CZ284796A3 - Nátokový prvek pro kontinuální válcování plochého skla - Google Patents

Description

Oblast techniky ~u

Vynález se týká nátokového prvku pro kontinuální válcování plochého skla, zejména ornamentního skla a skla s drátěnou vložkou. Nátokový prvek slouží pro přítok skloviny z tavícího agregátu na tvarovací válce. Nátokový prvek je uchycen v nosníku, a je napojený na jednom konci přes těsnění na výtokový kámen tavícího vanového agregátu, a na protilehlém konci na tvarovací válce tvarovacího zařízení.

Dosavadní stav techniky

Dosud se nátokový prvek vyrábí ze zirkonhlinitokřemičitých keramických materiálů. Tyto materiály jsou teplotně a erozně vysoce namáhané. Nátokový prvek, t. zv. strojní kámen, má tvar dlouhého trámce, jehož jedna strana je přivrácena k nátokovému kameni a druhá strana k tvarovacím válcům. Ta plocha nátokového prvku, která je přivrácena ke tvarovacím válcům, je vytvarována do plochy korespondující s přilehlou plochou rotujícího tvarovacího válce. Tak je potom sklovina přiváděna mezi oba rotující tvarovací válce tvarovacího stroje.

Průnik rovinné horní plochy a válcové tvarové části nátokového prvku vytváří poměrně ostrý hrot. Tento ostrý hrot má tlouštku asi 7 mm. Hrot je tepelně a mechanicky velmi namáhaný. Je vystaven častým změnám teplot 3E během provozu čL· razantním mechanickým zákrokům při čištění od zbytků skloviny mezi jednotlivými technologickými cykly. Vzniká tím nebezpečí tvorby prasklin a odlamování keramické hmoty nátokového prvku v ostrém hrotu a dochází k porušení rovinnosti jeho náběhové hrany. To potom vede ke zhoršení kvality tvarové tabule skla jako je povrchová optika a nerovnoměrnost tloušťky tvarované tabule skla.

Nátokový prvek z keramického materiálu neumožňuje lokální úpravu teplot, takže na chladnějších místech může docházet ke krystalizaci skloviny a tím zhoršení její vnitřní kvality. Stávající sestava nátokového prvku je složena obvykle ze tří dílů. Používaný keramický žáruvzdorný materiál má velmi speciální složení a technologii výroby. Jeho cena je poměrně velmi vysoká, a jeho životnost bývá 2 až 3 měsíce. Snaha o jeho náhradu je tedy žádoucí a pochopitelná.

Jako řešení může přijít v úvahu pokrytí žáruvzdorného nátokového prvku tenkou vrstvou platiny a jejích slitin. Tím by se snížila koroze žáruvzdorného materiálu nátokového prvku, prodloužila jeho životnost. Ovšem při odstavení stroje by bylo nutné opět sklo ručně odsekávat a tak by se platina poškodila nebo zničila. Platina a její slitiny jsou totiž měkké a použitý povlak by nemohl být z cenových důvodů příliš silný. Tato alternativa se proto jeví jako obtížně realizovatelná.

Další možnost by byla pokrýt nátokový prvek molybdenovým plechem. Molyben při teplotách nad 600°C rychle oxiduje, sublimuje, a proto je nutné jej chránit proti styku se vzduchem. To by vyžadovalo chránit všechny plochy nátokového prvku například dusíkovou atmosférou. To by při tvarové složitosti tohoto výrobního zařízení přineslo technicky i ekonomicky velmi těžko řešitelný problém.

Poslední možností je použití jiných známých kovových materiálů, ocelí a slitin. Jejich vlastnosti však běžně neumožňují dlouhodobé racionální používání při teplotách nad 1100°C, kdy se prudce urychluje jejich koroze a klesá pevnost. Použití různých typů materiálů pro tento účel proto bylo podrobeno velmi rozsáhlým korozním testům i dlouhodobým zkouškám na různé typy konstrukčních řešení.

Problém bylo nutno řešit ze dvou pohledů, z hlediska koroze(nátokového prvku a z hlediska jeho deformace za tepla.

Z hlediska koroze bylo laboratorními korozními testy zjištěno, že zhruba do 30 minut styku skloviny s kovovým povrchem nátokového prvku, jsou produkty rozpouštění kovů a jeho oxidy, které se do skloviny dostanou z kovu nátokového prvku, na tak nízké úrovni koncentrace, že neovlivní světelnou propustnost skla. Byly též provedeny modelové pokusy tohoto typu tvarování skla. Na základě výsledků těchto modelových pokusů lze konstatovat, že sklo, které se bude ivrncot v procesu natékání vracet mezi válce a posléze poteče opět do tvarovacích válců, nebude v kontaktu s kovovým povrchem nátokového prvku delší dobu než 30 minut. Toto jsou poznatky z hlediska koroze kovového materiálu nátokového prvku.

Další hledisko je hodnocení deformace nátokového prvku při dlouhodobém teplotním a mechanickém zatížení. V úvahu připadá teplota cca 1000 až 1150 °C. Z předpokládaného teplotního pole v celém profilu nátokového prvku bylo pomocí výpočetního modelu stanoveno napětové pole, a z toho pak stanoveny pravděpodobné elastické a plastické deformace celého systému nátokového prvku. Profil nátokového prvku je zhruba 100 mm x 156 mm a délky cca 3 000 mm. Bylo zjištěno, že vypočítané a namodelované deformace by vedly nestabilitě nátokového prvku, t.j.

což by nebylo z hlediska funkčnosti přijatelné, modelovým výpočtům byly proto zpětně stanoveny takové teplotní podmínky provozu nátokového prvku, jeho konstrukční řešení i uchycení, aby se vzniklé deformace mohly částečně vyrovnat v elasticitě materiálu a částečně definovaným pohybem nátokového prvku. A tím potom umožnit jeho orientované dominantní roztahování v jednom směru.

v provozu ke tvarové k lokálnímu vybočování a kroucení, Vzhledem k

Základní chemické a korozní testy materiálu pro kovový nátokový prvek, statické i dynamické, jakož i výpočet vznikajících deformací byly provedeny z hlediska současného stavu poznání v oboru a metodami, které jsou běžné a dostupné.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody a problémy současného stavu techniky odstraní nebo omezí nátokový prvek pro kontinuálního válcování plochého skla, který je uchycený v nosníku, napojený na jednom konci přes těsnění na výtokový kámen tavícího vanového agregátu, a na protilehlém konci na tvarovací válce, podle tohoto vynálezu. Podstata tohoto vynálezu spočívá v tom, že nátokový prvek je vytvořen z kovového dutého tělesa, ve výhodném provedení zhotoveného z kovového svařence.

Je výhodné když kovový materiál nátokového prvku obsahuje jako hlavní složky nikl, chrom a železo, a je žárupevný a žáruvzdorný do 1150 °C.

S výhodou jako kovový materiál nátokového prvku na bázi niklchromové slitiny ^nebo oceli se použije materiál, obsahující v % hmot až 80 % niklu, až 40 % chrómu, až 20 % železa, až 3 % kobaltu, až 3 % titanu,

0,5 až 1,5 % hliníku,

0,03 až 0,15 % uhlíku, a nejméně jednu z přísad zahrnujících mangan, molybden, měd, křemík, bor, zirkon, cer a wolfram v množství od 0,1 do 1,0 % hmot.

Také je výhodné, když nátokový prvek má horní desku, jejíž vnější strana přivrácená toku skloviny tvoří souvislou rovinnou plochu.

Též je výhodné, když nátokový prvek sestává z jednotlivých sekcí, které jsou odděleny svislými mezerami, vzniklými rozdělením zadní stěny nátokového prvku. Všechny sekce ale mají jednu společnou souvislou rovinnou horní desku. Každá sekce má pod horní deskou situovánu čelní stěnu, zadní stěnu, dvě boční stěny, a spodní stěnu. Mezi bočními stěnami dvou sousedních sekcí je vytvořena zmíněná svislá dilatační mezera.

Dále je výhodné, když ve spodní stěně nátokového prvku je vytvořen výřez pro horizontální dilataci.

Také je výhodné, když nátokový prvek je vybaven topnými a/nebo chladicími prostředky.

Je výhodné když jsou jednotlivé sekce nátokového prvku shodné. V některých případech je výhodné, když jednotlivé sekce nátokového prvku mají odlišnou délku, t.j. odlišnou rozteč dvou sousedních bočních stěn.

Ve výhodném provedení je nátokový prvek upevněn ve své spodní části k nosníku pomocí svorníku. Výhodný je svorník, uložený v nosníku, který je opatřen ve své horní části, zasahující do dutiny nátokového prvku, přítlačnými kladkami se zajišťovacími prvky, a na svém protilehlém konci zajišťovací maticí. Mezi maticí a nosníkem je na svorníku navlečena pružina.

Hlavní výhodou tohoto vynálezu je, že při zachování současně používaného vnějšího funkčního tvaru nátokového prvku se využitím kovového dutého nátokového prvku o definovaném složení kovového materiálu prodlouží životnost tohoto prvku a sníží pořizovací náklady. Současně se zvýší kvalita taženého pásu skla, protože se dá vytvořit požadované teplotní rozdělení a jeho regulace v nátokovém prvku, což potom ovlivní i teplotní pole v tekoucí sklovině. Konstrukční systém nátokového prvku vydrží časté změny sortimentu, usnadní výměnu tvarovacích válců, a bude odolávat i častým teplotním šokům v procesu tvarování a v neposlední řadě i razantnímu čištění povrchu nátokového prvku při technologických cyklech.

Výhodou dutého kovového svařence je jeho snadná výroba. Horní rovinná deska nátokového prvku v jednom kusu je výhodná pro kvalitu taženého pásu. Jednotlivé sekce nátokového prvku jsou vzájemně odděleny svislými dilatačními spárami, umožňujícími pohyb materiálu v důsledku vysoké délkové teplotní roztažnosti při vysokých teplotách provozu. Ve spodní stěně nátokového prvku jsou vytvořeny výřezy pro dominantní horizontální dilataci, při současném bezpečném uchycení nátokového prvku.

Rozdělení nátokového prvku na jednotlivé sekce napomáhá snížení deformací a udržení rovinnosti, pevnosti a tuhosti horní funkční rovinné desky, po níž natéká sklovina z výtokového kamene do tvarovacích válců.

K regulaci žádoucího teplotního pole nátokového prvku přispívají v případě potřeby bud topné, nebo naopak chladicí prostředky zabudované do nátokového prvku. Dělení nátokového může usnadnit výrobu kovového svařence. nemusí mít jednotlivé sekce nátokového prvku shodnou délku, ve směru toku skloviny. Tato délka může být odlišná, a uzpůsobena tepelnému namáhání materiálu ve smyslu technologického toku skloviny.

prvku na shodné sekce V některých případech

Je uvedeno nejvýhodnější konstrukční uchycení dutého kovového svařence k nosníku pomocí svorníku s přítlačnými kladkami a pružinou, takže se dá regulovat přítlačná síla nátokového prvku k nosníku, a rovněž je umožněna podélná roztažnost nátokového prvku.

Přehled obrázků na výkresech

Pro bližší osvětlení řešení tohoto vynálezu je pro srovnání uveden příkladný stávající stav na obr. 1, kde je schematicky znázorněn nátokový prvek s keramickým t. zv.

strojovým kamenem a tvarovacími válci, v příčném řezu.

Předložený vynález je podrobně popsán dále na příkladných provedeních, znázorněných schematicky na výkresech, z nichž představuje obr. 2 čelní pohled na nátokový prvek, obr. 3 řez I-I z obr. 4, kolmo na delší stranu nátokového prvku a obr. 4 svislý řez II- II z obr. 3., rovnoběžný s delší stranou nátokového prvku.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněn stávající běžný keramický nátokový prvek“sfc! v příčném řezu. Sklovina 13 natéká přes výtokový prvek 1, zhotovený ze žáruvzdorné keramiky, a postupuje na nátokový prvek 2 ze žáruvzdorné keramiky, který je masivní, t.j. plného průřezu. Z tohoto keramického nátokového prvku 2 natéká sklovina 13 mezi tvarovací válce 17 tvarovacího zařízení, které jsou chlazeny vodou. Mezi výtokovým prvkem 1 a nátokovým prvkem 2 je vloženo těsnění 2, které brání zatékání skloviny a současně vyrovnává nerovnosti povrchu výtokového prvku 1

2.

a nátokového prvku 2· Nátokový prvek je uchycen v nosníku 4 upínacího zažízení 5. Nosník 4 nátokového prvku 2 je upevněn ke tvarovacímu stroji.

Příkladné provedení vynálezu je vyobrazeno na obr. 2, 3 a 4. Výtokový prvek 1 (obr. 2, 3, 4) ze žáruvzdorné keramiky přes těsnění 2 navazuje na nátokový prvek 3, který je vytvořen z celokovového dutého svařence. Nátokový prvek 2 je uchycen v nosníku 4, zhotoveného ze žáruvzdorné litinové oceli, pomocí svorníku 6. Nosník 4 nátokového prvku 2 je upevněn ke tvarovacímu stroji pomocí upínacího zařízení 5. Sklovina 13 zachyceným na obr. 1 postupuje nátokový prvek 2 a z něho mezi potom obdobnýnm způsobem z výtokového prvku 1 na tvarovací válce 17 tvarovacího zařízení,

Nátokový prvek 3. je celokovový, ve formě dutého svařence, a je zhotoven z niklchromové slitiny, obsahující :

19,5 % hmot. chrómu,

2.4 % hmot. titanu,

1.4 % hmot. hliníku,

0,08 % hmot. uhlíku, maximálně do 3 % hmot. železa, a maximálně do 2 % hmot. kobaltu.

Přísady jsou v rozmezí 0,1 až 1 % hmot. manganu, mědi, křemíku, boru a zirkonu. Zbytek do 100 % hmot. je tvořen niklem.

Tato niklchromová slitina je žárupevná a žáruvzdorná do 1150 °C. Nátokový prvek 2 ve formě dutého kovového svařence sestává z cca 12 samostaných sekcí, přivařených k jednolité horní desce 31 (obr. 2, 3, 4). Horní deska 31 má na své vnější straně přivrácené ke sklovině 13 souvislou rovinnou plochu. Každá samostatná sekce nátokového prvku 3. je vytvořena ze společné horní desky 31, jedné čelní stěny 32., jedné zadní stěny 33., dvou protilehlých bočních stěn 34. a jedné spodní přítlačné stěny 35.

Tvarovaná sklovina o teplotě v rozmezí 1000 až 1150 °C je vedena z neznázorněného vanového tavícího agregátu na horní desku 31 nátokového prvku 3_, který je tak značně tepelně, korozně i mechanicky namáhán. Z těchto důvodů je uzpůsobeno konstrukční řešení tvaru nátokového prvku 3_ tak, že nátokový prvek 3_ je rozdělen po celé své délce na cca 12 jednotlivých sekcí, které jsou jak je patrno z obr. 2 a 4 odděleny vzájemně svislými dilatačními mezerami 11, vymezenými bočními stěnami 34 dvou sousedních sekcí nátokového prvku 2· Mezery 11, respekt, rozdělení celého nátokového prvku 2 na těchto cca 12 samostatných sekcí, umožňuje zmenšení tvarové deformace celého kovového nátokového prvku 2 vlivem vzniklých teplotních a napěťových polí v procesu kontaktu kovového nátokového prvku 2 s roztavenou sklovinou 13 v průběhu jejího tvarování.

Ve spodní přítlačné stěně 35 nátokového prvku 3 je proveden výřez 12 (obr. 4), umožňující podélnou dilataci nátokového prvku 3. jako celku, vlivem vysoké délkové teplotní roztažnosti použitého kovového materiálů, při výše uvedených pracovních teplotách. Koeficient délkové teplotní roztažnosti výše uvedeného složení nátokového prvku 2 v rozmezí teplot 20 až 1000 °C je 18,1.10^-6. K^-1. To způsobuje při ohřátí nátokového prvku 2 na pracovní teplotu změnu jeho délky až o 44 mm.

Výrobně nejvhodnější v případě svařence nátokového prvku 3 je, když jednotlivé sekce jsou shodné. 4S·Irikadi h ka. povnoctníofo 3^e však dle potřeby možné upravit délku těchto sekcí v podélném směru nátokového prvku 2·

V nátokovém prvku 2 jsou v bočních stěnách 34 dva otvory, z nichž v jednom jsou uloženy topné prostředky 14 pro přihřívání nátokového prvku 3, a ve druhém otvoru jsou uloženy chladicí prostředky 18 pro přichlazovánx nátokového prvku 3.· K přihřívání nátokového prvku může být přistoupeno kupř. v případě sklonu skloviny k odskelňování, nebo jiným t.zv. studeným vadám

Ochlazování může být optimalizace teplotního gradientu mezi horní deskou 31 a spodními stěnami 35 nátokového prvku 3.· Touto optimalizací teplotního gradientu se dosahuje minimálních rozměrových deformací nátokového prvku 3 jako celku.

skla, jako jsou záprasky, využito v případě potřeby povrchovým fléry atp.

V dolní části čelní stěny 32 a zadní stěny 33 nátokového prvku 3. jsou vyhotoveny průchozí otvory 15, do nichž se zasouvají přítlačné kladky 8 zajištěné fixačními prvky 16. Nátokový prvek 2 j^e uchycen (obr. 3) k nosníku 4 pomocí úchytného prvku, zahrnujícího svorník 6, čep 7, přítlačné kladky 8, pružinu 9. a matici 10.

Svorník 6 ve formě šroubu je ve své horní části, situované do dutiny nátokového prvku 3., opatřen průchozím čepem 7, na němž jsou navlečeny otočné přítlačné kladky 8, umožňující jednak podélný posuv kovového nátokového prvku 3 vlivem jeho délkové teplotní roztažnosti a jednak přítlak k nosníku 4 nátokového prvku 2· Svorník 6 prochází nosníkem 4 nátokového prvku 3 a je ukončen vně nosníku 4 pružinou 9 a maticí 10, kterými lze vytvořit potřebnou míru přítlaku přítlačných kladek 8 k nosníku 4.

Průmyslová využitelnost

Nátokový prvek 3 je součástí technologického zařízení pro výrobu ornamentního skla nebo drátoskla. Nátokový prvek 3. vytváří určitý koncový stupeň mezi tavícím vanovým agregátem respektive mezi výtokovým prvkem 1 a tvarovacími válci 17 technologického zařízení. Výsledkem tvarování je plochá skleněná tabule s povrchovým ornamentem nebo vloženým drátěným pletivem.

Claims (12)

1.Nátokový prvek pro kontinuální válcování plochého skla, je uchycený v nosníku, napojený na jednom konci přes těsnění na výtokový prvek tavícího vanového agregátu, a na protilehlém konci na tvarovací válce, vyznačující se tím, že nátokový prvek (3) je vytvořen z kovovového dutého tělesa.

2. Nátokový prvek kámen podle nároku 1, vyznačující se t í i, že kovový materiál nátokového prvku (3) obsahuje jako hlavní složky nikl, chrom a železo, a je žárupevný a žáruvzdorný do 1150 °C.

3. Nátokový prvek podle nároku 2, vyznačující se tím, že jako kovový materiál nátokového prvku (3) na bázi niklchromové slitiny jft^nebo oceli se použije materiál, obsahující v hmot %.

60 až 80 % niklu, 18 až 40 % chrómu, 2 až 20 % železa, 1 až 3 % kobaltu, 2 až 3 % titanu, 0,5 až 1 ,5 hliníku, 0,03 až 0,15 % uhlíku

a nejméně jednu z přísad zahrnujících· mangan, molybden, měd, křemík, bor, zirkon, cer a wolfram v množství od 0,1 do 1,0 % hmot.

4.Nátokový prvek podle nároku 1, nebo libovolné kombinace nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že nátokový prvek (3) má horní deskou (31), jejíž vnější strana přivrácená toku skloviny je tvořena souvislou rovinnou plochou.

5.Nátokový prvek podle nároku 1 nebo libovolné kombinace nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že nátokový prvek (3) je kovový svařenec.

libovolné

6. Nátokový prvek podle nároku 1 nebo kombinace nároků l až 5,vyznačující se tím, že nátokový prvek (3) sestává z jednotlivých sekcí, všechny sekce mají jednu společnou souvislou rovinnou horní deskou (31), a každá sekce má pod horní deskou (31) situovánu čelní stěnu (32), zadní stěnu (33), a dvě boční stěny (34), a spodní stěnu (35), přičemž mezi bočními stěnami (34) dvou sousedních sekcí je vytvořena svislá dilatační mezera (11).

7. Nátokový prvek podle nároku 6, v yznačující se tím, že ve spodní stěně (35) je vytvořen výřez (12) pro horizontální dilataci.

8. Nátokový prvek podle nároku 1 nebo jakékoli kombinace nároků 1 až 7,vyznačující se tím, že je vybaven topnými prostředky (14) a /nebo chladicími prostředky (18).

9. Nátokový prvek podle nároku 6,vyznačuj ící se tím, že jednotlivé sekce nátokového prvku (3) jsou shodné.

10. Nátokový prvek podle nároku 6, vyznačují se tím, že jednotlivé sekce nátokového prvku (3) mají odlišnou délku, t.j. odlišnou rozteč dvou sousedních bočních stěn (34).

11. Nátokový prvek podle nároku 1, nebo libovolné kombinaci nároků 1 až 11,vyznačující se tím, že je upevněn ve své spodní části k nosníku (4) pomocí svorníku (6).

12. Nátokový prvek podle nároku ll,vyznačující se tím, že svorník (6), uložený v nosníku (4), je opatřen ve své horní části, zasahující do dutiny nátokového prvku (3), přítlačnými kladkami (8) se zajištovacími prvky (16), na průchozím čepu (7) a na svém protilehlém konci zajišťovací maticí (10), a mezi maticí (10 a nosníkem (4) je na svorníku (6) navlečena pružina (9).