DD211934A3 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von hohlzylindern aus geschmolzenen, hochkieselsaeurehaltigen rohstoffen, insbesondere quarz oder sand - Google Patents

Abstract

Veroeffentlicht ohne Zusammenfassung.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Hohizylindern aus geschmolzenen, hochkieselsäurehaltigen Rohstoffen," insbesondere Quarz oder Sand

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Hohlzylindern aus geschmolzenen, hochkieselsäurehaltigen Sohstoffen, insbesondere Quarz oder Sand, wie sie zum Nachformen von Sohren benötigt werden·'

Ss ist ein Verfahren für die Herstellung eines Scbmelzlings, zum Beispiel eines Hohlzylinders aus reinem Quarz, bekannt, bei dem pulverförmiger oder körniger Quarz in einem Induktionsofeo geschmolzen wird· Das Ausgangsmaterial schmilzt dabei im Block, und zwar von außen nach innen, so daß dieses in seiner Gesamtheit zu einem bestimmten Zeitpunkt in geschmolzenem Zustand vorliegt·' Gleichzeitig erfolgt ein fortschreitendes Wandern der Verunreinigungen quer durch die Quarzmasse·¹ Dia Verunreinigungen werden beim Austritt aus der Quarzmasse durch Einwirkung eines Vakuums entfernt·"

Dieses Verfahren soll die Herstellung eines Schaelzlings ermöglichen, der aus nahezu homogenem und reinem Quarz besteht und aus dem mittels entsprechender Weiterverarbeitung Sohre und andere Profilkörper hergestellt werden können» Die bekannte Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist im wesentlichen aus einem in einem Induktionsofen befindlichen Tiegel, in dem das Sinsatzmaterial geschmolzen wird, aufgebaut· In der Mittelachse des zylinderföraigen Tiegels ist ein mit Bohrungen versehenes Innenrohr angeordnet, welches einen perforierti zentrischen Kamin bildet, durch den die beim Schmelzvorgang quer durch die Quarzaasse nach innen wandernden Verunreinigungen mittels Vakuum beseitigt werden·

Nach Abschluß des Schmelzvorganges wird der Tiegel mit dem Schmelzung außerhalb des Induktionsofens langsam abgekühlt, der Tiegel zerstört und die Oberfläche des Schmelzlings mittels Sandstrahlgebläse gereinigt« Der so hergestellte Schmelzung kann dann weiterverarbeitet werden«

Dieses bekannte Verfahren sowie die Vorrichtung zu seiner Durchführung haben den Nachteil, daß sie einen hohen technischen und ökonomischen Aufwand erfordern, der im Aufbau der Vorrichtung, der einmaligen Verwendung der Schmelztiegel und in der Nachbehandlung der Schmelzlinge begründet ist·

Bei Verwendung eines Tiegels kann kein berührungsfreies Schmelzen durchgeführt werden," da bei den auftretenden Temperaturen das Schmelzgut immer mit dem Tiegelmaterial und dem Material des Innenrohres reagiert und zwangsläufig Verunreinigungen in der Quarzmasse hervorruft.

Es ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Satladungsgefäßhüllen für Gasentladungsstrahler bekannt. Bei diesem Verfahren wird Quarapulver auf einen Quarzglas-, Quarzgut- oder eisan aus einem anderen geeigneten Material bestehenden und um seine Längsachse rotierenden Kern in geeigneter Verteilung aufgestreut und aufgeschmolzen. Dabei wird gleichzeitig elementares Chlor oder flüchtige Chlorverbindungen zugegeben,^ die bei hohen Temperaturen während des Schmelzvorganges Chlor bzw. Chlorwasserstoff abspalten*

Auch dieses Verfahren hat den Nachteil| daß entsprechend des verwendeten Sernmaterials, auf welches des Quarzglaspulver aufgeschmolzen wird, kein berührungsfreies Schmelzen erfolgt und es dadurch zu Verunreinigungen im Schmelzung kommt«

Weiterhin ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen zerstäubter Legierungen und Schmelzen von metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen zur Erzielung von verschleißfesten Auftragsschichten auf weichem Grundmaterial bekannt, bei denen beispielsweise beim Schmelzen von Quarzglas auf einen zylindrischen Grundkörper gleichen Materials der Zusatzwerkstoff mittels Brenner auf den sich kontinuierlich drehenden Grundkörper aufgeschmolzen

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wird und der Grundkörper ia Verlage des Verfahrens durch den aufgeschmolzenen Zusatzwerkstoff umfangaäßig wächst«

Bei den beiden zuletzt genannten Verfahren und Vorrichtungen, bei denen der Kern waagerecht und ua seine Längsachse rotierend angeordnet ist, ist die Zugabekapazität des aufzuschmelzenden Materials, bedingt durch die Brennerführung und den rotierenden, walzenförmigen Grundkörper, begrenzt und damit der Zeitaufwand für die Herstellung eines Schaelalings relativ hoch· Werden aus den nach diesen zwei zuletzt genannten Verfahren hergestellten kompakten Schmelzungen Hohlzylinder, die sich für di9 Weiterverarbeitung zu Bohren eignen, hergestallt, sind weitere zusätzliche Arbeitsgänge erforderlich, ua den Kern zu entfernen· Heben einem erheblichen Arbeitszeitaufwand fällt zusätzlich der Kern, der überwiegend aus hochwertigem Material besteht, als Abfall an*

Alle bisher aufgezeigten und bekannten Verfahren haben gemeinsam den Nachteil," daß die nach ihnen hergestellten Schmelzlinge, Verfahrens- und vorrichtungsbedingt, keine definierten Abmessungen aufweisen bzw. ihre Längen verhältnismäßig kurz und begrenzt sind« Die definierten Abmessungen* die für die Veiterverarbeitung von ausschlaggebender 3edeuttmg sind, können nur durch zusätzliche und zeitaufwendige Be ar bei tun gs gange erreicht werden·* Für ein wirtschaftliches Verziehen von Rohren werden verhältnismäßig langa Hohlzylinder benötigt· Dazu ist es erforderlich, mehrere kurze nach den bekannten Verfahren hergestellten Hohlzylinder Z12 einem langen Strang zu vereinen· Diese zusätzlichen Arbeitsgänge wirken sich weiterhin ökonomisch ungünstig auf das gesamte Herstellungsverfahren aus«

Zweck der Erfindung ist es, die Herstellung von Hohlzylindern aus geschmolzenen, hochkieseisäurehaltigen Rohstoffen, insbesondere Quarz oder Sand, unter Beseitigung der vorgenannten Mängel wirtschaftlicher zu gestalten«

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit

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denen Hohlzylinder großer Länge, engtolerierter Abmessungen und hohes Materialreinheitsgrad ohne zusätzliche Nacharbeit und unter Fortfall des dadurch bedingten Abfalls aus geschmolzenen, hochkieselsäurehaltigen Rohstoffen, insbesondere Quarz oder Sand, hergestellt werden können«

Srfiadungsgejaäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein» kreisringförmige Stirnfläche eines senkrecht angeordneten und rotierenden Hohlzylindergrundkorpers durch einen der jeweiligen kreisringförmigen Stirnfläche analogen und senkrecht über dieser angeordneten Injektorschmelzringbrenner gleichmäßig bis zum schmelzflüssigen Zustand erhitzt und durch eia oder mehrere ia Injektorschmelzringbrenner oder anderweitig gleichmäßig über der kreisringförmigen Stirnfläche des Hohlzylindergrundkörpers angeordnete SenatelagutzufUhrungseinrichtungen pulverförmiges Schmelzgut zugegeben und auf den in schmelzflüssigeoi Zustand befindlichen Teil das Hohlzylindergrundkörpers durch exakte Brennerführung und genau geregelte Zugabe des Schaelzgutss aufgeschmolzen und entsprechend der AufschaleIzgeschwindigkeit der Hohlzyliadergrundkörper vom Injektorschselzringbrenner vertikal gesenkt bzw. der Injektorschmelzringbrenner vom Hohlzylindergrundkörper vertikal angehoben wird»

Weiterhin ist zur Lösung der Aufgabe eine Vorrichtung erforderlich, bei der zentrisch iiber einer rotierenden Spanneinrichtung ein der zu bearbeitenden kreisringföraigen Stirnfläche eines Eohlzylindergrundkörpers angepaßter Injektorscbmelzringbrenner angeordnet und eines der beiden Yorrichtungsaleaente aaalog der Aufschmelzgeschvindigkeit vertikal beweglich ist.

Desweiteren sind jf ein oder mehrers Schcaelzgutzuführungseinrichtungen gleichmäßig verteilt auf der Kreisringfläche, auf der sich die Flammenaustrittsöffnungen befinden, so angeordnet, daß diese durch den Injektorschmelzringbrenner bis zu dessen Unterseite, an der sich dia Flammenaustrittsofinungen befinden, hindurchragen und jede Schmelzgutzuführung von einer in sich geschlossenen, kreisringförmigen Flammenaustrittsöffnung umgeben ist·

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zu dessen Durchführung haben den Vorteil, daß bei einem verhältnismäßig geringen technischen Aufwand Hohlzylinder von etwa zwei bis drei Meter Länge entsprechend der Vorrichtungsanordnung kontinuierlich hergestellt werden können und damit das Verbinden der bisher hergestellten, kurzen Hohlzylinder zu einem langen Strang, der für eine rationelle Weiterverarbeitung benötigt wird, entfällt« Dadurch, daß der herzustellende Hohlzylinder nicht auf einen Kern aufgeschmolzen werden muß, der anschließend wieder mechanisch oder anderweitig entfernt wird, weisen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Hohlzylinder infolge eines berührungsfreien Schmelzvorganges einen hohen Materialreinheitsgrad auf. Durch eine maximale Schmelzgutzugabe und еіпе<а|ЩЮа) exakt abzustimmende Brennerführung werden in relativ kurzer Zeit Hohlzylinder mit genauen Abmessungen hergestellt, bei denen eine Nachbearbeitung entfällt.

Das gesamte Verfahren und die betreffende Vorrichtung ermöglichen aus den vorgenannten Gründen airuesehr wirtschaftlicha fertigung von Hohlzylindern, die eine rationalle Weiterverarbeitung garantieren.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden« In den zugehörigen Zeichnungen zeig9a:

Fig» 1 : die Seitenansicht einer Vorrichtung zur Her- - stellung von Hohlzylindern aas geschmolzenen, hochkieselsäurehaltigen Rohstoffen;

Fig. 2 : die Injektorschmelzringbrenneransicht in Sichtung der Flamaeaaustrittsöffaungea teilweise im Schnitt gemäß ?ig.^; 1;

Fig. 3 : den Schnitt längs der Ebene A - 3 gemäß Fig. 2.'

Auf einem Rahmen 1, der über Führungsrollen 2 an Säulen 3 mittels Getriebemotor 4 über Seilzug 5 and Dmlenkrollsn 6 vertikal auf- und abbewegt werden kann_t ist eine Spanneinrichtung 7 in Verbindung mit einem Kugellager 8 drehbar angeordnet. Die Spanneinrichtung 7

wird durch einen Elektromotor 9 über ein zwischengeschaltetes Zahnradpaar 10 regelbar angetrieben." Über der Spanneinrichtung 7 ist zentrisch zu dieser ein Injektorschaelzringbrenner 11 angeordnet, dar mit einer Schmelzgutzuführung 12 und einem Schmelzgutverteiler kombiniert ist·* Ia Injektorschmelzringbrenner 11, der in horizontaler Richtung kreisförmig und in vertikaler Sichtung rechteckförmig ausgebildet ist," ist ein Ringkanal 14 für das Brenngas gemisch und eine Kühlkaamer 15 fur das Kühlmittel angeordnet.' In den Bingkanal 14 münden,' gleichmäßig auf dessen kreisringformiger Querschnittsfläche verteilt, drei Brenngasgemischauf Uhr ungen 16.' Auf der den Brenngasgemischzuführungen 16 gegenüberliegenden Seite des Injektorschmelzringbrenners 11 sind analog dea Verlauf des Singkanals 14 Flammenaustrittsöffnuagen 1? gleichmäßig verteilt angeordnet."

Auf der Seite des Schmelzringbrenners 11, auf der die Brenngasgeaischzuführuagen 16 in diesen einmünden, sind ebenfalls entsprechend dem Verlauf des Singkanals 14 drei Schmelzgutzuführungseinrichtungen 18 gleichmäßig verteilt und versetzt zu den Brenngasgeaischzuführungen 16 so angeordnet, daß diese durch den Singkanal 14 hindurchgeführt sind und ihre öffnungen ait den ?lamenaustrittsoffnungea 17 in einer Ebene liegen·' Die Schmelzgutzuführungseinrichtungen 18 sind so durch den Singkanal 14 des Injektorschmelz— ringbrenners 11 hindurchgeführt,* daß sia von je einer kreisringförsigen Flammenanstrittsöffnung 19 umgeben werden.' Der Injektorschmelzringbrenner 11 ist mittels der Schmelzgutzu— führungseinrichtung 18 mit dem Schmelzgutverteiler 13 verbunden. Der Hohlzylindergrundkörper 20 kanni" bedingt durch die zentrische Anordnung von Spanneinrichtung 7 und Injektorschaelzringbrenner 11, so von der Spanneinrichtung 7 aufgenommen werden," daß sich die kreisringförmige Stirnfläche des Hohlzylindergrundkörpers 20 und die ebenfalls kreisringförmigfi im Injektorschmelzringbr«nner 11 angeordneten Flammenaustrittsöffnungen 17 genau senkrecht gegenüberstehen. Zur Durchführung des Verfahrens wird die kreisringförmige Stirnfläche des in dia Vorrichtung aufgenommenen Hohlzylindergrund— körpers 20 durch den zentrisch ubev ihr befindlichen Injektorschmelzringbrenner 11 unter Drehbewegung gleichmäßig bis auf

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Schme Iz temperatur erhitzt·' Nach Erreichung der Schmelztemperatur wird mittels Schmelzgutverteiler 13 und Schmelzgutzuführungseinrichtung 18 kontinuierlich und gleichmäßig Schmslzgut auf die bis auf Schmelztemperatur erhitzte kreisringförmige Stirnfläche des Hohlzylindergrundkörpers 20 aufgebracht und aufgeschmolzen·' Bevor das Schmelzgut in den Schmelzgutverteiler 13 gelangt, wird dieses in der Schmelzgutzufuhrung 12 durch eine Widerstandsbeheizung 21 vorgewärmt·¹

Schmelzgut, welches nicht auf der erhitzten kreisringformigea Stirnfläche des Hohlzylindergrundkörpers 20 haften bleibt, wird durch eine Auffangeinrichtung 22 in einen Sammelbehälter 23 geleitet.' Entsprechend der Geschwindigkeit, alt der das Schmelzgut auf die kreisringförmige Stirnfläche des Hohlzylindergrundkörpers 20 aufgeschmolzen wird," bewegt sich dieser zusammen mit der Spanneinrichtung 7 und dem Hahmen 1 senkrecht nach unten, so daß trotz des Aufschmelzvorganges und der damit verbundenen Verlängerung des Hohlzylinder grxindkörpers 20 іашег ein gleichmäßiger Arbeitsabstand des Ino'ektorschmelzringbrenners 11 von der erhitzten kreisringförmigen Stirnfläche des Hohlzylindergrundkorpers 20 erhalten bleibt·

Claims (3)

-Z- Patentansprüche :

1. Verfahren zur Herstellung von Eohlzylindern aus geschmolzenen, hochkieselsäurehaltigen Rohstoffen, insbesondere Quarz oder Sand, bei dem pulverförmiges Schmelzgut auf einen rotierenden Grtmdkörper aufgeschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine kreisringföraige Stirnfläche eines senkrecht angeordneten und rotierenden Ho hlzylindergrundkörper s (20) durch einen der jeweiligen kreisringförmigen Stirnfläche analogen und senkrecht über dieser angeordneten Injektorschmelzringbreaner (11) gleichmäßig bis zum schmelzflüssigen Zustand erhitzt und durch ein oder mehrere im Injektorschmelzringbrenner (11) oder anderweitig über der kreisringformigen Stirnfläche des Hohl— Zylinder grundkor per s (20) angeordnete S chme Iz gutzuf'uhrrings einrichtungen (18) pulverförmiges Schmelzgut zugegeben und auf den iiaschmelzflüssigen Zustand befindliches Teil des Hohlzylindergrundkorpers (20) durch exakte Brennerführung und genau geregelte Zugabe des Schmelzgutes aufgeschmolzen und entsprechend der Aufschmelzgeschvindigkait der Hohlzyliader— grundkorper (20) vom Injektorschmelzringbrenner (11) vertikal

gesenkt Ъхч» der Injektorschmelzringbrenner (11) vom Eohlzy linder grundkörper (20) vertikal angehoben wird·"¹

2·^! Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zentrisch über einer rotierenden Spanneinrichtung (7) ein der zu bearbeitenden kreisringförmigen Stirnfläche eines Hohlzylindergrundkörpers (20) angepaßter Injektorschmelzringbreansr (11) angeordnet ist und eines der beiden Vorrichtungselemente analog der AufschraeIsgeschwindigkeit vertikal bewegbar ist«

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch Λ ^Z dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere von je einer in

sich geschlossenen kreisringförmigen Flammenaustrittsöffnung (19) umgebene Schmelzgutauführungseinrichtungen (18) auf einer mit Flammeaaustrittsoffnungen (17) versehenen Kreisringfläche gleichmäßig verteilt und bis zur Unterseite des Injektorschmelzringbrenners (11), an der sich die FlammenaustrittsÖffnungen (17) "befinden, hindurchragend angeordnet sind·

Hierzu 2 31att Zeichnungen