CS207477B2

CS207477B2 - Bottom of the outlet dish for the glass melt spinning

Info

Publication number: CS207477B2
Application number: CS775323A
Authority: CS
Inventors: Hiroaki Shono; Toshio Noji; Shinzo Ishikawa; Isao Wakasa
Original assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Priority date: 1976-08-20
Filing date: 1977-08-11
Publication date: 1981-07-31
Also published as: DE2736475A1; AU499128B1; FR2362088A1; CH621584A5; JPS5439499B2; US4119420A; DK369777A; SE7709372L; GB1574793A; CA1095724A; NL167138C; BR7705521A; FR2362088B1; IT1082291B; SU867294A3; NL7709045A; MX143936A; JPS5324432A; TR19433A; DE2736475C2

Description

Vynález se týká dna výtokové misky na zvlákňování skloviny, a to zejména zlepšení dna výtokové misky, opatřené velkým množstvím otvorů nebo trysek, které jsou uspořádány tak těsně, že kužele skloviny, tvořené hmotami skloviny prošlými příslušnými otvory nebo tryskami mají tendenci se spojovat jeden s druhým, čímž se nakonec vyvdá zaplavení skloviny pod výtokovou miskou. Každá tryska nebo otvor sestává ze dvou za sebou upravených soustředných vývrtů rozdílných průměrů, jak je uvedeno v čs. patentu č. 200 222.

Aby se zvlákňování mohlo úspěšně provádět za použití výtokové misky popsaného druhu, bylo navrhováno v US patentu č.

905 790 použít proudu vzduchu směřujícího vzhůru na spodní povrch tryskové desky ze vzduchových trysek, uspořádaných pod výtokovou miskou, tak, aby se chladilo· její dno· a tím také povrch kuželů skloviny, vytvořený ze skloviny prošlé tryskami nebo otvory, čímž se zvýší viskozita skloviny tak, že se zamezí spojování kuželů.

Nevýhodu tohoto postupu je, ' že vlákna, vytahovaná ze skloviny, prošlé tryskami či otvory umístěnými na obvodě nebo vnější části dna výtokové misky, mají často- tendenci se přetrhnout, v porovnání s vlákny taženými ze skloviny, prošlé tryskami ne2 bo otvory umístěnými uvnitř vzhledem k obvodovým tryskám. Tak v mnoha případech muselo být zvlákňování přerušeno vlivem přetrhávání vláken z obvodových trysek v době 2 až 3 minut po začátku zvlákňování. Bylo zjištěno, jako výsledek série zkoušek a studií rozdělení tloušťky vláken, že vlákna vytvořená v obvodových tryskách nebo· otvorech mají průměry menší než vlákna získaná z vnitřních trysek a proto se snadněji přetrhnou.

Rozdíl průměru vláken lze přisoudit, jak bude dále popsáno, nerovnoměrnému stavu radiace a absorpce tepla v kužeiích skloviny.

Vynález má za úkol překonat výše uvedené problémy vlastní · dosavadnímu stavu techniky, vytvořením zdokonaleného· dna výtokové misky.

Cílem vynálezu je tedy zhomogenjzovat průměry vláken tím, že se vyloučí nerovnoměrný stav radiace a absorpce tepla, tak, že se zajistí stabilní zvlákňování skloviny po· dostatečně dlouhou dobu.

Předmětem vynálezu je dno výtokové misky na zvlákňování skla, tvořené deskou s rovnou spodní plochou, opatřenou otvory nebo tryskami, uspořádanými těsně vedle sebe, z nichž každý otvor nebo tryska sestává ze dvou za sebou upravených souosých

4 válcových vývrtů o různých průměrech, přičemž jeden z těchto vývrtů vyúsťuje na horním povrchu desky a tvoří vývrt na vstupní straně pro roztavenou sklovinu, kdežto druhý vývrt vyúsťuje na spodním, povrchu desky a tvoří vývrt na výstupní straně pro roztavenou sklovinu. Podstata vynálezu spočívá v, tom; že mezi obvodovými otvory nebo tryskami a vnitřními otvory nebo tryskami, umístěnými směrem dovnitř oproti obvodovým otvorům nebo tryskám existuje vztah vyjádřený rovnicí:

Ys — 0.57y_u — 0.86yu, kde

Y_s a Y_u jsou proměnné, závislé na rozměrech vývrtů obvodových trysek a vnitřních trysek, a dané těmito rovnicemi:

Lv ₊	Ly ,	(_X3 — y3] tg Θ
~ x4 ⁺	y4 ⁺	6x³y3
Lx’ ₊	Ly’ ₊	(x’3 — y3) tg Θ
	yy ⁺	6x’3y3

kde x a x’ jsou průměry vývrtů na vstupní straně příslušných obvodových a vnitřních trysek, Lx a Lx' jsou osové délky vývrtů na vstupní straně příslušných obvodových a vnitřních trysek, y je průměr vývrtů na výstupní straně obvodových a vnitřních trysek, Ly a L_y’ jsou osové délky vývrtů na výstupní straně · příslušných obvodových a vnitřních trysek a Θ je úhel, který svírá kuželovitá mezilehlá sekce, jíž jsou tyto dva válcové vývrty v každé trysce spojeny, s rovinou desky.

Při ' zvlákňování skla pomocí trysky podle , vynálezu se vyloučí nerovnoměrný stav radiace ' a absorpce tepla v kuželích skloviny, čímž ,se zajistí stabilní zvlákňování skloviny, aniž se kužele skloviny spojují.

Předmět vynálezu, stejně jako jeho výhodné znaky, vysvitnou lépe z následujícího popisu výhodných provedení, ve spojení s připojenými výkresy, ve kterých obr. 1 ' je částečný řez dnem·' známé výtokové misky, u níž každá tryska nebo' otvor sestává ze dvou souosých válcových vývrtů rozdílných průměrů, upravených za sebou, obr. 2 je vysvětlující znázornění stavu radiacei a absorpce tepla u trysek ve dnu výtokové misky z obr. 1 a obr., 3 a 4 jsou částečnými řezy dnem· výtokové misky podle vynálezu.

Před popisem výhodného provedení vynálezu bude' vysvětlen dosavadní stav techniky s odkazem na obr. 1 a 2.

Jak' bylo dříve uvedeno, jsou vlákna, vytahovaná z kuželů skloviny, ležících na obvodě dna výtokové misky, vlivem rozdílných podmínek tepelné radiace a absorpce náchylnější k přetržení než vlákna získaná z trysek umístěných uvnitř vzhledem k obvodovým tryskám. .

Jak je zřejmé z obr. 1, tvoří sklovina, vypouštěná obvodovými tryskami 1 nebo otvory 1 obvodové kužele 3, a vnitřními tryskami 1’ nebo otvory vnitřní kužele 3’, jež visí ze spodního povrchu dna 2 výtokové misky, a jsou nakonec vytahovány do obvodových vláken 4 a vnitřních vláken 4’. Během zvlákňování existuje určitý vztah tepelné radiace a absorpce (jak je označeno šipkami A] mezi sousedními kuželi 3’ a 3’ pod tryskami 1’ a 1’, které leží směrem, , dovnitř od obvodové trysky 1. Pokud , však jde o kužel 3 , pod obvodovou tryskou 1, pak i přesto, že byl zjištěn v podstatě ekvivalentní vztah tepelné radiace a absorpce představované šipkou A, mezi . obvodovým kuželem 3 a sousedním vnitřním kuželem 3’, byla zjištěna pouze tepelná radiace, naznačená šipkou B směrem k okraji dna výtokové misky.

V důsledku toho trpí obvodové kužele 3 větší ztrátou tepla než vnitřní kužele 3’. Kužele 3 skloviny z obvodových trysek 1 mají proto nižší teplotu a v souhlase s tím vyšší viskozitu než ostatní, to je vnitřní kužele 3’. Vyšší , viskozita vede přímo, k snížení rychlosti , proudu skloviny obvodovými tryskami , 1 v, důsledku takto' vzrostlého odporu ' proti proudění, takže kužele , 3 roztavené skloviny , pod obvodovými tryskami , 1 mohou být ' stabilizovány. ' jen , v menší míře, jak je označeno¹ čerchovanou čarou 3” v obr.

i. . .'· - ·.·... ..

Působí-li ' tedy ' tahové síly , při zvlákňování rovnoměrně ná ', kužele skloviny, nemohou kužele , skloviny, vyšlé z obvodových trysek , vydržet tato- tahová napětí vzhledem k sníženému přívodu skloviny a nakonec se přetrhnou.

Obr. 2 ukazuje tento vztah tepelné radiace a absorpce podrobněji. Za předpokladu, že trysky jsou uspořádány s konstantní roztečí a ve dvou kolmých směrech, lze mezi obvodovými tryskami 1 a vnitřními tryskami 1’ odvodit vztah, uvedený v následující tabulce:

Počet trysek ve vzdálenosti V2a

Počet trysek ve vzdálenosti a

Poměr tepelné radiace k absorpci

Poloha trysek

Vnitřní trysky 1'4

Obvodové trysky 13

20,67

Jak Je zřejmé z předchozí tabulky, může obvodová tryska 1 absorbovat teplo v množství, které dosahuje pouze 67 % tepla získaného vnitřními tryskami 1'. To znamená, že sklovina vyšlá z obvodových trysek 1 vyzáří větší množství tepla z celkového množství získaného tepla, takže má nižší teplotu než sklovina vystupující z vnitřních trysek 1'. Rozdělení teplot na dnu 2 výtokové misky je tedy v rozsáhlé míře ovlivněno stavem tepelné radiace, zčásti proto, že. trysky 1, 1' jsou seřazeny velmi těsně vedle sebe, to· je kužele 3, 3' skloviny leží vedle sebe · velmi těsně, a zčásti proto, že nucený · přívod chladicího vzduchu pro udržování tvaru kuželů působí rovnoměrně na všechny trysky 1, · 1', což má za následek podstatné kolísání teploty na dnu 2 výtokové misky.

Vynález má za cíl překonat výše popsané nevýhody dosavadního stavu techniky vytvořením zlepšeného dna výtokové misky, jak bude dále popsáno.

Podle obr. 3 má dno 2 výtokové misky podle vynálezu obvodové a vnitřní otvory nebo trysky 1, 1', z nichž každá sestává ze dvou za sebou ležících . . souosých válcových vývrtů rozdílných průměrů, spojených kuželovitou mezilehlou sekcí. Obvodové trysky 1 a vnitřní trysky 1’, ležící na vnitřní straně opiroti obvodovým tryskám 1', mají stejný průměr y na výstupní straně skloviny. Osové délky Ly a Ly' vývrtů na výstupní straně obvodových a vnitřních trysek 1, 1' jsou stejné. Také vzdálenost mezi stěnami. vývrtů na výstupní straně sousedních vnitřních trysek 1' a vzdálenost mezi stěnami vývrtů na výstupní straně· obvodových trysek 1, jakož i vzdálenost mezi stěnami vnitřních trysek 1' a obvodových trysek 1 je stejná a je označena a. Aby se snížil třecí . odpor, jemuž je . podroben proud skloviny při průchodu obvodovými tryskami 1, vytváří se průměr x vývrtů na vstupní straně obvodových trysek 1 tak, aby byl větší· než průměr x' .vnitřních. vývrtů, přičemž vývrty na vstupní straně u obvodových i vnitřních trysek 1, 1' mají stejnou osovou délku Lx a L/.

V jiném případě, jak je znázorněno v obr. 4, mají nejen vývrty na výstupní straně obvodových a vnitřních trysek 1, Γ stejný průměr y, ale také průměry x a x' vývrtů na vstupní straně obou trysek 1, 1' mohou být stejné, zatímco· osová délka L_x vývrtů na vstupní straně obvodových trysek 1 může být větší než délka L_x- na vstupní straně vnitřních trysek 1’, takže vývrty na výstupní straně obvodových trysek 1 mohou mít osovou délku Ly, která je menší než délka Ly· vývrtů na výstupní straně vnitřních trysek 1’.

je zřejmé, že se uspořádáním podle otel 3 a 4 dosáhne menšího třecího· odporu u obvodových. trysek 1 než u vnitřních trysek 1'. Tentýž stav může být také dosažen vhodnou kombinací uspořádání podle obr. 3 a 4. Velikost proudu skloviny procházející obvodovou tryskou 1 je pak větší než velikost proudu skloviny vnitřní tryskou 1' vlivem menšího třecího odporu. Výsledkem je, že přírůstek velikosti proudu obvodovými tryskami 1 kompenzuje větší podíl tepelné radiace vůči tepelné absorpci u obvodových trysek 1 než u vnitřních trysek 1’, čímž se zajistí,· že kužele skloviny u obvodových trysek 1 mají rozměr v podstatě stejný, jako je rozměr · kuželů skloviny u vnitřních trysek 1'.

Na · základě tohoto · principu se došlo po intenzívním studiu a pokusech k závěru, že nejlepší výsledek se získá, exisíiLije^^li mezi obvodovými a vnitřními tryskami 1, 1' tento · vztah:

Λ = 0,57 Zu — 0,86 y_u.

Ve výše uvedené rovnici y_s je proměnná, která · je určena rozměry obou válcových vývrtů obvodové trysky, zatímco y_u je také proměnná, která je určena rozměry obou válcových vývrtů vnitřních trysek ys a yu jsou proměnné, které odpovídají následujícím· rovnicím.

. _Lx b_y (x3 — y3) tg Θ '^fii x< ⁺ V ⁺ ......6x3y3 ’ ’ . - _kx:_ 4. . (x’3 — y3] tg θ ' ' X’4 y< 6x’^5y3 ’

Ve výše uvedených rovnicích označují jednotlivé symboly rozměry částí trysek znázorněných v obr. 3 a 4 podle této tabulky:

7	207477 obvodové trysky	a vnitřní trysky
Průměry vývrtů na vstupní straně trysek	X		X'
Osové délky vývrtů na vstupní straně trysek	LX		Lx-
Průměry vývrtů na výstupní straně trysek Osové délky vývrtů na výstupní straně trysek	Ly	y	Ly'
Úhel, který svírá kuželovitá mezilehlá trysková sekce s rovinou tryskové desky	Θ

Třecí odpor, s nímž se proud skloviny setkává při průchodu tryskou, se zvětšuje, když tyto proměnné y_s a y_u rostou, takže intenzita proudění se snižuje, zatímco třecí odpor klesá, jestliže se tyto proměnné zmenšují, čímž je umožněna větší intenzita proudění.

Bylo potvrzeno, že když ys je větší než 0,86 yu, stává se přívod skloviny do· obvodových: trysek 1 nedostatečným, takže kužele skloviny jsou menší u obvodových trysek 1 než u vnitřních trysek 1', čímž se možnost přetržení vláken u obvodových trysek 1 zvyšuje.

Naopak zase, je-li y_s menší než 0,57 y_n, je přívod skloviny obvodovými tryskami 1 nadměrný, čímž se vyvolá spojování kuželů skloviny, vytvořených u obvodových trysek 1 s kužell skloviny u vnitřních trysek 1'.

Jak bylo uvedeno dříve, jedná se o· dno 2 výtokové misky, které má velký počet trysek seřazených s tak malou roztečí, to je tak vysokou hustotou, jaká by přirozeně vyvolala spojování kuželů skloviny, kdyby tam nebyl žádný omezovač. Třebaže rozteč nemůže být jednoduše určena, protože závisí na různých faktorech, jako je množství skloviny ve zvlákňovací peci, složení skla, teplota tavení skloviny, teplota zvlákňování, tvar trysky, rychlost zvlákňování, množství chladicího vzduchu působícího· na dno výtokové misky, rychlost chladicího · vzduchu a· tak podobně, nedojde k podstatné chybě, když se uvede, že rozteč, s níž jsou trysky seřazeny ve dnu 2 výtokové misky podle tohoto vynálezu, je příkladně 2,0 mm nebo menší, měřeno mezi přilehlými stranami sousedních trysek.

Za· předpokladu, že vzdálenost mezi přivrácenými stranami stěn sousedních trysek je 1,0 mm, může dno výtokové misky, vytvořené podle vynálezu, vytvářet kužele skloviny z obvodových trysek, které mají tentýž rozměr, jako kužele získané z vnitřních trysek. Protože všechny sousedící trysky jsou seřazeny s konstantní roztečí, je možnost vzájemného styku kuželů skloviny stejná po celé ploše dna výtokové misky, takže se dosáhne stabilního kontinuálního zvlákňování, aniž se kužele skloviny spojují·

Není třeba rozvádět, že vynález se vztahuje nejen na výtokovou misku s pravoúhlým dnem, ale · také na výtokovou misku s kruhovým dnem. V tomto případě mohou být trysky uspořádány v několika soustředných kruzích vytvořených ve dnu kruhové výtokové misky.

Uvedené výhody vynálezu budou zřetelnější z následujících praktických příkladů.

Příklad 1

Bylo vyrobeno dno výtokové misky tak, aby vyhovovalo požadavkům vynálezu podle podmínek, uvedených v následujících tabulkách.

Rozměr dna výtokové misky 250 x 46 x 2 mm materiál dna výtokové misky 80 ·% platiny — 20 % rhodia počet trysek 2008 vzdálenost mezi středy sousedních otvorů 1,90 mm intenzita zvlákňování 800 až 1000 g/mín rychlost zvlákňování 300 až 1000 m/min

2'0*7 4 ' 7 7

	··* ‘••••, - ýnitřní.tryšfty	10 '..... obvodové - trysky
průměry vývrtů na vstupní straně trysek osová délka vývrtů na vstupní		x' = 1,50 mm	x = 1,70 mm
straně trysek průměry vývrtů na výstupní		L_x' = 1,34 mm	Lx = 1,34 mm
straně trysek . osové délky vývrtů na výstupní		y = 1,00 mm	y = 1,00 mm
straně trysek		Ly· = 0,51 mm	Ly = 0,46 mm
úhel, který svírá kuželová mezilehlá trysková sekce s rovinou dna výtokové misky		Θ = 30°	0 = 30°
	y	= 0,67	• ^5— = 0^,59
	X'	X
vzdálenosti mezi stěnami sousedních trysek u výstupní strany skloviny			0,90 mm
proměnná trysek		Xu = 0,842	Λ = 0,697
poměr proměnných	Xs	= 0,83

Г»

Jiné dno výtokové, misky pro srovnávací účely bylo připraveno za stejných podmínek, ale tak, aby mělo obvodové a vnitřní trysky téhož tvaru a rozměru, jak je obvyklé při konvenčním uspořádání. Pak byla provedena série zkoušek pro srovnání frekvence přetržení vláken u obvodových trysek mezi oběma dny výtokových misek. · Výsledky zkoušek jsou uvedeny v · následující tabulce.

rychlosti zvlákňování

300 · m/min

600 m/min

1000 m/min dno výtokové misky podle vynálezu známé dno výtokové misky jedno· přetržení za hodin jedno přetržení za min jedno přetržení za hodin jedno· přetržení za 4 min jedno přetržení za hodiny jedno přetržení · za sekund

P^:íklad 2

Bylo vyrobeno dno výtokové misky v souhlase s požadavky vynálezu podle podmínek uvedených v následujících tabulkách.

Rozměr dna výtokové misky 380 x 52 x 2 mm materiál dna výtokové misky — — 90 % platiny — 5 % zlata — 5 % paládia počet trysek , 4000 vzdálenost mezi středy sousedních otvorů 1,85 - mm intenzita zvlákňování 1500 g/min rychlost zvlákňování · · · - 300 · až 900 m/min vnitřní trysky obvodové trysky průměr vývrtů na vstupní straně trysek osová délka vývrtů na vstupní straně trysek průměry vývrtů na výstupní straně trysek osové délky vývrtů na výstupní straně trysek úhel, který svírá kuželová mezilehlá trysková sekce s rovinou tryskové desky

X' vzdálenosti mezi stěnami sousedních trysek u výstupní strany skloviny proměnná trysek x' = 1,40 mm

L_x· = 0,99 mm y = 1,10 mm

Ly· = 0,92 mm = 0,79 x == 1,60 mm

Lx = 1,33 mm:

y = 1,10 mm

L_y — 0,50 mm

Θ = 30°

0,69

0,75 mm

Xu = 0,923

Ys = 0,554 poměr proměnných = 0,600

X^u

Pra srovnání bylo vyrobeno jiné dno výtokové misky za stejných podmínek, ale s obvodovými a vnitřními tryskami stejného rozměru a tvaru, jak je obvyklé při konvenčním uspořádání. Pak byly provedeny stejné zkoušky pro srovnání četností přetržení vláken u obvodových trysek mezi oběma dny výtokóvých misek a byly získány výsledky uvedené v následující tabulce.

rychlosti zvlákňování

300 m/min

600 m/min

900 m/min dno výtokové misky podle vynálezu známé dno výtokové misky jedno přetržení za hodiny jedno přetržení za 10 min jedno přetržení za 4 hodiny jedno' přetržení za min jedno přetržení za 2 hodiny jedno přetržení za s

Ze srovnání, jak byla popsána ve spojení s příklady 1 a 2, je zřejmé, že četnost přetržení vláken u obvodových trysek může být velice snížena v porovnání s konvenčním uspořádáním, čímž se dosáhne stabilního a kontinuálního zvlákňování.

Claims

pRedmét vynalezu

1. Dno výtokové misky na zvlákňování skla, tvořené deskou s rovnou spodní plochou, opatřenou otvory nebo tryskami, uspořádanými těsně vedle sebe, z nichž každý otvor nebo tryska sestává ze dvou za sebou upravených souosých válcových vývrtů o různých průměrech, přičemž jeden z těchto vývrtů vyúsťuje na horním povrchu desky a tvoří vývrt na vstupní straně pro roztavenou sklovinu, kdežto druhý vývrt vyúsťuje na spodním povrchu desky a tvoří vývrt na výstupní straně pro roztavenou sklovinu, vyznačené tím, že mezi obvodovými otvory nebo tryskami (1) a vnitřními otvory nebo tryskami (l’j, umístěnými směrem dovnitř oproti obvodovým otvorům nebo tryskám (1) existuje vztah vyjádřený rovnicí:

y_s = 0,57 γ_α — 0,86 γ_υ, kde χ₅ a γ_α jsou proměnné, závislé na rozměrech vývrtů obvodových trysek (1) a vnitřních trysek (Г), a dané těmito rovnicemi:

L.

(x⁵ — y³} tg Θ

L_yy4

6x3y3

П _X4 (x’³ — y³) tg Θ

6x’³y³ kde x a x’ jsou průměry vývrtů na vstupní straně příslušných obvodových a vnitřních trysek (1, 1’), L_x a L/ jsou osové délky vývrtů na vstupní straně příslušných obvodových a vnitřních trysek (1, 1’), у je průměr vývrtů na výstupní straně obvodových a vnitřních trysek (1, l’J, L_y a L/ jsou osové délky vývrtů na výstupní straně příslušných obvodových a vnitřních trysek (1, 1’) a Θ je úhel, který svírá kuželovitá mezilehlá sekce, jíž jsou tyto dva válcové vývrty v každé trysce (1, 1’) spojeny, s rovinou desky.
2. Dno výtokové misky podle bodu 1, vyznačené tím, že osové délky (L_x a L_x ) vývrtů na vstupní straně stejně jako osové délky (L_y a Ly·) vývrtů na výstupní straně, jsou totožné, zatímco průměr (x) vývrtu na vstupní straně obvodových trysek (1) je větší než průměr (x’j vývrtu na vstupní straně vnitřních trysek.
3. Dno výtokové misky podle bodu 1, vyznačené tím,, že průměry (x a x’j vývrtů na vstupní straně obvodových a vnitřních trysek (1, 1’) jsou stejné, zatímco osová délka (L_x) vývrtů na vstupní straně obvodových trysek (1) je větší než osová délka (L_x ) vnitřních trysek (1’) a osová délka (Ly) vývrtů na výstupní straně obvodových trysek (1) je menší, než osová délka (L_y'J vnitřních trysek (1’).