1 供料道简介
按照定义,供料道的功能是在对玻璃熔制为最佳的温度条件下,从熔化池末端的流液洞经过分配料道再进入到供料道的玻璃液,在供料道内将玻璃液调整到符合供料机料滴成形所需要的温度、均质条件,提供给供料机。供料的速度与制品成形速度相适应。盛装和调节玻璃液流温度的耐火材料结构和金属结构部分称为供料道。
现就有关供料机和供料道在理论上需要考虑的几点简述于下,当要详细了解供料设备时,对这些功能有充分的认识是非常必要的。
在许多场合下,玻璃生产工艺中供料道是最难掌握的环节。其困难之处无疑是由于下列原因所引起:
1)玻璃生产过程的高温度;
2)玻璃温度与粘度的关系;
3)事实上玻璃液在供料道中被冷却的同时又被加热;
4)在调节过程中,玻璃液的流动特性和热特性均发生剧烈变化。
供料道包括两个性质截然不同的区:后区称冷却区,具有冷却和加热两种手段,装有用以冷却和加热的设备;前区称为调节区或匀化区,只具有加热手段,仅装有加热设备。
在现代化的高速制瓶机的生产过程中,需要玻璃液的温度更加稳定,因此玻璃液在流经供料道至供料机的过程中能得到良好的控制,玻璃料滴达到温度均匀、重量及形状稳定一致是保证正常高效生产,提高瓶罐产品质量的关键之一,是影响生产的主要因素,必须十分重视。
2 供料道的功能
供料道的功能可认为有三重作用。
⑴ 供料道起着一条管道的作用
它就提供一种手段,借此将玻璃液由分配料道送至供料机机构,进而送至成型机。在起管道作用这一点上讲,供料道可认为是在其中流过粘性流体的一个敞开槽道。对于任何流体流过一个敞开槽道,同一流体定律都适用。分析供料道效用比较困难的原因,主要是因为玻璃液在通过供料道的流动过程中常常被冷却几百度,这对玻璃液粘度有很大的影响(在供料温度时,如果温度降低38℃,便会使瓶罐玻璃的粘度增大一倍)。涉及玻璃液在供料道中流动的大多数实际问题都来源于上述事实,这是因为玻璃液在供料道的最后几英尺中达到的温度时所对应的粘度值一般相当于1000泊或更高的一个粘度值。为了确保按所要求的速度流动,玻璃液必须自然地形成一个足以维持其流动的倾斜的顶表面。这种状况通常称为“玻璃液坡度”。当供料道已达到其流量负荷限度时,这种状况对于操作人员来讲是一个棘手的问题。在这种情况下,操作者将声明他难以在料盆中保持足够的玻璃液静压头,从而难以保证料滴重量。这种困难一般通过选用尺寸足够大的匀化段料槽和料盆、料碗来解决,使玻璃液流不致受到限制,此外应避免玻璃液在供料道的后部区域局部或严重过冷。
【留意点】供料道所起的管道功能的另一方面应引起注意的是,为了适应工厂制瓶机布置的特殊需要,有时在供料道冷却段与熔炉分配料道(工作池)的连接区域需设计拐角,所谓“狗腿”,这也是个困难之处,这样的拐角会使得通过供料道的玻璃液产生不均匀的流动,使玻璃液加热和冷却的不匀称,同时在供料道的横断面宽度的方向上产生不对称的温度梯度。这种流动的玻璃液的温度不均匀性,必须在随后的匀化段消除,如此给供料道的匀化段增加了负担。
⑵ 供料道起着一个热交换器的功用
它包括对玻璃液流进行加热或冷却,在玻璃瓶罐生产中,供料道通常是作为一个冷却装置,其独具的特征是起冷却作用。在玻璃液被冷却过程中,相对大量的热通常是加于供料道上,特别是沿着供料道的边沿。这种独特的情况是由于玻璃液在流动进程中具有很高的温度,并以较低的速度流经供料道。如此,玻璃液大量的热量由于辐射、对流和传导而损失,但为了维持对其有效的控制,还需向玻璃液流补充一些热量。
作为一个热交换器,供料道的复杂性还与另外两个因素有关:
对玻璃液的冷却和加热控制,均是在供料道中流动过程对玻璃液上表面进行的。有时,特别是较深色的玻璃,在冷却段中通过采用搅拌器来加速冷却和加热过程。
当玻璃液被冷却时,它逐渐地成为一种具有一定温度梯度的隔热层,因此,沿着整个供料道,玻璃液流的传热性能逐渐发生变化。所以玻璃液面必须保持足够的流动性,使热量能传入或散出玻璃液。
【留意点】当玻璃液流达到冷却段出口端时,其平均温度应该接近于成型机所需要的温度。在进行相当大的冷却后,玻璃液上表面会稍微过冷,而底部玻璃液温度又可能稍微过热。为了获得最大的操作稳定性,应沿整个冷却段均匀地施加冷却,并且在冷却段的最后几英尺范围内,使玻璃液仅有很小的温度变化。
⑶ 供料道的重要功能是匀化玻璃液
匀化是指实现玻璃液在温度方面和成分方面的相对均匀。其方法主要是:
通过热调节手段来实现,简单地说就是在供料道加上最后一段,即加上所谓的匀化段或调节段。在此段内提供了调节玻璃液在冷却段中产生的温度梯度的时间,使其能更为接近匀化,从而使进入供料机料盆中的所有玻璃液都具有相当稳定的温度。但由于供料道的各区段是一个非匀称装置,玻璃液的热量通过其底部、两侧及顶表面以不同的速率散失,所以要使玻璃液一点不存在温度梯度也是不可能的。
因此,把匀化段的热调节看作是将玻璃液调整并保持在一定温度范围的一种方法更恰当。按照此温度范围,操作人员能够调节料滴成形温度达到合适的均匀程度。
【留意点】
通常的做法是通过对匀化段中的玻璃液表面进行再加热大约7~10℃。对于不透明的玻璃如深琥珀色和深绿色玻璃,可能需要更高的表面再加热温度。
对于玻璃液的热调节,常常采用机械的方法作为辅助,例如在匀化段料槽中采用搅拌装置,或者在料盆中使用旋转匀料筒的方法。通过这些机械的辅助方法,能使玻璃液温度达到一定程度的匀化,并且有助于保持在合乎要求的温度范围。这些机械装置还能将玻璃液中由于化学成分稍有不同而产生的条纹搅混起来,从而使通常称之为柳纹的缺陷减至最少。搅拌装置也能推动玻璃液向前流动,有效地增加料盆中的玻璃液静压头。
【关注点】
要制备(料滴成形)符合成型工艺要求的理想料滴(料滴形状),最基础的条件是供料道的温度、玻璃料液温度(料盆入口三支九点)的均匀系数、料滴温度的合理性。前提是有一条配置水平较高的供料道和对料滴温度的(自动)系统控制,这是至关重要的要素。有了以上这几项稳定的温度指标,才能给成型操作创造有利而稳定的条件。
上述这些料滴成形的前提条件,并没有绝对的指标值。它是因不同企业,由不同的制瓶成型工艺条件、不同的产品品种、不同机速而有所差异的。这是该企业“成熟实用技术”和“适用技术”的核心概念。
供料道内玻璃液的匀质,是制备理想料滴的关键。从国外对料盆入口前的三点温度检测,到对不同成型工艺提出不同匀质的指标要求,说明玻璃液匀质与成型工艺关系的重要性。