175762. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés rotációs üvegszálképzésre a külső forrógázas szálvékonyítás alkalmazása nélkül
9 175762 10 A fenti tervezési és üzemi paraméterekkel dolgozva, a találmány szerinti berendezéssel és eljárással óránként kb. 453 kg (1000 lbs) szálköteget állítunk elő, amelyben az egyedi szálak átlagos átmérője 3—5 mikron. 2. példa Az 1. példában ismertetett üvegösszetétellel és forgórész anyaggal dolgozva és 38,10 cm (15") átmérőjű forgórészt alkalmazva, amelynek körítőfala 5,08 cm (2") magasságú és 3175 mikron (125 mii) vastagságú és amely 50 000 darab, 254 mikron (10 mii) átmérőjű furatot tartalmaz, lényegében ugyanolyan minőségű terméket kapunk, lényegében azonos teljesítménnyel, mint az 1. példában leírt berendezéssel és eljárással. Ehhez a forgórész kezdeti sebességét, fordulatszámát a kb. 2800—3000 ford/perc tartományba kell emelni, ugyanakkor azonban a forgórész belső hőmérséklete a „h” értéke, az üveg fajsúlya és viszkozitása, valamint az olvadt üveg áramló mennyisége az 1. példában megadottakkal azonosak. A találmány szerinti forgórész kialakításához a forgórész átmérő, a körítőfal vastagság és a szerkezeti anyag megválasztásánál több tényezőt kell figyelembe venni. Először is, amint az a már ismertetett 1. és 3. képletekből kitűnik, a forgórész átmérője módosítható, hogy ezáltal lehetővé tegye a többi üzemi változó értékeinek megfelelő módosítását. Másodszor, ha növeljük a forgórész átmérőjét, növekszik a körítőfal felülete is, amennyiben a körítőfal magasságát változatlanul hagyjuk. Ennek megfelelően, a forgórész átmérő növelésekor a körítőfal magasságát csökkenthetjük, annak érdekében, hogy a felületet állandó értéken tartsuk. Ez a tényező rendkívül fontos. Ha ugyanis növekszik a körítőfal magassága, a körítőfal az üzem közben ébredő centrifugális erők és a forgórész magas üzemi hőmérsékletének hatására középpontjában kifelé törekszik alakját változtatni. Ha ez bekövetkezik, megváltoznak a furatátmérők, nem marad többé állandó a „h” érték és a forgórész gyakorlatilag használhatatlanná válik. Ezért kívánatos a körítőfal magasságát a lehető legkisebb értéken tartani. A körítőfal vastagságának megválasztásánál mérlegelnünk kell és szembe kell egymással állítanunk azt a szilárdságot, amelyet a megnövelt vastagság nyújt, a tömegnek azzal a megnövekedésével, amely együtt jár a megnövelt vastagsággal. A megnövelt körítőfal tömeg fokozza a körítőfal hajlamosságát arra, hogy az üzemi fordulatszámoknál és hőmérsékleteknél vetemedjék és alakját változtassa, deformálódjék. Azt találtuk, hogy az 1. példában leírt ötvözet alkalmazása esetén a körítőfal vastagsága szempontjából megfelelő üzemi tartomány a kb. 1270—6350 mikron (50—250 mii) vastagság. A kb. 1270 mikronnál (kb. 50 mii) kisebb körítőfal vastagság nem nyújtja a forgórészben megkívánt szerkezeti szilárdságot, míg a kb. 6350 mikronnál (kb. 250 mii) nagyobb körítőfal vastagság alkalmazása esetén nem csupán a behatolás válik nehezebbé a szokványos lézersugaras fúrómódszernél vagy a furatok kialakítására használt más egyenértékű technikánál, hanem túlsúlyt és feles tömeget is ad a körítőfalnak, ami csökkenti a fal azon képességét, hogy az üzemi viszonyok között szerkezeti egységét, teljességét megőrizze. Az 1. példában ismertetett, a találmány szerinti forgórész előállítása szempontjából általunk előnyösnek tartott ötvözet egyensúlyt képvisel a magas hőmérsékleten tanúsított szerkezeti szilárdság és a furatokon áthaladóolvadt üveg eróziójával és korróziójával szembeni ellenálló képesség között. Kaphatók más ötvözetek, amelyek magas hőmérsékletű tartós folyásállóságú vagy feszültség alatti alakváltozással szembeni ellenálló képessége az ismertetett ötvözeténél nagyobb. Habár az ilyen ötvözetekből készült forgórészek alakváltozás nélkül üzemeltethetők nagyobb fordulatszámoknál, magasabb hőmérsékleteken és/vagy nagyobb körítőfal magasságoknál, a furatok gyorsabban erodeáltak, berágódtak a rajtuk átfolyó üveg hatására, csökkentve ezáltal a forgórész élettartamát. Egyes megvizsgált ötvözetek nagyobb korrózióállóságot mutattak az olvadt üveggel szemben, ezeknél viszont a tartós folyásállóság volt elégtelen ahhoz, hogy elegendően hosszú időn át álljanak ellen az üzemi hőmérsékleten mutatkozó alakváltozási hajlamnak. A fent leírt eljárás alapján megválasztott tervezési és üzemeltetési paraméterek kiindulási paraméterek. Amint azt már a megelőzőekben említettük, a tervezési paraméterek egyike, a furatátmérő, a forgórész üzemi életkorának előrehaladtával változik és így, hogy a száltermék kívánt átmérőjét megtartsuk, a furatátmérő változásának kiegyenlítésére, egy vagy több paramétert ennek megfelelően változtatnunk kell. A 2. képlet jól használható annak megállapítására, mely paramétert vagy paramétereket és milyen mértékben kell megváltoztatnunk a d furatátmérőben fellépett változás kiegyenlítésére. Szemügyre véve a 2. képletet, láthatjuk, hogy ha a d növekszik, úgy a forgórész fordulatszámát, sebességét kell csökkentenünk és/vagy az üveg viszkozitását kell növelnünk a d0 értékének állandó szinten tartásához. Az üvegsűrűség és a körítőfal vastagsága nem alkalmas paraméterek a forgórész üzem közben módosítására. Ezért a furatátmérő növekedésének kiegyenlítésére előnyösen először az üveg viszkozitását növeljük a forgórész belsejében uralkodó hőmérséklet csökkentésével állandó termék szálátmérő fenntartása érdekében, mindaddig, amíg olyan hőmérséklethez nem érkezünk, amely éppen csak meghaladja azt a hőmérsékletet, amely már elüvegtelenedési problémákat idézne elő a forgórészben levő olvadt üvegben, tehát a likvidusz-hőmérsékletet. Ha egyszer elértük ezt a pontot, növelnünk kell a forgórész sebességét a d furatátmérő növekedése következtében az elsődleges szálakat kibocsátó nyílások N számában fellépő csökkenés kiegyenlítésére (1. az 1. képletet). A kívánt szálátmérő fenntartása érdekében a „h” értéket egy kb. 0,08 (kb. 1/32 in.) körüli legkisebb érték fölött kell tartanunk. Amikor elérkeztünk a gyakorlatilag lehetséges legnagyobb forgórész sebességhez, új forgórészt kell beépítenünk ahhoz, hogy továbbra is a kívánt 7 mikronos vagy ennél kisebb átmérőjű elsődleges szálat gyárthassuk. A gyakorlati tapasztalatok azt mutatják, hogy ha a lehető legnagyobb forgórész-élettartam elérése érdekében az eljárási paramétereket a fent ismertetett módon állítjuk be, a forgórész élettartamának utolsó szakaszában szálképzés csak a körítőfal mintegy alsó felében levő furatokból történik. Ezek szerint a forgórész élettartamának utolsó szakaszában csökken a körítőfal tényleges, illetve hatékony magassága. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 5
