專利名稱：用于坩堝噴嘴板的加固構(gòu)件和加固該板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及用于在高溫下由一種流體材料如玻璃形成纖維的坩堝(bushing)，尤其涉及一種加固坩堝噴嘴板(tip plate)以延長其使用壽命的改進(jìn)方法。
背景技術(shù)：
各類用于在高溫下由一種流體材料如玻璃形成纖維或長絲的坩堝或坩堝組件在本領(lǐng)域中是眾所周知的。通常，該坩堝或坩堝組件包括一個具有側(cè)壁和端壁的矩形坩堝主體。同時，該側(cè)壁和端壁用作一個支架，以支撐或承載一個或多個通常是長條板狀的結(jié)構(gòu)，其一般由鉑或其合金形成，具有多個小噴孔或“噴嘴(tip)”。這些噴嘴在熔融物料從一個上游源比如前床流過坩堝主體時接納它。為了幫助在物料進(jìn)入并流過這些噴嘴時將其保持在熔融狀態(tài)下，對這些板進(jìn)行加熱，通常將它們電連接到一個高強(qiáng)度電源比如一個變壓器上。當(dāng)熔融玻璃物料流流出噴嘴時，它們被機(jī)械地拉絲以形成連續(xù)的纖維，后者被卷繞在心軸或粗紗架上或直接割斷以進(jìn)行隨后的加工或使用。共同轉(zhuǎn)讓給Bobba的美國專利5709727和轉(zhuǎn)讓給Carey的美國專利3920430對所采用的基本設(shè)置和操作方法作了詳細(xì)說明，其內(nèi)容在此引入并用。
為了提高整體纖維成形操作的輸出量和效率，當(dāng)然希望通過噴嘴板形成數(shù)目最多的纖維。為此，噴嘴板在理論上會在寬度和長度尺寸上都制得無限大。不過，卻產(chǎn)生了幾個普遍認(rèn)識到的問題，尤其當(dāng)噴嘴板的寬度尺寸相對于長度尺寸明顯增大時。
也許最普遍的問題是使用壽命的急劇縮短，其是由將噴嘴板的尺寸尤其是寬度尺寸增加到使纖維輸出量明顯增大所必要的程度引起的。噴嘴板通常在俯視圖中看為矩形，其四個側(cè)邊被直接焊接到矩形坩堝主體的相對側(cè)壁和端壁上。當(dāng)噴嘴板的寬度尺寸相對于長度尺寸增加時，該板基本上充當(dāng)一個支撐在側(cè)面和端部的簡支梁，在“中部”(也即離相應(yīng)坩堝主體的側(cè)壁和端壁最遠(yuǎn)的那部分)無直接的支撐。因長時間與高度熔融的物料接觸作用在噴嘴板上的顯著的彎曲應(yīng)力就會造成因隨時間變化的塑性變形即蠕變引起的下垂。該下垂現(xiàn)象是有害的，主要是因?yàn)樗鼘?dǎo)致噴嘴板上的熱分布不均勻，并伴隨生產(chǎn)出直徑相差較大的纖維。也就是說，極端溫度造成一些坩堝噴嘴變得太冷以致不能使纖維變細(xì)，而其它噴嘴過熱造成纖維成形不穩(wěn)定。兩種情況都造成了纖維的斷裂以及轉(zhuǎn)換效率上的損失。
因此，通過縮小板的寬度尺寸來減小蠕變效應(yīng)并延長使用壽命。不過，在僅使用單塊窄寬度的噴嘴板時卻不期望地減小了輸出量并相應(yīng)地增加了成本。并且，在長時間使用過后，即便是單塊的窄寬度的噴嘴板最終也會因蠕變造成下垂、纖維輸出不均勻以及纖維斷裂率增加。
在提高坩堝噴嘴板的使用壽命以克服該問題和其它問題所作的努力中，本受讓人先前采用了由鉑或鉑合金形成的加固構(gòu)件，術(shù)語稱作“加力板”。這些加力板通常以隔開的間隔沿著噴嘴板的上表面(也即，在坩堝主體的側(cè)壁之間)沿寬度方向延伸，一般具有形狀與“T”或倒置“L”相對應(yīng)的橫剖面。在使用時，由每塊加力板的連接板形成的下垂的“支腳”直接固定在噴嘴板的上表面上，比如通過激光或鎢極惰性氣體(TIG)焊接。
雖然這些加力板用于延長噴嘴板的使用壽命，甚至包括在窄寬度噴嘴板的情況下，但取得的效益仍是有限。尤其是，橫剖面為T形或倒置L形的加力板同樣和下面的噴嘴板一樣容易受到因彎曲應(yīng)力和蠕變引起的下垂影響。這是因?yàn)?，加力板在提供一定加固?qiáng)度的同時，還起簡支梁的作用，這樣就如在未受支撐的噴嘴板中那樣在跨距中點(diǎn)經(jīng)受最大程度的偏斜。換句話說，不管加固成怎樣，最大或峰值應(yīng)力乃至最大或峰值垂度仍會出現(xiàn)在遠(yuǎn)離側(cè)壁和端壁的噴嘴板的中部。因此，就需要一種著眼于進(jìn)一步延長其使用壽命的加固噴嘴板的改進(jìn)方法，包括那些現(xiàn)有的坩堝設(shè)計(jì)(有或沒有加力板)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種加固構(gòu)件，它用于一個具有板狀結(jié)構(gòu)的坩堝組件，該板狀結(jié)構(gòu)包括多個用于由一種流體材料形成纖維的噴孔。該構(gòu)件包括一個主體，該主體包括一個第一部分和一個第二部分，該第一部分連接在該結(jié)構(gòu)上，而該第二部分具有一個變化高度的型面，包括至少一個頂端。該主體變化高度的型面和至少一個頂端有助于加固該板狀結(jié)構(gòu)以防下垂并延長其使用壽命，而不會過度使用合金。
在一個實(shí)施例中，該加固構(gòu)件是由一個材料單件組成的，該包括第一和第二部分的主體具有倒置L形、T形或F形的橫剖面。該主體的第二部分可具有倒置V形、倒置W形或弓狀的型面。優(yōu)選的是，該主體具有包括一個中點(diǎn)的長度，該至少一個頂端基本上位于該中點(diǎn)。該中點(diǎn)也可位于固定有該主體第一端和第二端的坩堝組件的間隔開的側(cè)壁之間或外部支撐點(diǎn)之間。
在其它實(shí)施例中，該主體包括一個第一構(gòu)件，其限定連接到該結(jié)構(gòu)上的第一部分，一個與該第一構(gòu)件連接的第二構(gòu)件，其限定該第二部分并具有帶該至少一個頂端的變化高度的型面。該第一構(gòu)件可具有T形或倒置L形的橫剖面。同樣，該第二構(gòu)件可具有T形或倒置L形的橫剖面，并可由一個或多個部件形成。此外，該第二部分可具有弓狀型面、倒置V形型面或倒置W形型面，均包括該至少一個頂端。優(yōu)選的是，該第二構(gòu)件包括一塊連接板，其一端被直接焊接在該第一構(gòu)件的上表面上，并且可選地具有限定兩個或更多頂端的型面。在任何實(shí)施例中，該主體的第一部分或第二部分可包括多個處在關(guān)鍵位置上的開口。這些開口用于減小制造加固構(gòu)件所需的材料量而不會損害其強(qiáng)度。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，公開了一種用于在高溫下由一種流體材料形成許多纖維的坩堝組件。該組件包括一個結(jié)構(gòu)，其具有多個噴孔，流體材料流過這些噴孔以形成纖維，以及至少一個加固構(gòu)件。該加固構(gòu)件包括一個第一部分和一個第二部分，該第一部分連接在該結(jié)構(gòu)上，而該第二部分具有一個變化高度的型面，該變化高度包括至少一個頂端。該加固構(gòu)件包括至少一個頂端的變化高度提高了該結(jié)構(gòu)抗下垂的阻力并延長了其使用壽命，同時最大程度地減少了供加固用的貴金屬量。
該纖維成形結(jié)構(gòu)一般為板狀，具有不同的寬度和長度尺寸以形成矩形形狀。在一個實(shí)施例中，至少一個加固構(gòu)件沿板的寬度延伸，優(yōu)選多個獨(dú)立的間隔開的加固構(gòu)件沿著該板狀結(jié)構(gòu)寬度方向延伸。該纖維成形結(jié)構(gòu)還具有一個上表面(熔融玻璃材料與該表面接觸)，各個加固構(gòu)件的第一部分可焊接在其上。每個加固構(gòu)件可由材料單件或至少兩個固定在一起的材料件制成，比如通過焊接。
根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，提供了一種用于一個坩堝組件的加固構(gòu)件部分，該坩堝組件具有一塊纖維成形噴嘴板，后者包括至少一塊現(xiàn)有的加力板。該加固構(gòu)件部分包括一個主體，其連接在該加力板上并具有包括至少一個頂端的變化高度的型面。該加固構(gòu)件部分的變化高度和該至少一個頂端有助于加固該加力板乃至該噴嘴板至少相鄰的部分以防下垂，這就延長了其使用壽命，同時最大程度地減少了供加固用的貴金屬量。
在一個實(shí)施例中，該加力板具有一個基本平坦的上表面，該加固構(gòu)件部分的主體包括一塊連接板，其第一端被焊接在該加力板的上表面上。該主體可具有T形或倒置L形的橫剖面，該主體的型面可從弓狀型面、倒置V形型面或倒置W形型面中選擇。
根據(jù)本發(fā)明的第四個方面，公開了一種用于由一種供應(yīng)給坩堝的流體材料形成纖維的結(jié)構(gòu)的加固方法。該方法包括將至少一個加固構(gòu)件固定到該結(jié)構(gòu)上，所述加固構(gòu)件包括一個第一部分和一個第二部分，該第一部分連接在該結(jié)構(gòu)上，而該第二部分具有一個變化高度的型面，所述變化高度包括至少一個頂端。該加固構(gòu)件包括至少一個頂端的變化高度提高了該結(jié)構(gòu)抗彎曲應(yīng)力的阻力并延長了其使用壽命，同時最大程度地減少了供加固用的貴金屬量。
在一個實(shí)施例中，該固定步驟包括將多個獨(dú)立的加固構(gòu)件以間隔開的關(guān)系固定到該結(jié)構(gòu)上。該加固構(gòu)件可包括一個第一構(gòu)件和一個第二構(gòu)件，該第一構(gòu)件限定一個第一部分，而該第二構(gòu)件限定一個第二部分，該固定步驟包括將該第一構(gòu)件固定到該結(jié)構(gòu)上，且將該第二構(gòu)件固定到該第一構(gòu)件上。該纖維成形結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步包括一塊噴嘴板，后者包括至少一塊現(xiàn)有的加力板，所述方法還包括將該加固構(gòu)件的第二部分連接到該加力板上。這樣，該加固構(gòu)件第二部分就有助于防止加力板和噴嘴板因彎曲應(yīng)力和蠕變而下垂。
根據(jù)本發(fā)明的第五個方面，提供了一種用于一個在高溫下由一種流體材料形成纖維的坩堝組件的加固構(gòu)件。該坩堝組件包括一塊坩堝噴嘴板，后者具有一個上表面和多個處在關(guān)鍵位置上的纖維成形噴孔。該加固構(gòu)件包括一個主體，該主體具有一個下部和一個與該下部一體形成的上部，該下部包括一塊連接板，用以連接到坩堝噴嘴板的上表面上。該上部具有這樣一個型面，即，其成形為抵抗部分由材料重量形成的彎曲應(yīng)力和部分由材料長時間高溫及彎曲應(yīng)力形成的蠕變，并包括至少一個頂端。該主體包括至少一個頂端的變化高度的型面提高了坩堝噴嘴板抗下垂的阻力，從而大大延長了其使用壽命，同時最大程度地減少了供加固用的貴金屬量。


圖1示意性地示出了一個現(xiàn)有技術(shù)中的布置示例，其采用多塊T形加力板來加固在高溫下由一種流體材料，例如玻璃，形成纖維的噴嘴板，該加力板具有一個形成矩形型面的基本平坦的上表面；圖2示出了圖1中的T形加力板隨時間消逝而彎曲或下垂的情況，這主要是由于在纖維成形過程中在高溫下與玻璃長時間接觸形成的彎曲應(yīng)力引發(fā)的蠕變造成的；圖3a是一透視圖，示出了一對改進(jìn)的加固構(gòu)件，其包括一個第一下部和一個第二上部，第一下部連接在該噴嘴板上，而該第二上部包括一個變化高度的型面，具有一個位于側(cè)壁之間的中點(diǎn)的頂端，其中該加固構(gòu)件減少了蠕變引發(fā)的下垂的發(fā)生率并延長了噴嘴板的使用壽命；
圖3b是一透視圖，示出了一對改進(jìn)的加固構(gòu)件的另一實(shí)施例，該加固構(gòu)件用于減少蠕變引發(fā)的下垂的發(fā)生率并延長噴嘴板的使用壽命，頂端沿著加固構(gòu)件主體的長度位于不同于中點(diǎn)的位置上；圖4a是一從圖3a或3b的加固構(gòu)件的一端觀察的部分切去的局剖正視圖；圖4b是一從其頂端觀察的圖4a加固構(gòu)件的部分切去的全剖圖；圖5a是一加固構(gòu)件的實(shí)施例，其由至少一個材料件形成，還包括多個處在關(guān)鍵位置上的開口以減少用于形成加固構(gòu)件的材料量，不會明顯地?fù)p害其強(qiáng)度；圖5b是一沿線5b-5b觀察的視圖；圖6a是一實(shí)施例的部分切去的局剖端視圖，其中加固構(gòu)件包括一個橫剖面為L形的下部；圖6b是一實(shí)施例的部分切去的全剖圖，其中加固構(gòu)件包括分開的第一和第二構(gòu)件，其比如通過焊接固定在一起，每個構(gòu)件都具有L形的橫剖面；圖7a是一實(shí)施例的部分切去的全剖端視圖，其中加固構(gòu)件包括一個主體，該主體具有一個第一部分或下部和一個第二部分或上部，該第一部分的橫剖面為T形，該第二部分具有包括一個頂端的變化高度，該主體是由一個材料單件制成的，比如通過沖壓、鍛造等技術(shù)；圖7b是一實(shí)施例的部分切去的全剖端視圖，其中加固構(gòu)件包括一個主體，該主體的橫剖面為L形，且具有包括一個頂端的變化高度，該主體是由一個材料單件制成的，比如通過沖壓、鍛造等技術(shù)；圖8是一部分坩堝主體的部分切去的側(cè)視圖，該坩堝主體包括一塊噴嘴板，該噴嘴板具有一個加固構(gòu)件，該加固構(gòu)件包括一個型面為弓狀的主體，該型面具有變化高度和單個頂端；圖9是一與圖8相似的視圖，只不過該加固構(gòu)件主體的第二部分的高度是從其兩端基本上直線上升以形成一個倒置V形型面的；圖10是一與圖8和9相似的視圖，只不過該加固構(gòu)件主體的第二部分包括兩個頂端以形成一個雙噴嘴板坩堝的倒置W形型面。
具體實(shí)施例方式
首先參見圖1，該圖是現(xiàn)有技術(shù)中一纖維成形結(jié)構(gòu)的部分示意圖，其中多塊加力板G1、G2連接在噴嘴板T(以虛線示出)的上表面Su上。噴嘴板T由鉑及其合金或類似材料制成，并包括大約10至100個的小噴嘴或噴孔O，熔融物料比如玻璃從其中流過(例如見圖4a和4b)。熔融物料在其流過噴孔O之前接觸噴嘴板T的上表面Su，以被拉制成纖維。加力板G1、G2由鉑及其合金或類似材料制成。正如本領(lǐng)域所公知的那樣，電流一般從電源比如變壓器被供應(yīng)給噴嘴板T，從而產(chǎn)生電阻加熱。這種加熱有助于在玻璃或其它材料流過噴嘴板T的噴孔O或噴嘴時使其保持在熔融狀態(tài)下。如上所述，在此引入并用的共同轉(zhuǎn)讓的Bobba的727和Carey的430專利對全過程作了更為詳細(xì)的說明。
噴嘴板T被支撐在一個具有側(cè)壁和端壁的坩堝主體(未示出)中。同時，該側(cè)壁和端壁用作一個支撐或承載噴嘴板T的支架。
隨著時間的消逝，由重力、纖維張力和熔融玻璃的重量引起的彎曲應(yīng)力及伴隨的高溫使得噴嘴板T下垂，主要是在“中間”部分(也即，離相應(yīng)坩堝主體的側(cè)壁和端壁最遠(yuǎn)的那部分)中。眾所周知，這種下垂降低了噴嘴板T的效用，因?yàn)樗a(chǎn)生了一種不均勻的熱分布，因此由于散熱片上熱轉(zhuǎn)移的不均而形成直徑不均勻的纖維。生產(chǎn)出直徑不均勻的纖維是不理想的，常需將噴嘴板T收走并用新的或經(jīng)過整修的加以更換。
雖然T形加力板G1、G2一開始能抵抗彎曲應(yīng)力，但蠕變造成了一種產(chǎn)生偏斜的隨時間變化的變形。因?yàn)門形加力板G1、G2為簡單的棱柱狀梁，也就是說，橫剖面恒定，所以在不均勻的載荷下必定在跨距的中點(diǎn)處產(chǎn)生最大的偏斜。因此，如圖2所示，加力板G1、G2最終與噴嘴板T一起彎曲或下垂(出于圖示的目的，將參考標(biāo)號S表示在所示垂直尺度上的下垂)。
在防止這種下垂所作的努力中，本發(fā)明包括一個改進(jìn)的加固構(gòu)件10，其或可用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的加力板，或可通過將一個單獨(dú)的加強(qiáng)件固定或連接到傳統(tǒng)的加力板上而成形。圖3a和3b均以虛線示出了一塊噴嘴板T，該噴嘴板T包括多個隔開的加固構(gòu)件10a、10b，其屬于后一類并根據(jù)本發(fā)明的一個可行實(shí)施例構(gòu)造。雖然僅示出了兩個加固構(gòu)件10a、10b，但應(yīng)理解的是，可根據(jù)噴嘴板T的尺寸和特定應(yīng)用的其它方面設(shè)置更多或更少的加固構(gòu)件。
具體地說，正如通過結(jié)合圖3a觀察圖4a和4b也許是最好地示出那樣，多個加固構(gòu)件10a、10b中的每一個都包括一個具有第一下部12的主體。正如應(yīng)從上述討論中理解的那樣，該部分12可包括一塊已與噴嘴板T連接的傳統(tǒng)加力板，或可形成未連接的完整的加固構(gòu)件10的一部分(也即下部)，該加固構(gòu)件10將會直接固定在噴嘴板T平坦上表面的各個關(guān)鍵性位置上。
所示實(shí)施例中的下部12具有一個T形的橫剖面，包括(1)一塊相對薄的連接板14，其具有一個下端，沿著該下端形成有焊縫W或其它接合部分比如一個機(jī)械接頭，其在相鄰排的噴孔O之間將加固構(gòu)件10a或10b固定在噴嘴板T上；(2)一個位于連接板14相對端的橫向構(gòu)件16，形成了一個基本呈平面的上表面并限定了至少一個優(yōu)選是一對的對置凸緣18a、18b?；蛘?，下部12可由一個T形材料的單件形成，其是采用沖壓、擠出、鍛造或其它技術(shù)制得的，但這會增加費(fèi)用。目前，形成加固構(gòu)件10a或10b的低費(fèi)用由此優(yōu)選的方式是將橫向構(gòu)件16直接固定在連接板14上，比如通過激光或TIG焊接(見圖4a和4b中所示實(shí)施例中的焊縫W)。下部12優(yōu)選由鉑、其合金或類似材料制成。
加固構(gòu)件10a、10b還包括一個上部20，同樣具有一個T形橫剖面，其包括一塊連接板22和一個橫向構(gòu)件24。這樣，該橫向構(gòu)件24形成了至少一個優(yōu)選是一對的對置凸緣26a、26b，其限定了一個上表面US(見圖4a)。如同下部12的情況一樣，這些凸緣26a、26b可采用一種分開的焊接或以其它方式接合在連接板22上端上的材料件形成。不過，采用一個材料單件來形成上部20也是可行的，比如采用已知的沖壓或鍛造技術(shù)構(gòu)造的。在該特定實(shí)施例中，也許如圖4a最好地示出那樣，上部20的連接板22的下端可連接在下部12的橫向構(gòu)件16的上表面上，比如通過焊接或任何其它形成可靠的永久或半永久結(jié)合的方式。上部20優(yōu)選由用于形成下部12的相同材料制成，該材料已在上面作了闡述。
每個加固構(gòu)件10a或10b的上部20都包括這樣一個型面，其具有變化高度，形成有至少一個頂端A。因而，在圖3a的實(shí)施例中，連接板22的上端22a的斜面或高度從加固構(gòu)件10a或10b的兩端直線上升，這樣頂端A就基本上沿著其長度位于中點(diǎn)M(其也可與坩堝主體(未示出，但例如見圖8-10)的側(cè)壁之間的中點(diǎn)相重合)。并且，在所示的實(shí)施例中，連接板22具有三角形的側(cè)部22b和22c，見圖3a和4b。橫向構(gòu)件24(或多個構(gòu)件)也有助于限定該型面。
這種布置方式的最終結(jié)果是，就對彎曲應(yīng)力和蠕變的靈敏度而言，抗彎曲的最大或峰值阻力在理論上位于中點(diǎn)M，其是下垂程度一般為最大的精確位置。并且，在該特定實(shí)施例中，與僅使用一個實(shí)心材料塊相比，所增加的重量被保持在最小，同時仍通過提供一個橫剖面為T形的上部20達(dá)到理想的加固程度。還通過將由分開的材料件制成的各加固構(gòu)件10a或10b按序焊接在一起，使實(shí)施該布置方式所需的總成本降到最小。該結(jié)構(gòu)模式還容許在具有現(xiàn)有加力板的已使用的噴嘴板T上容易地對加固構(gòu)件10a或10b作翻新改進(jìn)(在該情況下，僅需設(shè)置圖3a、4a以及4b中所示的實(shí)施例中的上部20)。
在圖3b的實(shí)施例中，包括橫向構(gòu)件24的上部20的型面在高度上改變，并包括至少一個頂端A。不過，連接板22是不對稱的，每側(cè)的斜度不同。因此，頂端A并不落在加固構(gòu)件10a、10b的下部12的端部(或坩堝主體的側(cè)壁，此時加固構(gòu)件的下部12的端部與之一同延伸)之間的中點(diǎn)M(用虛直線標(biāo)出)。該布置方式或其任何變化可用在噴嘴板T上的最大彎曲應(yīng)力的位置不必位于中點(diǎn)M或其它設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不將頂端置于中點(diǎn)的特定場合中。在這些場合中，使頂端A定位的近似位置可憑經(jīng)驗(yàn)確定或采用眾所周知的分析或其它模擬技術(shù)如有限元分析來推算。
圖5a是一加固構(gòu)件110另一實(shí)施例的側(cè)視圖，而圖5b是一橫剖圖。在該實(shí)施例中，下部112、上部120被一個橫剖面為T形的材料單件限定，但也可由兩個分開的材料件限定。更具體地說，下部112由單塊垂直定向的連接板114的下部114a限定。該連接板114的最下端在沿著噴嘴板T的寬度延伸的相鄰排的噴孔O之間被連接在噴嘴板T的表面上，比如通過焊接。
加固構(gòu)件110的上部120包括連接板114的上部114b以及至少一個連接在其上端的橫向構(gòu)件124。該橫向構(gòu)件124限定至少一個優(yōu)選是一對對置的凸緣126a、126b。如同上述實(shí)施例，凸緣126a、126b也可改為分開連接，比如通過焊接或其它永久或半永久的結(jié)合方式(見圖5a)。包括橫向構(gòu)件124和連接板上部114b的加固構(gòu)件110的上部120也具有在型面中觀察時變化高度以限定至少一個頂端A。如同圖3a中的實(shí)施例，頂端A被示出基本位于加固構(gòu)件110端部之間的中點(diǎn)M。通過將頂端A定位在該一般形成最大彎曲應(yīng)力的位置，就大大提高了噴嘴板T相應(yīng)部分抵抗下垂的能力，這也就延長了使用壽命。如上所述，應(yīng)該理解的是，也可將圖5a中所示的實(shí)施例構(gòu)造成使頂端A(或多個頂端；例如見圖10)與中點(diǎn)M不重合。該布置方式可用在最大應(yīng)力或彎曲可能不在中點(diǎn)M或其它設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不將頂端置于跨距中點(diǎn)的情況下。
圖5a還示出了這樣一種方式，其中，在加固構(gòu)件110比如連接板124中還設(shè)有孔或開口130。這些孔或開口130減少了制造過程中所需的材料總量，從而減少了每個加固構(gòu)件110所占的成本和重量。不過，開口130是這樣定出大小并定位在關(guān)鍵位置的，即，在阻礙彎曲應(yīng)力或下垂結(jié)果方面沒有明顯的減小。在所示的示例中，設(shè)置有三個這樣的開口130，但也可設(shè)置更少或更多的。并且，雖然出于圖示的目的，示出的是圓形的開口130，但應(yīng)該理解的是，可采用任何形狀，只要能堅(jiān)決保證噴嘴板T上強(qiáng)度的加強(qiáng)。此外，雖然開口130是在圖5a的實(shí)施例中示出的，但應(yīng)理解的是，任何其它實(shí)施例都可設(shè)有開口，或位于上部(例如見圖9)、下部(未示出)，或位于該加固構(gòu)件的兩部分(未示出)中。
我們相信，圖5a中示出的加固構(gòu)件110提供了最佳的強(qiáng)度，且金屬重量最小。
另一實(shí)施例描繪在圖6a的部分切去的局剖端視圖中。在該實(shí)施例中，加固構(gòu)件210具有一個橫剖面形狀為倒置“L”的下部212。該“L”的連接板214的下端被固定在相鄰排噴孔之間的噴嘴板T的表面上，比如通過焊接(見焊縫W)。加固構(gòu)件210的上部220的橫剖面也為L形，參照圖6b的橫剖圖也許能最好地理解這一點(diǎn)。因而，它也包括一塊連接板222，其比如通過焊接固定在下部212的橫向構(gòu)件216上，從而使最終的加固構(gòu)件210形成F形的橫剖面。這樣，通過將形成下部212的L形構(gòu)件焊接到噴嘴板T上，或在形成上部220的L形構(gòu)件已焊接到下部212上之前或之后，該加固構(gòu)件210便與噴嘴板T形成一體。不過，如上所述，當(dāng)然也可但也更昂貴地由一個橫剖面為F形的材料單件形成整個加固構(gòu)件210，接著直接將其焊接到噴嘴板T上。
盡管沒有明確地示出，但還應(yīng)理解的是，為減小下垂效應(yīng)并延長噴嘴板T的使用壽命，加固構(gòu)件210的上部220具有在型面中觀察時變化高度，從而限定至少一個頂端A。實(shí)際上，在高度從側(cè)面直線上升到中點(diǎn)的加固構(gòu)件210的實(shí)施例中，現(xiàn)時圖6b右邊的側(cè)視圖與從圖3a的左邊或右邊觀察的視圖相同，此時，觀察者的肉眼位于由噴嘴板T限定的水平面處或附近。圖6b對邊即左手邊的視圖與圖5a中的視圖相似，但未沿著加固構(gòu)件的頂部示出凸緣126a或126b，且在將上部220的連接板222直接焊接到下部212的橫向構(gòu)件216上表面上的位置存在部分長度或全長的焊道。
圖7a中示出了另一個可行的實(shí)施例。在該實(shí)施例中，包括下部312和上部320的整個加固構(gòu)件310由一個材料單件制成，與圖5a中所示的實(shí)施例的情況相似。不過，除了凸緣326a、326b外，加固構(gòu)件310還包括一體化的凸緣318a、318b，其增加了強(qiáng)度，且進(jìn)一步有助于抵抗下垂。雖然該實(shí)施例采用了更多的材料，因而要比圖5a中所示的稍重一些(并且還采用當(dāng)前的沖壓或鍛造技術(shù)增加了制造成本)，但它與圖3a的實(shí)施例相比減少了所需的焊接量，因?yàn)楹缚p僅需要位于連接板314的下端與噴嘴板T表面之間的界面上。并且，它可用在噴嘴板T很寬或加固程度需更強(qiáng)的場合中。
圖7b中示出了一個加固構(gòu)件310的相似實(shí)施例，其由一個橫剖面為L形的材料單件形成。該加固構(gòu)件310還具有一個帶頂端(未示出)的變化高度型面。當(dāng)從圖7b的右手邊觀察時，該視圖與圖5a中的相似(可能沒有供選擇的開口130)。
到現(xiàn)在為止，已示出并描述的加固構(gòu)件10、110、210、310是用在單塊基本平坦的噴嘴板T上的，其在一個坩堝主體(未示出)的一對側(cè)壁之間延伸。不過，還可將加固構(gòu)件10、110、210、310用在設(shè)置有一個“雙層底”坩堝的場合中。這一點(diǎn)在圖8-10中示出，其中圖8和9中示出了僅半個“雙層底”坩堝(中心線L標(biāo)出)，而圖10中示出了整個“雙層底”坩堝。
在第一實(shí)施例中，加固構(gòu)件410具有一個與上述其它實(shí)施例中的相似的上部420。區(qū)別在于，高度是從兩側(cè)非直線性地改變的，以形成一個弓狀型面，取代了通過從隔開的端部直線性地使高度上升而形成的頂端A。優(yōu)選的是，如同其它實(shí)施例，頂端A基本位于加固構(gòu)件410兩端之間的中點(diǎn)M，以提供最佳的抵抗彎曲應(yīng)力乃至隨時間變化的塑性變形(蠕變)的阻力。在該實(shí)施例中，頂端A并不與側(cè)壁(僅在圖8中示出一個側(cè)壁S1)之間的中點(diǎn)重合，而可以落在中心線L處或附近。
還應(yīng)理解的是，圖8的實(shí)施例可形成如同圖3a中的那樣，上部420的弓狀型面被單獨(dú)焊接或連接到一個由橫向構(gòu)件416限定的上表面上，從而形成對置的凸緣418a或418b(僅在圖8中示出一個)。下部412又固定在相鄰排的噴孔O之間的噴嘴板T的表面上，并可采取現(xiàn)有加力板G的形式，上部420僅用作一個附加的加強(qiáng)或加固構(gòu)件。該實(shí)施例的端視圖和橫剖圖與圖4a和4b中的基本相同，但也可如同圖6a和6b中的那樣。
或者，加固構(gòu)件410可由一個材料單件制成，其上部420具有弓狀型面。另一種選擇方案是使直立的部分或連接板422由一個材料單件形成，然后單獨(dú)地連接彎曲的橫向構(gòu)件424，比如通過焊接。在這些情況中的任一情況下，上部420和下部412都可具有T形或L形的橫剖面(二者優(yōu)選具有相同的橫剖面形狀)。并且，盡管未在圖8中示出，應(yīng)該理解的是，兩個部分都可包括減輕重量的孔或開口。
仍參見圖8，還注意到，在所示的實(shí)施例中，上部420在未達(dá)到側(cè)壁S1的位置停止，限定凸緣418a或418b(僅示出一個)的橫向構(gòu)件416也是一樣。如此形成的該間隙容許焊機(jī)接近側(cè)壁S1，這樣焊縫就可沿著連接板414的相應(yīng)端布置。該間隙特別有助于設(shè)置多個緊密隔開的加固構(gòu)件(未示出)的情況。
圖9中所示的實(shí)施例包括這樣一個組合，其采納了圖3a-4b、5a和9實(shí)施例中的特征。加固構(gòu)件510的上部520具有一個帶頂端A的倒置V形型面，并由一個分開的材料件形成，其被焊接或以其它方式固定在下部512的橫向構(gòu)件516上(二者都可具有T形或L形的橫剖面)。還可在上部520中設(shè)置多個相對小的、關(guān)鍵位置的開口530，如上所述，這減小了最終加固構(gòu)件510的重量，而不會在很大程度上損害強(qiáng)度。上部520還形成有一道與側(cè)壁S1隔開的間隙。正如前面段落中所提到的那樣，這對接近下部512與側(cè)壁S1的端部之間的界面來說可任意選擇。
在圖10中所示的實(shí)施例中，值得注意的第一點(diǎn)是，橫剖面中示出了完整的“雙層底”坩堝B或坩堝組件，包括隔開的側(cè)壁S1、S2和噴嘴板T。在所示的實(shí)施例中，噴嘴板T是與倒置的V形通道C連成一體的。該通道C沿著坩堝B的長度延伸以提供加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)支撐，并可填充一種耐火材料R，以防一個水冷式支架(未示出)上有熱損失。正如本領(lǐng)域所公知的那樣，耐火材料R也常包圍整個坩堝B，從而不僅使它與周圍環(huán)境熱絕緣，還使它與其它結(jié)構(gòu)電絕緣。
固定在每塊噴嘴板T表面上的是一個加固構(gòu)件610。該加固構(gòu)件610包括一個下部612，如上所述，其可由噴嘴板T上的橫剖面為T形或L形的加力板形成。該實(shí)施例中的上部620具有這樣一個型面，其在高度上改變以限定兩個頂端A1、A2，其中每一個基本上位于各噴嘴板T的中點(diǎn)。因而，上部620的型面就具有倒置W的形狀。上部620可由一個材料單件形成，包括一塊連續(xù)的連接板622，或可具有一個或多個單獨(dú)焊接到位的橫向構(gòu)件624(圖10中示出兩個)?；蛘撸虏?12和上部620都可與橫向構(gòu)件624一起由一個材料單件形成，該橫向構(gòu)件624限定了至少一個優(yōu)選是一對對置的凸緣。上部620還被示出具有與側(cè)壁S1、S2隔開的端部，以允許在焊接過程中能接近得到，但如上所述，這是可選擇的。
本發(fā)明實(shí)施例的上述說明是出于圖示和闡述的目的而提出的。這些說明并不意味著是詳盡徹底的，或要將本發(fā)明限制到所披露的精密形式中。可根據(jù)上述的教導(dǎo)進(jìn)行顯而易見的改進(jìn)或變化。例如，雖然在各圖中示出的是僅單個加固構(gòu)件或成對的加固構(gòu)件，但應(yīng)理解的是，可沿著噴嘴板以任何隔開的間隔采用需要達(dá)到理想的加固/抵抗程度的任何數(shù)目的加固構(gòu)件。并且，無論是由單個材料件、多個材料件形成，還是作為附加件加到現(xiàn)有的加力板上，加固構(gòu)件都僅可位于對最大彎曲應(yīng)力敏感的位置，其它位置或者具有傳統(tǒng)的加力板或沒有加固構(gòu)件。還可對各加固構(gòu)件或其部件的型面形狀或橫剖面形狀作出無窮的變化，同時仍能實(shí)現(xiàn)令人滿意的加固/抵抗級別。例如，雖然T形、F形和倒置L形的橫剖面形成與噴嘴板接觸的極小點(diǎn)，并將附加的重量減至最小，但加固構(gòu)件也可具有C形、I形或E形橫剖面或其任何變化形式。所描述的實(shí)施例是被選擇用來最好地示出本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用的，從而能讓本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員利用各實(shí)施例中的本發(fā)明并與適合于所預(yù)期的特定應(yīng)用上的各種改進(jìn)相結(jié)合。所有這類改進(jìn)和變化都落在本發(fā)明的范圍內(nèi)，本發(fā)明的范圍由隨附權(quán)利要求在根據(jù)其被公正、合法、合理地予以授權(quán)的寬度解釋時確定。
權(quán)利要求
1.在一個具有板狀結(jié)構(gòu)的坩堝組件中，該板狀結(jié)構(gòu)包括多個用于由一種流體材料形成纖維的噴孔，一種用于加固該結(jié)構(gòu)的構(gòu)件(10a，10b)包括一個主體，該主體包括一個第一部分(12)和一個第二部分(20)，該第一部分(12)連接在該結(jié)構(gòu)(T)上，而該第二部分(20)具有一個變化高度的型面，包括至少一個頂端(A)；該主體變化高度的型面和至少一個頂端有助于加固該結(jié)構(gòu)以防下垂并延長其使用壽命，同時最大程度地減少金屬用量。
2.如權(quán)利要求1所述的加固構(gòu)件，其特征在于，該主體是由一個材料單件組成的。
3.如權(quán)利要求2所述的加固構(gòu)件，其特征在于，該包括第一和第二部分的主體具有倒置L形(310)、T形(312、320)或F形(210)的橫剖面。
4.如權(quán)利要求3所述的加固構(gòu)件，其特征在于，該主體的第二部分具有弓狀型面(420)、倒置V形型面(520)或倒置W形型面(620)。
5.如權(quán)利要求1所述的加固構(gòu)件，其特征在于，該主體具有包括一個中點(diǎn)(M)的長度，并且，該至少一個頂端(A)基本上位于該中點(diǎn)。
6.如權(quán)利要求1所述的加固構(gòu)件，其特征在于，該坩堝組件包括間隔開的側(cè)壁(S1，S2)，該主體的第一端和第二端分別固定在其上，并且，該至少一個頂端位于該間隔開的側(cè)壁之間。
7.如權(quán)利要求1所述的加固構(gòu)件，其特征在于，該主體包括一個第一構(gòu)件，其限定連接到該結(jié)構(gòu)上的第一部分；一個與該第一構(gòu)件連接的第二構(gòu)件，其限定該第二部分并具有帶該至少一個頂端的變化高度的型面。
8.如權(quán)利要求7所述的加固構(gòu)件，其特征在于，該第一構(gòu)件具有T形(12)或倒置L形(212)的橫剖面。
9.如權(quán)利要求7所述的加固構(gòu)件，其特征在于，該第二構(gòu)件具有T形(20)或倒置L形(220)的橫剖面，并由一個或多個部件形成。
10.如權(quán)利要求7所述的加固構(gòu)件，其特征在于，該第二部分具有弓狀型面、倒置V形型面或倒置W形型面。
11.如權(quán)利要求7所述的加固構(gòu)件，其特征在于，該第二構(gòu)件包括一塊連接板(22)，其一端被直接焊接在該第一構(gòu)件的上表面上。
12.如權(quán)利要求1所述的加固構(gòu)件，其特征在于，該主體的第二部分包括至少兩個頂端(A1，A2)。
13.如權(quán)利要求1所述的加固構(gòu)件，其特征在于，該主體的第一部分(112)或第二部分(120)包括多個處在關(guān)鍵位置上的開口(130)，該開口(130)用于減小制造加固構(gòu)件所需的材料量而不會損害其強(qiáng)度。
14.一種用于在高溫下由一種流體材料形成許多纖維的坩堝組件，它包括一個結(jié)構(gòu)，其具有多個噴孔，流體材料流過這些噴孔以形成纖維；至少一個加固構(gòu)件(10a，10b)，其具有一個第一部分(12)和一個第二部分(20)，該第一部分(12)連接在該結(jié)構(gòu)(T)上，而該第二部分(20)具有一個變化高度的型面，所述變化高度包括至少一個頂端(A)；該加固構(gòu)件包括至少一個頂端的變化高度提高了該結(jié)構(gòu)抗下垂的阻力并延長了其使用壽命，同時最大程度地減少了金屬用量。
15.如權(quán)利要求14所述的坩堝組件，其特征在于，該纖維成形結(jié)構(gòu)為板狀，并且，該至少一個加固構(gòu)件沿其寬度延伸。
16.如權(quán)利要求15所述的坩堝組件，其特征在于，多個獨(dú)立的間隔開的加固構(gòu)件沿著該板狀結(jié)構(gòu)的寬度延伸。
17.如權(quán)利要求16所述的坩堝組件，其特征在于，該纖維成形結(jié)構(gòu)具有一個上表面，各個加固構(gòu)件的第一部分被焊接在其上。
18.如權(quán)利要求14所述的坩堝組件，其特征在于，該加固構(gòu)件是由材料單件或至少兩個固定在一起的材料件而制成的。
19.如權(quán)利要求14所述的坩堝組件，其特征在于，該結(jié)構(gòu)包括至少一塊現(xiàn)有的加力板(G1)，并且，該加固構(gòu)件的第二部分被連接到該加力板上。
20.一種用于由一種供應(yīng)給坩堝的流體材料形成纖維的板或板狀結(jié)構(gòu)的加固方法，它包括將至少一個加固構(gòu)件(10a，10b)固定到該纖維成形結(jié)構(gòu)上，所述加固構(gòu)件包括一個第一部分(12)和一個第二部分(20)，該第一部分(12)連接在該結(jié)構(gòu)(T)上，而該第二部分(20)具有一個變化高度的型面，所述變化高度包括至少一個頂端(A)，該加固構(gòu)件包括至少一個頂端的變化高度提高了該結(jié)構(gòu)抗彎曲應(yīng)力的阻力并延長了其使用壽命，同時最大程度地減少了金屬用量。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，該固定步驟包括將多個獨(dú)立的加固構(gòu)件以間隔開的關(guān)系固定到該纖維成形結(jié)構(gòu)上。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，該加固構(gòu)件包括一個第一構(gòu)件和一個第二構(gòu)件，該第一構(gòu)件包括第一部分，而該第二構(gòu)件包括第二部分，并且，該固定步驟包括將該第一構(gòu)件固定到該纖維成形結(jié)構(gòu)上，且將該第二構(gòu)件固定到該第一構(gòu)件上。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，該纖維成形結(jié)構(gòu)包括至少一塊現(xiàn)有的加力板(G1)，并且，所述方法還包括將該加固構(gòu)件的第一部分連接到該加力板上。
24.在一個采用一塊坩堝噴嘴板(T)在高溫下由一種流體材料形成纖維的坩堝組件中，該坩堝噴嘴板具有一個上表面并包括多個處在關(guān)鍵位置上的纖維成形噴孔，一種加固構(gòu)件(10a，10b)包括一個主體，該主體具有一個下部(12)和一個與該下部相連的上部，該下部(12)包括一塊連接板(22)，用以連接到坩堝噴嘴板的上表面上，所述上部具有變化高度的型面，其成形為抵抗部分由材料重量形成的彎曲應(yīng)力和部分由材料長時間高溫及彎曲應(yīng)力形成的蠕變，所述型面包括至少一個頂端(A)，該主體包括至少一個頂端的型面提高了坩堝噴嘴板抗下垂的阻力，從而大大延長了其使用壽命，同時最大程度地減少了金屬用量。
全文摘要
本發(fā)明公開了多個用于加固一個板狀結(jié)構(gòu)比如坩堝噴嘴板(T)的不同構(gòu)件，該坩堝噴嘴板用于將一種供應(yīng)給坩堝組件的流體材料形成纖維。每個加固構(gòu)件(10a，10b)包括一個主體，其具有第一部分(12)和第二部分(20)，該第一部分連接在該結(jié)構(gòu)上，而該第二部分具有變化高度的型面，包括至少一個頂端(A)。該主體可由一個材料單件一體形成，或由接合或固定在一起的兩個或更多分開的材料件形成。該主體的橫剖面可為T形(312，320)、L形(310)或F形(212，220)。該主體的第二部分可具有倒置V形型面(520)、倒置W形型面(620)或弓狀型面(420)。該至少一個頂端可沿著主體的長度位于中點(diǎn)(M)或別處。
文檔編號C03B37/00GK1512970SQ02810777
公開日2004年7月14日 申請日期2002年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月27日
發(fā)明者拜倫·L·比米斯, 蒂莫西·A·薩利文, 凱文·D·史密斯, 戴維·H·沃爾夫, 杰克·L·埃默森, 布魯諾·A·普努德, 詹姆斯·P·特蕾西, 威廉·L·施特賴歇爾, A 普努德, A 薩利文, P 特蕾西, D 史密斯, H 沃爾夫, L 埃默森, L 施特賴歇爾, 拜倫 L 比米斯 申請人:歐文斯科爾寧格公司