ПЛАВИЛЬНО-ФОРМУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ ВОЛОКОН ИЗ СТЕКЛООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к производству волокон из стеклообразных материалов, используемых в оптике, теплотехнике, машиностроении, радиотехнике, а также для создания конструкционных материалов - стеклопластиков.
Получаемые волокна предназначены, в основном, для получения стеклопластиков и стеклотканей, работающих в различных конструкциях и тепловых агрегатах.
Известно непрерывное получение волокна из стеклошариков определенного химического состава. Это устройство широко используется в стекольной промышленности и описано в разнообразной литературе (Справочник по производству стекла, том 1 стр.864-866, 872-874. Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, Москва 1963 г.)
Известное устройство имеет бункер, в который загружают стеклошарики предварительно сваренные в другой стекловаренной печи, которые по питателю поступают в плавильный сосуд, выполненный из платинородиевого сплава и имеющий 50 и более фильер. Сам сосуд разогревается током сопротивления, стеклошарики плавятся, а стекломасса вытекает через фильеры в виде нитей и с большой скоростью наматываются на съемную бобину. В случае увеличения производительности стекломасса непосредственно стекает в платинородиевый сосуд, снабженный многочисленными фильерами, из которых вытекающие капли подхватываются и с большой скоростью наматываются на съемные бобины.
Для получения оптоволокон из оптического кварцевого стекла используется устройство для вытягивания волокон, включающее горелку внутреннего смешения газов с центральным каналом для продвижения волокна, (а/с №1073189 от 24.12.1982 г.)
Наиболее близким, по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство, в котором готовые стеклошарики загружаются в плавильный платинородиевый сосуд, разогреваемый до температуры 1000°С током сопротивления, имеющий в дне фильеры, через которые стекломасса в виде капель вытекает и подхватывается наматывающим устройством и наматывается на съемную бобину (Справочник по производству стекла, том 1, стр.стр.864-866, 872-874, Москва 1963 г.).
Задачей полезной модели является разработка плавильно-формующего устройства, где плавление исходной кристаллической шихты с образованием стекломассы, ее
гомогенизация и высокая степень однородности происходит в одном сосуде, выполненном из тугоплавких материалов, например из вольфрама или молибдена, с выработкой непрерывных волокон из фильер расположенных в нижней части устройства, причем нагрев плавильно-формующего устройства осуществляется за счет лучистой энергии, излучаемой нагревателями сопротивления из вольфрама или молибдена, использованием защитной атмосферы в виде подачи водорода или аргона в рабочую зону устройства.
Технический результат от использования полезной модели заключается в получении высококачественного, высокопрочного волокна, увеличении выхода годного волокна, обеспечении равномерности прогрева стекломассы по всему объему.
Плавильно-формующее устройство для получения непрерывных волокон из стеклообразных материалов включает рабочую камеру, плавильное устройство и систему нагревателей. Внутри рабочей камеры вертикально расположен плавильный тигель из вольфрама или молибдена, в нижней части тигля имеется фильера с многочисленными отверстиями, для вытекания стекломассы. Тигель снабжен нагревательными элементами, выполненными в виде стержней из вольфрама. Пространство рабочей камеры заполнено водородом или аргоном.
Тигель выполнен цилиндрическим, при этом диаметр тигля выполнен в пределах 0,075-0,175 высоты плавильного тигля. При этом низ тигля с формующей фильерой расположен ниже среза нагревательных элементов на высоту 0,2-1,0 диаметра фильеры. Футеровка рабочей камеры выполнена из высокоогнеупорного материала - диоксида циркония, стабилизированного иттрием, с температурой плавления 2600°С.
Плавильно-формующее устройство снабжено валковым замасливающим устройством, нитесборником, нитеводителем и быстро вращающимся ротором со съемной бобиной.
На чертеже приведено Плавильно-формующее устройство, где в рабочей камере - 4 расположен питатель - 1 для подачи сырья и токоподводы - 2 с нагревательными элементами, выполненными в виде стержней - 3 из вольфрама, огнеупорная футеровка - 5 из диоксида циркония, в вертикальном положении подвешен плавильно-формующий тигель - 6 из вольфрама, в нижней части которого имеется фильера со множеством отверстий - 7 из вольфрама, расплавленная стекломасса вытекает из фильеры - 7, подхватывается валково-замасливающим устройством - 8 и через нитесборник - 9 и через нитеводитель - 10 подается на ротор со съемной бобиной - 11. Для защиты вольфрама и молибдена внутрь рабочей камеры подается защитный газ - водород или аргон - 12.
Устройство работает следующим образом. В питатель - 1, расположенный в верхней части рабочей камеры - 4, подается шихта - кристаллическое сырье, например диоксид кремния в виде зерен диаметром 0.1-0.6 мм, которая перемещается вертикально вниз через рабочую зону плавильного тигля - 6, имеющего диаметр 150 мм при высоте 2000 мм, нагреваемого за счет излучения нагревателей сопротивления из вольфрама - 3, имеющих длину 1850 мм, нагретых до температуры 2000-2400°С. При этой температуре шихта плавится и по мере перемещения вниз стекломасса осветляется, гомогенизируется, и через фильеру - 7 в виде капель вытекает и подхватывается ротором - 11, наматываясь уже в виде непрерывной нити на съемную бобину. Для сохранения высокой прочности нитей, последние замасливаются в валковом замасливающем устройстве - 8 и через нитесборник - 9, и нитеводитель - 10 укладываются на съемную бобину - 11. Для защиты материала тигля, нагревателей и фильеры от окисления, в рабочую камеру подается защитный газ - водород или аргон - 12.
Технический результат от использования полезной модели обусловлен следующими факторами.
1. Получение волокна из штабиков или из стеклошариков (2-х стадийный способ) не имеет стабильности механических и оптических свойств, вследствие, резких условий формования состава шихты и конкретных условий выработки штабиков. При непрерывном формовании волокна из расплава в разработанном устройстве, вытягиваемое волокно имеет однородную структуру, формируемую при существенно большей температуре непосредственно из однородной стекломассы, т.е. волокно при такой выработке отличается однородностью и стабильной механической прочностью.
2. При выработке волокна из стеклошариков, разогреву подвергается фильерная часть установки, т.е. путем электронагрева, пропуская ток через материал фильеры, довольно сложно получить однородную вязкость стекломассы по всему объему. Кроме того, из-за малой вязкости плавильного сосуда трудно регулировать движение стекломассы в вертикальном направлении и вести вытяжку волокна из равномерно прогретой стекломассы по всему объему, т.к. внутренние слои имеют более высокую вязкость чем переферийные.
3. В предлагаемом устройстве нагрев плавильного сосуда происходит не по всей высоте, за счет укороченных нагревателей. Это позволяет повысить вязкость стекломассы и довести ее до рабочей по всему объему, стабилизировать вязкость вырабатываемой стекломассы при минимальном расходе электроэнергии для поддержания рабочей вязкости.