NO134416B

NO134416B -

Info

Publication number: NO134416B
Application number: NO3742/73A
Authority: NO
Inventors: C R Macpherson; R E Boyce; A G Smith
Original assignee: Ferro Corp
Priority date: 1973-09-24
Filing date: 1973-09-24
Publication date: 1976-06-28
Also published as: NO134416C; NO374273L

Description

Oppfinnelsen vedrorer en fremgangsmåte for anvend- The invention relates to a method for using

else ved kontinuerlig produksjon av glassfibertråder. etc. during continuous production of glass fiber threads.

Flere metoder har tidligere vært anvendt ved bearbeidelse av glass i den hensikt å tilveiebringe tynne filamenter eller fibre for anvendelse ved forsterkning av forskjellige termoherdende harpikser når disse formes til bruksgjenstander. Several methods have previously been used in the processing of glass with the aim of providing thin filaments or fibers for use in strengthening various thermosetting resins when these are formed into articles of use.

En fremgangsmåte omfattet de trinn å smelte glassmasse i en forholdsvis stor glass-smelteovn, raffinere glasset i et raffi-neringskammer anordnet i forbindelse med smelteovnen og derpå forme glasset til sfæriske legemer eller kuler som så ble avkjolt til romtemperatur. One method included the steps of melting glass mass in a relatively large glass melting furnace, refining the glass in a refining chamber arranged in connection with the melting furnace and then shaping the glass into spherical bodies or spheres which were then cooled to room temperature.

Slike glasskuler ble'senere tilfort en strålemater, som ble opp-varmet elektrisk for å smelte glasskulene igjen til en viskosi-tet, slik at strommer av glass kunne passere gjennom åpninger i strålemateren. Slike glasstrommer ble derpå trukket ut til filamenter, som så konvergerte og ble samlet opp i form av en tråd på en spindel som roterte med stor hastighet. Such glass balls were later fed to a beam feeder, which was heated electrically to melt the glass balls again to a viscosity so that streams of glass could pass through openings in the beam feeder. Such glass drums were then drawn out into filaments, which then converged and were collected in the form of a thread on a spindle that rotated at high speed.

Denne kulemetode var kostbar ved at den krevet spesiell appara-tur for behandling og fremmating av glasskulene, samt krevet ytterligere store mengder av elektrisk energi for resmelting av kulene efterat de var blitt avkjolt til romtemperatur.. This ball method was expensive in that it required special equipment for processing and feeding the glass balls, as well as requiring additional large amounts of electrical energy to remelt the balls after they had cooled to room temperature.

I den senere tid er den såkalte "direkte smelte"-metode kommet til anvendelse, hvor glassmassen reduseres til en smeltet tilstand og raffineres i en egnet ovn, hvorpå det smeltede glass direkte strommer fra smelteovnen gjennom en forherdekanal, langs bunnen av hvilken det er anordnet en rekke strålematere som mottar det smeltede glass direkte fra forherden og som tynner ut glasset til filamenter som så samles til en tråd, idet meget av det samme system som for glasskulene anvendes. In recent times, the so-called "direct melting" method has come into use, where the glass mass is reduced to a molten state and refined in a suitable furnace, whereupon the molten glass directly flows from the melting furnace through a prehardening channel, along the bottom of which it is arranged a series of beam feeders which receive the molten glass directly from the preheater and which thin the glass into filaments which are then collected into a wire, much of the same system as for the glass balls being used.

Den direkte smeltemetode var en vesentlig forbedring ved at man eliminerte dannelses-og resme1tingstrinnet, hvilket betydde en vesentlig besparelse. The direct melting method was a significant improvement in that the forming and resmelting step was eliminated, which meant a significant saving.

Allikevel var omkostningene ved til å begynne med å måtte: smelte glassråmassen og redusere glasset til smeltet tilstand fremdeles meget hoye i tillegg til at det ble krevet megen varme for å smelte glasset og holde det i smeltet tilstand slik at svær varmetilforsel var nodvendig bare for å opprettholde temperaturen i de vanlige, kuppelformede glass-smelteovner med disses massive, ildfaste overbygning og deres hulrom for luftvolumet over det relativt grunne forråd av smeltet glass. Ineffestivi-teten gjorde seg også gjeldende ved enorme varmetap opp gjennom avtrekket på grunn av den turbulens som ble frembragt av rekkene av hdytrykksbrennere som rettet varmen direkte inn i ovnens luftvolum. Even so, the costs of initially having to: melt the glass raw mass and reduce the glass to a molten state were still very high, in addition to the fact that a lot of heat was required to melt the glass and keep it in a molten state so that a large heat input was necessary just to maintaining the temperature in the usual dome-shaped glass-melting furnaces with their massive, refractory superstructures and their cavities for the volume of air above the relatively shallow supply of molten glass. The ineffectiveness also manifested itself in enormous heat losses up through the chimney due to the turbulence produced by the rows of high-pressure burners which directed the heat directly into the oven's air volume.

Det har således vært et lenge folt savn å tilveiebringe midler for smelting av råglassmaterialet, hvorved dettes smelting kan skje hurtig og effektivt i en forholdsvis liten, begrenset smel-tesone under eliminering av den ineffektive bassengsmelteovn som hittil har vært anvendt ved den direkte smeltemetode. It has thus been a long-standing need to provide means for melting the raw glass material, whereby its melting can take place quickly and efficiently in a relatively small, limited melting zone while eliminating the inefficient basin melting furnace that has hitherto been used in the direct melting method.

Oppfinnelsen omfatter elektrisk smelting av fiberglassråmateri-ale for direkte bearbeidelse til forsterkningstråder. The invention includes electric melting of fiberglass raw material for direct processing into reinforcing wires.

Elektriske ovner for fremstilling av forskjellige slags glass Electric furnaces for the production of different types of glass

og keramisk materiale har vært kjent i mange år. På grunn av beskaffenheten av den elektriske smelting, arbeider disse ovner ved meget hoye temperaturer langt over de temperaturer som normalt anvendes for smelting av ordinært glass. and ceramic material has been known for many years. Due to the nature of the electric melting, these furnaces work at very high temperatures far above the temperatures normally used for melting ordinary glass.

Ved det tidligere direkte smeltesystem, hvorved glass ble smeltet i en glass-smelteovn og derpå tilfort direkte til overgangsror, arbeidet ovnene normalt ved en maksimumstemperatur på 1425°C In the previous direct melting system, whereby glass was melted in a glass-melting furnace and then supplied directly to the transfer tube, the furnaces normally operated at a maximum temperature of 1425°C

med en reduksjon i temperaturen på omkring 120°C til filamen-teringspunktet, eller til omkring 1290°C. with a reduction in temperature of about 120°C to the filamentation point, or to about 1290°C.

Det vil derfor lett forstås at unntagelsen vil være at elektrisk smelting er fullstendig uegnet for direkte smelting av den grunn at på grunn av relativt hurtig, til og med voldsom, smelting og "short soak", vil det smeltede glass som avgår fra undersiden av den elektriske digelovn, være temmelig gassholdig, turbulent, relativt uraffinert og stort sett uegnet for filamentdannelse på grunn av tilstedeværelsen av ureagert råmateriale, bobler m.v., hvilket alt sammen gjor kontinuerlig, effektiv filamentdannel.se umulig. It will therefore be readily understood that the exception would be that electric melting is completely unsuitable for direct melting for the reason that due to relatively rapid, even violent, melting and "short soak", the molten glass departing from the underside of the electric crucible furnaces, be rather gaseous, turbulent, relatively unrefined and mostly unsuitable for filament formation due to the presence of unreacted raw material, bubbles etc., which all together make continuous, efficient filament formation impossible.

Det er kjent at for filamentering av glass, må dette være fullstendig homogent, hoyst ensartet og konsistent såvel kjemisk som fysisk. Glass av den type som anvendes ved fremstilling av glassfibertråder, betraktes som vesentlig "finere" enn den grovere form for glassfibre eller keramikk som anvendes for isolasjonsoyeméd og for hvilke elektrisk smelting lett kan til-passes. I sistnevnte tilfelle har elektrisk smelting av visse ildfaste materialer for fremstilling av stenull vært anvendt, men ensartethet og homogenitet av det endelige produkt er på langt nær så kritisk som for glass beregnet for filamentdannelse for anvendelse ved forsterkning av termoherdende harpikser. It is known that for filamentation of glass, this must be completely homogeneous, highly uniform and consistent both chemically and physically. Glass of the type used in the manufacture of glass fiber threads is considered to be significantly "finer" than the coarser form of glass fibers or ceramics used for insulating materials and for which electric melting can easily be adapted. In the latter case, electric melting of certain refractories for the manufacture of rock wool has been used, but uniformity and homogeneity of the final product is nearly as critical as for glass intended for filament formation for use in reinforcing thermosetting resins.

Det har nu vist seg at glass med hell kan smeltes for direkte filamentdannelse under anvendelse av en elektrodemotstandsovn, til tross for det forhold at en slik ovn smelter glass temmelig It has now been found that glass can be successfully melted for direct filament formation using an electrode resistance furnace, despite the fact that such a furnace melts glass rather

voldsomt, turbulent og i en meget begrenset sone ved ekstremt hoye temperaturer oppimot 2205°C, og med praktisk talt ingen mulighet for raffinering eller "soak", sammenlignet med den forholdsvis roligere smelting og raffinering som foregår i de lange og rommelige glass-smelteovner som hittil har vært anvendt . violently, turbulently and in a very limited zone at extremely high temperatures of up to 2205°C, and with practically no possibility of refining or "soaking", compared to the relatively quieter melting and refining that takes place in the long and spacious glass melting furnaces that has so far been used.

Der kan benyttes et apparat for kontinuerlig fremstilling av forsterkende fiberglasstråder direkte fra pulverformet råglassmateriale av den type som omfatter en ovn, i hvilken glassmassen smeltes, en kanal for å fore det smeltede glass til en forherd som har et antall strålematere, og en anordning for å trekke glassfibre fra strålematerne og oppsamle disse i form There can be used an apparatus for the continuous production of reinforcing fiberglass threads directly from powdered raw glass material of the type comprising a furnace in which the glass mass is melted, a channel for feeding the molten glass to a preheater having a number of beam feeders, and a device for pull glass fibers from the beam feeders and collect these in form

av en fiberglasstråd, idet of a fiberglass thread, ie

glass-smelteovnen er en elektrodemotstandsovn av den type i hvilken glassmassen og det smeltede glass i ovnen oppvarmes ved passasje av en elektrisk strom, og hvor ovnen arbeider for smelting av råglassmaterialet ved en temperatur i området 1930°C til 2205°C og leverer det smeltede glass ut i en jevn strbm ved en temperatur i området 1485°C til 1705°C, idet videre midler er anordnet for å fore det smeltede glass som kommer fra glass-smelteovnen, direkte til en stabiliseringskanal, som er helt uavhengig av glass-smelteovnen og ligger nær ved forherden. The glass melting furnace is an electrode resistance furnace of the type in which the glass mass and the molten glass in the furnace are heated by the passage of an electric current, and where the furnace works to melt the raw glass material at a temperature in the range of 1930°C to 2205°C and delivers the molten glass out in a uniform stream at a temperature in the range of 1485°C to 1705°C, further means being provided to feed the molten glass coming from the glass melting furnace directly into a stabilization channel, which is completely independent of the glass melting furnace and is close to the fore hearth.

Oppfinnelsen tilveiebringer en fremgangsmåte for kontinuerlig fremstilling av forsterkende fiberglasstråder direkte fra en pulverformet råglassmasse, omfattende de trinn å smelte råglassmassen, raffinere det smeltede glass, fore det raffinerte, smeltede glass til strålematere og trekke det smeltede glass derfra til tråder, idet denne fremgangsmåte kjennetegnes ved de trinn at det anvendes elektrisk smelting av råglassmassen ved en temperatur i området 1930 til 2205°C under anvendelse av råglassmasse og smeltet glass som direkte leder i en elektrode-rnotstandssmelteovn for å tilveiebringe en kontinuerlig strom av smeltet glass, separat stabilisering av den kontinuerlige strom av smeltet glass og justering av dets temperatur til innenfor området 1260 til 1425°C samt derpå trekking av fibre ved en temperatur innenfor området 1260 til 1345°C. The invention provides a method for the continuous production of reinforcing fiberglass threads directly from a powdered raw glass mass, comprising the steps of melting the raw glass mass, refining the molten glass, feeding the refined, molten glass to beam feeders and drawing the molten glass from there into threads, this method being characterized by the step of employing electric melting of the green glass mass at a temperature in the range of 1930 to 2205°C using green glass mass and molten glass as direct conductors in an electrode resistance melting furnace to provide a continuous stream of molten glass, separate stabilization of the continuous stream of molten glass and adjusting its temperature to within the range of 1260 to 1425°C and then drawing fibers at a temperature within the range of 1260 to 1345°C.

Det skal nu vises til tegningene, hvor fig. 1 skjematisk viser de komponenter som inngår i et apparat ifolge oppfinnelsen, og Reference will now be made to the drawings, where fig. 1 schematically shows the components included in a device according to the invention, and

Fig. 2 er et snitt efter linjen 2-2 i fig. 1 og som ytterligere viser et konvensjonelt apparat for å trekke filamenter og fore disse sammen til en tråd. Fig. 2 is a section along the line 2-2 in fig. 1 and which further shows a conventional apparatus for drawing filaments and bringing them together into a thread.

Ved utforelse av fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen er som det vil sees av fig. 1, en renne 1 forbundet med en hensiktsmessig vanlig kilde for pulverformet råglassmasse, som kontinuerlig tilforer glass 2 til en elektrisk motstandsovn 3. When carrying out the method according to the invention, as will be seen from fig. 1, a chute 1 connected to a suitable common source of powdered raw glass mass, which continuously supplies glass 2 to an electric resistance furnace 3.

Om onskelig kan ved anvendelse av flere fleksible kanalanord-ninger, råmaterialrennen 1 roteres om den indre periferi av ovnen 3 for derved kontinuerlig og jevnt å fordele råmaterialet rundt ovnens 3 indre omkrets i overensstemmelse med en på forhånd bestemt plan. If desired, by using several flexible channel devices, the raw material chute 1 can be rotated around the inner periphery of the furnace 3 to thereby continuously and evenly distribute the raw material around the inner circumference of the furnace 3 in accordance with a predetermined plan.

Alternativt kan en roterende skummer anvendes for kontinuerlig Alternatively, a rotary frother can be used for continuous

å holde riktig nivå på råmaterialet i den ovre del av ovnen 3, hvilket råmateriale også tjener som varmeisolasjon for reduksjon av varmetapene fra smelteovnen. to maintain the correct level of the raw material in the upper part of the furnace 3, which raw material also serves as thermal insulation to reduce the heat losses from the melting furnace.

Midler for dispergering av råglassmaterialet til ovnen 3 er imidlertid valgfritt, da dette ikke er noen vesentlig del ved oppfinnelsen. Means for dispersing the raw glass material for the furnace 3 is, however, optional, as this is not an essential part of the invention.

Råglassmaterialet blir kontinuerlig smeltet i ovnen 3 ved en temperatur på omkring 1930° og 2205°C, og en resulterende jevn strom av smeltet glass 4 avgår kontinuerlig fra bunnen av ovnen 3, idet glasset da har en temperatur på fra omkring 1485° til 1705°C på utmatningsstedet. The raw glass material is continuously melted in the furnace 3 at a temperature of about 1930° and 2205°C, and a resulting steady stream of molten glass 4 continuously departs from the bottom of the furnace 3, the glass then having a temperature of from about 1485° to 1705° C at the point of discharge.

I den viste utforelse blir smeltet glass 4 kontinuerlig utmatet mot en skrånende, varmemotstandsdyktig foring 5, fortrinnsvis av platina, hvorfra glasset av tyngdekraften strommer direkte inn i stabiliseringskanalen 6. In the embodiment shown, molten glass 4 is continuously discharged towards an inclined, heat-resistant liner 5, preferably of platinum, from which the glass by gravity flows directly into the stabilization channel 6.

Denne stabiliseringskanal 6 har fortrinnsvis rektangulær form This stabilization channel 6 preferably has a rectangular shape

og er av egnet ildfast materiale. Temperaturen holdes stabilt på en temperatur fra omkring 1260°C til 1425°C ved vanlige oljebrennere 7 som kan være anbragt enten i toppen eller- langs sidene slik som vist. and is made of suitable refractory material. The temperature is kept stable at a temperature from around 1260°C to 1425°C with ordinary oil burners 7 which can be placed either at the top or along the sides as shown.

Fra stabiliseringskanalen 6 fores det smeltede glass kontinuerlig under en skummervegg 8 inn i forherden 9, hvor konvensjonelle brennere 10 anbragt i toppen eller på sidene tilveiebringer og opprettholder temperaturer for filamentering av glasset,, dvs. From the stabilization channel 6, the molten glass is fed continuously under a foam wall 8 into the pre-heater 9, where conventional burners 10 placed at the top or on the sides provide and maintain temperatures for filamentation of the glass, i.e.

på omkring 1260 til 1345°C. of about 1260 to 1345°C.

Elektrisk oppvarmede strålematere 11 med elektriske klemmer 12, mottar kontinuerlig smeltet glass fra forherden. Electrically heated beam feeders 11 with electrical clamps 12, continuously receive molten glass from the preheater.

Ser man så på fig. 2, så vises der en dam av glass 4 i forherden 9 med strålematere 11. If you then look at fig. 2, a pond of glass 4 is shown in the pre-heater 9 with beam feeders 11.

Filamenter 13 trekkes fra et antall åpninger 14 i bunnen av strålematerne 11, fores over valser 15, samles i punktet 16 til en tråd 17, og opptas på en spole 18 i en hylselignende anordning ved hjelp av en hurtigroterende spindel 19. Tråden Filaments 13 are drawn from a number of openings 14 in the bottom of the beam feeders 11, fed over rollers 15, collected at point 16 into a thread 17, and taken up on a spool 18 in a sleeve-like device by means of a fast-rotating spindle 19. The thread

17 passerer anordningen 20 for den vikles opp. 17 passes the device 20 before it is wound up.

Den foretrukne utforelse for fremgangsmåten forutsetter at temperaturen av glasset i kanalen 6 alltid holdes stabilt på omkring 38,o°C hoyere enn trekktemperaturen i forherden 9. The preferred embodiment of the method assumes that the temperature of the glass in the channel 6 is always kept stable at around 38.o°C higher than the draft temperature in the pre-heater 9.

Den optimale dybde av glassmassen i stabiliseringskanalen 6 The optimal depth of the glass mass in the stabilization channel 6

vil variere mellom 15,24 cm og 25,4 cm med dybden av glasset i forherden opprettholdt på omkring 6,7 cm til 8,3 cm. Dybden av glasset i stabiliseringskanalen vil således være tilnærmet det dobbelte av glassdybden i forherden. will vary between 15.24 cm and 25.4 cm with the depth of the glass in the forehearth maintained at about 6.7 cm to 8.3 cm. The depth of the glass in the stabilization channel will thus be approximately twice the depth of the glass in the pre-heater.

Som vel kjent kan de relative nivåer av glasset i stabiliseringskanalen og forherden bringes til å holdes som bnsket ved en liten justering i temperaturen for de forskjellige prosesstrinn og/eller justering av spalten mellom underkant av skummerveggen 8 og stabiliseringskanalens/ forherdens gulv. As is well known, the relative levels of the glass in the stabilization channel and the preheater can be kept as desired by a slight adjustment in the temperature for the different process steps and/or adjustment of the gap between the lower edge of the foam wall 8 and the floor of the stabilization channel/preheater.

Claims

Process for the continuous production of glass fiber thread directly from a powdered glass material, comprising the steps of melting the raw glass material, refining the molten glass, feeding the refined molten glass to beam feeders and drawing the molten glass into threads, characterized in that it is brought to the melting zone in a electric glass melting furnace, raw glass material is continuously supplied to the surface of molten, electrically conductive raw glass which is kept at a temperature of 1900-2200°C by direct electric current passage so that a floating transition layer is formed on the melt where the added raw glass material gradually melts and thus renews the glass in the melting zone as it is fed out at a temperature of 1480-1700°C to a separate zone where it is stabilized, after which the temperature is adjusted to 1260-1430°C and the glass fiber is then drawn at a temperature of 1260-1350°C.