CS197375B1

CS197375B1 - Thermal treatment of glass tubes

Info

Publication number: CS197375B1
Application number: CS873378A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Schill; Vladimir Novotny; Jan Kavka
Original assignee: Frantisek Schill; Vladimir Novotny; Jan Kavka
Priority date: 1978-12-21
Filing date: 1978-12-21
Publication date: 1980-05-30

Description

Vynález se týká způsobu tepelného zpracování skleněných trubek, vyrobených strojním tažením, který odstraňuje nutnost dodatečného chlazeni vytažených trubek v chladících pecích a zároveň zlepšuje mechanickou pevnost trubek a jejich odolnost k náhlým změnám teploty.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method of heat treatment of glass tubes produced by machine drawing, which eliminates the need for additional cooling of the drawn tubes in cooling furnaces while improving the mechanical strength of the tubes and their resistance to sudden changes in temperature.

U všech používaných metod tažení skleněných trubek je v trubce po je jím,vytvarování a zchladnutí přítomno trvalé napětí takové orientace a velikosti, že mechanické a tepelné vlastnosti trubky jsou zhoršeny způsobem, který vylučuje její přímé praktické použití. Trvalé napětí v trubkách se proto obvykle snižuje způsobem běžně užívaným'pro jiné duté skleněné výrobky, t.j. vyhřátím na příslušnou teplotu a řízeným ochlazením v chladící peci. Režim chladicí pece je nastaven na jeden typ výrobku. Při změně složení skla nebo geometrie výrobku, např. i změně síly stěnj trubky, je nutno režim měnit. Kromě náročného seřizování optimálního režimu pece jsou velkou nevýhodou tohoto způsobu chlazení jednak nutnost pořízení drahých chladicích pecí, jednak značné nároky na prostor a energii. Největším nedostatkem tohoto způsobu je skutečnost, že se trubky ochlazují pouze z vnější strany. Na jejich vnitřním povrchu potom vzniká tahové napětí, které zhoršuje mechanické a tepelné vlastnosti trubky.In all the methods used to draw glass tubes, a permanent stress of such orientation and size is present in the tube after it is shaped and cooled that the mechanical and thermal properties of the tube are impaired in a manner that precludes its direct practical use. Therefore, the permanent stress in the tubes is usually reduced in the manner commonly used for other hollow glass products, i.e. by heating to the appropriate temperature and controlled cooling in a cooling furnace. Cooling furnace mode is set to one product type. If the composition of the glass or the geometry of the product is changed, eg the wall tube thickness, the mode must be changed. In addition to the difficult adjustment of the optimum furnace mode, the great disadvantage of this type of cooling is the need for expensive cooling furnaces and considerable space and energy requirements. The biggest drawback of this method is the fact that the tubes cool only from the outside. Tensile stress is then created on their inner surface, which impairs the mechanical and thermal properties of the pipe.

Jednou z možností, jak zjednodušit a zlevnit technologický postup výroby trubek a zároveň snížit spotřebu energie, je chlazení trubek přímo v lince během tažení, tj. bezprostředně po vytvarování, aniž by trubka chladla a musela být znovu vyhřívána. Chlazení musí být dostatečně intenzivní, aby se tažená trubka ochladila na dostatečně nízkou teplotu na přijatelné délce tažné dráhy, a zároveň stejnoměrně, aby v trubce nevznikla škodlivá napětí v důsledku příčných teplotních gradientů. Na tomto principu byly vyvinuty různé typy technologickým postupů. Žebrový chladič podle autorského osvědčení SSSROne way to simplify and cheaper the process of manufacturing tubes while reducing energy consumption is to cool the tubes directly in the line during drawing, ie immediately after being formed without cooling the tube and having to be reheated. The cooling must be sufficiently intense to cool the drawn tube to a sufficiently low temperature over an acceptable length of the traction path, and uniformly so as not to cause harmful stresses in the tube due to transverse temperature gradients. Different types of technological processes have been developed on this principle. Ribbed radiator according to the USSR Authorized Certificate

197 375197 375

δ. 254732 vykazoval příliš nízkou intenzitu odvodu tepla, proto byl navršen postříkávéním trubky zvnějšku vodní .sprchou podle patentu USA š. 3 260 586. Tento způsob chlazení ovšem mohl být použit až na chladnější trubku, jinak často docházelo k jejímu deformování. Proto byla vodni sprcha nahrazena proudem vzduchu s vysokou rychlostí podle patentu USA č. 3 554 723. Základním nedostatkem všech těchto postupů byla skutečnost, že se trubky opět ochlazovaly pouze z vnější strany. V důsledku toho na vnitřním povrchu vznikla tahová napětí, jež silně zhoršují mechanické a tepelné vlastnosti trubky.δ. No. 254732 showed too low heat dissipation intensity, therefore it was topped by spraying the pipe from the outside with a water spray according to U.S. Pat. No. 3,260,586. However, this method of cooling could be applied to the colder pipe, otherwise it would often deform. Therefore, the water spray was replaced with a high speed air jet according to U.S. Patent No. 3,554,723. The basic drawback of all these processes was that the tubes were cooled again only from the outside. As a result, tensile stresses have occurred on the inner surface, which severely impair the mechanical and thermal properties of the pipe.

aby se zamezilo vzniku těchto napětí, byly vypracovány postupy ochlazováním trubek z vnitřku. Poprvé bylo vyzkoušeno foukání vzduchu do již nařezaných trubek podle autorského osvědčení SSSR č. 196 263, trubky ovšem bylo nutno před uvedeným ochlazením znovu vyhřát. Ochlazování trubky zevnitř hned po vytvarování přímo v tažné lince bylo navrženo v autorském osvědčení SSSR č. 492 490. Podle tohoto způsobu se do vnitřního prostoru trubky vhání studený vzduch nebo se z něj horký vzduch odčerpává, přičemž z vnější strany se trubka ochlazuje samovolně. Základním nedostatkem postupů podle autorských osvědčení SSSR č. 196 263 a 492 490 je samovolné ochlazování vnějšího povrchu trubky, protože tento typ ochlazování je naprosto nekontrolovatelný. Průběh chlazení vnějšího povrchu trubky je takto ovlivňován atmosférickými poměry v okolí instalovaného zařízení; na kvalitu vychlazení mají vliv průvany ve výrobní hale, kolísání venkovní teploty, střídání ročních období, síla stěny trubky apod.In order to avoid these stresses, procedures have been developed for cooling the tubes from the inside. For the first time, blowing of air into already cut pipes was tested according to USSR 196 263, but the pipes had to be heated again before cooling. Cooling the tube from the inside immediately after being molded directly in the traction line was proposed in USSR Authorization No. 492 490. According to this method, cold air is pumped into the interior of the tube or hot air is evacuated therefrom, the tube cooling itself spontaneously. The primary drawback of the USSR 196,296 and 492,490 procedures is the spontaneous cooling of the outer surface of the pipe, since this type of cooling is completely uncontrollable. The cooling process of the outer surface of the pipe is thus influenced by atmospheric conditions in the vicinity of the installed device; the quality of cooling is influenced by drafts in the production hall, fluctuations in outdoor temperature, changing seasons, wall thickness of the pipe, etc.

Tyto nevýhody lze odstranit a zároveň celý proces chlazení zkrátit, použije-li se způsobu tepelného zpracování skleněných trubek podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se v části tažné linky přivádí na vnější i vnitřní povrch trubky proudy vzduchu, přičemž tlak vzduchu ochlazující vnější povrch je v rozmezích 0,5 až 10 Pa, tlak vzduchu ochlazující vnitřní povrch v rozmezí 1 až 20 Pa. Tlak vzduchu ochlazující vnitřní povrch je přitom nejméně 1,4 násobkem tlaku vzduchu ochlazující?Vnější povrch. Trubka je popřípadě v části tažné linky zevně přihřívána.These disadvantages can be eliminated and at the same time the entire cooling process can be shortened by using the glass tube heat treatment method according to the invention, which consists in supplying air streams to the outer and inner surface of the tube at a portion of the drawing line. the outer surface is in the range of 0.5 to 10 Pa, the air pressure cooling the inner surface is in the range of 1 to 20 Pa. The air pressure cooling the inner surface is at least 1.4 times the air pressure cooling the outer surface. Optionally, the tube is reheated externally in part of the traction line.

UvedenýmTpyňsobem se trubky ochladí v poměrně krátké době a navíc se ve stěně ochla zené trubky vytvoří vhodně rozložené trvalé tlakové napětí přiměřené velikosti, které vede k podstatnému zlepšení mechanických a tepelných vlastností ve srovnání s trubkou chla zenou v chladicí peci nebo některým z výše uvedených patentovaných postupů·· Vytvořené trvalé napětí má přitom takový charakter, že trubku je možno normálně opukávat, řezat nebo podobně zpracovávat.In this manner, the tubes are cooled in a relatively short time and, in addition, a suitably distributed permanent pressure stress of adequate size is created in the wall of the cooled tube, resulting in a substantial improvement in mechanical and thermal properties compared to the tube cooled in a cooling furnace or some of the above The continuous stress produced is of such a nature that the pipe can normally be chiseled, cut or similarly processed.

Případná aplikace příhřevu má navíc ty výhody, že trvalé napětí je rovnoměrně rozložené napříč stěnou a dosahuje vyšších hodnot než při postupu bez příhřevu, což vede k dalšímu zlepšení mechanických a tepelných vlastností.In addition, the possible application of pre-heating has the advantages that the permanent stress is evenly distributed across the wall and achieves higher values than in the non-pre-heating process, which leads to a further improvement of the mechanical and thermal properties.

Bližší význaky patentu vyplynou z příkladů tepelného zpracování trubek přímo v tažné lince.Further details of the patent will be apparent from the examples of heat treatment of the tubes directly in the drawing line.

Příklad 1Example 1

Skleněné trubky jsou taženy svisle nahoru z volné hladiny· Jmenovitá světlost trubek je 50 ipm, tloušťka stěny přibližně 5 mm. Rychlost tažení je 2,6 m min “l. Trubky jsou vytaženy z boritokřemičité skloviny se součinitelem teplotní roztažnosti v oblastí 20 až 300 °G 3,1 . 10“⁶ K~\ minimem diferenční dilatometrické křivky 535 °C, dilatometrickým bodem měknutí 592 °C a iittletonovým bodem měknutí 826 °C. Ve vzdálenosti cca 125 až 170 cm od horního okraje vodního chladiče tažného stroje se na vnější povrch trubky přivádí vzduch o teplotě 10 až 30 °C, a to pomocí 10 štěrbinových trysek šíře 2,5 mm prstencovitě umístěných kolem trubky se vzájemnou vzdáleností trysek 30 mm. Vzdálenost trysek od skla je 15 mm, tlak vzduchu u Ú3tí trysek je 1 Pa. Vnitřkem trubice, která udržuje ve vnitřním prostoru skleněné trubky nutný tvarovací přetlak, se zespodu vsune vysouvatelná tenčí kovová trubice, opatřená na ^evém konci o vnějším průměru 30 mm rovněž 10 Štěrbinovými tryskami šíře 2,5 mm, vzájemně vzdálenými 30 mm. Trysky ochlazující vnitřní povrch se nastaví do vzdálenosti cca 125 až 170 cm od horního okraje vodního chladiče tažného stroje. Do vnitřního prostoru kovové trubice se přivádí vzduch o teplotě 10 až 30 °C. Tlak vzduchu u ústí trysek je 2 až 4 Pa. Ve vzdálenosti asi 2,5 až 3,5 m od horního okraje vodního chladiče mé již skleněné trubka takovou teplotu, že je možno ji běž197 37S ným způsobem odlomit a déle s ní manipulovat. Takto zpracované trubka má na vnějším povrchu trvalé tlakové napětí v axiálním a tengenciálním směru s odpovídajícím měrným dráhovým rozdílem polarizovaného světla cca 400 nm cm ^_1, na vnitřním povrchů trvalé tlakové napětí axiálního a tangenciálního směru s odpovídajícím měrným dráhovým rozdílem polarizovaného světla cca 300 nm cm^-1. Tímto tepelným zpracováním se oproti trubce běžným způsobem chlazené zvýší odolnost proti náhlým změnám teploty a tříbodová pevnost v ohybu asi o 30 až 100 %.Glass pipes are pulled vertically upwards from the free surface · The nominal pipe diameter is 50 ipm, the wall thickness is approximately 5 mm. The drawing speed is 2.6 m min -1. The tubes are drawn from borosilicate glass with a coefficient of thermal expansion in the range of 20 to 300 ° G 3.1. 10 ^{6 6} K \ of the minimum dilatometric curve of 535 ° C, the dilatometric softening point of 592 ° C and the iittleton softening point of 826 ° C. At a distance of about 125 to 170 cm from the top edge of the water cooler of the towing machine, air is supplied to the outer surface of the pipe at a temperature of 10 to 30 ° C by means of 10 slot nozzles of 2.5 mm width. . The distance of the nozzles from the glass is 15 mm, the air pressure at the nozzle is 1 Pa. Interior of the tube, which is held in the inner space of the glass tube forming the necessary overpressure is inserted from below displaceable thinner metal tube provided at ^e VEM end an outer diameter of 30 mm in width slit nozzles 10 and 2.5 mm, each 30 mm. The nozzles cooling the inner surface are set at a distance of about 125-170 cm from the upper edge of the water cooler of the towing machine. Air at a temperature of 10 to 30 ° C is supplied to the interior of the metal tube. The air pressure at the nozzle orifice is 2 to 4 Pa. At a distance of about 2.5 to 3.5 m from the upper edge of the water cooler, the glass tube is already at such a temperature that it can be broken off and handled longer. The treated tube on the outer surface of the permanent compressive stress in the axial and tengenciálním direction with the corresponding specific track difference of polarized light of about 400 nm cm ^_1, on the inner surfaces of the permanent compressive strain of the axial and tangential direction with the corresponding specific track difference of polarized light is about 300 nm cm ^{- 1} . This heat treatment increases the resistance to sudden changes in temperature and the three-point bending strength by about 30 to 100% compared to the pipe cooled in a conventional manner.

Příklad 2Example 2

Způsob tažení trubek a druh skloviny je stejný, jak je uvedeno v příkladu 1.The method of drawing the tubes and the type of glass is the same as shown in Example 1.

Ve vzdálenosti cca 50 až 100 cm od horního okraje vodního chladiče tažného stroje se na vnější povrch trubky přivádí vzduch o teplotě 10 až 30 °C s tlakem 1 Pa, a to pomocí pěti štěrbinových trysek číře 2,5 mm prstencovítě umístěných kolem trubky se vzájemnou vzdáleností trysek 30 mm a vzdáleností trysek od skla 15 mm. Bezprostředně nad systémem trysek je umístěno prstencoví té topné těleso, které vyhřeje trubku takovým způsobem, že při výstupu z topného tělesa je na vnějším povrchu skleněné trubky teplota cca 600 °C a na vnitřním povrchu teplota o cca 10 °C nižší, tj. cca 590 °C. Na topné těleso navazuje opět prstencový systém 10 štěrbinových trysek o šířce 2,5 mm, který přivádí na vnější povrch trubky ve vzdálenosti 120 až 200 cm od horního okraje vodního chladiče tažného stroje vzduch o teplotě 10 až 30 °G. Vzdálenost trysek od skla je 15 mm, tlak vzduchu u ústí trysek 3 Pa. Vnitřkem trubice, která udržuje ve vnitřním prostoru skleněné trubky nutný tvarovací přetlak, oe zespodu vsune vysouvatelná kovová trubice opatřená na svém konci o průměru 30 mm rovněž 10 štěrbinovými tryskami šíře 2,5 mm vzájemně vzdálenými 30 mm. Její konec se nastaví do vzdálenosti 120 až 200 cm od horního okraje vodního chladiče tažného stroje. Do vnitřního prostoru trubky se přivádí vzduch o teplotě 10 až 30 °G. Tlak vzduchu u ústí trysek je 6 až 9 pa. Ve vzdálenosti 3 až 4 m od horního okraje vodního chladiče tažného stroje má již trubka takovou teplotu, že je možno ji běžným způsobem odlomit a déle s ní manipulovat. Takto zpracovaná trubka má na vnějším i vnitřním povrchu trvalé tlakové napětí s odpovídajícím měrným dráhovým rozdílem polarizovaného světla cca 400 až 500 nm cm~\ Tímto tepelným zpracováním se oproti trubce běžným způsobem chlazené zvýši odolnost proti náhlým změnám teploty a tříbodová pevnost v ohybu o 50 až 120 %,At a distance of about 50 to 100 cm from the upper edge of the water cooler of the towing machine, air is supplied to the outer surface of the tube at a temperature of 10 to 30 ° C at 1 Pa, using five 2.5 mm slotted ring nozzles around the tube. nozzle distance 30 mm and nozzle distance from glass 15 mm. Immediately above the nozzle system is an annular heater that heats the pipe in such a way that when the heater exits, the temperature of the outer surface of the glass tube is about 600 ° C and the inner surface is about 10 ° C lower, ie about 590 Deň: 32 ° C. The heater is followed by an annular system 10 of slotted nozzles of 2.5 mm width, which supplies air at a temperature of 10 to 30 ° C to the outer surface of the pipe 120 to 200 cm from the upper edge of the water cooler of the towing machine. The distance of the nozzles from the glass is 15 mm, the air pressure at the nozzle orifice is 3 Pa. The interior of the tube which maintains the necessary forming pressure in the interior of the glass tube is inserted from below by a retractable metal tube provided at its end with a diameter of 30 mm and also with 10 slot nozzles 2.5 mm wide 30 mm apart. Its end is set at a distance of 120 to 200 cm from the upper edge of the water cooler of the towing machine. Air is supplied to the interior of the pipe at a temperature of 10 to 30 ° C. The air pressure at the nozzle orifice is 6 to 9 pa. At a distance of 3 to 4 m from the upper edge of the water cooler of the towing machine, the pipe is already at such a temperature that it can be broken off normally and manipulated for longer. The treated tube has a permanent compressive stress on the external and internal surfaces with a corresponding polarized light path displacement of about 400 to 500 nm cm @ -1. 120%,

Popsaný postup tepelného zpracování lze použít na chlazení trubek tažených svisle nahoru nebo svisle dolů z libovolné skloviny.The described heat treatment process can be used to cool tubes drawn vertically upwards or downwards from any glass.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Process for heat-treatment of glass tubes by controlled cooling directly in the drawing line, characterized in that in a part of the drawing line air streams are supplied to the outer and inner surface of the pipe, maintaining the pressure of air cooling the outer surface in the range of 0.5 to 10 Pa , the pressure of the air cooling the inner surface aa maintains between 1 and 20 Pa and is at least 1.4 the pressure of the air cooling the outer surface.

2. The heat treatment method according to claim 1, characterized in that the tube is heated externally in the line of the drawing line e and e.