Способ и устройство для периодической варки и выработки маловязкого стекла

 

Изобретение относится к производству стекла, имеющего малую вязкость стекломассы, и может использоваться при отливе блоков из особого крона, фторофосфатного, фторидного и т.п. стекол. Задача изобретения - повышение и сохранение однородности маловязкого и высоколетучего стекла при периодической его варке и выработке в блок. Сущность изобретения: после навара стекломассы в цилиндрическом сосуде и гомогенизации ее с помощью винтовой мешалки отлив всего объема стекломассы осуществляют при продолжающемся интенсивном ее размешивании. В устройстве, включающем цилиндрический сосуд с донным патрубком и винтовую мешалку, сосуд в верхней части выполнен с кольцевым карманом для гидравлического затвора, мешалка - с приваренной к валу крышкой для сосуда в виде цилиндрического колпака, вставляемого в кольцевой карман. Винтовая лопасть имеет наклон 5-15° к оси мешалки и диаметр 0,6-0,9 внутреннего диаметра сосуда, при этом нижний ее край находится на расстоянии 20-40 мм от дна сосуда, а верхний - на расстоянии 40-60 мм от кольцевого кармана. Предложенные конструкция и соотношения, герметизация сосуда и размешивание стекломассы во время отлива позволили достичь и сохранить 100%-ную однородность стекла и отлитого блока. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к производству стекла, преимущественно имевшего малую вязкость стекломассы, и может использоваться при отливе блоков из особого крона, фторофосфатного, фторидного и т.п. стекол.

Известен способ периодической варки маловязких стекол в цилиндрическом тигле, гомогенизации стекломассы с помощью мешалки и отлива ее в блок через край тигля (авт.св. СССР №537037, кл. С 03 В 5/06, 1976 г.). Однако съем крышки, выемка мешалки приводят к нарушению однородности стекломассы.

Ближайшим к предлагаемому является способ варки маловязкого стекла в цилиндрическом сосуде, гомогенизации стекломассы с помощью винтовой мешалки и периодической ее выработки через донный патрубок при остановленной и вынутой, по необходимости, мешалке, чтобы падающие с нее капли не засвиливали и не нарушали однородность вырабатываемой стекломассы (авт.св. СССР №1135717, кл. С 03 В 5/18, 1985 г.).

Известно устройство для варки и выработки маловязкого стекла по патенту РФ №1166457, кл. С 03 В 5/18, 1996 г., включающее тигель и мешалку в виде вала с лопастями, при этом угол наклона лопастей к валу составляет 40-50°, размах лопастей - 0,45-0,6 внутреннего диаметра тигля, а рабочая высота - 0,6-0,7 высоты столба стекла, т.е. практически 0,6-0,7 высоты тигля. Однако большой угол наклона к валу мешалки (40-50°) не обеспечивает ламинарного стекания с них стекломассы при периодической выработке, что приводит к нарушению однородности стекла.

Для варки маловязких и высоколетучих фторидных, фторофосфатных и т.п. стекол используют герметически закрытые тигли с мешалкой и гидравлическим затвором в виде кольцевого паза на крышке и в основании корпуса (авт.св. СССР №537037, кл. C 03 В 5/06, 1976 г.).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для периодической варки и выработки маловязкого стекла, включающее цилиндрический сосуд с донным патрубком и винтовую мешалку (авт.св. СССР №1135717, кл. С 03 В 5/18, 1985 г.). В устройстве используется 3/4-оборотная винтовая мешалка, у которой большой угол образующей винтовой поверхности лопастей с осью мешалки (45-90°), поэтому в нем затруднительно сохранить однородность стекломассы при периодической выработке и оно используется в качестве гомогенизатора при непрерывной выработке стекла.

Задачей изобретения является повышение и сохранение однородности маловязкого и высоколетучего стекла при периодической его варке и выработке в блок.

Задача решается тем, что после навара стекломассы в цилиндрическом сосуде с донным патрубком и гомогенизации ее с помощью винтовой мешалки известным способом отлив всего объема стекломассы осуществляют при продолжающемся интенсивном ее размешивании, для чего в устройстве, включающем цилиндрический сосуд с донным патрубком и винтовую мешалку, сосуд в верхней части выполнен с кольцевым карманом для гидравлического затвора, мешалка - с приваренной к валу крышкой для сосуда в виде цилиндрического колпака, вставляемого в кольцевой карман, а винтовая лопасть имеет наклон 5-15° к оси мешалки и диаметр 0,6-0,9 внутреннего диаметра сосуда, при этом нижний ее край находится на расстоянии 20-40 мм от дна сосуда, а верхний - на расстоянии 40-60 мм от кольцевого кармана. Кольцевой карман может располагаться или снаружи, или внутри сосуда, а под крышкой может быть приварен к валу мешалки и крышке глухой стакан, донышко которого располагается на расстоянии 55-75 мм от винтовой лопасти.

Предложенная конструкция мешалки с остроугольным исполнением винтовой лопасти и максимальным приближением мешалки к стенкам и дну сосуда и поверхности стекломассы, а также постоянное ее вращение при отливе позволяют хорошо гомогенизировать маловязкое стекло после варки во всем объеме и сохранять его однородность в процессе периодического отлива, т.к. по мере понижения уровня стекломассы она полностью стекает по винтовой лопасти и в конце отлива - по валу в виде луковицы в одну точку, тем самым устраняя вредное воздействие капель на однородность вырабатываемой стекломассы. Наличие гидравлического затвора, размещенного непосредственно на сосуде, устраняет возможное колебание состава стекла за счет летучести, а размещение под крышкой глухого стакана, приближенного к поверхности стекломассы, обеспечивает осаждение летучих компонентов на донышке стакана и их постоянное смывание волнами вращающейся стекломассы, что также работает на сохранение однородности стекла. Кроме того, глухой стакан, делая более жесткой конструкцию крышки, выполняет функции волногасителя и не позволяет стеклу попадать в гидравлический затвор. Конкретные геометрические размеры в заявленном притязании определены эмпирическим путем из условия исключения застойных зон.

Устройство поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен вариант с наружным размещением гидравлического затвора; на фиг.2 - вид с внутренним размещением гидравлического затвора.

Устройство выполнено cледующим образом. Цилиндрический сосуд 1 из платины имеет донный патрубок 2 и кольцевой карман 3 в верхней части для гидравлического затвора. Этот кольцевой карман может располагаться или снаружи (фиг.1) или внутри сосуда (фиг.2). Сосуду придана платиновая мешалка 4 с приваренной к валу крышкой 5 в виде цилиндрического колпака, вставляемого в кольцевой карман 3. Мешалка 4 выполнена в виде 1- или 1,5-заходного винта, при этом винтовая лопасть 6 расположена под углом 15° к оси мешалки для сосудов объемом до 5 л и 12 или 8° - для сосудов большего объема. Размах лопасти Д_Л должен быть таков, чтобы она была максимально приближена к стенке сосуда, лишь с запасом на возможные деформации лопасти и сосуда, т.е. Д_Л → 0,9 Д_С, где Д_С - внутренний диаметр сосуда. У 5-литрового сосуда с внутренним расположением гидравлического затвора при Д_С=170 мм Д_Л=110 мм (Д_Л=0,65 Д_С). По высоте винтовая лопасть должна занимать возможно больший столб стекломассы, не доходя до дна сосуда на 20-40 мм (запас на деформации) и сверху на 40-60 мм до поверхности стекломассы (практически до низа кольцевого кардана), чтобы она не захлестывала в гидравлический затвор при мешалке. Для обеспечения жесткости конструкции крышки 5 снизу к ней и к валу мешалки 4 приварен глухой цилиндрический стакан 7 аксиально цилиндрической части крышки и так, что его донышко расположено на расстоянии 55-75 мм от верхнего края винтовой лопасти.

Перед варкой в кольцевой карман гидравлического затвора загружают кусочки легкоплавкого стекла, родственного навариваемому составу, в количестве, обеспечивающем заполнение расплавом половины высоты кармана. В сосуд загружают фритту заданного состава, включают индуктор (не показан) и продолжают засыпку фритты до наплавления стекломассы чуть ниже кольцевого кармана. После этого в расплав погружают мешалку таким образом, чтобы крышка вошла в гидравлический затвор, и доводят температуру в сосуде до температуры варки. Включают мешалку и ведут размешивание на всех стадиях процесса варки: на варке и осветлении - вращение против часовой стрелки (нагнетают стекломассу вверх), на гомогенизации и студке - вращение по часовой стрелке (нагнетают вниз). Температуру ступенчато снижают до температуры отлива (вязкость стекломассы около 30 Па), а интенсивность размешивания соответственно со 120 до 50 об/мин. Разогревают нижнюю часть патрубка, выпускают в поддон первую порцию стекла, проверяя визуально его качество. После этого подводят под струю форму и производят отлив всего объема стекломассы в блок при вращающейся мешалке.

Опробование показало, что предложенные способ и устройство обеспечивают 100%-ную однородность стекла по всему объему сосуда и 100%-ную однородность отлитого блока.

Формула изобретения

1. Способ периодической варки и выработки маловязкого стекла путем навара стекломассы в цилиндрическом сосуде, гомогенизации с помощью мешалки и отлива через донный патрубок, отличающийся тем, что размешивание стекломассы осуществляют на стадии варки против часовой стрелки, на стадии гомогенизации и студки - по часовой стрелке, при ступенчатом снижении температуры до температуры отлива интенсивность перемешивания снижают от 120 до 50 об/мин, а отлив всего объема стекломассы осуществляют при продолжающемся ее размешивании.

2. Устройство для периодической варки и выработки маловязкого стекла, включающее цилиндрический сосуд с донным патрубком и винтовую мешалку, отличающееся тем, что сосуд выполнен с кольцевым карманом в верхней части для гидравлического затвора, мешалка - с приваренной к валу крышкой в виде цилиндрического колпака, вставляемого в кольцевой карман, а винтовая лопасть имеет наклон 5-15° к оси мешалки и диаметр 0,6-0,9 внутреннего диаметра сосуда, при этом нижний ее край находится на расстоянии 20-40 мм от дна сосуда, а верхний - на расстоянии 40-60 мм от кольцевого кармана.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что кольцевой карман выполнен снаружи сосуда.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что кольцевой карман выполнен внутри сосуда.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что внутри крышки приварен к валу мешалки и крышке глухой цилиндрический стакан, донышко которого расположено на расстоянии 55-75 мм от винтовой лопасти.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2