книги из ГПНТБ / Производство стеклянных волокон и тканей

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

за фильер ( ± 0 , 5 мм). Материалом для пластин служит химически чистая электролитическая медь, обладающая высоким коэффициен­ том теплопроводности и достаточной стойкостью к коррозии в этих условиях. Охлаждающим агентом является вода. Использовать более низкотемпературные жидкости не рационально, так как стои­ мость систем резко возрастает, а скорость отвода тепла повышается незначительно.

При однорядном расположении фильер наиболее эффективно, исходя из интенсивности охлаждения стекломассы, размещать охлаждающие пластины на минимально допустимом расстоянии от фильер. Следует отметить, что такое расположение фильер приво­ дит к увеличению габаритных размеров и веса сосуда.

Достаточная степень и симметричность охлаждения луковиц до­ стигается и при группировке фильер в сдвоенные поперечные ряды. При использовании водоведущих охлаждающих элементов стано­ вится рациональной группировка фильер в продольные ряды (одинарные или сдвоенные). Площадь фильерной пластины при этом уменьшается. Однако применение водоведущих охлаждающих элементов имеет смысл только при повышенных съемах стекломас­ сы. Чтобы достичь наибольшей устойчивости и производительно­

и фильерную пластину. При введении в подфильерную зону охлаж­ дающих устройств больше всего снижается температура стекломас­

напряжение греющего тока, подводимого к сосуду, при этом не изменится, то температура стекломассы в луковице, фильере и над фильерной пластиной и соответственно расход стекломассы сни­ жаются. Если температура фильерной пластины автоматически поддерживается постоянной (датчиком регулятора служит термо­ пара, вваренная в фильерную пластину), это происходит вслед­

новится выше, чем до введения охлаждающих устройств. А так как температура фильер и стекломассы в ней всегда ниже, чем была до установки охлаждающих устройств, то расход стекломассы мо­ жет измениться: 1) возрасти, если перегрев стекломассы в сосуде больше, чем дополнительное охлаждение ее в фильере; 2) остаться неизменным, если перегрев стекломассы соответствует дополнитель­

ставлена зависимость расхода стекломассы от ее давления в сосу­ де, полученная при постоянной температуре фильерной пластины

133

и работе сосуда без охлаждающих элементов и с охлаждающими

лучение термически однородной стекломассы и может привести к увеличению неровноты нити по толщине.

Общим требованием к системам охлаждения стекломассы в подфильерной зоне является сочетание наибольшего воздействия на стекломассу в зоне формования с минимальным воздействием на фильеры и фильерную пластину. Режим в подфильерной зоне ока-

134

зывает решающее влияние на устойчивость процесса формования, на расход стекломассы и, следовательно, на производительность установок для получения волокна и должен строго контролиро­ ваться и регулироваться в процессе работы установки.

Производительность установки для выработки непрерывного стеклянного волокна определяется диаметром волокна, коэффи­ циентом полезного времени работы установки, количеством фильер стеклоплавильного сосуда и скоростью вытягивания волокна.

Производительность установок возрастает с увеличением диа­ метра волокна; например, при изменении диаметра от 6 до 10 мкм она увеличивается в 1,7 раза. С этой точки зрения рационально ис­ пользовать в каждом конкретном случае максимальный диаметр волокна. Однако целый ряд материалов, например электроизоля­ ционные ткани толщиной менее 0,08 мм, декоративные ткани и тка­ ни бытового назначения, крученые нити для обмотки тонких про­ водников и другие, могут быть выработаны только на основе воло­ кон малого диаметра (7 мкм и менее).

Коэффициент полезного времени {Кп. в) работы установок со­ ставляет 0,80—0,95, и резервы роста производительности при его увеличении не превышают 15%. Однако работы по улучшению этого показателя необходимо проводить для создания возможности повысить производительность труда операторов.

Наиболее перспективным направлением повышения производи­ тельности установки является увеличение числа фильер и скоро­ сти вытягивания волокна. В настоящее время реально увеличение числа фильер промышленных сосудов до 800 и скоростей вытяги­ вания волокна до 4000—5000 м/'мин, что позволит повысить произ­

Теоретическая производительность установки определяется ве­ личиной съема стекломассы с сосуда в единицу времени, т. е. про­ изведением числа фильер на расход стекломассы, проходящей через одну фильеру. Влияние технологических параметров на расход стекломассы и, следовательно, на теоретическую производитель­ ность установки рассматривалось выше.

Производительность установки Рф связана с теоретической производительностью Р т соотношением

135

чительной степени определяются технологическим режимом выра­

Рассмотрим влияние отдельных технологических параметров на

наименьшая обрывность и неровнота нити по толщине. При темпе­ ратуре пластины ниже этих значений обрывность волокон в зоне формования и нити в замасливающем устройстве возрастают вследствие роста формующих усилий, напряжений в стекломассе и отрицательного влияния кристаллизации стекла. При более высо­ ких температурах обрывность и неровнота нити также увеличива­

пластины вызывается увеличением расхода стекломассы. Снижение неровноты при температуре выше 1200 °С вызвано, по-видимому, повышением степени химической и термической однородности стек­ ломассы в сосуде и большей равномерностью температурного поля фильеры. Таким образом, существуют значения температуры фильерной пластины, при которых процесс волокнообразования для

136

няя температура стекломассы на выходе из фильеры для этих сосудов на 10—20 °С выше, чем для трехрядных сосудов. При увели­ чении интенсивости охлаждения стекломассы в зоне формования снижается оптимальная температура фильерной пластины и по­ вышается температура стекломассы.

При обслуживании многорядных сосудов операторы не снимают с фильер капли, образующиеся после обрыва отдельных волокон; обрыв хотя бы одного волокна приводит к необходимости прекра­ щения процесса и перезаправки всех волокон. Поэтому обрывность волокон непосредственно связана с коэффициентом полезного вре­ мени работы установки и ее производительностью. Такая же кар­ тина наблюдается и на трехрядных сосудах при расширении зоны обслуживания, когда у оператора нет возможности снимать капли с фильер через короткие промежутки времени. Если зона обслужи­ вания невелика, Кп.ъ и производительность установок могут оста­ ваться высокими и при наличии обрывов волокон за счет интенси­ фикации труда операторов.

Влияние скорости вытягивания волокна. Обрывность волокон в зоне формования и в замасливающем устройстве, производитель­ ность установок, неровнота стеклянных нитей существенно зависят

I l

локна. Более сложной является зависимость производительности

что производительность с ростом скорости вытягивания увеличи­ вается и достигает максимума при скоростях ~2200 м/мин. При дальнейшем увеличении скорости вытягивания наблюдается замет­ ное снижение производительности установки вследствие роста об­ рывности волокон в зоне формования и в замасливающем устрой­ стве; Кп.в работы установки снижается. При этом резко возрастает загрузка оператора, обслуживающего печь. Практика показала, что наиболее рациональна скорость вытягивания волокна, которая на

137

10—15% ниже скорости, соответствующей максимальной произвсгдительности при обслуживании печи одним оператором. В этом случае при небольшом снижении производительности значительно улучшаются условия обслуживания печи, что дает возможность увеличить количество печей, обслуживаемых оператором.

Другим фактором, ограничивающим возможность повышения скоростей вытягивания волокон, является надежность работы на­ матывающих аппаратов и качество намотки нити на бобину. На существующем промышленном оборудовании вытягивание волокна можно производить при скоростях, не превышающих 3500 м/'мин. При более высоких скоростях увеличивается брак нити из-за низ­ кого качества намотки (появляются ребро, спуск нити) и частых ремонтов наматывающих аппаратов. Предельные скорости вытяги­ вания волокна зависят от конструкции и качества наматывающих аппаратов. Повышение скоростей связано с созданием новых типов наматывающих аппаратов.

Третьим фактором, сдерживающим увеличение скорости вытя­ гивания волокна, является конструкция замасливающего устрой­ ства. В роликовых замасливающих устройствах качество нанесе­ ния замасливателя ухудшается с увеличением числа волокон, а также угла, под которым волокна собираются в пучок, и скорости их движения. Плохая пропитка волокон приводит к абразивному трению волокон, прорезанию подкладочного материала и в конеч­ ном счете к обрыву отдельных волокон и всей нити в целом. Частые обрывы нити в замасливающем устройстве снижают /Сп .в . и произ­ водительность установки и увеличивают загрузку операторов.

уровнемерной иглы и системы загрузки стеклянных шариков. Рас­ стояние от экранов до фильерной пластины выбирается таким об­ разом, чтобы температурные толчки от загрузки холодных стек­ лянных шариков ощутимо не влияли на обрывность волокон и ра­ зогрев фильерной пластины. Оптимальная высота корпуса сосуда была установлена в результате исследования влияния уровня стек­ ломассы в сосуде на производительность установки (рис. 8.12). Из рисунка видно, что с увеличением уровня до 12—15 см произ­ водительность установки быстро возрастает; при дальнейшем уве­ личении уровня прирост производительности становится значитель­ но ниже. На основании этих данных высота корпуса сосуда была принята равной 15 см. Уровень стекломассы в сосудах такой высо­

138

гается переходом на непрерывную подачу стеклянных шариков и увеличением объема зоны плавления за счет высоты корпуса сосуда.

Зависимость неровно™ нитей по толщине от уровня стекло­

уровнях связано с ростом термической неоднородности стекломас­ сы. Общей же тенденцией является возрастание неровноты с увели­

волокон. Вероятной причиной подобного влияния увеличения рас­ хода стекломассы можно считать изменение условий течения стек­ ломассы в фильерах — усиление пульсирующего характера истече­ ния стекломассы, которое наблюдается при уровнях 10—16 см. Этими же явлениями объясняется, по-видимому, замедление роста производительности при уровнях выше 15 см. Интересно отметить, что после того, как степень пульсации снизится (при уровнях бо­ лее 50 см), снова наблюдается уменьшение неровноты нити по тол­ щине.

Выбор диаметра фильер и технологического режима выработки волокна. Диаметр фильер влияет на производительность больше, чем остальные технологические параметры, поэтому производитель­ ность установок зависит от выбранного типа сосуда и диаметра фильер. Диаметр фильер подбирают, исходя из требуемого диа­ метра волокна и возможных скоростей его вытягивания. Для

139