池窑拉丝漏板制造方法及发展方向

池窑拉丝漏板制造方法及发展方向 杨兴无,等:池窑拉丝漏板制造方法及发展方向Fiberglass 应用与交流 池窑拉丝漏板制造方法及发展方向 杨兴无,李小甫 (中材科技股份有限公司,南京210012) 摘要:介绍了池窑拉丝漏板需求和特点,并在此基础上着重对现行池窑拉丝漏板结 构和特点,漏板材料的要求,漏板制 造方法等方面的技术及工艺进行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ,介绍了池窑拉丝漏板加工技术的进展,并提 出池窑拉丝漏板未来的制造方法及发展 方向. 关键词:池窑拉丝;漏板;制造方法;发展方向 DIRECT_MEIBUSHINGFABRICAT10NMETH0DS ANDDEVEL0PINGDIRECTIoN YANGXingwu,LIXiaopu (SinomaScience&TechnologyCo.Ltd,Nanjing210012) Abstract.Therequirementsandfeaturesofdirect-meltbushingsarestated,basedonwhichthe structureandfeaturesofcurrent direct-meltbushings,bushingmaterialspecificationandbushingfabricationmethodsaredis cussed,theadvanceoffabrication technologiesintroducedandthefuturalfabricationmethodsanddevelopingdirectionpredict ed. Keywords.direct-meltprocessfordrawingglassfibers;bushing;fabricationmethod;develo pingdirection O前言 漏板是玻璃纤维生产中主要装置之一,形状类 似于底板有嘴孔的槽形容器,在拉丝过程中熔融玻 璃流入漏板,漏板自身通过电流发热将玻璃液调制 到适宜温度并维持足够均匀的温度分布,玻璃液从 底板上的漏嘴流出,在出口处被高速旋转的拉丝机 收稿日期:2006—04—18 修改日期:2007—04—02 作者简介:杨兴无,男,1957年生,中材科技股份有限公司复合 过滤材料事业部副总经理,教授级高级工程师. 拉伸为连续玻璃纤维丝.要使拉丝作业稳定,纤维 直径均匀,就必须有良好设计和精心制造的漏板. 除应满足拉丝工艺作业性能要求外,还要求漏板在 1200?左右的高温下有较长的使用时间,漏板本 身的结构尺寸能保持稳定,不易变形,漏板材料能 长期耐受高温玻璃液的侵蚀和冲刷. 我国玻璃纤维自进入工业化以来,所采用的成 形工艺总的分为球法坩埚拉丝和池窑法直接拉丝两 大类.随着国内玻纤工业综合技术水平的提高和市 场需求的拉动,池窑拉丝生产迅速发展,2006年中国 大陆玻璃纤维总产量达~}lJll6万t,同比增长22.1%, 《玻璃纤维》2007年第3期21 应用与交流F—glass 杨兴无,等:池窑拉丝漏板制造方法及发展方向 其中先进的池窑拉丝玻纤产量为89万t,占总产量 的76.8%.池窑拉丝和玻纤制品应用的不断开发, 促进了大型池窑漏板制造技术的发展,而池窑漏 板制造技术的不断完善又促进了池窑拉丝效率的 提高. 随着国家"八五"技术攻关和产业化研究,我 国漏板加工技术水平和产能有了很大提高,中材科 技等企业漏板的产品规格和质量已能满足各类用户的 需要,并且能够批量生产高性能池窑用800~4000 孔大漏板.但与此同时,国际漏板生产技术发展很 快,国内漏板生产综合配套技术与其相比仍有一定 差距. 1漏板结构与设计 漏板是拉丝工艺的心脏,漏板结构的合理与否 直接关系到底板温度分布和漏板变形,进而影响拉 丝作业的稳定和漏板使用寿命.漏板设计应使底板 温度分布均匀,一般要求漏嘴范围内最大温差为5? 左右;同时要使底板高温蠕变变形小,一般要求一 个使用周期内变形量不大于3,5mm.漏板由昂贵的 铂合金制作,设计中还应考虑节省铂合金.漏板的 有些部位可以根据计算进行设计,而更多是需要靠 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 进行. 1.1漏板结构 漏板一般分为球法坩埚拉丝漏板和池窑直接拉 丝漏板两大类,前者适合于全铂坩埚,代铂坩埚和 组合炉拉丝,漏板孔数一般为100,600孔:后者适 合于池窑拉丝,漏板孔数在800~6ooo~1,,随着我 国玻璃纤维工业的发展和生产技术水平的提高,具 有高效率,低成本和良好质量等特点的池窑拉丝技 术蓬勃发展,对密排多孔大漏板的需求必将持续稳 定地增加. 原料,品种,生产率,铂金占用量和拉丝工艺 等作业条件不同,漏板结构也会有所不同,一般漏 板结构组成见图1,图2和图3分别为加工完成的800 孔漏板和2ooo~L漏板. 1.2池窑拉丝漏板的特点 《玻璃纤维》2007年第3期22 卜堵头;2-:bll强筋;3一底板;4一电极: 5一侧壁:6一漏嘴;7一滤网;8一法兰 图1漏板各部位示意图 图2800~1.漏板 图320007'1.漏椒 池窑拉丝漏板是玻璃成型的重要部件之一,它 对作业稳定性和原丝质量有很大影响.与中小漏板 相比,池窑漏板有如下特点: (1)漏板体积大,孔数多,质量重.漏板底板 长度一般在400mm以上,漏板的孔数一般为800, 4ooo~L甚至6ooo~1,,质量一般在2kg以上; (2)由于漏嘴较短(3.5mm左右),且排列密 度增加,为了保证拉丝产量和作业稳定,一般采用 横向插片等方式使丝根冷却,同时须避免冷却片与 铂材料接触而"中毒".这对漏嘴内径,漏嘴排列 组距,嘴板平整度等尺寸偏差和精度提出了较高的 杨兴无,等:池窑拉丝漏板制造方法及发展方向 要求,因而加工难度大; (3)结构较复杂,滤网,拖环,拉筋等辅助部 件较多,焊接变形大; (4)嘴板长宽比较大(一般在8:1以上),使 用时漏板高温应力及蠕变变形较大(温度为1000 1500?时,应力达1,40MPa). 2漏板材料 2.1漏板材料的要求 漏板的使用工作温度为1200?左右,工作环境 处于高温氧化和玻璃液侵蚀的状态,正常的拉丝作 业又需要漏板尽可能长期保持良好的尺寸稳定性和 导电性,此外材料的选择还受到其机加工性能,经 济性等因素的制约,因此漏板材料大体上应具备如 下要求: (1)具有适宜拉丝的导电性和导热性且热电性 能稳定. (2)具有较高的熔点,较高的高温强度和较好 的抗蠕变能力. (3)具有较好的高温抗氧化性和化学稳定性. (4)具有较强的抗熔融玻璃或融盐等的侵蚀性 能. (5)具有良好的延展性和可焊性,易于加工成 型. (6)易于回收,可循环使用,使用和回收损耗 低. (7)质量和性能接近情况下,制造和使用成本 尽可能低,具有良好的性价比. 2.2常用漏板材料 2.2.1铂铑合金 在漏板材料的选择上经历了长时间的研究和探 索,至今为止仍只有铂铑合金能在玻璃纤维的生产 中得到广泛的使用.陶土和其他耐热合金材料不能 耐受高温玻璃液的侵蚀,而用铂铑合金加工的漏板 既能耐受高温玻璃液的侵蚀又具有较强的抗蠕变能 力.漏板铂材料一般采用添加铑和金与铂形成合金, 利用固溶强化效应提高其高温强度和抗蠕变性能, F—glass 应用与交流 铑含量一般为7%,20%,金含量一般控制在5%以下. 相对于其他强化方法,该方法强化效果明显,可靠, 制作工艺和成本较低. Au的加入降低了玻璃对铂材料 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面的润湿性, 有助于减少拉丝时的玻璃液漫流现象,提高作业稳 定性.但由于Au的熔点相对较低,在高温下的强化 作用较弱,所以在漏板制造中应用较少. 铂铑合金材料的制造一般要经过配料,熔化, 去气(或脱氧),合金化,精炼,浇铸,均匀化退 火,锻造等工艺过程. 2.2.2弥散强化铂合金 高温下铂由于再结晶和晶粒长大而发生软化, 强度降低并发生蠕变,限制了铂漏板的高温使用寿 命.虽然用加入铑的方法可以提高漏板的高温强度, 但当铑的含量超过20%时,这种铂铑合金高温强度继 续升高的程度渐渐趋于缓慢.如果进一步添加铑则 会影响铂在高温氧化条件下长期使用的结构稳定性, 而且随着高温下铑的挥发使合金的晶粒粗化.而高 铑合金的工艺性差,机加工困难,加工损耗高,从 而提高了漏板的加工成本.经过多年的研制,目前 己开发出了既能提高铂合金的高温强度又不致大幅 度增加成本的新铂合金材料,这就是弥散强化铂铑 合金. 所谓弥散强化是指在金属基体(通常是固溶体) 中还存在另外的第二相或多相,这些相的存在使金 属的强度得到提高.实验表明,弥散的碳化物和氧 化物是提高铂和铂合金高温蠕变下能力的最有效的 强化相.不溶于基体金属铂,并在接近铂熔点温度 下保持稳定的氧化物如钍,钛,铝,钙,铪,镧, 铍,钇等金属的氧化物可作为强化相.铂弥散强化 的微观机理为:铂基体中均匀分布的细小难熔颗粒 阻止了铂在高温和应力作用晶界的位移和晶粒长大, 从而提高了材料的高温强度;而蠕变过程是刃型位 错攀移所控制的激活过程,弥散粒子强烈地阻碍位 错攀移,提高了材料的抗蠕变性能. 制造弥散强化铂和铂合金的主要方法有喷射内 氧化法,共沉淀法,热机械法和粉末冶金法等.提 《玻璃纤维》2007年第3期23 应用与交流Ferglass 杨兴无,等:池窑拉丝漏板制造方法及发展方向 高弥散强化的效果主要有3种途径:增加材料中第 二相含量;获得高度弥散分布的第二相;选用阻力 高的硬质点. 上世纪70年代以来,英,美,德,日等国家有 关机构和公司开展了弥散强化铂的研究并制造出了 各种弥散强化铂材料.目前国内外获得较广泛应用 的弥散强化铂和铂合金主要有3类:~ZGSPt(Pt—Rh), ODSPt(Pt—Rh)及DPHPt(Pt—Rh)等. 3漏板的制造方法 漏板制造的精度和质量同样是影响玻璃纤维质 量,生产率和漏板使用寿命的主要因素.对漏板制 造工艺和设备的主要要求是加工精度高,包括漏嘴 的孔径,孔高,孔距一致,漏嘴壁厚均匀,内壁 光洁,焊缝成形均匀美观,强度高且无渗漏,其他 外观尺寸符合图纸要求,材料没有气泡,裂纹,异 物夹杂等缺陷.我国的漏板制造长期以来一直采用 ,无缝)单嘴氢氧焊工艺,且基本上以 直管(有缝 200,400孔以下漏板为主.这种工艺主要问题是漏 板制造精度低,漏嘴内孔光洁度差;生产效率低; 焊接时漏板热变形严重,影响结构尺寸和漏板使用 寿命;不能制造漏嘴高密度排列的漏板.近年来, 经过科技攻关,智力引进和技术改造,我国已开发 出真空感应熔炼,仿形及数控冲孔,嘴板半自动 装配,激光焊嘴板,氩弧焊组装等新的漏板制造技 术,已能够生产精度较高的密排多孔大漏板.漏嘴 与底板的制造是漏板制造的核心,漏板制造方法的 发展在很大程度上取决于嘴板制造技术的发展,下 面以嘴板成型为基础,介绍国内外常用的漏板制造 方法. 3.1底板冲孔和漏嘴冷挤压成型 各种分体成型工艺都需分别制造带孔底板和漏 嘴,然后再将二者合成漏板.因此首先叙述一下最 广泛使用的漏板底板的冲孔和漏嘴的冷挤压成型技 术. (1)底板冲孔和漏嘴插入.通常用冲孔或钻孔 法在底板上开孔,钻孔法孔型好,底板变形小,但 《玻璃纤维>2007年第3期24 由于效率太低而较少使用.冲孔法因效率高而广为 应用,但冲孔过程中产生的应力会使底板弯曲,须 将其校平后才能进行下道加工.冲孔过程中底板的 长度和宽度都会延伸,使孔的位置移动,特别是多 孔漏板的孔间距~btd,,在冲一个孔的时候会使另一 个孔变形. (2)漏嘴的冷挤压成型.这种方法一般用于制 作外锥形漏嘴,与以往的漏嘴钻孔方法相比,冷挤 压法的工作效率高,不会产生偏心,孔壁厚度均匀, 内孔光洁度非常高.与普通的管形漏嘴相比,冷挤 压漏嘴带法兰边,焊接发生在法兰边部位,漏嘴主 体部分不易受热变形,熔化的金属也不会流入漏孔, 可避免漏孔截面减小. 3.2嘴板焊接方法 3.2.1电子束焊接 原理是将插有法兰边漏嘴的底板置于电子束焊 机的真空室,利用电子束发生器产生的一股微小电 子束投射并覆盖法兰边的外沿和底板的交界处完成 嘴板的焊接.因真空焊接,不存在污染问题,此外 电子束很窄,热影响区小,可顺利完成密排2ooo~L 以上的漏板.缺点是设备投资较大,焊接成本高, 目前已很少使用. 3.2.2钎焊 原理是在PtRhl0底板和漏嘴之间加一层纯铂垫 片钎料,再把组装物放入燃气炉中加热至铂熔点以上,PtRhlO合金熔点以下,如1770,i850?之间, 使铂垫片迅速熔化,即可使漏嘴和底板焊成整体. 该方法具有简单易行,嘴板熔接强度高等特点.不 足之处是漏嘴,底板和钎料加工及装配较复杂,目 前使用也受到一定限制. 3.2.3激光焊 原理是利用激光焊机产生的高强度激光束直接 辐射到带法兰边的漏嘴与底板相接处,通过激光与 材料的相互作用,使一部分激光能量转换成热能, 从而熔化金属完成密封焊接.由于其能量集中,加 热速度快,热影响区小,嘴板焊后变形极小,焊缝 窄而均匀,可焊接密排多孔大漏板. 杨兴无,等:池窑拉丝漏板制造方法及发展方向 3.2.4氢氧焊和氩弧焊 氢氧焊为长期使用的漏板焊接方法.其原理是 利用氢气与氧气以适当比例混合后,发生化学反应 而燃烧所产生的热量加热和熔化金属.其主要装置 为氢气,氧气,减压阀,焊机等.该方法具有成本 低,使用方便等优点,缺点是热源分散,焊缝宽, 热影响区大,焊接变形严重,漏板精度较差等. 国内许多漏板生产厂家仍在沿用这一落后的焊接方 法制造漏板,因而漏板质量一直难以得到较大提 高. 氩弧焊作为一种新的焊接方法在嘴板特别是漏 板总装焊接方面得到日益广泛的使用.其原理是 利用氩气作为保护气体,钨电极与铂合金保持一 定距离并通电,由高频脉冲而产生电弧,从而依 靠电弧热量加热和熔化铂合金.该方法具有成本 较低,操作灵活,焊接变形小,焊缝成型美观, 漏板加工质量好等优点,不足之处是焊接变形较 大,嘴板等部件焊接时需要解决焊接收缩与变形 等问题. 3.2.5等静压法 其原理为把漏嘴紧密装配好的复合材料漏板放 入一金属板或其它材料的容器内,压力传输介质围 绕于漏板表面,加热容器并抽真空后密封容器.再 把容器置于一等静压室内,进行热等静压或冷等静 压处理.最后取出漏板,清除粘附于漏板的压力传 输介质.该方法主要用于制造难熔金属(~laMo,Cb, W,Re,Ta,Hf,Ti,Cr,v等)和铂铑合金组成的 复合材料漏板,这种漏板兼具难熔金属的高温强度 和抗蠕变性能,以及铂铑合金的抗氧化,耐玻璃液 腐蚀的能力.缺点是材料制备难度大,漏板成本较 高,应用较少. 3.3整体挤压法 原理是将底板坯料置于压机内挤压,压机上模 为平面,下模表面上有许多凹孔.压机先将部分材 料压人凹孔形成实心凸台,同时坯板厚度则下降至 漏板的最终厚度.也可用压辊滚压成形此凸台,然 后经过多道冲压作业加工成最终的嘴板.该方法漏 Fer—glas,~ 应用与交流 嘴与底板为整体成形,可制造出更符合玻璃纤维成 形规律和良好力学性能的漏嘴形状,从而可制造出 使用性能优异的漏板.该方法所具有的诸多优点使 其在欧洲等地获得了广泛应用,国内也普遍地使用 该方法所加工的漏板.该方法存在制作工艺复杂, 模具加工难度较大,对尺寸变化的适应性较差等不 足之处. 4漏板NT_技术的最新进展及发展方向 4.1漏板加工技术的最新进展 为了保证紧密排列锥形嘴等漏板最优设计的实 现,提高尺寸变化的适应性,在保证质量的前提下 提高漏板生产效率,美,英,法,日等国家的一些 公司开发了一些新的嘴板生产方法. 4.1.1扩散焊 扩散焊焊接是一种新颖的焊接技术,它是使两 个被焊接零件的配合表面在高温和加压的条件下引 起聚结的固态连接方法.这种方法不会引起零件的 宏观变形,熔化或零件的相对移动.在两个配合表 面之间可用或不用扩散辅助材料(即中间层材料). 它具有下述主要特点:可用于需要大面积结合的零 部件,层叠构件,中空型构件,多孔性或具有复杂 内部通道的构件,封闭型内部结合件以及其它焊接 方法可达性差的零部件的制造;焊接为整体加热, 构件变形小,尺寸精度高. 嘴板扩散焊接原理是采用数控车床加工锥形嘴, 数控钻床加工底板孔,然后将漏嘴与底板进行紧密 装配,置于真空或惰性气体扩散炉中,在低于铂铑 合金基体材料熔化温度下,通过一定的压力作用, 使漏嘴和底板表面产生局部塑性变形而达到紧密接 触,并通过表层原子间的扩散和键合形成冶金连接 过程.该方法具有嘴板变形小,质量稳定,生产效 率高等优点.需要注意的是焊接质量对扩散焊装备 和工艺条件较敏感,操作不当时会出现个别部位的 渗漏缺陷. 4.1.2扩散焊+激光焊 为了改进普通扩散焊密封性能可靠性不足的缺 《玻璃纤维》2O07年第3期25 应用与交流Ferglas 杨兴无,等:池窑拉丝漏板制造方法及发展方向 陷,日本IIK等厂家在嘴板扩散焊的基础上又添加了 一 道激光自动焊工艺,确保了嘴板焊接质量,目前 该方法加工的漏板在国内得到越来越多的使用. 4.1.3锥形嘴激光焊 因筒形漏嘴的漏板高温强度等力学性能较差, 在拉丝工艺条件出现变化等条件下,有时会出现漏 嘴根部渗漏甚至脱落等现象.为此OwensCorning 等公司开发出了挤压锥形嘴及嘴板激光焊工艺,在 保证漏板具有良好的高温力学等性能的前提下提高 了对嘴板尺寸变化的适应性. 4.2池窑漏板加工技术的发展方向 (1)玻璃纤维工业朝池窑方向发展,池窑正朝 着大型化发展.目前全球95%以上的玻璃纤维均采用 先进的池窑拉丝,只有一些特殊的玻纤品种仍使用 球法拉丝.目前池窑规模在3Ot玻璃/a以下的窑被 认为小型池窑,3O,i00t玻璃/a为中,大型池窑, i00t玻璃/a以上的窑为特大型池窑.日产i00t玻 璃的大型池窑可配备有i00块16oo$L以上的大型漏 板. (2)池窑漏板向多孔,多元素,双底板方向发 展.据国外资料报道,工业发达国家的池窑均采用多 孔漏板,漏板孔数多为800,1600,2000,4000, 目前已发展到6000及8oooSL.近年来,池窑漏板 成分除锆,钇外,在铂铑合金中尚可加入钼,钨, 铼,铱等.第三种金属元素加入到铂铑合金中去, 可以大大提高铂铑合金的化学稳定性,其形成的金 属氧化物,比铂铑更加稳定,所以能保持铂铑合金 的延展性,减少脆性,便于漏板制造加工,同时还 大大改善了漏板的耐高温性能. (3)先进制造技术将获得更加广泛的应用.随 着全球市场一体化的形成,漏板制造业的竞争日趋 激烈,产品的开发速度日益成为市场竞争的主要矛 盾.漏板制造业开始不断吸收信息技术和现代管理 技术的成果,并将其综合应用于产品设计,加工, ,销售,使用,服务乃至回收的制造全 检测,管理 《玻璃纤维》2007年第3期26 过程,以实现优质,高效,低耗,清洁,灵活生产, 提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力. 先进制造技术的应用主要体现在以下几个方面: (1)提纯,熔炼,轧制,剪切,焊接,热处理, 机械加工等基础工艺经过优化而形成优质,高效, 低耗,清洁的制造技术.精密下料,精密塑性成形, 精密加工,精密测量,毛坯强韧化,优质高效连接 技术,与设计有关的基础技术,各种现代管理技术 等. (2)各种新型的制造单元技术的应用.漏板设 计中采用了计算机辅助设计,并行设计和稳健设计 等技术,工艺模拟及工艺设计优化技术等;漏板生 产中采用了计算机辅助制造,快速原形制造和数控 自动化等技术:管理体系中采用了IS09001等先进 控制方法和可靠性技术;漏板材料应用了新型铂合 金弥散强化等加工技术和工艺; (3)先进制造集成技术的应用.应用信息技术 和系统管理技术,通过网络与数据库对漏板设计及 制造各个环节的技术进行集成,如柔性制造系统 (FMS),计算机集成制造系统(CIMS)以及虚拟制造 技术等. 6结语 欧,美,日等发达国家已开发出一些先进的各 具特点的池窑拉丝漏板制造技术,我国玻纤院等少 数漏板生产企业经过技术攻关,智力引进和装备技 术改造等途径获得了多项先进的漏板制造技术,可 批量生产高质量池窑用80044oooSL大漏板. 由于资金,技术和装备等原因,我国在嘴板等 一 些关键部件制造技术与国际先进水平相比仍有一 定差距,有必要加大科研,装备和技术投入,在紧 跟国际水平的同时努力开发出具有自主知识产权的 技术,满足国内日益增长的玻纤工业对高质量池窑 大漏板的需要.?I