Получение стекловолокна

1— песок кварцевый; 2 — каолин; 3 — сода кальцинированная;4 —  глинозем; 5 — борная кислота; 6 —  плавиковый шпат; 7 — известняк;8 — доломит;

9 — эрклез; 10 — питатели; 11 — весовые бункера на тензодатчиках;

12 — весовой бункер на тензодатчиках; 13 — ленточный конвейер; 14 — смеситель  лопастной; 15 — кюбель; 16 — пневмокамерный  насос.

Рисунок 7 — Схема приготовления шихты

 

2.2 Технологический процесс производства стеклянных нитей одностадийным методом

Способы выработки стеклянного  волокна классифицируют, исходя из двух основных принципов его формования: 1) утонения струйки стекломассы  и превращение ее в непрерывное  волокно; 2) разделения и расчленения  струи расплавленного стекла при  одновременном вытягивании коротких волокон.

Волокно из струйки стекломассы  вытягивается механическим путем или  с помощью воздуха или пара. Каждый из этих способов может быть одностадийным или двухстадийным. При двухстадийном процессе стеклянное волокно вырабатывается из стеклоплавильных сосудов или печей, питаемых стеклянными  шариками, штабиками или эрклезом.

2.2.1 Описание технологического процесса варки стекла

Стекловаренная  печь состоит из плавильной ванны  и выработочной части (фидера). Плавильная ванна и рекуператор опираются  на металлоконструкцию, установленную  на земле, выработочная часть печи имеет  подвесную конструкцию. Печь имеет  стальную обвязку.

Для компенсации теплового расширения огнеупоров печи во время разогрева  используют стяжки и ходовые болты  для опорных колон и прижимных  плит.

Из  загрузочных бункеров ванных печей  подготовленная шихта подается в  загрузчик шихты. Под каждым бункером установлен рабочий загрузчик шихты  и резервный. Загрузчик представляет собой шнековый конвейер с переменной скоростью вращения, имеет охлаждаемые  водой секции. Скорость подачи шихты  контролируется регулятором уровня стекломассы в зоне №1 либо №4.

Газоснабжение плавильной ванны и фидера осуществляется от индивидуальных ГРУ, отопление плавильной ванны – вихревыми горелками  ГСФ-2, установленными на боковых стенках  печи с каждой стороны. Продукты сгорания отводятся через рекуператор  на установку очистки газовых  выбросов.

Воздух  для горения подается вентиляторами  воздуха. Воздух для горения, поступающий  в плавильную ванну, проходит через  рекуператоры для предварительного нагрева, прежде чем подается на коллекторы воздуха для горения.

Давление  плавильной ванны регулируется путем  нагнетания воздуха вентиляторами  демпферного воздуха в верхнюю  секцию рекуператора.

Обогрев фидера осуществляется смесью природного газа и воздуха,смешивание производится в смесителе. Газовоздушная смесь  подается на горение фидера, проходя  через регулирующие клапаны расхода  и пламяпреградители, установленные  в каждой зоне фидера.

В зоне максимальных температур имеется  система барботажа стекломассы, способствующая перемешиванию стекломассы, ее гомогенизации и осветлению. Сжатый воздух вводится через дно плавильной части печи при помощи трубок (сопел) из платинородиевого сплава. Затем  расплав стекла самотеком идет в  форканал под фасонным бруском с  платиновым покрытием, предназначенным  для перекрытия протока, чтобы удерживать в плавильной части любые нерасплавленные компоненты шихты или малое количество инородных веществ, плавающих на поверхности стекла.

В целях предотвращения перегрева огнеупоров плавильной части  ванной печи и утечки из нее стекла по периметру печи по каналам подается воздух из коллекторов, соединенных  с обдувочными вентиляторами  для охлаждения стенок огнеупорной  кладки печи.

В конце кампании стекловаренной печи, когда местное  разъедание стеклом огнеупорной  кладки печи может вызвать покраснение  огнеупора на внешней стороне  печи, предусмотрена установка панелей  с водяным охлаждением.

2.2.2 Подготовка стекломассы в фидере и подача ее к фильерным питателям

Из выработчной  зоны стекловаренной печи сваренная  стекломасса поступает в фидер. Он предназначен для подготовки стекломассы к процессу формования и подачи ее к фильерным питателям щелевого типа. Фидер представляет собой “Ж” образную систему и состоит из: форканала; промежуточного канала; выработочных каналов.

В форканале и  промежуточном канале происходит стабилизация температуры стекломассы, поступающей  из ванной печи, и гомогенизация.

В дне каждого  выработочного канала фидера имеются 7 щелей прямоугольного сечения, которые  располагаются по всей его длине  на равном расстоянии друг от друга. Продольные оси щелей располагаются перпендикулярно  к продольной оси и параллельно  выработочного канала фидера. Дно  и боковые стенки каналов фидера выполнены из хромоксида и цирконосиликата.

Фидер отапливается предварительно подготовленной газовоздушной  смесью (газ-воздух) с помощью горелок, расположенных по бокам каналов. Для выводки фидеров предусмотрено  по 77 сводовых горелок. Газовоздушная  смесь распределяется по горелкам, проходя через регулирующие клапаны  расхода и через пламяпреградители.

Система отопления  “Ж” образного фидера имеет 6 зон  автоматического регулирования  температурного режима. Каждой зоне присвоен свой порядковый номер: зона отопления  форканала — №1, промежуточного канала — №4, зоны выработочных каналов  соответственно №2;3;5;6.

Зона отопления  форканала фидера разбита на 2 подзоны, а каждая зона выработочного канала по 4 подзоны ручного регулирования  расхода топлива. Все каналы фидера по газовому пространству отделены друг от друга в соответствии с разбивкой  по зонам автоматического регулирования температурного режима.

Удаление продуктов горения  производится через вытяжные трубы, несколько из них расположены  на концах выработочных каналов, а остальные  в месте пересечения промежуточного канала с выработочными каналами. В таблице 4 представлены температуры в фидере.

 

Таблица 4 — Температурный режим фидера

Температура газового пространства		Температура стекломассы
В зоне 1	(1340-1420)±10°С	В зоне 1	(1250-1340)±5°С
В зоне 4	(1310-1380)±10°С	В зоне 4	(1250-1310)±5°С
В выработочных зонах 2;3;5;6	(1310-1380)±10°С	В выработочных зонах 2;3;5;6	(1240-1310)±5°С

Природный газ подается в систему отопления  фидера по газовой магистрали. На входе  газовой линии расположены два  понижающих клапана и регулятор  расхода. Для обеспечения заданного  температурного режима в фидере, предусматривается  автоматическое регулирование давления газа, воздуха, смеси “газ-воздух”  после смесителя, температуры газового пространства в каждой зоне системы  отопления фидера. Предусматривается  ручное регулирование.

Температура в  каждой из девяти зон регулируется автоматически.

Для всех зон  установлено по одной термопаре. Они установлены в зоне через  свод в газовом пространстве канала фидера и выдает сигнал на температурный  преобразователь, установленный на панели управления.

Выходной сигнал подается на соответствующий регулятор  температуры и самописец. В случае отклонения температуры в газовом  пространстве от заданной, клапаном изменяется расход газовоздушной смеси, поступающей  к горелкам зоны отопления фидера.

Соотношение смеси  воздух-газ в зоне фидера регулируется программным контроллером. Входным  сигналом служит расход соотношения (0 — 8,8%), заданный стекловаром. И контроллер выдает сигнал в мА, пропорциональный расходу м³/ ч, который является точкой задания.

Температура газового пространства контролируется термопарой типа “В” с температурным диапазоном от 0 до 1400°С. Сигнал с термопары поступает  на контроллер, который корректирует его на температуру “холодного спая”. В соответствии с полученным сигналом поддерживается заданная температура  с выдачей управляющего сигнала  в мА на клапан.

Программным контроллерам регулируется расход воздуха на фидер. Он принимает входные сигналы  от датчика перепада давления, пропорциональный расходу (м³/ч), от датчика абсолютного давления, пропорциональный абсолютному давлению (кгс/см²), от сенсора температуры. По данным сигнала контролер вычисляет расход по давлению и температуре.

По аналогии для  регулирования подачи газа на горение  в фидере, расхода газа в зоне фидера, установлен  программный  контроллер. Принимает входной сигнал, а на выходе получаются данные, необходимые для определения расхода давления и температуры. Также в каждой зоне фидера контролируется и поддерживается температура стекломассы [4].

 

2.2.3 Выработка комплексных нитей

Выработка комплексных  нитей и ровингов заданной линейной плотности  осуществляется технологическим  оборудованием. Оно представляет собой  прядильные ячейки, которые расположены  на двухэтажной рабочей площадке отделения выработки стеклонити непосредственно под выработочными  каналами фидера.

Под каждым выработочным каналом одностадийных установок  размещается по 7 прядильных ячеек, в которых вырабатываются комплексные  стеклонити и ровинги.

К основному  технологическому оборудованию прядильной ячейки можно отнести:

1) фильерные питатели щелевого типа с количеством щелей 407, 646, 814, 1200, 1600, 2400. Крепление фильерных питателей к каналу фидера осуществляется с помощью комплекта монтажных материалов и приспособлений: монтажной рамы (каркас); трубчатого холодильника (серпантин); зажимных болтов, зажимов, клемных колодок, прокладок; литьевого огнеупора; керамической бумаги; кембрика для изоляции термопар;

2) наматывающие питатели типа БИШОП и DS-370 2/2;

3)ленточные  или замасливающие устройства.

Подготовленная  в фидере стекломасса с температурой (1240 — 1310)±5°С поступает через щели, расположенные в донной части выработочных каналов, в фильерные питатели по их продольным осям — 910мм.

Продольные оси  питателей расположены перпендикулярно  и параллельно осям выработочных каналов фидера. Корпус фильерного питателя выполняет функции электронагревателя, выделяющего тепло при прохождении  через него электрического тока, который  через комбинированный медный шинопровод подводится от трансформатора.

За счет нагрева  корпуса питателя температура поступающей  в него стекломассы поддерживается в выработочном интервале 1290 — 1250°С и автоматическое регулирование  температуры, обуславливающей выработку  стеклонитей определенного текса, производится при помощи высокоточного  регулятора температуры, регулятора напряжения на кремниевом тиристоре и двух термоэлектрических преобразователей, которые приварены  к боковой стенке питателя на расстоянии 3 мм от фильерной пластины. Точность регулирования ±0,25°С.

Окончательно  одготовленная стекломасса под  воздействием гидростатического напора вытекает из фильер в виде струек, которые  охлаждаются при принудительном вытягивании и формуются в  элементарные стеклонити. Отбор тепла  в зоне формования элементарных стеклонитей, способствующих стабилизации процесса выработки стеклонити, осуществляется с помощью водоохлаждаемого холодильника подфильерной зоны ламельного типа. Охлаждение сформованных элементарных стеклонитей  производится путем их орошения водой  с помощью водо–распыляющей форсунки, установленной в районе зоны формования. Давление воды не более 0,7МПа. Для распыления применяется вода питьевая. Расход воды обеспечивается давлением в системе подачи воды и конструкцией форсунки.

Элементарные  волокна собираются в один пучок  и, в зависимости от ассортимента разделяются на одну, две или более  прядей. Каждая прядь заводится в  конусные канавки графитовых нитесборников, расположенных непосредственно под ленточным или валковым замасливающими устройствами.

Замасливатель наносится  на элементарные нити при помощи двух вращающихся лент или графитового  вала замасливающего устройства.

Формование комплексной  стеклонити происходит в конусной канавке  графитового ролика–нитесборника.

Протягивание  через нитесборники комплексных  стелклонитей, оператор включает бобинодержателя  наматывающего аппарата и, пока он набирает скорость, пропускает стеклонити через  выдвинутые в крайнее переднее положение  механизм выводки стеклонити, с помощью  которых стеклонити удерживаются с  краю бобинодержателя, и наматывается на его конечную цилиндрическую часть, предназначенную для начальной  намотки грубых  стекловолокон.

По истечении  заданного времени механизм выводки  стеклонити убирается, стеклонити занимают свое рабочее положение и начинают наматываться на две или одну полипропиленовые или бумажные манжеты, одетые на бобинодержатель.

Равномерная раскладка  нити по всей длине манжет производится с помощью нитераскладчика спиртового типа.