814904 - Способ варки стекла

Способ варки стекла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

(Ы) Дополнительное к авт. санд-вувЂ” (23) Заявлено 120479 (23) 2767494/29-33

Р1 М 3

С 03 В 5/04

Государственимй комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опуолнковано 230381. Бюллетень Н9 11

Р ) >48 666.1.031 .2(088.8) Дата опубликовании описании 230381

P2) Авторы мзобретення а

A. Ý . Микельсон, В. Н . Иошняга, А.Д. Османис, В.Т. Славянский и В.С. Шашкин (54 ) СПОСОБ ВАРКИ CTEKtiA

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к технологии варки стекла, и может быть использовано для получения высокооднородного оптического стекла.

Известен способ гомогеннзации стекла, заключающийся в том, что перемешивание стекломассы осуществляют электромагнитным полем повышенной частоты О (порядка 100-1000 Гц) Щ

Недостатком способа является необходимость специальных высокочастотных преобразователей для питания установок, создающих электромагнитное поле, и недостаточно эффективное перемешивание вследствие малости объемных электромагнитных сил.

Известен способ гомогенизации cãåêломассы с применением электрических полей (21, 20

Однако при этом наблюдается создание в стекломассе объемных магнитных сил, вызывающик ее перемешивание с достаточной интенсивностью во всем объеме стекломассы.

Известен способ, когда гомогенизацию стекломассы осуществляют с помощью электрических и магнитных полей, которые вызывают объемные элек- Ж тромагнитные силы, приводящие к перемешиванию стекломассы f33 .

Однако при таком способе Осуществления процесса гомогенизации при наложении внешних электромагнитных полей движение стекломассы обеспечивается лишь в одной плоскости. Таким образом, полученный вид потоков не приводит к достаточной степени гомогенизации стекломассы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ варки стекла, заключающийся в том, что атекломассу нагревают путем пропускания электрического тока и в течение некоторого времени подвергают воздействию магнитного поля.

Иагнитное поле ориентировано таким образом, что создает в стекле магнитный поток, перпендикулярный направлению тока нагрева, проходящего через стекломассу s области магнитного потока. Величина и ориентация магнитного потока по отношению к величине и ориентации тока нагрева так же, как и силы, создаваемые взаимодействием упомянутого тока и магнитного поля, достаточно велики и направлены так что изменяют поток жидкого стекла 41.

Недостатком этого способа варки стекла является то, что структура ламинарных потоков, создаваемых в процессе варки стекла, представляет собой вращение расплавленной стекломассы в одной плоскости, что не может .привести к хорошему йеремешиванию стекломассы.

Цель изобретения вЂ” повышение йроизводительности и качества стекла.

Поставленная цель достигается тем, что через стекломассу в процесс варки стекла на стадиях осветления и гомогенизации пропускают переменный электрический ток и накладывают переменное магнитное поле в области пропускания переменного электрического тока таким образом, что силовые линии магнитного поля ориентированы ортогонально линиям электрического поля,. при

«этом при осветлении стекломассы пропускают электрический ток и одновремен- Я но накладывают магнитное поле при температуре, соответствующей вязкости 1200 П, продолжительностью 1 -60 мнн, а процесс гомогенизации ведут при температуре, соответствующей вязкости

50-500 П в течение времени 30-180 мин, причем направление вектора индукции внешнего магнитного поля изменяют в двух взаимно перпендикулярных направлениях, а направление тока поочередно изменяют в трех взаимно перпендикулярных направлениях и таким образом осуществляют вращение стекломассы поочередно в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.

Переменное магнитное поле одного из двух взаимно перпендикулярных направлений можно включать одновременно с электрическим током одного из трех взаимно перпендикулярных направлений, которое перпендикулярно на- фО правлению магнитного поля, а переменное магнитное поле второго направления включать по очереди с током двух других направлений, перпендикулярных этому направлению магнитного поля, а затем этот цикл повторять через 25 мин.

При переключении направления вектора индукции внешнего магнитного поля одновременно переключают токоподводящие электроды и таким образом меняют месторасположение зон максимальной плотности объемных электромагнитных сил и направление вектора плотности электромагнитных сил.

Для осуществления способа варки стекла для осветления и гомогенизации стекломассы можно приспособить большинство известных типов стекловаренных печей. Такая воэможность обусловлена тем, что процесс гомоге- Щ низации и осветвления осуществим в любой емкости, содержащей расплав,,путем создания специальной структуры ламинарных потоков. Создание такой структуры потоков обеспечивается по-, у очередным вращением стекломассы в трех взаимно ортогональных плоскостях. В результате такого воздействия на стекломассу получаем переплетение траекторий движения элементов объема стекломассы, что в свою очередь ведет к выравнивают и равномерному распределению имеющихся инградиантов.

Наблюдается интенсификация химичес,ких реакций. Стекломасса наряду с высокой гомогенностью имеет практически полное осветление, т.е. практически не содержит пузырьков и мошки.

Пример 1. Для варки оптического стекла состава, масс.Ъ по синтезу: 31, 04 Ы 0, 65,57 P ЬО;

2,.64 Na<0; 0,50 As 0 и 0,25 Sb<03, используют шихту, содержащую следующие химически чистые материалы, г:

310,40 S i 0, 614, 34 РЬ. 04, 81, 17

Pb(N0> ) ) 45, 14 Иа С03, 5,00 As 0 н

2,. 50 Sb О>

Стекло варят по двум режимам.

По первому режиму варка стекла осуществляется обычным способом,- т.е. без применения электромагнитных полей в процессах его осветления и гомогеннэации. Засыпку шихты производят при температуре 1350 С и выдеро живают в течение 3 ч. После провара стекломассу осветляют при температувЂ” ре 1380 С, что соответствует вязкосо тн стекломассы 30 П. В течение 1 ч при осветлении и 3 ч при гомогенизации (при температуре 1240ОС, что соответствует вязкости стекломассы 5070 П) стекломассу перемешивают лопастной мешалкой. После снижения температуры .до температуры, соответствующей вязкости 500 П, стекломассу отливают в формы, выполненные нз чугуна марки СЧ-28 к отжигают.

По второму режиму варка стекла осуществляется следующим образом.

Засыпку шихты производят при температуре 1350 С в течение 3-х часов.

Стекломассу осветляют при температуре 1380 (вязкость 30 П) в течение

0,5 ч при помощи электромагнитных полей. Наложение электромагнитных полей осуществляется следующим образом. В емкость, содержащую стекломассу, вводят 3 пары электродов для пропускания электрического тока через стекломассу и накладывают внешние магнитные поля, создаваемые электромагнитами, расположенными с внешней стороны электропечи. Через, стекломассу с помощью электродов пропускают переменный электрический ток плотностью 0,05 A/MM и накладывают внешнее магнитное поле напряженностью

Н=400 Ге, создаваемое электромагнитом, Б рeçóëüòàòå этого получаем вращение стекломассы со скоростью 45 см/с в горизонтальной плоскости в течение 5 мин.

Затем с помощью коммутирующих устройств подключают электроды и элек814904 тромагнит. В результате такого подключения получают вращение стекломассы со скоростью 4-5 см/с в вертикальной плоскости, перпендикулярной предыдущей, в течение 5 мин.

После этого подключают электроды и электромагнит. В результате получается движение стекломассы в вертикальной плоскости, перпендикулярной двум предыдущим плоскостям в течение ,5 мин. 16

После снижения температуры до

1240 C, соответствующей вязкости 5070 П, стекломассу при ее гомогенкзации подвергают воздействию электромагнитными полями продолжительностью

1,5 ч таким же образом, что и нри ее осветлении, т.е. меняют характер движения стекломассы при ее перемешивании через каждые 5 мин, Пример 2. Для варки оптического стекла состава, масс.Ъ по синте- 20 зу: 65,15 Si02,. 12,11 8203, 3,19

A12OS 1 56 Ва0, 1 20 СаО; О 50 И90, б, 10 К20,, 9,. 89 Иа20 и О, 30 As 20 использу ется шихта, содержащая следующие химически чистые материалы, r:

661 50 S! 01, 215, О Н ВОЗ, 31,90 И20, 20,8 ВаСО3, 2141 Са10з, 10,45 И9СО, 42,93 НИО," 60, 15 К СО; 169, 12

Na CO>. и Ä00 As>0>. Стекла варят по двум режимам.

По первому режиму варка проводится обычным способом, без применения электромагнитных полей в процессах его осветления и гомогенизации. Засыпку шихты производят при температуре

1380-1420 С и выдерживают при этой температуре в течение 3 ч. Вязкость расплава стекломассы в температурном интервале от 1380-1420 С составляет

110" 100 П. После провара стекломассу осветляют при температуре 1440-1460 С,4О о что соответствует вязкости 20-25 П.

Продолжительность осветления стекламассы составляет 1 ч. Затем температуру .снижают до 1280-1260 С„ что соответствует вязкости 225-230 П, и вы- 4 держивают в течение 3,4 ч.

По второму режиму засыпка шихты производится при температуре 13801420ОС и выдерживается при этой температуре в течение 3 ч. После провара стекломассу осветляют при температуре 1440-1460 С (вязкость 20-25 П) при помощи электромагнитных полей (плотность тока 0,02 A/ìì, напряженй ность магнитного поля составляет

350 Гс) в течение 15 мин при поочередном изменении направления вектора индукции внешнего магнитного поля в двух перпендикулярных направлениях и одновременном переключении электро" дов через каждые 2,5 мин. 6Î

Гомогенизация стекломассы осуществляется при температуре 1280-1260 (вязкость 225-230 П) продолжительностью 1,5 ч при помощи электромагнитных полей. Плотность тока на электро- Я дах составляет до 0,03 A/ìì2, а на" пряженность магнитного поля вЂ” 450 Гс.

Поочередное изменение направления вектора индукции внешнего магнитного поля с одновременным переключением электродов проводят через каждые

5 мин.

Пример 3. Для варки оптического стекла состава, масс.Ъ по синтезу: 42,80 Si02, 45,00 PЬО; 10,40 К20;

1750 Na20Ã Ое30 д2031используется шихта, содержащая следующие химичес кие чистые материалы, г: 428,00 SiО, 409,56 РЬ20, 74р20 РЬ(НОВ), 51,52 °

KNO, 117, 37 К2СО3, 25, 65 Na2 СОз и

3,00 As<0>.

Стекло варят по двум отличающимся режимам, По первому режиму варку стекла проводят обычным способом, беэ применения электромагнитных полей. Засыпку шихты производят при температуре

1380 С (вязкость 35 П). Расплав выдерживают 3 ч. После провара стекломассу осветляют при температуре 1450 С, о что соответствует вязкости расплава

20 П, в течение 1 и. Гомогенизацию стекломассы проводят при температуре 128D С, что соответствует вязкости стекломассы 120 П,в течение 3 ч. бтекломасса при осветлении и при гомогенизации перемешивается лопастной мешалкой со скоростью 40 об/мин.

По второму режиму засыпка шихты проводится при температуре 1380 С.

Выдержка стекломассы при этой температуре составляет 3 ч.

После провара стекломассы ее освето ление проводят при температуре 1450 С (вязкость 20 П) в течение 0,5 ч под воздействием электромагнитных полей при поочередном изменении -направления вектора индукции внешнего магнитного поля и одновременном переключении электродов через каждыв

5 мин.

Гомогенизация стекломассы также осуществляется при помощи электромагнитных полей в течение 1 ч, Поочередное изменение направления вектора индукции внешнего магнитного поля и переключение электродов проводят через каждые 5 мин. Плотность тока на электродах.(0,03 A/àì2) и напряженность магнитного поля (H=500 Гс) одинаковы как при осветлении, так и при гомогенизации стекломассы.

Пример 4. Для варки оптического стекла состава, масс.% по синтезу: 41 30 Si 02; 44 О РЬО 14,20 К20

0 50 As О, используется шихта, содержащая следующие чйстые материалы, r: 41360 S i 02; 409,56 Р 6 0

59,36 PЬ(ИО }, 146,71 К СО, 90,16

K NO и 5, 00 As 0 . Стекло варят по двум отличающимся режимам. о первому режиму варки засыпку шихты производят при температуре

1380 С (что соответствует вязкости

814904 стекломассы 35 П), Бра и нылеожки ! ., при температуре 1380 ". .состав;,.:яет

Э ч „После пров ар а стекломэ с с у ос"" ветляют при температуре 1400 C... сост ветствуюцей вязкости стекломассы окбло 25 П. Осветление проводят н течение 1 ч. Гомогенизацию стекломассы проводят при температуре 1280 С (вязкость стекломассы 110-120 П) н тече-ние 3 a При осветленки и гомогенизации стекломассу перемешивают лопаст,", (д ной Мешалкой со скоростью 40 об/b<<

По второму режиму шихт p засыпают также прй температуре 1380сС (выдерж:ка стекла 3 ч) . Стекломассу оснетляют при температуре 1400< С (вязкость . 25 П) в течение 1 ч при ноздей тнии электромагнитных полей путем пропус-., кания через расплав электрического тока и наложения внешнего магнитного поля - при поочередном изменении направления вектора индукции внешне- 20 го магнитного поля н трех перпендикулярных направлениях и одновременном переключении рабочих электродов.

Направление вектора индукции внешнего магнитного поля меняют через каж-. дые 5 мин.

Гомогенизацню стекломассы прк температуре 1280 С (вязкость 110-120 П) проводят также под воздействием электромагнитных полей в течение 2 ч, На- ><, правление вектора индукции внешнего магнитного поля, как и при оси=--тлении стекломассы, меняют чере, каждые

5 мин.

Плотность тока на электродах при осветлении стекломассы имеет значе=. ние 0 01 A/ммР, а напряженность магнитного поля 400 Гс. Плотность тока на электродах при гомогенкзации составляет 0 02 Ь/мм, a напряженность .2. магнитного поля 550 Гс. :4./

Пример 5. Стекло состава, масс.Ъ: 70,0 SiÎ ; 9,5 Са0 16,5

Йа 0 и 4,0 Ti +, варят из шихты, подготовленной А химически чистых реагентов по двум различным режимам, 4а

По первому режиму шихту засыпают при температуре 1250 С и выдерживают

О в течение 4,0 ч. После полного провара сТекломассу осветляют при температуре 1280ОС, что соответствует вяз-,-п кости стекломассы 190-200 П,в течение 1 ч. Гомогенизацию стекломассы проводят при температуре 1200ОС, что

oоотнетстнует вязкости стекломассы

4".0-500 П, Продолжительность гомоге,-:.лзацки стекломассы составляет 3 ч.

Прк сс;=.,eòïeíèè и гомогенизации стеке ..- оса не подвергается воздействию

"-.. ектромагнитньм полем.

По второму режиму шихту также зась-.лают прк температуре 1250 С к вы,;:ep;:<êeàþT 4 ч. После полного проварс оснетлсние стекломассы проводят .гк температуре 1280ОС (вязкость

1!-О- 200 П) н течение 30 мин.

Гомогенкзацию стекломассы проводят при температуре 1200 С (вязкость

490-500 П) н течение 1 ч= Плотность тока на электродах (как при оснетленкк, так к при гомогенизации) составляет 0,02 А/мм, а напряженность маги:::::.тного поля 500 Гс. Направление движения стекломассы при ее перемешкна ик меняется каждые 5 мин.

Основные параметры, характеризующие режимы оснетления и гомогенкзацкк оптических стекол, приведены в табл. 1 Результаты оценки пузырностк (согл-сно НО 2498 10,33 342) путем просмотра нумерованных образцов проб блочного стекла объемом 200 см 3 (10 10 2 см) на установке СН-80 и ,ААК-1, а также результаты оценки бесснкльностк (согласно 0СТ 3-1200-72), пркнедены н табл. 2.

Предлагаемый способ варки стекла можно использовать на большинстве стеклонаренных печей и, в первую очередь, на электрических печах прямого нагрева, н которых применяемые н настоящ е время системы механического перемешинания усложняют процесс электроварки.

Предлагаемый способ позволяет отказа <ься от систем механического перемешкнания. При этом оказывается возможной герметизация зон гомогенизBDBH к студки электрических стекло варенны;: печей прямого нагрева, что уменьшает летучесть расплава и позволяет повысить качество вырабатываеО мой стекломассы.

Таким образом, решается одна из важнейших задач оптического стекловарения - получение стекла с минимальным содержанием пузырей и с высоким качеством по бессвильности в трех направлениях, 814904

l (4

М Д М а,! I 0:

rXVI

e e O tcI

xXxZ ок о5о и L 4

° 1 О

«Ф

I tA l

О д сб оох3

ДОО

4"Ъ

4Ч

ЧЪ

4«4

Cl с (Ct

М 1

0I («! о

Е ( о

Гч

О О Ю CO Ch Щ

«4 «4

О О О ф

«4 «-4

О О

00 Ю

«4

14 о о

40 И (С

4Ч

С«4

I а О

tO 4«Ъ

4Ч ь

О О О

4Ч 4Ч Ch

« «4 «4

4Ч

4«4

l ь

Ю ь

О О (Ч 4Ч

«4 «4

Ф I U у 0, о

tIl CtI 0(Е4 Cb 10t

4Ч

«.4

Я 1

O l

l о.! (1

Ф I

Я 1

Ж 1

Ф I

Ц I (4

Ф i

ail »oe

4I е 3 0I X O S O

ЖМЗЙЖЗ(Г4

О l

1 О 1

I Ю

4 Ъ

О О

I «(« I

О О! д -в

4Ч

СЪ

6 «3

О О

4 Ъ ЦЪ

О О О

Ю 10 tO

Д (4

U о

Ы (CC ((1

Ю (Ч

44Ъ tA О 4Ч (Ч Ch

« «

4«Ъ

4Ч

О tA

4«> 4Ч

О О

4Ч 4Ч

llI

e -v

И <6 о ч «»

О !

О О О

00 00 Ф

4«Ъ 4«) «ф е4 «.4 Н

I I

И I (4 1

l 14

1 4б l

I (0

1 И I

Ю (ЪЪ

1 1

1 1 (I

°, РЪ «Ф

1 о о(". лц1(«

О о(::

CCI

4!Ъ

4«Ъ

«-4

4 Ъ 4 Ъ М «3 4!Ъ

М С4

ot э

1=: Е

О О О О О О Q О О О О

«Ф Ф CO «О 00 CO CO CO 00 CO О

СЧ 4Ч 4Ч 4Ч Р4 СЧ 4Ч СЧ 4«3 4Ч 4Ч

«4 «4 «-! «-4 «-4. «-4 «««-4 «.4 «-4 «-4

О О О О О О О О

iО «й «0 tA tA О Ю CO

° 0е сР «3 Ф «Ф «I М 0Ч

«4 «-4 «.4 «-4 «-4 «4 «.4

I I

О О О О О tA 44Ъ Ф О О

«4 О «-4 О 4«4 4«Ъ 4,Ъ 4 Ъ CO

«-4 «Ч «-4 е4 (Ч.

О О О О О О О О О О

44Ъ 00 C«I ф 4Ч ф ф ф Ф 4(Ъ

4«Ъ 4«4 «,Р M «ф 4«Ъ M M 4«Ъ 4Ч

«-4 «.4 е 4 «-4 «-4 «Ч «-4 «.4 «.4 «.4

4Ч

4 Ъ

4Ч

«-4

4Ч

«.4 о

« ck

4«)

4Ч

4(Ъ

4Ч

«-4

4Ч

814904

Та блиц а 2

Свнльность

Пример Режимы варки стекол

Свилей не обнаружено

107

Наблюдалась свильность ъ

С вил ей не обнаружено

Наблюдались нитевидные свили

Свилей не обнаружено

Наблюдались нитевидные свили

Свилей не обнаружено

Наблюдались нитевидные свили

Свилей не обнаружено

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 947/34 Тираж 520 Подписное

Филиал ППП "Патент",г,ужгород,ул.Проектная,4

1 о Способ варки стекла р включаю щий осв етление и гомогенизацию стекломассы путем пропускания переменного электрического тока через расплав и наложения на него внешнего переменного магнитного поля, причем силовые линии магнитного поля ориентируют ортогднально линиям электрического поля, о т л и ч а ю щ и йвЂ” с я тем„ что, с целью повышения производительности и качества стекла, пропускание электрического тока и нйожение магнитного поля при ac= ветлении осуществляют при температу; ре,соответствующей вязкости 1-200 П

; продолжительностью 15-60 мин, а при гомогенизации вЂ” при температуре, соутветствующей вязкости 50-500 П

s течение 30-180 мин, причем направление вектора индукции внешнего магнитного поля изменяют в двух вза-. имно перпендикулярных направлениях, а направление тока поочередно изменяют в трех взаимно перпендикулярных направлениях.

2. Способ по и. 1, о т л и ч авЂ” .ю шийся тем, что переменное магнитное поле одного из двух взаимно перпендикулярных направлений включают одновременно с электрическим то4О ком одного из трех взаимно перпендикулярных направлений, перпендикулярным направлению магнитного поля, а переменное магнитное поле второго направления включают по очереди с токами двух других направщзний, перпендикулярных этому направлению магнитного поля с последующим повторением цикла через 2-5 мин.

Я Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 516650, кл. С 03 В 5/16, 1973.

2. Патент США В 3108149, кл. 65-134, 196 3.

3. Патент Франции Р 2067361, кл. С 03 В 5/00, 1971.

4. Патент Великобритании Р 1289317, Щ кл. С И, 1972,

Способ варки стекла

Патент 814904