專利名稱:一種高強玻璃纖維池窯拉絲方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種高強玻璃纖維池窯拉絲方法及其裝置。
背景技術(shù):
高強玻璃纖維是用硅-鋁-鎂系統(tǒng)的玻璃拉制的玻璃纖維,與常規(guī)E玻璃纖維相t匕,新生態(tài)強度高25%以上,具有彈性模量高、剛性好、斷裂伸長量大、抗沖擊性能好、抗疲勞強等優(yōu)異的機械性能,同時具有耐高溫、耐腐蝕、介電常數(shù)低、耐輻射等優(yōu)良的功能性。高強玻璃纖維產(chǎn)品主要應(yīng)用于更高性能要求的玻璃 纖維增強先進復(fù)合材料領(lǐng)域。高強(HS)玻璃的主要成分中Si02、Al203、Mg0合量在92%以上,輔以少量助溶劑和澄清劑。該類玻璃具有熔化溫度高、玻璃析晶上限溫度高、析晶速度快等特點,因此在生產(chǎn)中,玻璃熔制和纖維成型難度均遠遠高于普通E玻璃纖維。具體來說,在玻璃熔化方面,高強玻璃熔化溫度比E玻璃纖維高150°C以上,通常高強玻璃中引入氧化鐵、氧化鈦等助劑(如高強HS玻璃),使玻璃顏色深,玻璃透熱差,然而采用E玻璃纖維火焰輻射加熱的方法難以達到熔制溫度;在纖維成型方面,由于析晶上限溫度和纖維成型溫度比E玻璃纖維高200°C以上,纖維成型漏板溫度高,更接近于鉬銠合金熔點,漏板易變形,溫差大,加之高強玻璃易析晶,難以實現(xiàn)多排多孔漏板規(guī)模化生產(chǎn)。目前,高強HS玻璃纖維生產(chǎn)采用的方法為二步法。即將高強HS玻璃原料先行熔化成玻璃,并冷卻制成玻璃球;然后,再投入到單個坩堝中,再次熔化成玻璃,然后流入每個坩堝底部設(shè)置的拉絲漏板,在拉絲機牽伸下拉制成高強HS玻璃纖維。其缺點是⑴能耗高,玻璃需要進行二次熔化,而且玻璃通過二次高溫熔化后,帶來大量耐火材料二次污染,影響拉絲效率;⑵由于玻璃熔化和拉絲溫度高,而坩堝熱容量低,難以采用大流量漏板,單臺坩堝的年生產(chǎn)能力僅能達到數(shù)十噸;⑶由于坩堝拉絲過程中間斷有冷玻璃球投入到坩堝內(nèi)熔化,而坩堝熱容量小,流入到漏板內(nèi)的玻璃溫度變化較大,不但影響玻璃液的溫度均勻性,而且也會對纖維的質(zhì)量帶來較大影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高強玻璃纖維池窯拉絲方法及其裝置。為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明的技術(shù)方案是一種高強玻璃纖維池窯拉絲方法,包括將高強玻璃一次熔融后直接拉絲,所采用的加熱方式為電熔電極加熱。采用電熔電極加熱可將玻璃一次熔融后直接拉絲,能耗低、產(chǎn)量大、產(chǎn)品質(zhì)量高。為了提高加熱效率,使高強玻璃液表面和內(nèi)部受熱均勻,所采用的加熱方式為電熔電極加熱和表面火焰加熱相結(jié)合的方式。為了進一步提高加熱效率,所述電熔電極為高純度鑰電熔電極,熔化部電極從窯爐底部插入,加熱高強玻璃并將溫度保持在玻璃析晶上限溫度以上溫度場分布。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量,拉絲前去除高強玻璃液表面的生料和高強玻璃液底部的高溫侵蝕物。為保證生產(chǎn)的順利進行,拉絲前用電熔電極加熱至高強度玻璃液的溫度為1500°C以上,高于高強玻璃的析晶上限溫度并保持各拉絲區(qū)域溫度場的均勻性,放置玻璃液在漏板處析晶。漏板為生產(chǎn)玻璃纖維的必要裝置,為了提高生產(chǎn)效率,拉絲所用漏板為400孔以上長期在高溫下作業(yè)的拉絲漏板,孔徑為O. 9-2mm。上述高強玻璃纖維池窯拉絲方法,通過采用電熔電極的加熱方式,實現(xiàn)了高強玻璃纖維的一步法生產(chǎn),即將玻璃一次熔融后直接拉絲,能耗低、產(chǎn)量大、產(chǎn)品質(zhì)量高。上述高強玻璃纖維池窯拉絲方法,可利用如下裝置實現(xiàn) 一種高強玻璃纖維池窯拉絲裝置,包括順序相接的投料裝置、高溫窯爐和高溫作業(yè)通路,所述高溫作業(yè)通路底部設(shè)有高溫拉絲漏板,高溫拉絲漏板底部設(shè)有與其相對應(yīng)的拉絲機,所述高溫窯爐內(nèi)設(shè)有用來加熱的電熔電極。高強玻璃纖維生產(chǎn)需要1500°C以上,而現(xiàn)有的玻璃纖維制備工藝由于窯爐裝置及加熱方式的限制,無法實現(xiàn)對高強玻璃纖維的一步法制備,申請人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn),采用用本發(fā)明所屬裝置及電熔電極加熱可使高強玻璃液的溫度達到1500°C以上,可順利實現(xiàn)高強玻璃纖維的一步法生產(chǎn)。為了使高強玻璃液內(nèi)外受熱均勻,所述電熔電極設(shè)在高溫窯爐的底部,所述高溫窯爐內(nèi)還設(shè)有頂置燃燒裝置,以提高表面熔化率;所述高溫作業(yè)通路內(nèi)設(shè)有電熔電極。上述設(shè)在高溫窯爐內(nèi)和高溫作業(yè)通路內(nèi)的電熔電極的數(shù)量可根據(jù)玻璃保溫或加熱功率的需要而確定。為了保證加熱效率,并節(jié)約資源,所述高溫窯爐內(nèi)部橫截面為長方形,長與寬的比為(1-4):1。為了使耐火材料高溫侵蝕物停滯在窯爐內(nèi)而不進入高溫作業(yè)通路,所述高溫窯爐內(nèi)的底部低于高溫作業(yè)通路內(nèi)的底部,所述高溫窯爐內(nèi)的底部和高溫作業(yè)通路內(nèi)的底部連接處通過臺階過渡。耐火材料高溫侵蝕物為沉淀物,這樣通過層層臺階的阻擋,耐火材料高溫侵蝕物便被擋在了高溫作業(yè)通路的以外。為了進一步隔絕表面生料進入高溫作業(yè)通路,所述臺階的上方、高溫窯爐的頂部設(shè)有擋磚,擋磚和臺階之間留有空隙,即擋磚與臺階之間形成流液洞。擋磚和臺階之間留有玻璃液通道是為了保障高溫窯爐的高強玻璃液能順利流入高溫作業(yè)通路,從而實現(xiàn)高強玻璃纖維的順利生產(chǎn)。為了更進一步隔絕表面生料進入高溫作業(yè)通路,所述擋磚的底部不高于高溫作業(yè)通路內(nèi)的底部,也能杜絕表面生料進入高溫作業(yè)通路。為了提高擋磚的壽命,所述擋磚的外表面包覆鑰板層或鉬合金層。鑰板層厚優(yōu)選為5-8cm,鉬合金層厚優(yōu)選為O. 5-1_,也可根據(jù)實際需要選擇其他厚度。為了提高生產(chǎn)效率,且同時能保證產(chǎn)品質(zhì)量,所述高溫作業(yè)通路底部設(shè)有多塊400孔以上的高溫拉絲漏板,每塊高溫拉絲漏板底部設(shè)有與其相對應(yīng)的拉絲機。高溫拉絲漏板的數(shù)量可根據(jù)實際需要確定,由于本發(fā)明采用了電熔電極加熱和保溫的方式,當(dāng)多塊漏板時生產(chǎn)也可順利實現(xiàn),高溫拉絲漏板的孔徑優(yōu)選為O. 9-2_,也可根據(jù)具體需要具體設(shè)定。為了提高加熱效率,所述電熔電極為可將溫度保持在玻璃析晶上限溫度以上溫度場分布的高純度鑰電熔電極,所述高純度鑰電熔電極的形狀為棒狀或板狀,電熔電極從窯爐底部插入。高純度鑰指鑰含量大于99. 999%。為了提高高溫窯爐的壽命,所述高溫窯爐由致密鋯磚或鉻剛玉磚制備而成。為了方便生產(chǎn),所述投料裝置為連續(xù)自動投料裝置。上述連續(xù)自動投料裝置可采用現(xiàn)有技術(shù)中的任何自動投料裝置。本發(fā)明未特別說明的技術(shù)均為現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明高強玻璃纖維池窯拉絲裝置,解決了高強玻璃熔化與纖維成型溫度高、玻璃透熱性差、析晶速度快等工藝難點,池窯拉絲裝置作業(yè)穩(wěn)定,使用壽命長,實現(xiàn)了一步法 池窯拉絲生產(chǎn)方法,玻璃無需二次融化,能耗低、污染小、效率高;采用電熔電極加熱方式或電熔電極與頂置燃燒裝置相結(jié)合的方式,加熱效率高,可使高強玻璃液溫度高達1500°C以上,達到高強玻璃熔制所需要的溫度,在高溫窯爐內(nèi)可形成利于玻璃熔化和均化的溫度場和流場,使得熔制均化好的玻璃液順利流入到高溫作業(yè)通路及漏板上,玻璃料均勻性好,無析晶,實現(xiàn)了高強玻璃纖維的高效生產(chǎn);高溫作業(yè)通路熱容量大,在更換漏板時,單個漏板的冷卻,不會影響其它漏板的運行;通過精確連續(xù)自動投料控制,使玻璃液面保持恒定,流入漏板內(nèi)的玻璃液溫度穩(wěn)定,利于纖維成型,并可減少玻璃析晶;高溫窯爐通過選擇適合于電熔高溫加熱的高質(zhì)量、抗剝落的耐火材料,大大降低了耐火材料的侵蝕,在窯爐與高溫作業(yè)通路的交接處,擋磚采用耐玻璃高溫侵蝕的金屬進行保護,在減少自身的侵蝕基礎(chǔ)上,避免窯爐侵蝕的耐火材料結(jié)石或表面生料流入高溫作業(yè)通路;高溫作業(yè)通路上安裝的高溫作業(yè)漏板,單個流量比目前二步法漏板的流量增加100%以上,且在拉絲工藝上,可實現(xiàn)多分拉生產(chǎn),通過原絲總能耗相對于現(xiàn)有技術(shù)可降低20%以上。
圖1為本發(fā)明高強玻璃纖維池窯拉絲裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為了更好地理解本發(fā)明,下面結(jié)合實施例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容,但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。實施例1如圖1所示的高強玻璃纖維池窯拉絲裝置,包括順序相接的連續(xù)自動投料裝置1、高溫窯爐2和高溫作業(yè)通路6,所述高溫作業(yè)通路6底部設(shè)有5-10塊800孔的高溫拉絲漏板7,每塊高溫拉絲漏板7底部設(shè)有與其相對應(yīng)的拉絲機8,所述高溫窯爐2底部設(shè)有用來加熱的高純度鑰電熔電極4,頂部設(shè)有頂置燃燒裝置3或只在底部設(shè)有高純度鑰電熔電極4 ;所述高溫作業(yè)通路6內(nèi)也設(shè)有高純度鑰電熔電極4 ;所述高溫窯爐2由致密鋯磚或鉻剛玉磚制備而成。高純度鑰電熔電極4的形狀為棒狀。所述高溫窯爐2內(nèi)的底部低于高溫作業(yè)通路6內(nèi)的底部,所述高溫窯爐2內(nèi)的底部和高溫作業(yè)通路6內(nèi)的底部連接處通過臺階過渡。所述臺階的上方、高溫窯爐2的頂部設(shè)有擋磚5,擋磚5和臺階之間留有玻璃液通道,擋磚5的底部不高于高溫作業(yè)通路6內(nèi)的底部,擋磚5的外表面包覆厚為3-8cm的鑰板層或鉬合金層。應(yīng)用實施例1當(dāng)高溫窯爐2內(nèi)的加熱裝置為高純度鑰電熔電極4時通過連續(xù)自動投料裝置I與液面控制儀連鎖控制,在保證一定液面高度的條件下,使高強HS玻璃粉料自動、連續(xù)加入到高溫窯爐2中。高強HS玻璃粉料的熔化能源采用電能,通過已熔化玻璃自身作為電阻發(fā)熱體,通電加熱,以高純度鑰電熔電極4作為引電電極,通過電熔加熱,能使窯內(nèi)高強HS玻璃液熱點溫度達到1550°C -1650°C,滿足了高強HS玻璃熔化和均化的要求。高溫窯爐2熔化部長寬比為2 :1,耐火材料采用適合于電熔的耐高溫耐火材料,如致密鋯磚、鉻剛玉磚等,其耐火材料厚度與窯爐設(shè)計壽命相匹配。同時,在高溫窯爐2結(jié)構(gòu)上,采用臺階過渡(多層爬坡),使得耐火材料高溫侵蝕物停滯在高溫窯爐2內(nèi)而不進入高溫 作業(yè)通路6 ;同時設(shè)置擋磚5 (與臺階之間形成流液洞),進一步隔絕表面生料進入高溫作業(yè)通路6。由于擋磚5的區(qū)域玻璃溫度高,流速快,耐火材料易被侵蝕,因此采取了特殊的保護措施,用耐高強HS玻璃高溫侵蝕的金屬如鑰板或鉬合金包覆擋磚5進行保護。熔化澄清好的高強HS玻璃液經(jīng)過擋磚5后,進入高溫作業(yè)通路6,該部分的主要任務(wù)是維持整條通路的高強HS玻璃液熱點溫度在1500°C以上,并在垂直方向上,保持合理的溫降,避免玻璃析晶。高強HS玻璃的保溫和加熱采用電熔方式。在高純度鑰電熔電極的設(shè)置上,避免了電極諧波電壓疊加導(dǎo)致的對地電壓增加,使得高溫拉絲漏板7對地電壓均控制在150伏以內(nèi),提高了高溫拉絲漏板7使用安全性和可操作性。進入高溫作業(yè)通路6的高強HS玻璃液經(jīng)設(shè)置在高溫作業(yè)通路6底的流槽磚進入高溫拉絲漏板7。高溫拉絲漏板7的漏嘴孔數(shù)為800孔,根據(jù)產(chǎn)品要求,通路上可設(shè)置5-10塊高溫拉絲漏板7。高溫拉絲漏板7的特點是進入高溫拉絲漏板7內(nèi)的玻璃液溫度高,達到14500C以上;高溫拉絲漏板7在結(jié)構(gòu)設(shè)計上需要滿足高溫玻璃對漏板溫度均勻性的影響;另外,由于高溫拉絲漏板7本身的溫度較高,達到1450°C以上,在結(jié)構(gòu)設(shè)計上還要保持一定的高溫強度。進入高溫拉絲漏板7的高強HS玻璃液通過漏嘴流出,經(jīng)絲根冷卻后,在拉絲機8的牽引下拉制成纖維。為滿足不同原絲規(guī)格的要求,可采用單拉和多分拉的形式。應(yīng)用實施例2當(dāng)高溫窯爐2內(nèi)的加熱裝置為高純度鑰電熔電極4和頂置燃燒裝置3 由于高強HS玻璃液色深,透熱性差,如提高高溫窯爐2單位面積熔化量,單純采用電熔會導(dǎo)致表面溫度偏低。為提高單位面積熔化能力,可以在高溫窯爐2頂部安裝頂置燃燒裝置3,燃料為天然氣,燃氣用量與窯內(nèi)火焰空間溫度聯(lián)鎖,能自動調(diào)節(jié)燃氣量,相應(yīng)的助燃風(fēng)量也按比例調(diào)節(jié),保證燃燒完全,并使窯內(nèi)呈微氧化狀態(tài)(防止高強HS玻璃液內(nèi)的氧化鐵被還原)。通過高純度鑰電熔電極4并輔以頂置燃燒裝置3的火焰加熱,能使窯內(nèi)高強HS玻璃液熱點溫度達到1550°C -1600°C,滿足了高強HS玻璃熔化和均化的要求。其它步驟同應(yīng)用實例I。實施例中沒提及的技術(shù)均參照現(xiàn)有技術(shù)。通過上述方法生產(chǎn)高強HS玻璃纖維,可克服目前高強HS玻璃纖維采用二步法生產(chǎn)的缺點,滿足了高強HS玻璃纖維規(guī)?;a(chǎn)的要求,單條高強HS玻璃纖維池窯拉絲裝置的生產(chǎn)能力可達千級,提高了生產(chǎn)效率,節(jié)能降耗效果 顯著。
權(quán)利要求
1.一種高強玻璃纖維池窯拉絲方法,其特征在于包括將高強玻璃一次熔融后直接拉絲,所采用的加熱方式為電熔電極加熱。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于所采用的加熱方式為電熔電極加熱和表面火焰加熱相結(jié)合的方式。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法,其特征在于所述電熔電極為高純度鑰電熔電極, 電熔電極從窯爐底部插入,加熱高強玻璃并將溫度保持在玻璃析晶上限溫度以上溫度場分布。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法,其特征在于拉絲前去除高強玻璃液表面的生料和高強玻璃液底部的高溫侵蝕物。
5.如權(quán)利要求1或2所述的方法,其特征在于拉絲前用電熔電極加熱至高強度玻璃液的溫度為1500°C以上。
6.如權(quán)利要求1或2所述的方法,其特征在于拉絲所用漏板為400孔以上的高溫拉絲漏板,孔徑為O. 9-2mm。
7.權(quán)利要求1-6任意一項所述方法所用的高強玻璃纖維池窯拉絲裝置,包括順序相接的投料裝置、高溫窯爐和高溫作業(yè)通路,所述高溫作業(yè)通路底部設(shè)有高溫拉絲漏板,高溫拉絲漏板底部設(shè)有與其相對應(yīng)的拉絲機,其特征在于所述高溫窯爐內(nèi)設(shè)有用來加熱的電熔電極。
8.如權(quán)利要求7所述的高強玻璃纖維池窯拉絲裝置,其特征在于所述電熔電極設(shè)在高溫窯爐的底部,所述高溫窯爐內(nèi)還設(shè)有頂置燃燒裝置;所述高溫作業(yè)通路內(nèi)設(shè)有電熔電極。
9.如權(quán)利要求7所述的高強玻璃纖維池窯拉絲裝置,其特征在于所述高溫窯爐內(nèi)部橫截面為長方形,長與寬的比為(1-4):1。
10.如權(quán)利要求7所述的高強玻璃纖維池窯拉絲裝置,其特征在于所述高溫窯爐內(nèi)的底部低于高溫作業(yè)通路內(nèi)的底部,所述高溫窯爐內(nèi)的底部和高溫作業(yè)通路內(nèi)的底部連接處通過臺階過渡。
11.如權(quán)利要求10所述的高強玻璃纖維池窯拉絲裝置,其特征在于所述臺階的上方、 高溫窯爐的頂部設(shè)有擋磚,擋磚和臺階之間留有玻璃液通道。
12.如權(quán)利要求11所述的高強玻璃纖維池窯拉絲裝置,其特征在于所述擋磚的底部不高于高溫作業(yè)通路內(nèi)的底部。
13.如權(quán)利要求11或12任意一項所述的高強玻璃纖維池窯拉絲裝置,其特征在于所述擋磚的外表面包覆鑰板層或鉬合金層。
14.如權(quán)利要求7-12任意一項所述的高強玻璃纖維池窯拉絲裝置,其特征在于所述高溫作業(yè)通路底部設(shè)有400孔以上的高溫拉絲漏板,每塊高溫拉絲漏板底部設(shè)有與其相對應(yīng)的拉絲機。
15.如權(quán)利要求7-12任意一項所述的高強玻璃纖維池窯拉絲裝置,其特征在于所述電熔電極為可將溫度保持在玻璃析晶上限溫度以上溫度場分布的高純度鑰電熔電極,所述高純度鑰電熔電極的形狀為棒狀或板狀,電熔電極從窯爐底部插入。
16.如權(quán)利要求7-12任意一項所述的高強玻璃纖維池窯拉絲裝置,其特征在于所述高溫窯爐由致密鋯磚或鉻剛玉磚制備而成。
17.如權(quán)利要求7-12任意一項所述的高強玻璃纖維池窯拉絲裝置,其特征在于所述投料裝置為連續(xù)自動投料裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高強玻璃纖維池窯拉絲方法及其裝置,所述拉絲方法方法,包括將高強玻璃一次熔融后直接拉絲,所采用的加熱方式為電容電極加熱;所述裝置包括順序相接的投料裝置、高溫窯爐和高溫作業(yè)通路,所述高溫作業(yè)通路底部設(shè)有高溫拉絲漏板,高溫拉絲漏板底部設(shè)有與其相對應(yīng)的拉絲機,所述高溫窯爐內(nèi)設(shè)有用來加熱的電熔電極。本發(fā)明實現(xiàn)了一步法池窯拉絲生產(chǎn)方法,能耗低、污染小、效率高;采用電熔電極加熱方式或電熔電極與頂置燃燒裝置相結(jié)合的方式,加熱效率高,可使高強玻璃液溫度高達1500℃以上。
文檔編號C03B37/022GK103011580SQ20121057471
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者劉勁松, 祖群, 鄭向陽, 周建淼, 黃松林, 王振朋, 郭仁賢 申請人:中材科技股份有限公司