ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 172
Скачиваний: 1
В рабочем состоянии сосуд почти полностью заполнен стекло массой (расстояние до верхней крышки 10—20 мм). Максимальная температура стекломассы наблюдается в верхней части сосуда, кроме тех мест, где происходит плавление стеклянных шариков. В зоне плавления шариков температура стекломассы составляет
1100—1250 °С, затем она |
быстро |
повышается, достигая 1300— |
|
1350 °С, и плавно снижается по |
мере прохождения |
стекломассы |
|
через нижнюю часть сосуда. В верхней части сосуда |
температура |
||
стенок выше температуры |
стекломассы, в нижней, |
прилегающей |
|
кфильерной пластине, — наоборот.
Врезультате исследования температурного поля стеклоплавиль ного сосуда с помощью термопар установлено, что отсутствует сим
метрия распределения температур в поперечных сечениях сосуда и наблюдается значительная неустойчивость температур для каж дой точки сосуда во времени. Колебания температуры стекломассы внутри сосуда вызываются главным образом движением холодных участков стекломассы из зоны загрузки стеклянных шариков. Коле бания температуры максимальны в зоне загрузки и затухают по высоте сосуда. Кроме основного выработочного потока стекломас сы, направленного сверху вниз, существуют конвекционные потоки, вызываемые перепадами температуры как внутри стекломассы, так
и между стекломассой и корпусом сосуда. При этом |
более горячие |
||
и, следовательно, более легкие объемы стекломассы |
поднимаются |
||
вверх, в то время как холодная стекломасса |
из зоны |
плавления |
|
движется вниз со скоростями, выше средней |
скорости |
выработоч |
|
ного потока. Исследование потоков стекломассы в стеклоплавиль ном сосуде проводилось с применением интенсивно окрашенных окисью кобальта стеклянных шариков и с использованием в каче стве индикаторов шариков из стекла, меченного радиоактивными изотопами окиси урана и кальция. Первые следы радиоактивности появились в волокне через 30 мин после опускания в сосуд радио активных шариков, которые по плотности не отличались от осталь ных. Средняя вертикальная составляющая скорости движения хо лодных слоев стекломассы составила примерно 0,05 мм/сек. Мак симум радиоактивности был зафиксирован через 40 мин после за грузки стеклянных шариков. В последующем наблюдалась опреде ленная цикличность появления максимумов радиоактивности (при мерно через 30—40 мин), что дало основание предполагать наличие циркуляционных потоков стекломассы в стеклоплавильном сосуде между сеткой и фильерной пластиной. Схематичное изображение потоков представлено на рис. 8.2. Общее время нахождения стек лянных шариков с радиоактивными изотопами в сосуде после одно кратной загрузки составило примерно 3 ч.
Периодическая загрузка холодных стеклянных шариков, неод нородность температурного поля сосуда и сложная картина пото ков стекломассы в сосуде вызывают термическую неоднородность стекломассы, поступающей в фильеры, и это способствует возник новению обрывов волокон в зоне формования.
119
В сосудах, работающих при малом уровне ( < 5 0 мм), темпе ратура стекломассы, поступающей из зоны плавления, не успевает усредниться с температурой основной массы стекла, в результате чего наблюдается повышенная обрывность волокон. Работы, свя занные с устранением обрывности волокон, привели к созданию современной конструкции стеклоплавильного сосуда с увеличенной до 150 мм высотой корпуса, экранами под загрузочными трубками,
) |
( |
шиши иишіии шиш шчл—UUUUUU
Рис. 8.2. Схема распределения потоков стекломассы в стеклоплавильном сосуде.
Рис. 8.3. Стеклоплавильный сосуд с Ѵ-образным |
экраном: |
/ — боковая стенка; 2— крышка; 3— загрузочная трубка; |
4—уровнемерная |
трубка; 5 — Ѵ - образный экран; 6 — токоподвод; 7 — торцевая |
стенка; |
8 — филь- |
ерная пластина; 9 — фильера; 10 — фильтрующая |
сетка. |
|
на которых задерживаются попадающие в сосуд холодные стеклян ные шарики, и фильтрующей сеткой, которая «расчесывает» дви жущиеся вниз струйки стекла, усредняя тем самым температуру и увеличивая однородность стекломассы в сосуде.
Дальнейшим шагом в этом направлении явилось создание сосу дов, в которых зона плавления стеклянных шариков отделена от
остального объема стекломассы |
в сосуде (рис. 8.3). В этих сосу |
дах Ѵ-образный экран, приваренный к торцевым стенкам, проходит |
|
по всей длине сосуда. В верхней |
части экран имеет отверстия для |
выхода воздуха |
из сосуда при заполнении его стекломассой, |
в нижней — для |
прохода стекломассы из зоны плавления в зону |
подготовки к формованию. Высота экрана, его форма, расположе ние и площадь отверстий определяют направление движения стек ломассы к выработочной зоне и термическое поле сосуда. В сосу-
120
дах с отделенной зоной плавления стеклянных шариков получают термически более однородную стекломассу при значительно мень ших размерах сосуда. На работу стеклоплавильных сосудов поло жительно влияет переход на непрерывную подачу стеклянных ша риков. Достигаемый при этом рост уровня стекломассы в сосуде дает возможность повысить его производительность на 5—10%.
Еще более высокая степень термической и химической однород ности стекломассы достигается при подаче в сосуд вместо стек лянных шариков расплавленной стекломассы, полученной по одно стадийному способу непосредственно из шихты или в устройствах для предварительного плавления стекла.
Плавление стеклянных шариков в стеклоплавильном сосуде происходит в интервале температур, ограниченном температурой верхнего предела кристаллизации стекла и температурой вспени вания стекломассы. Чем выше температура стекломассы, в которую' попадают стеклянные шарики, тем быстрее они плавятся; кроме того, при высокой температуре изменение уровня стекломассы в сосуде происходит более резко, и четкость работы системы за грузки повышается. Поэтому температура стекломассы в зоне плав ления шариков ів сосудах с дозированной загрузкой должна быть. 1300—1350 °С, но всегда ниже температуры ее вспенивания.
Необходимая температура стекломассы в верхней части сосуда достигается при правильном соотношении его плавильной способ ности и съема стекломассы. Рассмотрим это положение на примере работы 200-фильерного сосуда с высоким уровнем. Нагрев стекло массы в нем происходит главным образом за счет тепла, выделяе мого крышкой, боковыми и торцевыми стенками сосуда. Макси мальный съем стекломассы составляет около 130 кг/'сутки при выработке волокна диаметром 9—11 мкм. Предположим, что мы дополнительно увеличили съем стекломассы, сохранив неизменной температуру верхней части сосуда. Этого можно достигнуть, уве1 личив диаметр или количество фильер; одновременно возрастет частота поступления стеклянных шариков и температура стекло массы начнет снижаться. Последующие порции стеклянных шари ков, попадая в холодную стекломассу, не будут успевать плавиться; они будут накапливаться и забивать загрузочные трубки. Уровень стекломассы снизится. Поддерживать нормальный процесс фор мования в таком сосуде уже невозможно. С описанным режимом иногда приходится сталкиваться при испытании новых типов сосу дов.
В производственных условиях съем стекломассы можно увели чить повышением температуры фильерной пластины, но только до определенных пределов; при слишком высоких температурах проис ходит обгорание волокон в подфильерной зоне или вспенивание стекломассы в верхней части сосуда.
Следует иметь в виду, что съем стекломассы с сосуда опреде ляет степень термической однородности стекломассы. С уменьше нием диаметра волокна требования к термической однородности
12 Г.
стекломассы повышаются. Если 200-фильерный сосуд при выра ботке волокна диаметром 10 мкм работает нормально со съемом 130 кг/сутки, то при таком же съеме и выработке волокна диамет ром 6 мкм наблюдается повышенная обрывность. И только при уменьшении съема примерно в 2 раза процесс формования проте кает устойчиво. При уменьшении диаметра вырабатываемого во локна следует либо уменьшить пропорционально съем стекломассы, либо, при сохранении съема, вносить изменения в конструкцию со суда, обеспечивающие повышение степени термической однород ности стекломассы.
Количество тепла, необходимое для плавления стеклянных ша риков, может регулироваться изменением температуры корпуса сосуда, а также введением внутрь сосуда дополнительных нагрева тельных элементов. Таким элементом является, в частности, Ѵ-образный экран, вваренный в торцевые стенки сосуда. Количе ство тепла, выделяемого нагревательными элементами, пропор ционально площади их поперечного сечения. Изменяя сечение нагревателей пропорционально съему стекломассы, достигают тем пературы стекломассы, необходимой для устойчивого процесса формования стеклянного волокна.
Отличительной особенностью сосудов с плавильной камерой яв ляется отсутствие непосредственной зависимости между съемом стекломассы с сосуда и интенсивностью загрузки стеклянных шари ков. Система загрузки обеспечивает постоянство уровня только в плавильной камере. Если через отверстия в экране проходит больше стекла, чем через фильеры, то объем сосуда под плавиль ной камерой будет заполнен стекломассой. Если пропускная спо собность камеры ниже съема с сосуда, то даже при нормально работающей системе загрузки стеклянных шариков уровень стек ломассы в выработочной части сосуда будет находиться ниже ка меры. Снижение уровня и, следовательно, расхода стекломассы происходит до тех пор, пока съем стекломассы не окажется равным количеству ее, поступающему из плавильной камеры. Для преду преждения подобных явлений пропускная способность плавильной камеры должна на 10—20% превышать съем стекломассы с сосуда.
При дозированной загрузке теми плавления стеклянных шари ков задается частотой их подачи в стеклоплавильный сосуд и уро вень стекломассы при исправном оборудовании определяется по ложением уровнемерной иглы. При непрерывной подаче стеклян ных шариков плавильная способность сосуда определяется главным образом его конструкцией и должна соответствовать съему стекло массы (допустимое отклонение ± 1 0 % ) . Когда плавильная способ ность сосуда существенно превышает съем, возможен перелив стек ломассы через загрузочные трубки или щели, что через неболь шой промежуток времени (3—15 дней) приводит к затеканию фильерной пластины стекломассой. В случае опасности перелива стекломассы уменьшают толщину изоляции в верхней части сосуда или подачу стеклянных шариков в зону плавления.
122
