CN1120332A - 用废玻璃制造纤维的方法和装置 - Google Patents

Abstract

用废玻璃纤维制造玻璃纤维的方法和装置，包括：将平均长度小于12英寸的废玻璃纤维加入到具有熔融玻璃熔池的熔炉中，在没有非玻璃化玻璃形成材料的情况下，在氧化气氛中将废玻璃纤维熔化，将玻璃熔体调整成具有成型粘度，然后，制成玻璃纤维，对于给定的玻璃纤维制品，用基本恒定的速度将玻璃熔体从熔炉牵拉出来。废玻璃纤维的加料速度应足够在八小时内使熔池液面高度变化保持在±0.35英寸范围内。上述的熔炉有高的长宽比，它的尺寸有限的熔化区支持一个熔池，接纳加入的废玻璃纤维。

Description

用废玻璃制造玻璃纤维的方法和装置

本发明涉及用废玻璃纤维(包括带有有机化合物涂层和含一定量的水分的玻璃纤维)制造连续的玻璃纤维丝的方法和装置。

制成的连续玻璃纤维丝制品有多种形式，包括：筒管上的纺织丝和纱；一根或多根玻璃纤维丝或束(称为“粗纱”)的织物和筒子卷装中的丝和纱；以及由连续玻璃纤维丝用湿切法或干切法加工成的切碎玻璃纤维线。在成功地制成的玻璃纤维制品中，严格地控制纤维的玻璃组分的粉末状批料，这有利于形成玻璃纤维的连续长度，并且有利于形成卷绕丝的完整卷装，而很少出现诸如碎石、气泡和凸纹之类的缺陷。将批料熔化和精炼并通过一拉丝漏板或喷丝板制成玻璃纤维，上述的漏板或喷丝板通常是作为在玻璃熔化炉的前炉中的若干漏板或喷丝板工位中的一个来设置的。该漏板和喷丝板带有若干个细孔，熔融玻璃流从这些细孔被拉细并快速冷却而成玻璃纤维。在从漏板制造连续纤维或长丝的过程中由一台卷绕机提供拉力并将玻璃熔体拉细。

在制造玻璃纤维时，可在制造过程的各个区对纤维进行各种类型的化学处理，例如，在拉出连续玻璃纤维并进行冷却后，通常立刻对纤维进行化学涂层。这种含有有机化合物的涂层至少可以足够防止在随后聚集成纤维束时特别是在进一步加工作业时发生的丝间的磨损。上述涂料通常是作为从水溶液、乳状液或悬浮液或从泡沫的胶料来用的。在制造各种玻璃纤维丝制品时，可用的其他化学处理包括用于连续的和切碎的玻璃纤维丝毡制品的毡胶合剂和用于制造带涂层制品的纤维或纤维束的涂料。

制造上述各种玻璃纤维制品时可能在其本身成形过程中和在玻璃纤维制造过程中以及在进一步加工成可出售的成品过程中产生一些废弃的或废的玻璃纤维。报废的原因有多种，例如断丝，卷装不完整释放等等。针对产生的废玻璃纤维，在技术上已设计出重熔这些废玻璃纤维的办法，将它们熔化成可形成玻璃纤维的熔体，但是，勿忘要求严格控制分批配合的材料。

有关的技术警告人们：废玻璃纤维的回收处理需要其本身严格控制，该项工作有着各种严重的问题。例如，在废玻璃纤维中带有有机材料会有害地促进熔化容器的腐蚀和/或改变玻璃的氧化—还原状态，而后者对于玻璃的辐射热交换特性有不利影响。上述问题的两个有害结果是在熔化炉中产生泡沫和使制成的玻璃带有较暗的褐色(通常称为“琥珀玻璃”)。另外，如果废玻璃纤维的加入量超过加入熔炉中的原材料重量的20％左右，废玻璃和批料的玻璃形成组分的熔化特性不同也会引起麻烦，这些问题包括粘度不均匀和熔化速率波动。废玻璃的密度与熔炉中的熔融玻璃的密度不同，故倾向于浮在熔体表面。其结果是在熔体上部形成不动的结块，透过该结块的热交换减慢，熔化速率降低，这就会导致形成一种熔融块，因为在浮起的结块中的玻璃会在其贴着熔体的下表面发生熔化。

有关技术还警告人们：上述的困难还掺合着加入熔炉中的配合料组分的熔化速度与废玻璃纤维的熔化速度不同，玻璃纤维重熔的熔化速度较快，因为它已经是处于玻璃化状态，而批料组分的熔化则还有一个玻璃化反应的过程，而且其熔化过程还受重熔的玻璃的阻碍，所以熔化速度较慢。这就会造成在熔融的玻璃中存在着未熔化的批料的原材料。这就会像一些夹在熔融结块中的碳那样，产生一些缺陷或不均质性，最终引起玻璃纤维生产过程的中断。而且，批料的组分可能形成或掺入废璃形成的不动的结块中而形成一种具有松软的相容性的结块，阻止废玻璃纤维中的有机构的完全氧化和/或延迟熔化过程。

有关技术力图通过各种途径解决上述问题，其中包括：仔细控制加入熔炉中的返回废玻璃和批料的组分；精心设计各种程序，在废玻璃加入熔炉之前去除它们上面的有机材料；或者精心设计加入带有有机物的废玻璃纤维到专门设计的熔炉中去的流程方案。

本发明的目的在于提出一种简便的方法和装置，用于由废玻璃纤维(包括带有有机物涂层的废玻璃纤维)制造玻璃纤维丝制品，而不会遇到上述的一个或几个困难。

本发明上述目的和下面会明白的其他的目的可由作为解决上述的一个或多个问题的办法的本发明而得以实现。

从广义来说，本发明的用废玻璃纤维丝制造玻璃纤维丝的方法包括如下步骤：将平均长度小于12英寸(305mm)并具有与所制玻璃纤维制品相同的可纤维化无机成分的废玻璃纤维加入到带有一个熔融的可纤维化玻璃的熔池的玻璃熔化炉中；在没有非玻璃化玻璃形成材料的情况下在氧化气氛(或环境)中将上述废玻璃纤维熔化；将熔体调整到具有成形的粘度；并将调整好的熔体制成玻璃纤维，此时，对于给定的玻璃纤维制品，是以基本恒定的拉速将熔融玻璃从熔炉中牵出来。加入废玻璃纤维的加料速度足以使玻璃熔池的液面高度在八小时内的变化保持在小于±0.35英寸(9mm)范围内。玻璃熔炉至少在其加入废玻璃纤维的部位具有氧化气氛。最初的玻璃熔池是通过熔化已玻璃化的和/或未玻璃化的玻璃形成材料而形成的。上述的废玻璃纤维通常包括带有有机物胶料和/或涂层的废玻璃纤维。

上述的方法还包括下列工序中的一项或多项，即：将废玻璃处理成具有一定的长度；将废玻璃干燥；检查废玻璃中的杂物并将它们清除；除了制造玻璃纤维制品外，还用一个或多个漏板制造碎玻璃。

广义来说，本发明的装置是一种用来在没有非玻璃化玻璃形成材料的情况熔化废玻璃纤维并由一个或多个拉丝漏板工位制成玻璃纤维制品的装置。该装置有一个带耐火炉衬的玻璃熔化炉，该熔炉有高的长宽比值，它的两对侧壁与一炉底板连接，并支承一个作为炉顶的盖子，这样就构成了一个有限侧壁的炉内熔化区。在熔炉的一个端部附近有一个或多个废玻璃纤维加入口，炉内有若干个隔开排列的烃基燃料喷燃器。这些喷燃器能够至少在熔炉的一个或几个加料口附近的部位提供氧化气氛。在熔炉的对着有加料口的端部的一端，与一前炉实行熔体流动连接，这种连接能够在熔炉内形成一个玻璃熔池，该熔池的深度足以使熔融玻璃靠重力流入前炉，但是，该熔池的深浅又足以促使通过整个熔池深度的有效的热传导。前炉至少有一个与熔炉相隔一段距离的用于形成玻璃纤维制品的漏板工位。一个机械加料装置与熔炉呈加料连接，加入废玻璃纤维速度足够使熔池的液面高度在八小时内的变化保持在小于±.0.35英寸(9mm)的范围内。这种熔池高度的控制是在对给定的玻璃纤维制品以一个基本恒定的速度将玻璃熔体从熔炉拉出的情况下进行的。

另外，上述装置还有这样一些附加的部分即：与机械加料装置连接的封闭装置；熔炉用的吹气对流装置；和一个或多个制造碎玻璃的漏板工位。另外，还有一个或多个下列装置与机械加料装置相连接，即：用来较平稳地加入废玻璃纤维的计量装置；处理废玻璃纤维的破碎装置；干燥废玻璃纤维的干燥装置；和检查和清除非玻璃固体杂物的装置。

下面结合附图详细说明本发明，附图中：

图1是本发明的方法的示意图，示出从破碎废玻璃纤维到制成玻璃纤维制品的各工序；

图2是玻璃熔炉的垂直剖面图，还示出了在熔炉加料端的带有将材料送入熔炉中去的机械加料器的供料装置；

图3是带有机械加料器的供料装置的平面图；

图4a是包括带有机械加料器的供料装置、带有烃基燃料供给装置的熔炉、前炉和制造玻璃纤维的漏板的平面图；

图4b是图4a装置侧面的垂直纵剖面图；

图5是供料装置的机械加料器的螺旋推进器的局部剖切侧视图。

下面参看附图详细说明本发明。

图1示出了用废玻璃制造连续丝型玻璃纤维制品的过程。将废玻璃纤维(下称“废玻璃”)处理成平均长度小于12英寸(305mm)，一般说来，所有废玻璃的纤维长度都小于100英寸(2540mm)。内行人所熟知的任何将废玻璃预处理成上述尺寸的方法都可以用。把废玻璃破碎就是一种特别适用的处理方法。废玻璃长度处理装置11可以是任何公知的普通破碎机，此类机器能够将玻璃制品(例如：毡、绳、丝和纤维)破碎成长度小于卷绕在重量超过100磅(45.4μg)的卷筒上的连续纤维丝的范围内。最好是，上述破碎机能够在每小时破碎出12000磅左右的废碎玻璃14。一种合适的但非独有的玻璃机的例子是从奥林根(Oregon)的威尔逊维尔(Wilsonville)的破碎设备公司购置的破碎机，此机器型号为“SSI型号3400H”，它带有直射的液压装置。可采用任何普通的装置例如输送带、大批容器的卸料等将废玻璃12送入处理装置11中。

废玻璃12本身的成分应大致与本方法制造的玻璃纤维制品所要求的成分相似。例如，如果要求玻璃纤维制品具有E玻璃成分，那么废玻璃12至少就要绝大部分、最好是全部为E成分的玻璃。内行人都知道E玻璃的成分，正如美国专利2,334,961所述，它含有52-56％SiO₂，16-22％CaO，≤6％MgO，12-16％Al₂O₃和5-12％B₂O₃。同理，如果要求玻璃纤维制品用一种“621”型玻璃，废玻璃12就要绝大部分是、最好全部是621型玻璃。这是熟知玻璃工业的人们都知道的另一种玻璃成分，并且在美国专利2571074公开过。同样地，投入本制造方法的具有A玻璃成分、C玻璃成分、D玻璃成分和S玻璃成分的废玻璃12都应当至少是主要含量、最好是全部含量是玻璃纤维制品所要求的那种成分的玻璃。如果要求用低硼和/或氟的玻璃制造玻璃纤维制品，废玻璃12中可用少量的较高硼和氟含量的玻璃作为一种混合物，因为，玻璃制品中的这两个元素的含量通常低于送入熔炉的材料中的含量。

本文用的术语“玻璃形成材料”或“玻璃形成物”指的是与氧化硅组成玻璃态的玻璃形成氧化物。术语“非玻璃化玻璃形成材料”指的是在熔化和冷却时避免结晶而形成玻璃的分批式的氧化物组分。这些材料都是未曾熔化过的。可以与废玻璃12一起加入到熔炉中的曾经熔化过的“玻璃形成材料”的部分实例是碎玻璃、玻璃料、玻璃球、玻璃珠等等。本文中用的术语“碎玻璃”意指其形状除了纤维和可处理成在熔炉中重熔以制造纤维的废玻璃12以外的那种玻璃。它与玻璃球相似，并且包括玻璃球，但也包括其它形状的玻璃如：碎裂的玻璃和玻璃棒条。术语“玻璃料”指的是精致地制成粉末的玻璃，例如，通过熔化并在水中或水冷辊之间冷淬而制成的玻璃粉，其中可含有助熔剂和上色剂。

另外，废玻璃12段可以是从磨碎的纤维的长度至连续的纤维和丝线段，甚至可以是连续纤维线的筒子卷装以及连续的和切碎的玻璃纤维丝毡制品和毡片本身等的切边。玻璃纤维的表面可以带有含有机构的涂层，通常称为胶料或粘合剂，在用拉丝漏板制造玻璃纤维的情况下，玻璃纤维表面就没有上述胶料。玻璃纤维丝的直径可以是任何已知的玻璃纤维的直径，其范围从最小直径约1-5μm至拉丝漏板制的可弯玻璃棒的大小，这包括(甚至主要是)下滑槽送料形成的玻璃纤维废料，其中主要是很粗的玻璃纤维和玻璃珠。通常，当废玻璃12表面涂有胶料时，其上胶制品的胶料量(重量百分数)为1％-3％(按烧失量(LOI)法测定)。除了胶料外，涂有二次涂层的玻璃纤维丝制品还含有较多量(甚至高达15％，在某些情况下，高达20％)的含有有机物的涂层。在废玻璃12中的纤维或丝上可涂上的含有有机物的涂层(如：胶料)和二次涂层的部分实例在下列美国专利中公开过，即No.4 465 500，4 470 252，4 476 191，4 477 496，4477 524，4 483 784，4 483 948，4 518 653，4 530 876，4 532 169，4536 446，4 536 447，4 542 065，4 542 106，4 582 873，4 592 956，4615 946，4 626 289，4 637 956，4 663 231，4 681 658，4 681 802，4681 805，4 728 573，4 745 028，4 748 121，4 752 527，4 762 750，4762 751，4 771 019，4 775 400，4 778 499，4 784 918，4 789 593，4806 620，4 808 478，4 810 576，4 842 620，和4 853 001。另外，任何为熟悉本技术的人们所知的其他上胶的玻璃纤维丝制品或带涂层的玻璃纤维丝制品，只要其玻璃成分与按本方法制造的玻璃纤维制品所要求的成分相类似，都可以作为废玻璃12的构成部分。

处理好的废玻璃14由输送器16运送到可以是计量装置的第一区18，运送处理好的废玻璃14的输送器16可以是熟知本技术的人共知的任何可将破碎好的玻璃纤维之类的废玻璃14从一处运到另一处的装置。这类输送装置的一个非独特的例子是输送带，或小批量容器或大批量容器，或者是斗式提升机，等等。在第一区18中的计量装置可以是内行人都熟知的可使纤维材料平稳地供料的任何普通装置。平稳地供料最好是料基本上不结块。上述计量装置的一个非独特的适宜例子是图3所示的栋选机。

废玻璃12被输送装置20从第一区18送到像干燥装置的第二区22。当然，输送装置20与输送器16不同，废玻璃12或14被计量之后，上述的输送装置就是一种容纳计量过的材料的普通输送装置。作为干燥装置的区22可以是内行人熟知的任何普通的干燥器，可用来将废玻璃中的水份含量降低至供入干燥器的废玻璃的重量的10％以下，最好是降低至5％以下，更好是降低至2％以下。适宜的干燥器的非独特例子包括红外加热器，例如美国专利No.4 024 647中使用过的那一类。

废玻璃12或14从第二区22作为至少部分地干燥过的和处理好的废玻璃由输送器24(类似于输送器20)送到起着杂物检测器作用的区26内。在收集的废玻璃中可能含有金属材料和其他的在玻璃纤维丝制造厂常用的非玻璃材料的情况下，必需设置区26，以便将上述的材料从要加入熔炉中的废玻璃中清除出去。熟悉本技术的人所知的任何杂物检测器例如金属检测器都可以用在区26或用作为区26。这种检测器的一个非独特例子是从美国宾夕法尼亚州Eriez制造公司购买的E-2 Tec/III型Eriez金属检测器，该检测器使用一个固定电感的感应器和固定电容的电容器，产生一个固定频率的磁场。当金属杂物通过检测器时，磁场的空间区域和范围就会起作用。

废玻璃12被输送器28从杂物检测区26送到熔炉40的加料装置30。输送器28可设置或固定一个用来去除从废玻璃中检出的杂物的分流装置32。例如，分流装置32可以是在输送器28中的槽，该槽打开，就去除杂物。另外，分流装置32可以是任何可将杂物推出输送器外的普通装置，这就使杂物不会到达预定的送料装置30。另外，分流装置32还可以设在作为杂物检测区的区26内，因此，被检测出的杂物在该区就被消除出去，这样，区26就起着检测杂物区和清除杂物区的双重作用。

计量装置18、干燥装置22和杂物检测装置26的设置是可以变化的，它们可以两个或多个一起用，或只用其中任何一个，或者一个都不用。而且，它们的排列顺序也可以改变，这取决于进行操作时所用的具体方法。例如，如果干燥装置22是长时间用的空气干燥装置，废玻璃就应在计量之前进行干燥。此时，干燥装置就是在区18，计量装置就在区22，在这里将干燥好的废玻璃进行计量。另外，在建立的计量装置作为废玻璃处理后的第一项操作的情况下，干燥装置22和杂物检测装置26的排列顺序也可改变。在此方案中，杂物检测装置可置于干燥装置之前(虽然在计量操作后检测杂物要容易得多)。因此，在区18作为计量操作区的情况下，区22就是杂物检测区，而区26就是干燥区。而且，根据熔炉40周围的空间限制情况，输送器16、20、24和28可以分别是一条连续的输送带的一部分，或者也可以是实际上分开的不同输送器，它们按与前一个输送器同样的排列和处于同一平面而操作，或者，按不同的排列(例如互相垂直)而操作，还可能不在一个平面上，这取决于区18、22和26的高度。

强制的机械进料或供料装置可以是熟悉本技术的人所知的任何可将100英寸(2540mm)以下不同长度的纤维材料送入到高温区的加料器，例如，加料器30可以是一个螺旋推进器，它转动时就将废玻璃12或14从加料器之一端送到位于邻近熔炉40的那一端。另外，加料装置30也可以是例如已公开的英国专利1391297所述的通过一长形空室的空气流。加料装置30最好带有一贮料斗34，它有助于控制对熔炉40的加料速度，使之大致均匀或平稳地加料，并可产生脉动性能。加料装置30最好是一种具有较为精焊的设计的螺旋推进器，这一点在下面将结合图5讨论。加料装置30最好是可移动的，以便可与熔炉40连接。加料装置30可以将废玻璃单独加入、或与其他已玻璃化的玻璃形成材料一起加入熔炉40，其加料速度可使熔炉40中熔融玻璃熔池的液面水平的变化保持在±0.35英寸，最好是保持在±0.25英寸或更小。这是在熔融玻璃被从熔炉中以大致恒定的速度拉出以制成给定类型的玻璃纤维制品的情况下保持上述的液面水平的。上述的大致恒定的速度是指当采用具有相同或相似的喷丝孔尺寸的漏板并且从卷取机拉细的速度大致相同时从熔炉中拉出玻璃熔体以制造具有特定纤维直径(在公知的公差范围内)的玻璃纤维制品的速度。

熔融的玻璃被从熔炉40拉出以制造玻璃纤维之前，要积累一个足够的熔融玻璃浴槽。浴槽36可容纳废玻璃、未玻璃化的玻璃形成材料和/或玻璃化的玻璃形成材料。以及它们的混合物。最好是，在废玻璃12加入熔炉40之前，熔池36由未玻璃化的玻璃形成材料组成。如果用批料来形成熔池36，可将加料装置30移动，实际上是先用批料加料器将批料加入熔炉40作为形成熔池36的初始炉料。但是，若加料装置30的类型是既可以输送废玻璃也可输送批料和/或碎玻璃以在熔炉中形成熔融玻璃池36的加料器，它就不需要移开了。最好在熔炉40的一个纵向端部附近设置一个或多个废玻璃加料孔31与加料装置30连接。熔池36的积累可以采用内行人熟知的任何方法来进行，例如，可通过为此目的而设置溢流槽或流动槽的方法为积累熔池36而筑建熔炉。

一般说来，熔炉40的其他必要特征在于它带有耐火炉衬，并在熔化玻璃时具有氧化气氛，至少在加入废玻璃12或14处是这样，也就是图4中的加料装置30附近的端部应有氧化气氛。另外，熔炉40必须具有能提供有效温度以熔化玻璃的熔化装置，所述温度对于E-型玻璃或621型玻璃来说通常在玻璃态温度下约为1220℃-1290℃(2228°F-2354°F)。上述的熔化装置是多个烃类燃料的喷燃器38。通过供给喷燃器38以过量的空气或氧气(即超过或多于燃尽供入喷燃器的烃类燃料所需的量的空气或氧气)来产生氧化气氛。最好是供入至少一个靠近熔炉40之加料端的喷燃器以1％-3％左右的过量空气或氧气来形成氧化气氛。上述的喷燃器38最好是沿熔炉的两相对侧壁隔开而相对地多对排列，所以，通常是一个喷燃器面对着另一个喷燃器。另外，喷燃器38最好能够提供在熔炉40内建立和保持熔池36内形成热区的一种温度分布的其他条件。有了这个热区，熔融玻璃中的自然对流就形成了大量的熔体混合，所以无需设置机械混合机构也能提供良好的玻璃物质性。熔炉40的烃类燃料喷燃器38和耐火炉衬可以是熟悉本技术的人共知的任何标准的普通空气—烃类燃料喷燃器或燃氧喷燃器和耐火炉衬。熔炉40最好具有大的长宽比，该长宽比最好是大约3∶1。熔炉40的熔化区面积最好约为10-25平方英尺(1-20平方米)。

通过一个普通的熔体流动连接件(像一个沟槽和异形挡砖构件)或一个炉喉道将至少一个前炉42与熔炉40实行熔体流动接合。所述前炉42最好位于熔炉40的纵向对着紧靠加料装置30的炉壁的那扇炉壁的外侧。前炉42中的温度通常低于熔炉的温度，以便使熔融玻璃具有制成玻璃纤维、玻璃棒、玻璃球等所需的成形粘度。前炉42有一个或多个拉丝漏板工位44，用以制造玻璃纤维丝制品。上述的前炉和漏板的结构都是内行人熟知的普通结构。前炉通常带有耐火炉衬，它的操作以及上述的一个或多个漏板的结构和操作全是内行人所熟知的。它们的非独特的例子在劳文斯汀(K.L.Loewenstein)所著的《连续玻璃纤维的制造工艺》一书(纽约Elsevi-er出版公司，纽约，1983年)中谈到过。最好是，至少有一个漏板工位44用来制造湿法切碎玻璃纤维丝52(虽然也可制造其他类型的玻璃纤维制品)。在任何情况下，玻璃纤维都用内行人熟知的卷绕机或切短装置48的拉辊例如一种湿法短切拉辊，或一种组合卷绕机，或一种粗纱卷绕机来牵拉。当加料装置30加入熔炉40的加料速度等于供给废玻璃12(单独地或与其他玻璃化的玻璃形成材料一起供料，但没有未玻璃化的玻璃形成材料)的速度时，装置48的拉辊的牵拉速度是足够来制造所需的玻璃纤维制品的。供料速度应保持熔池36的液面高度使之能够以大致恒定的牵拉速度牵拉来自卷绕机的给定的玻璃纤维制品。对于制造一定的玻璃纤维制品45的基本部分来说，废玻璃12最好能以构成100％的玻璃形成材料的供料速度供入熔炉40。当供入的废玻璃的量小于100％时，可加入一定比例的其他玻璃化玻璃形成材料以构成100％。所述的其他玻璃化玻璃形成材料可通过相同的加料装置30加入，或者通过置于熔炉40周围并处于加料装置30相同位置的其他加料器来加入。

在制造图1所示的湿法切碎玻璃纤维制品52时，将连续纤维45在敷料器46浸渍一种胶料合剂，在收集器46将上述玻璃纤维聚集，并由接触机构49导引到带有拉辊50的切碎机48。聚集的纤维束或丝束被切辊51切碎成切碎纤维丝52。该切碎纤维丝52由收采装置53收集。任何的为熟悉本技术的人所知的用来制造湿法切碎玻璃纤维制品或任何其他制品的设备和方法都可以用。

另一方面，前炉42可设置一个或多个其他类型的带有拉丝漏板以制造碎玻璃或玻璃粉(最好是用水的流体冷淬法)的拉丝漏板工位44A。从拉丝漏板出来的材料沿滑槽54下滑到一个盛有水56的作为流体供入装置的容器55。熔融的或接近熔融的或热的玻璃与水接触时，便碎裂而成碎玻璃57。这些碎玻璃57沉入容器55的底部。通过作为分离装置的排出管58将碎玻璃57与水56分离，上述分离装置首先去除水56，然后取出碎玻璃57，并由运出管道59储存。任何的为内行人熟知的普通锥形的收集容器和排出管或其他的分离水的装置都可用于本发明。

图2-5示出本发明的优选的步骤及各有关部分，其中，与图1所示的部分相同的部分用与图1相同的部分的相同标号表示。

图2示出供料装置60，它由带有贮料斗18a的计量装置18、输送器20和加料装置或加料器30组成。加料器30通过开口70(可以是图1的加料孔31)将材料加入熔炉40内。另外，图2还示出一组喷燃器中的一个喷燃器38。计量装置18最好是一种如图3所示的旋转式栋选器。输送器20将计量过的废玻璃12(最好是经过破碎处理好的废玻璃14)送到加料器30的贮料斗62。该料斗动作起来可对供料装置提供脉动能力。加料器30最好是像螺旋推进器64那样的精焊的或机械强制的加料装置。加料器30还与一个封闭装置相联接。该封闭装置可以是运送材料时的隔板，但最好是可用废玻璃14装填的盲区66，该盲区66位于远离螺旋推进器64的加入端的另一端。当螺旋推进器64运送废玻璃14或其他加入料时，在盲区66内发生堆积料的堆积。随着塞—流的移动，堆积料移入熔炉40中，从而起到封闭装置的作用。另外，或另一方面，贮料斗62也有封闭装置，该装置是一个在料斗62上的合适的盖子。封闭装置的设置能减少从熔炉40散逸的热量。最好是，加料装置30可由移动装置58移动，该装置可以是任何可用来使加料器30与熔炉40接合和/或脱离的合适的导轨、轮子、辊子等。当采用批料和/或碎玻璃中的一种或者两种来形成熔池时，如果加料器30的设计不是完全用于运送这两种材料，就需要移动加料器30。在每种情况下，批料或碎玻璃加料装置都要移到开口70的位置，以便将批料和/或碎玻璃和/或玻璃料(通常是玻璃化玻璃形成材料)送入熔炉40。另一方面，熔炉40可以有一个以上的开口70，其中的一个开口被加料器30占用来加入废玻璃14，其他的开口被批料加料装置和/或玻璃化材料加料装置占用。

图3示出一个与熔炉40(以虚线表示)连接的优选的供料装置60。计量装置18有一个有限侧壁的贮料斗18a，其侧壁74a、74b、74c、74d以漏斗状方式互相连接，并围绕开口76构成一个周边容器，两个栋选器78a和78b越过开口76可转动地连接起来。每个栋选器78a和78b有一个可转动的棒状纵长件80a，80b该两纵长件80位于规定的同一平面，并越过开口76彼此平行排列。每个纵长件80a，80b有若干径向向外凸出的齿，对于一个栋选器78向另一个栋选器的紧密靠近来说，仍然允许它们的共面性和平行排列有一定误差。上述的两个栋选器的接近使一个转动的纵长件的齿靠近另一转动的纵长件的齿，但这些靠近的齿是稍微隔开，齿端不接触，也不交叉，所以它们彼此之间可以通过。这些栋选器78沿向着它们间的空间的方向转动。而且，为了改变废玻璃12的流动方向或者为了清理齿82，栋选器78还可以逆向转动。破碎好的废玻璃12可以用内行人所熟知的将松散材料加到储料器例如输送皮带上和/或为大容积容器卸料的任何方法加到计量装置18中。转动着的栋选器78将废玻璃14移到输送器20上，以便将废玻璃送到与熔炉40呈供料接合状态的加料装置30中。

输送器20有一个或多个用于干燥和/或固态非玻璃材料杂物检查与清除(I&R)的处理区84，(如图1所述)。干燥区和杂物检查与清除(I&R)区可按图1所示的任一种顺序设置，但最好是两个区都设置，而且最好是干燥区设置在杂物检查与清除区之前。

图4a较详细示出多个喷燃器38的排列情况，该喷燃器用于对熔炉的至少是紧靠近加料器30的部位提供氧化气氛。为此，对烃基燃料喷燃器38a和/或38b供入过剩的空气或氧(最好是空气)，其量超过供入该喷燃器的烃基燃料按化学计算的燃烧所需的空气或氧量。为了易于操作，最好对喷燃器38a-38i全都供以相同过量的空气或氧。另一方面，上述喷燃器中的一个或多个可以是熟悉本技术的人所知的含氧燃料喷燃器。在熔炉40的纵向端部72，前炉42与熔炉40呈熔体流动连接状态。这种连接最好能使熔池36以其一定深度促使熔融玻璃以重力流动方式流入前炉，该流体的主要部分是水平方向的。而且，上述熔池深度足以使熔体的表面与体积之比值有利于减少从熔炉流出的玻璃熔体中的任何耐火材料杂物。熔池36的合适深度是大约23-25英寸(584-635mm)。可用清渣口挡砖86来控制表面熔融玻璃从熔炉40流到前炉42的流速。前炉42可设计成如图所示的T形，也可设计成内行人所热知的任何其他的前炉形状，一般用标号44表示的拉丝漏板44通常位于前炉42的底部或炉底板上。

图4b是一侧视图，示出喷燃器38的排列结构如何能够单独地工作或与一个或多个起泡器87一起工作，以便在熔化废玻璃14时在熔池36中引起对流。所述的起泡器87可以是在标准结构的装置中带有标准流速的空气或其他气体的熔化过程中所十分通用的那类起泡器。由于对流而混合使熔体近乎均匀，并在挡砖86下面平稳地流过前炉42，进入并通过漏板工位44而制成玻璃纤维制品45。玻璃纤维45可以是并且最好是由如图1所示的湿法破碎拉轮或如图4b所示的卷绕器48从漏板44牵拉出去。而且，如图46所示，熔炉40的顶部有多个排气管道(未给标号)。

图5示出在带有螺旋推进器64的加料器30的部分剖切的加料器30的侧视图，并示出了螺旋推进器64前面的盲区66。还示出了加料器30的移动装置68。加料器30有机架88用来支承驱动螺旋推进器64的驱动马达90。任何的为熟悉本技术的人们所知的适宜驱动装置皆可用来驱动螺旋推进器64，而且，马达最好是变速马达，例如，林克—贝尔型无级变速装置。为了进行变速传动，通过皮带94将离合器92与马达90实行传动连接。贮料斗62与螺旋推进器呈供料接合状态。贮料斗62有一个盖96。螺旋推进器的机械设计和动力设计是从其螺旋片考虑的，即螺旋片的两螺齿峰之间的纵轴线距离最好小于大约为破碎好的废玻璃14的最大长度，该螺距最好为大约15-17英寸(380-432mm)。螺旋推进器64的螺旋片的顶部与推进器壳体98内表面之间的径向间隙最好为1英寸(25.4mm)左右。换句话说，螺旋推进器64的至螺旋片顶部的外径比推进器壳体98的内径小2英寸(51mm)左右。盲区66的尺寸通常应能使离开螺旋推进器64的废玻璃产生塞-流移动，以便进入熔炉40中。废玻璃在盲区66的堵塞有助于阻隔来自熔炉的热量对金属推进器的加热，这就可能减少废玻璃的软化以及最初接触螺旋推进器64时就发生熔化的现象。盲区66的尺寸，对于直径大约为8—12英寸(203-305mm)的螺旋推进器64来说，最好大约为6-18英寸(152-458mm)。

加入熔炉40中的废玻璃的含水量最好大约为1-3％(重量)，供给烃基燃料喷燃器的氧的过剩量最好为大约1-3％(从熔炉40的废气中测量的值)。最好在贮料斗62中设置一个加料量控制器(图中未示出)，以保证由感量信号输送器20将多一些(或有时少一些)的废玻璃14供入料斗62中。料斗62的加料量控制器可以是熟悉本技术的人所知道的任何加料量控制器。

熔炉40装了玻璃熔体的初始炉料后，最好是熔炉40所需的100％玻璃形成材料都是供入废玻璃。虽然不加入特定的或批料的玻璃形成材料，但可将少量玻璃改性材料与废玻璃一起加入。例如，可加入硫酸盐以促进精炼并调节玻璃的氧化与还原之比值。当用来提供玻璃形成材料的废玻璃少于100％时，余量则补入碎玻璃或玻璃料。

一般说来，熔炉的工作温度应高到足于使玻璃熔化，并能使废玻璃14中所含的有机化合物全部完全氧化。

Claims (22)

1.用废玻璃纤维制造玻璃纤维制品的方法，包括如下步骤：

将废玻璃纤维加入熔炉中，所述废玻璃纤维的平均长度小于12英寸(305mm)左右，其可纤维化无机构成分与玻璃纤维制品的成分大致相似，至少有一些废玻璃纤维带有有机化合物的涂层，加料速度足以在熔炉中保持一个熔融玻璃的熔池，而且在八小时的周期内该熔池的水平高度的变化保持在大约小于0.35英寸(9mm)的范围内；

在熔化温度至少足以至少在熔融玻璃熔池的废玻璃纤维加入口附近保持氧化气氛中，并在没有未玻璃化玻璃形成材料加入熔炉中的情况下熔化上述废玻璃纤维，而熔融的玻璃被从熔炉中拉出；

在低于熔炉温度的温度下调整玻璃熔体，使之具有成形粘度；和

从至少一个适宜于接受上述调整好的玻璃熔体的拉丝漏板制取玻璃纤维制品，并以一个大致恒定的牵拉速度，将熔融玻璃从熔炉拉出制成规定的玻璃纤维制品。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于还包括制备废玻璃纤维段的步骤，处理好的玻璃纤维平均长度小于12英寸左右，最大长度应小于100英寸左右。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于，采用破碎法制备废玻璃纤维段。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于，上述的加入废玻璃纤维的步骤同时伴随加入先前熔化过的玻璃形成材料，这些材料可包括玻璃料、碎玻璃和玻璃球。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于，上述的废玻璃和其他的玻璃形成材料是通过熔炉上的专用加料孔加入的。

6.根据权利要求1的方法，其特征在于，上述的熔炉中的熔融玻璃熔池是用可纤维化玻璃形成材料制备的，该材料可包括：可纤维化玻璃的批料组分，每种材料在加入熔炉中废玻璃纤维的玻璃组分量的±10％范围内调节、曾经熔化过的玻璃形成材料，包括玻璃球、碎玻璃、玻璃料、玻璃珠和它们的混合物，以及批料组分玻璃形成料与曾经熔化过的玻璃形成材料的混合物，其中，当熔池形成后，加入玻璃形成材料的加料速度应足以使熔池深度保持在一个能制造玻璃纤维的有效深度。

7.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的熔炉具有耐火炉衬，其水平长度大于其宽度，不用机械搅拌也可达到炉内熔体基本均匀。

8.根据权利要求1的方法，其特征在于，除了至少一个用来制取多根玻璃纤维的拉丝漏板工位处，还有至少一个另外的附加漏板工位用于制取碎玻璃。

9.根据权利要求8的方法，其特征在于，上述的碎玻璃是采用熔体淬冷法由一股或多股从上述另外的漏板流出的熔融玻璃流制取。

10.根据权利要求1的方法，其特征在于，上述的废玻璃纤维的加入是通过螺旋推进器加入到熔炉的中料口内，螺旋推进器的螺旋片沿纵向轴线相隔的距离与加入的废玻璃纤维的平均长度相当，螺旋推进器装入一个壳体内，螺旋片的顶部与该壳体内表面间的间隙约为0.5英寸(12.5mm)至2英寸(51mm)。

11.根据权利要求10的方法，其特征在于，上述螺旋推进器的靠近熔炉的最后一个螺旋片与熔炉中内部隔开，形成一个纵向的盲区，该盲区从螺旋推进器最后一个螺旋片的前面与熔炉内表面之间区域的沿纵向轴线的距离约为1-12英寸(25.4-305mm)。

12.根据权利要求1的方法，其特征在于，上述的废玻璃纤维加入到熔炉之前是经过计量的，以便较为均匀地加入到炉内。

13.根据权利要求1的方法，其特征在于，还包括如下步骤：在将上述玻璃纤维加入到熔炉之前要检查其中的杂物，并将检查出的杂物清除出去。

14.根据权利要求1的方法，其特征在于，还包括：在上述废玻璃纤维加入熔炉之前要进行干燥。

15.根据权利要求1的方法，其特征在于，上述的带有有机化合物涂层的废玻璃纤维包括上胶的玻璃纤维和涂层的玻璃纤维，其中，上胶的玻璃纤维中含有的来自水化化学处理复合料的含有机构的含水少的残留物的量占处理好的玻璃纤维重量的大约0.1％至大约20％。

16.根据权利要求1的方法，其特征在于，还包括对熔炉形成氧化气氛的步骤，其方法是提供按化学计算过量的氧以燃烧供入熔炉的一个或多个喷燃器中的燃料，使熔炉达到熔化玻璃的温度。

17.将100％废玻璃纤维加入一个玻璃熔炉中以制造玻璃纤维丝制品的方法，包括下列步骤；

将上胶的或涂层的废玻璃纤维破碎至平均长度约为0.5-10英寸；

在没有任何玻璃形成批料而是只有玻璃形成加入料的情况下将破碎好的玻璃纤维加入到熔炉的熔融玻璃熔池中，加入的纤维具有大致类似于玻璃纤维制品成分的可纤维化无机物成分，加料速度应足以在八小时的周期内使熔炉内熔池水平面高度的变化小于0.25英寸(6.2mm)左右；

在熔池中熔化废玻璃纤维，其熔化温度至少要足以在氧化气氛中熔化上述纤维，在该氧化气氛中过量的氧量应超过燃烧供入熔炉中喷燃器的燃料所要求的化学计算的量高达3％，其中，上述熔池由可纤维化无机成分玻璃形成材料哗而形成，该材料的成分与玻璃纤维制品的成分类似，可包括：曾经熔化过的玻璃纤维、碎玻璃、玻璃料、玻璃球和玻璃珠和它们的混合物，和在加入熔炉的破碎好的玻璃纤维材料的量的±10％范围内调整的可纤维化玻璃的批料组分，以及曾经熔化过的玻璃形成材料与批料的混合物；

将熔融玻璃熔体冷却至具有成形粘度；和

由至少一个适宜于接受具有成形粘度的玻璃熔体的拉丝漏板制成玻璃纤维制品，其方法是从熔炉中以大致恒定的速度将玻璃熔体通过漏板牵拉出来，制成所需的玻璃纤维制品。

18.用废玻璃纤维丝制造玻璃纤维丝制品的方法，包括如下步骤：

a.将破碎过的并且化学处理过的废玻璃纤维加入到带有耐火炉衬的并具有高的长宽比的而且有一个熔融玻璃熔池的熔炉中，上述的废玻璃纤维包括上胶的和有涂层的玻璃纤维，它们具有：i)平均长度小于约12英寸(305mm)，ii)含水量小于加料量的10％(重量)左右，iii)其氧化硅成分与玻璃纤维丝制品的成分相似，并且基本上没有粉末状的玻璃形成材料，加料的速度应足够使熔炉中玻璃熔池水平面的高度在八小时内的变化保持在小于0.25英英(6.2mm)左右。

b.在熔炉中没有粉末状玻璃形成材料的情况下在氧化气氛中熔化上述的废玻璃纤维，上述氧化气氛由超过按化学计算的燃烧供入在熔炉的侧壁上排列的烃基燃料喷燃器中的燃料所需的氧量约1％-3％的过量氧来形成，其中，在初始加入废玻璃纤维时熔炉中的玻璃熔化池由可纤维化的无机玻璃形材料构成，该材料的成分与玻璃纤维制品的成分相似，该材料可包括：曾经熔化过的废玻璃纤维、碎玻璃、玻璃料、玻璃球和玻璃珠，以及它们的混合物，和按加入熔炉中的破碎好的玻璃纤维材料的量的±10％范围内调整的可纤维化玻璃的批料组分，以及曾经熔化过的玻璃形成材料与批料的混合物，其中，熔炉中有1400℃-1600℃的高温下有助于形成自然的对流，以消除玻璃熔体中的不均匀性，但不用任何由机械搅拌器提供的较大强力对流；

c.在一个与熔炉连接的带耐火炉衬的前炉中在某一有效温度下调整玻璃熔体；

d.从至少一个拉丝漏板工位控制玻璃纤维，所述漏板带有若干可让玻璃熔体流过的孔，并与上述前炉连接，以大致恒定的牵拉速度从熔炉拉出玻璃熔体制成所需的玻璃纤维制品。

19.用主料为废玻璃纤维丝来制造玻璃纤维丝制品的装置，含有：

a.带有耐火炉衬的玻璃熔化炉，该熔炉有高的长宽比，其炉底板与至少与两对相对的侧壁支承地连接，熔炉的各侧壁与底板连接，并与相邻侧壁互相连接，形成一个容器，该容器带有一个对着炉底板的盖板，盖板与各侧壁接合形成一个尺寸有限的高温容纳区，该区内沿侧壁设置若干个相隔开的烃基燃料喷燃器，用从至少在容器一端的部分产生氧化环境；

b.熔融玻璃熔池，其成分大致与玻璃纤维制品的成分相似，上述熔池具有足够的深度，以减少玻璃纤维制品中的耐火材料杂物；

c.与熔炉实行送料接合的强制机械加料装置，该装置置于对着熔融玻璃从熔炉出口的那一端，用来加入废玻璃纤维到熔炉中去，加料速度要使熔炉中玻璃熔池的水平面高度在八小时内的变化保持在±0.35英寸(6.2mm)范围内。

d.与熔炉呈熔体流动连接的调整装置，该装置位于对着加料器附近的端部的那一端，用来将玻璃体调整成具有成形粘度；和

e.至少一个拉丝漏板，该漏板位于前炉的一个开口的下侧，它与调整玻璃熔体的熔炉与前炉的连接处有一段距离。

20.根据权利要求要求19的装置，其特征在于，还包含一个与前炉连接的用来制造碎玻璃的漏板工位，该漏板工位有一流体供给装置与至少一股从熔炉流出玻璃流相接触，从而将玻璃破碎，还有一个分离装置，将流体与破碎的玻璃分离。

21.根据权利要求要求19的装置，其特征在于，上述的喷燃器还可在熔炉内形成一个温度场，以便在玻璃熔体内产生一个热区，以助于形成自然的对流，减少从熔炉流出的玻璃熔体的不均匀性，其中，熔炉中熔池的深度有利于熔体靠重力从熔炉流出，该熔体的基本流动方向是水平的。

22.根据权利要求要求9的装置，其特征在于，还包括下列装置中的一个或多个：

熔炉中的吹气对流装置，用于减小流出熔炉的玻璃熔体的不均匀性；

将机械加料器与熔炉隔开阻止烟雾散透的封闭装置；

与机械加料器呈送料接合状态的计量装置，用于计量加入熔炉的废玻璃纤维；

与机械加料器呈送料接合状态的破碎装置，用来将废玻璃纤维处理成平均长度小于12英寸(305mm)左右的料，以便于机械加料器加入熔炉中；

与机械加料器呈送料连接状态的干燥装置，用来使加入熔炉中的废玻璃纤维中的含水量降低至大约10％以下；和

与机械加料器呈送料接合状态的非玻璃固态物检查与清除的装置，用来清除加入熔炉中的废玻璃纤维中的除了玻璃纤维以外的至少是固态的杂物。

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