |
||||||
|
|
|
|
||||||||||
мость |
расхода стекломассы |
от |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
напора |
в стеклоплавильном со |
Напор стекломассы, |
см |
|
|||||||||
суде во всем |
рабочем |
интерва |
|
||||||||||
ле |
температур |
выработки |
во |
Рис. 5.1. Зависимость |
расхода |
стекло |
|||||||
локна |
имеет |
аналогичный |
ха |
массы от ее |
напора |
в |
сосуде при |
||||||
рактер. |
|
|
|
|
|
|
температуре |
фильерной |
пластины |
||||
|
Влияние длины |
фильер |
на |
|
1220 °С: |
|
|
||||||
|
кривые 1—4 соответственно |
д л я |
фильер |
||||||||||
расход |
стекломассы. В соответ |
диаметром |
1, 1,3, |
1,6 и |
1,9 |
мм. |
|||||||
ствии |
с уравнением |
Пуазейля |
Q от обратной |
|
|
|
|||||||
зависимость |
расхода |
стекломассы |
длины |
фильер- |
|||||||||
1/L имеет вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(5.6> |
где К = rD4 AP/128 ч\ — константа для серии опытов с переменной L .
Уравнение выражает прямую, проходящую через начало коор динат. Экспериментальные значения расхода стекломассы для двух типов фильер (рис. 5.2) в зависимости от их длины представлены на рис. 5.3. Длина внешнего участка стандартных фильер изменя лась от 2 до 8 мм. В утопленных фильерах (рис. 5.2, б) при одина-
87