Способ варки стекла в индукционной печи

 

Сущность изобретения: процесс гомогенизации стекломассы проводят при вращении кварцевого тигля со скоростью 1-30 об/мин вокруг своей оси при смещении ее положения относительно оси индуктора на величину Z |К - 1-(0,5-0,8)Ринд|, мм, где Ринд - радиус индуктора, мм: К - минимальное расстояние между внутренней стенкой индуктора и наружной стенкой тигля, мм, которое составляет 20-25 мм. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з С 03 85/033

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . jgj <5<1,. Д

Т

Ф

4ц@,. -. -....;

1 Д-. «:,+,;д«уф;,. .-; „„ -„«

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4773359/33 (22) 15.12.89 (46) 23,04.92. Бюл. М 15 (71) Ереванский государственный университет (72) А.А,Варданян, Ю.С.Чилингарян, Г.Т.Петровский, В.С. Шаш кин и А.H.Çàìÿòèí (53) 666.1.031 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1344743, кл. С 03 В 5/02, 1986.

Авторское свидетельство СССР

1Ф 1049439, кл. С 03 В 5/05, 1983.

Изобретение относится к технологии варки оптических стекол и стеклокристаллических материалов и может быть использовано при варке стекол в индукционных печах с холодными тиглями (гарнисажные печи).

Известны способы варки стекла в индукционных печах прямого нагрева в охлаждаемых огнеупорных тиглях, При индукционном нагреве в холодных тиглях частичная гомогенизация является следствием движения конвективных потоков за счет температурного перепада между пристеночной областью и центром ванны расплава. Использование такого эффекта перемешивания не требует применения перемешивающих механических устройств, но при этом положительный результат гомогенизации достигается не во всех случаях индукционной варки и, как правило, не обеспечивает высокого качества стекла по бессвильности. Конвективного и электродинамического перемешивания не достаточно. Основной причиной этого является замкнутость конвективных потоков при движении по контуру: пристеночная область

„„. Ж „„1728135 А1 (54) СПОСОБ ВАРКИ СТЕКЛА 8 ИНДУКЦИОННОЙ ПЕЧИ (57) Сущность изобретения: процесс гомогенизации стекломассы проводят при вращении кварцевого тигля со скоростью 1-30 об/мин вокруг своей оси при смещении ее положения относительно оси индуктора на величину 2 = (К вЂ” (1-(0,5-0,8))Rsvp t, мм, где

Rwg — радиус индуктора, мм; К вЂ” минимальное расстояние между внутренней стенкой индуктора и наружной стенкой тигля, мм, которое составляет 20-25 мм. 1 табл. зеркало расплава середина ванны расп ва область дна- пристеночная область. могенизация в этом случае осуществляе за счет процесса диффузии между пар лельно перемещающимися слоями стекло массы. Поэтому для гомогенизации расплава может быть использовано традиционное механическое перемешивание мешалками различного типа, Но внесение дополнительных гомогенизирующих устройств в расплав стекломассы приводит к частичному растворению материала устройств в стекломассе, Это является недостатком указанных способов варки, так как ухудшается качество стекла и усложняется способ варки,.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ варки тугоплавких стекол путем стартового нагрева и расплавления силикатов щелочных металлов, используемых в качестве исходной шихты, концентраций двуокиси кремния в каждой из которых соответствует началу монотонного роста температуры ликвидуса системы окислов, образующейся при

1728135.

Наибольшая величина смещения центра кварцевого тигля относительно центра индуктора, равная ZM>< = 1К-(1 — 0,5)Винд, мм устанавливается из возможности поддержания электрического режима, при котором осуществимо проведение процесса варки стекла.

55 взаимодействии расплава с материалом тигля.

Применение известного способа снижает уровень загрязнения стекломассы продуктами коррозии металлического тигля 5 во время варки.

Недостатком способа является замкнутость контуров конвейивных потоков. регулярность которых можно прервать только с помощью механического перемешивания. 10

Целью изобретения является повышение качества стекла по бессвильности при снижении или полном исключении загрязнения стекломассы.

Цель достигается тем, что согласно из- 15 вестному способу варки стекла в индукционной печи с кварцевым тиглем путем стартового разогрева и расплавления шихты и гомагенизации стекломассы с целью повышения качества стекла по бессвильно- 20 сти процесс гомогенизации стекломассы проводят при вращении кварцевого тигля со скоростью 1 — 30 об/мин вокруг своей оси при смещении ее положения относительно оси индуктора на величину 25

Z = j К вЂ” (1- (0,5-0,715))Яинд, где R«q — радиус индуктора, мм;

К вЂ” минимальное расстояние между внутренней .стенкой индуктора и наружной стенкой тигля, мм, которое составляет 20- 30

25 мм, Отличительным признаком предлагаемого способа является предварительное смещение тигля относительно центра индуктара и вращение тигля, Эффективная го- 35 могениэация не требующая применения перемешивающих устройств, достигается путем перемещения вращением элементарного обьема стекломассы в зону, температура которой выше средней температуры 40 объема расплава вследствие большей плотности силовых линий электромагнитного поля, неоднородность которого в объеме стекломассы определяется величиной смещения оси тигля относительно оси индукто- 45 ра.

Наименьшая величина смещения оси кварцевого тигля относительно оси индуктора, равная ZMw =. К-(1 — 0,715)йинд, мм

50 определяется тем, что дальнейшее ее уменьшение не приводит к увеличению эффекта перемешивания.

Наименьшее расстояние между внутренней поверхностью индуктора и внешней поверхностью тигля К выбрано 20-25 мм.

Такой диапазон изменения величины объясняется следующим. К 20 мм — это минимально возможная величина, получаемая из условий электрической прочности воздушного зазора. Увеличиение расстояния К нецелесообразно, так как это приводит к потере эффективности процесса гомогенизации в способе варки. Величина К = 2,5 мм еще сохраняет все преимущества предлагаемого способа, но дальнейшее увеличение К приводит к уменьшению смещения тигля относительно индуктора или к существенному уменьшению диаметра тигля, при котором невозможно поддерживать стекломассу в расплавленном состоянии по причине недостаточной электрической мощности, вводимой в расплав, а также затрудняет стабилизацию энергетических параметров процесса варки.

Интервал скорости вращения кварцевого тигля объясняется следующим.

Наибольшей температурой обладает та часть стекломассы, которая расположена ближе к поверхности индуктора. Движение конвективных потоков обуславливается расположением зон, температуры которых максимально отличаются одна относительно другой. Скорость 1 об/мин является той минимальной величиной скорости, которая позволяет менять расположение зон в объеме стекломассы. Это приводит к усложнению движения конвективных потоков.

Эмпирическим путем найдена максимальная скорость вращения тигля, равная 30 об/мин. При скорости вращения выше указанной происходит усреднение температуры расплава в пристеночных областях, и тем самым ситуация приближается к варке стекла при стационарном осесимметричном расположении тигля внутри индуктора.

Предлагаемым способом варили стекло следующего состава: 10%СаО-20%йа О—

70% ЯОг, (мас.%).

Шихту стекла засыпают в водоохлаждаемый кварцевый тигель диаметром 90 мм и помещают в индукционную установку ВЧИ вЂ” б0/5,28. В данном примере был использован индуктордиаметром 165 мм, Кварцевый тигель смещают относительно центра индуктора на расстояние 18 мм с таким расчетом, чтобы минимальное расстояние между наружным диаметром кварцевого тигля и внутренним диаметром индуктора составило 20 мм.

Индуктор установки подключен к ламповому генератору с рабочей частотой 5,28 мГц, имеющему регулируемую выходную

1728135

Составитель Л.Варданян

Техред М.Маргентал Корректор Л.Патай

Редактор О.Хрипта

Заказ 1373 Тираж Подписное ь

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 мощность 0-60 кВт. Стартовый нагрев осуществляется монокристаллом легированного кремния с удельным сопротивлением

1-0,5 Ом см, запаянным в кварцевую ампулу, После включения генератора кварцевая . ампула разогревается до 1300 — 1400 С. После появления первых порций расплава стартовая ампула удалялась. Регулировкой мощности генератора формируется ванна расплава с температурой 1200-1400 С. При этом начинают вращение кварцевого тигля.

Скорость вращения, равна 10 об/мин. Максимальная температура варки стекла ограничивается степенью улета легколетучих компонентов. Для стекла указанного состава температуру расплава не поднимали выше 1800 С.

Выработка стекла осуществлялась в блок с последующим отжигом в муфеле.

В таблице представлены результаты осуществления способа варки стекол состава (мас. ):

Состав М 1 (известный): 5.4 LizO23 АЬОз — 66g SiOz — 5,6 CrOz, состав М 2: 10 СаΠ— 20 йа20 — 70

SiOz, Стекла варились в кварцевом водоохлаждаемом тигле при 1800 С. Использовался индуктор диаметром 165 мм.

Таким образом. использование предла5 гаемого способа варки позволяет получать качество стекла по бессвильности не ниже качества, получаемого известным способом без применения дополнительных гомогениэирующих устройств.

10 Формула изобретения

Способ варки стекла в индукционной печи с кварцевым тиглем путем стартового разогрева и расплавления шихты и гомогениэации стекломассы, о т л и ч а ю.шийся

15 тем, что, с целью повышения качества стекла по бессвильности, процесс гомогениэации стекломассы проводят при вращении кварцевого тигля со скоростью 1-30 об/мин вокруг своей оси при смещении его положе20 ния относительно оси индуктора на величину

Z = I К-(1 — (0.5-0,8))йинд f, где Вил — радиус индуктора, мм;

К вЂ” минимальное расстояние между

25 внутренней стенкой индуктора и наружной стенкой тигля, которое составляет 20-25 мм.