Попытки подавать стекломассу непосредственно через отверстие в печи предпринимались давно и долгое время безуспешно. Струя стекломассы, текущая в форму, завивается в ней, образуя термически неоднородную массу, что приводило к массовому браку изделий.
Ситуация существенно изменилась при переходе к системе порционного питания. В этом случае стекломасса не течет в виде сплошной струи, а благодаря соответствующим размерам выпускного отверстия (очка) и периодической отрезке выходящей из него стекломассы получаются порции (капли), подающиеся затем к стеклоформующей машине с определенной частотой.
Дальнейшее совершенствование конструкции капельного питателя (фидера) велось в направлении придания капле нужной формы, соблюдения постоянства ее массы, температуры и темпа подачи к машине.
При помощи плунжера, периодически опускающегося и поднимающегося в стекломассе над очком, удалось организовать выпуск вязкой стекломассы из него в заданном ритме и объеме.
При помощи механических ножниц, приводимых в действие синхронно с движениями плунжера, образуются капли определенной массы. Общий вид капельного питателя (виды сверху и сбоку) представлен на рис. 2.1 (I, II).
Рис. 2.1. Общий вид фидера: I – вид сбоку; II – вид сверху
На рис. 2.2 представлена последовательность стадий образования капли в фидере. В центре выработанной части фидера – чаши 4, имеется углубление, в котором, не выходя из него, перемещается конец плунжера 1. Углубление препятствует боковому смещению стекломассы при ходе плунжера вниз. В итоге она выталкивается из очка 3. Для надежного регулирования истекания стекломассы над очком на определенной высоте коаксиально с плунжером установлен вращающийся керамический цилиндр (бушинг) 2. В итоге образуется кольцеобразный канал, по которому стекломасса течет к плунжеру и очку.
Стекломасса, уже находящаяся под плунжером более холодная и вязкая, чем свежая, притекающая через зазор между бушингом и дном чаши и отталкивает прибывающую стекломассу, в то время как плунжер проталкивает её вниз. Эти два действия взаимно уравновешиваются, в итоге движение плунжера мало влияет на количество стекломассы, протекающей через зазор. Придавая плунжеру определенную форму, выбирая правильное соотношение его диаметра и размера очка, регулируя удаление ножниц от очка, синхронизируя ход плунжера и ножниц, регулируют форму и массу капли стекломассы. Отрезка капли осуществляется в начале подъема плунжера.
Рис. 2.3. Расположение основных элементов капельного питателя: 1 – канал фидера, 2 – плунжер, 3 – бушинг, 4 – чаша, 5 – ножницы, 6 – лоток
Соединительным звеном между выработочной частью питателя (чашей) и печью – источником стекломассы, является канал фидера – отапливаемый желоб, выложенный из огнеупорных материалов (рис. 2.3) и составленный из секций. Его наличие обусловлено необходимостью охлаждать стекломассу, поступающую из печи. Действительно, в выработочной части печи стекломасса имеет температуру более 1300°С, а формовать ее, в зависимости от размера изделий и состава стекла следует в интервале 1050–1150°С. Длина канала зависит от съема в печи и варьирует
от 2,5 м для печей небольшой производительности (40–60 т/сут) до 8 м для крупнотоннажных печей (350–400 т/сут).
Возможна выдача питателем нескольких капель за один цикл (до четырех), что осуществляется несколькими плунжерами через соответствующее число отверстий очка.
Основные требования к получаемой в фидере капле (порции) стекломассы заключаются в следующем:
– форма капли, соответствующая конфигурации черновой и чистовой форм формующего агрегата;
– стабильная масса капли;
– температура, соответствующая температуре формования стекла (выработки);
– равномерность распределения температуры по объему капли (термическая однородность).
Рис. 2.4. Изменение формы капли в зависимости от: а – температуры стекла, длительности цикла загрузки, высоты бушигна и плунжера; б – времени между отрезкой капли и началом подъема плунжера; в – хода и диаметра плунжера; г – высоты отрезки капли; д – диаметра очка.
Что касается формы и массы капель, то современные конструкции питателей обеспечивают достаточно возможностей для их регулирования, упомянутых ранее. Рис. 2.4 представляет характер влияния различных факторов на форму капли. Варьируя их, добиваются адаптации формы капли к форме пульки и готового изделия.
Одним из важнейших условий получения качественной продукции является достижение требуемой (оптимальной) температуры стекломассы в питателе, при которой она формуется наилучшим образом. Это особенно важно при многокапельном питании стекломассой формующих машин. Характер изменения температуры стекломассы по длине питателя в общем случае зависит от производительности питателя, массы капли и цвета стекла. При большой производительности линий, со стекломассой в питатель приносится большое количество тепла, в связи с чем для достижения оптимальной температуры капли стекломасса должна сильно охлаждаться в питателе и выработочных каналах печи. Если производительность сильно падает, то создается опасный перепад температуры в начале канала питателя, поскольку при малой скорости течения в канал вносится мало теплоты. Стекломасса становится холодной и должна нагреваться. Сильный подогрев часто приводит к выделению газовых пузырей из стекломассы, поэтому ее температуру следует повышать медленно.
Идеальный ход кривой изменения температуры стекломассы в питателе предполагает практически линейный характер снижения температуры в зоне охлаждения, далее следует зона выравнивания температуры (прекращение охлаждения) и легкий подъем температуры в чаше, в результате чего и достигается желаемая рабочая температура.
Как указано выше, температура стекломассы в выработочном бассейне печи существенно выше температуры выработки и стекло необходимо охлаждать, чтобы сформовать изделия. Для крупных печей это требует длительного времени, а значит, увеличения длины канала. Другое средство – применение принудительного охлаждения, для чего на питателях устанавливаются системы охлаждения стекломассы. Интенсивное охлаждение позволяет, напротив, сократить длину канала питателя.
Основная проблема, которая решается при конструировании и эксплуатации современных канальных питателей – обеспечение термической однородности стекломассы, поступающей на формование.