Файл: Производство стеклянных волокон и тканей..pdf

пературу при незначительном снижении температуры верхней части сосуда. Затем температуру фильерной пластины доводят до преж­ него уровня, увеличивая рабочий ток сосуда, в результате чего температура в верхней части сосуда повышается. Таким образом достигается изменение соотношения разогрева верхней и нижней части сосуда. Аналогичный эффект может быть получен при усиле­ нии изоляции верхней части сосуда. Если требуется снизить темпе­ ратуру верхней части сосуда, не меняя температуру фильерной пластины, то, наоборот, усиливают изоляцию (снижают потери теп­ ла) фильерной пластины или отбор тепла от верхней части сосуда. Рабочий ток сосуда при этом уменьшается.

Разогрев фильерной пластины по длине сосуда до некоторой степени регулируется изменением расстояния от торцов охлаждае­ мых водой зажимов токоподводов до торцевых стенок сосуда. При уменьшении этого расстояния температура на краях сосуда сни­

Этот эффект вызван двумя причинами. При приближении холодных токоподводов увеличивается отдача тепла торцевыми стенками со­ суда, в том числе и фильерной пластиной. Сопротивление элемен­ тов сосуда снижается, что при постоянной силе тока обусловливает уменьшение отдачи тепла торцевой стенкой и краями пластины и дополнительное снижение их температуры при одновременном повышении температуры средней части сосуда.

Таким образом, при изменении съема стекломассы со стекло­ плавильного сосуда, состава стекла, схемы монтажа, параметров работы сосуда требуется корректировка не только диаметра фильер, но и параметров других элементов сосуда. Поскольку на практике изменяется только диаметр фильер, максимальная эффек­ тивность работы унифицированных стеклоплавильных сосудов до­ стигается при выработке нити только определенной толщины.

При наладке режима работы сосуда с целью снижения обрыв­ ности волокон и повышения производительности электропечи сле­ дует учитывать не только влияние изменения технологических па­ раметров или состава стекла на расход стекломассы, но и соотно­ шение расхода стекломассы и степени разогрева плавильной и выработочной зон стеклоплавильного сосуда.

ОХЛАЖДЕНИЕ СТЕКЛОМАССЫ В ПОДФИЛЬЕРНОЙ ЗОНЕ

Интенсивность охлаждения стекломассы в подфильерной зоне определяется состоянием воздушной среды в ней, конструкцией фильер и охлаждающих устройств. Распределение температуры и характер движения воздушной среды в подфильерной зоне в зна­ чительной степени влияют на степень охлаждения стекломассы, диаметр и обрывность волокна в зоне формования. Наблюдения за движением задымленных потоков и тонких ниточек из стеклянного волокна, закрепленных с одного конца, позволили определить

128

направление и интенсивность движения воздушных потоков в подфильерной зоне стандартной промышленной установки. В условиях, когда вытягивания волокна не происходит (рис. 8,7, а), имеются три воздушных потока: восходящий, направленный перпендикуляр­ но к пластине поток холодного воздуха, и два отходящих горизон­ тальных потока нагретого воздуха по обеим сторонам фильерной пластины (левый — от установки и правый — к установке). Левый поток, направленный в зону более низких температур, мощнее пра­ вого. В процессе вытягивания (рис. 8.7, б) движущиеся волокна увлекают за собой находящиеся между их рядами соседние слои воздуха, что приводит к образованию интенсивного потока возду­ ха в направлении движения волокон. Питание воздушного потока

ся выработочным воздушным потоком, и только небольшое количе­ ство воздуха увлекается этим потоком около самой фильерной пластины.

Движущийся с волокнами воздушный поток разбивается за­ масливающим устройством и частично изменяет направление, дви­ гаясь кверху; между каркасом установки и пучком волокон обра­ зуется циркулирующий поток, в который вовлекаются окружаю­ щие слои воздуха. Отходящие горизонтальные потоки нагретого воздуха при этом сохраняются. Основная часть выработочного по­ тока движется по инерции вниз или увлекается нитью к бобине.

Таким образом, в подфильерной зоне имеются постоянные по направлению воздушные потоки. Наблюдения за задымленными струйками воздуха свидетельствуют об их турбулентности. Филье­ ры и луковицы находятся на границе движущихся в различных на­ правлениях выработочного и тепловых воздушных потоков, т. е. в области наибольших завихрений, приводящих к неустойчивости состояния и температуры воздушной среды. Внешние воздушные потоки, которые возникают в цехе выработки вследствие сквозня­ ков и других причин, усиливают эти явления.

Для установления влияния воздушных потоков на процесс фор­ мования, обрывность волокон и колебание их диаметра искус­ ственно усиливали воздушные потоки в зоне формования или ос­ лабляли их в этой зоне. В качестве источника воздушных потоков применялся настольный вентилятор с регулируемой скоростью вра­ щения. Было обнаружено, что воздействие слабых потоков приво­ дит к заметной вибрации волокон, а после достижения потоками критической скорости начинаются обрывы отдельных волокон. Ско­ рость воздушных потоков предварительно тарировалась при помо­ щи высокочувствительного крыльчатого анемометра. Критическая скорость воздушных потоков, при которой наступают обрывы во­ локон, для стеклоплавильных сосудов с числом фильер 100, 140 и 200 представлена на рис. 8.8. Из рисунка видно, что допустимая скорость воздушных потоков, направленных к фильерной пластине,

г

Рис. 8.7. Воздушные потоки в подфильерной зоне установки:

в подфильерной зоне установки для выработки непрерывного стек­ лянного волокна при коэффициенте надежности 2 не должна пре­ вышать 0,5 м/сек. Снижение предельной допустимой скорости воз­ душных потоков с увеличением числа фильер свидетельствует о ве­ роятностном характере обрывности стеклянных волокон. Однако можно полагать, что воздушные потоки не являются первопричи­ ной обрывов волокон, поскольку при обычных условиях эксплуа­ тации установок столь интенсивные и направленные воздушные по­ токи наблюдаются редко.

Изучение разнотолщинности волокон и неровно™ нити, выра­ ботанных с вентилятором при скоростях воздушных потоков ниже

ке с электропечью камера устранит восходящие тепловые потоки или изменит их направлениэ в сторону движения выработочного воздушного потока и оградит зону формования от внешних пото­ ков. Наблюдением за воздушными потоками в камере было уста­

ного потока. Выработочный воздушный поток, создаваемый дви­ жущимися волокнами, направлен вниз параллельно пучку волокон.

не колеблются. При увеличении скорости вытягивания волокна тол­ щина застойного участка уменьшается. Разнотолщинность волокна и неровнота по толщине нитей, выработанных при низких скоро­ стях вытягивания на установке с камерой, вдвое меньше этих показателей для нити, выработанной без камеры. По мере возра­ стания скорости вытягивания разнотолщинность волокна и неров­

стйгают значения показателей для нити, выработанной на установ­ ке без камеры.

Таким образом, основным источником возмущений воздушной среды в подфильерной зоне является движение самих волокон. Воздействие циркуляционных потоков, существующих в цехе, если они не превышают предельной скорости, имеет второстепенное зна­ чение. Стабилизация воздушных потоков в подфильерной зоне повышает устойчивость процесса формования волокон и производи­ тельность установок, снижает разнотолщинность волокна и неровноту массы отрезков по длине нити.

При охлаждении фильер и стекломассы в зоне формования теп­ ло отдается ими лучеиспусканием и конвекцией. Скорость охлаж­ дения лучеиспусканием при определенных размерах нагретого тела пропорциональна разности температур тела и экранирующих его предметов. Скорость отдачи тепла конвекцией зависит от скорости

из подфильерной зоны является экранирование луковиц металли­ ческими элементами, которые присоединяются к водоохлаждаемому корпусу устройства (см. рис. 8.5) или непосредственно охлаж­ даются водой. Соседние луковицы, особенно при плотном распо­ ложении фильер, частично экранируют друг друга. Температура взаимно экранированных участков поверхности луковиц выше тем­ пературы остальных участков. При введении между ними охлаж­ дающих элементов отдача тепла лучеиспусканием существенно воз­ растает. Охлаждающие элементы имеют, как правило, пластинча­ тую форму и располагаются между поперечными рядами фильер. Они должны быть расположены параллельно движущимся волок­ нам и иметь максимальную боковую поверхность, но не препятст­ вовать движению капель, образующихся на фильерах при обрыве волокон.

Конвективное охлаждение стекломассы возрастает с увеличе­ нием скорости движения и снижением температуры окружающего луковицу пограничного воздушного слоя, толщина которого со­ ставляет доли миллиметра. Температура пограничного слоя замет­ но снижается с приближением охлаждающих пластин к лукови­ цам. Однако охлаждающие пластины, разбивая подфильерную зону на отдельные участки, уменьшают в ней скорость воздушных потоков и конвективный теплообмен воздушной среды. При мон­ таже охлаждающих устройств оставляют зазоры между ними и электропечью для выхода нагретого воздуха из подфильерной зоны и снижения в ней температуры воздушной среды.

Количество тепла, поглощаемого пластинами в зоне формова­ ния и отводимого к корпусу охлаждающего устройства, возрастает с увеличением площади поперечного сечения пластин, коэффициен­ та теплопроводности материала и разности температур рабочей ча­ сти пластины и корпуса. Пластины устанавливаются на уровне сре-

132