DE1290722B

DE1290722B - Verwendung einer Nickellegierung als Werkstoff fuer Duesen zum Herstellen von Glasfaeden im Schmelzfluss

Info

Publication number: DE1290722B
Application number: DEC31288A
Authority: DE
Inventors: Igor Fezenko; Bernard Laurent
Original assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 1962-11-06
Filing date: 1963-10-31
Publication date: 1969-03-13
Also published as: US3316074A; CH427305A; FR1427614A; BE639575A; GB1015048A; NL141246B; ES293253A1; FI42146B

Description

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Die Erfindung betrifft einen Werkstoff für Düsen geschmolzenem Glas in Berührung stehende Appa-

zum Herstellen von Glasfäden im Schmelzfluß, der rateteile.

für diesen Zweck besonders geeignet ist. Der Begriff Der Erfinder hat festgestellt, wie sich dies auch »Düsen« soll dabei weit gefaßt sein. Eine Düse im aus den Ausführungen weiter unten ergibt, daß die Sinne der Erfindung umfaßt jedes Organ, das Öffnun- 5 vorstehende Legierung bei der vorgesehenen Verwengen aufweist, durch die geschmolzenes Glas in Form dung eine außerordentlich günstige Kombination von dünner Ströme austritt, die danach zu Fäden oder geringem Abtrag und großer Kriechbeständigkeit erFasern ausgezogen werden. Die genannten Öffnungen möglicht.

sind im allgemeinen von geringem Durchmesser, das Als Ausführungsbeispiel ist nachstehend eine erdurch sie hindurchfließende geschmolzene Glas hat io findungsgemäß zu verwendende Legierung mit fol-

eine hohe Temperatur, und die »Düsen« sind dabei gender Zusammensetzung aufgeführt: selbst hoher Temperatur ausgesetzt.

Insbesondere betrifft die Erfindung auch einen Nickel 51,95%

Werkstoff zur Verwendung für hohle Drehkörper, die Chrom 28 80% einen mit einer Vielzahl von Ausströmöffnungen ver- 15

sehenen Mantel aufweisen, durch die das geschmol- Niob + Tantal 5%

zene Glas in Form von Fäden ausgeschleudert wird, Wolfram 2,47%

die anschließend zu Fasern ausgezogen werden. _rr ,, „, «.,-„,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kohlenstoff 0,47%

solche Legierung als Werkstoff zu verwenden, daß 20 Bor 0,14%

dieser sich durch eine vorteilhafte Kombination aus Silizium 0 20 %

geringem Abtrag und großer Kriechbeständigkeit '

unter Belastung bei hoher Temperatur beim Fließen Mangan 0,87 %

des geschmolzenen Glases auszeichnet, vor allem Eisen Rest

wenn dieses durch die engen »Düsen«-Öffnungen 25

fließt. Die erfindungsgemäßen Legierungen haben einen

Es ist schon die Verwendung von Nickellegierun- geringen Ausdehnungskoeffizienten, der sich auch

gen mit hohem Chromgehalt für die obengenannten verhältnismäßig wenig mit der Temperatur ändert. So

hohlen Drehkörper zum Ausschleudern von ge- hat eine Legierung gemäß dem vorstehenden Beispiel schmolzenem Glas in Form von Fäden bekanntge- 30 einen Ausdehnungskoeffizienten, der sich von

worden (s. USA.-Patentschrift 3 010 201). Die Legie- 13,00-10-« bei Normaltemperatur auf 17,25 ·10"⁶

rung gemäß dieser USA.-Patentschrift hat aber bei bei 1100° C ändert.

den hier in Frage kommenden Betriebsverhältnissen Die erfindungsgemäßen Legierungen haben auch

nur eine Lebensdauer von ungefähr 120 bis 150 Stun- besonders wichtige Eigenschaften im Hinblick auf ein den, ausnahmsweise von 200 Stunden. Eine so ver- 35 Kriechen und im Hinblick auf eine Widerstandsfähig-

hältnismäßig kurze Lebensdauer bedeutet aber einen keit gegen Korrosion.

erheblichen Nachteil, wenn man bedenkt, daß der- So wurde die Legierung gemäß dem obigen Ausartige Drehkörper verhältnismäßig sehr viel kosten, führungsbeispiel Kriechversuchen unterworfen bei und wenn man weiterhin bedenkt, daß jede Aus- einer Belastung von 2 kg/mm² bei einer Temperatur wechslung eines solchen Drehkörpers auch eine er- 40 _Von 1050^: C. Die Legierung ging erst nach sehr hebliche Betriebsunterbrechung darstellt. Auch die langer Zeit zu Bruch, nämlich nach ungefähr französische Patentschrift 1274 925 offenbart die 640 Stunden. Demgegenüber gehen die bekannten Verwendung einer Nickel-Chrom-Legierung für die üblichen Legierungen unter den gleichen Bedingun-Düsen für die genannten Drehkörper zum Ausschleu- gen bereits nach einer Zeit zu Bruch, die in der Grödern von geschmolzenem Glas in Form von Fäden. 45 ßenordnung von 200 Stunden liegt. Die Legierung gemäß dieser Patentschrift zeichnet Die Kurven der F i g. 1 der Zeichnung zeigen den sich durch einen besonders erhöhten Widerstand Verlauf des Kriechens bei 1050° C unter 2 kg/mm² gegen Korrosion aus, wie sie durch das Fließen des Belastung einer bekannten Legierung (Kurve A) von Glases durch enge Öffnungen hervorgerufen wird. folgender Zusammensetzung, die im übrigen fast Diese Legierung hat nicht die vorteilhafte Kombina- 50 identisch ist mit der Legierung gemäß dem Beispiel 1 tion von geringem Abtrag und großer Kriechbestän- }_n der USA.-Patentschrift 3 010201: digkeit bei den hier in Frage kommenden Betriebsverhältnissen, wenn sie auch, wie weiter unten Chrom 26,6 %

ersichtlich ist, eine ähnliche Zusammensetzung hat ^. , . „

wie die erfindungsgemäß zu verwendende Legie- 55

rung. Kohlenstoff 0,43%

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird Wolfram 5 6% gelöst durch Verwendung einer Legierung aus 25 bis

33 %, vorzugsweise 28 bis 32% Chrom, 45 bis 53 %, Silizium 1 %

vorzugsweise 48 bis 53% Nickel, 3.5 bis 6%, vor- 60 Mangan 1,06%

zugsweise 3,5 bis 5% Niob, wovon bis zu 0,5% . _R

durch Tantal ersetzt sein können, 1 bis 5 %, Vorzugs- Eisen Rest

weise 3 bis 5 % Wolfram, 0,3 bis 0,6 %, vorzugsweise

0,4 bis 0,5% Kohlenstoff, 0 bis 2%, vorzugsweise und einer erfindungsgemäß zu verwendenden Legie-0,5 bis 1,5% Mangan, 0 bis 0,5% Silizium, 0,1 bis 65 rung (Kurve B), welche die Zusammensetzung des 0,4% Bor, Rest Eisen einschließlich der üblichen obenerwähnten Ausführungsbeispiels hatte. Die AbVerunreinigungen als Werkstoff für Düsen zum Her- szissen geben die Zeitdauer in Stunden wieder, und stellen von Glasfäden im Schmelzfluß und andere mit zwar in logarithmischem Maßstab, und die Ordinaten

3 4

geben die (bleibenden) Dehnungen in Prozent wieder, nachstehend aufgeführten Legierungszusammenset-

und zwar in linearem Maßstab. zungen:

Die Erfindung umfaßt allgemein die Verwendung . . , „_T „ · ,_Tr ^

der obenerwähnten Legierungen als Werkstoff bei der ¹J¹¹¹ Anwendung einer Normallegierung (Kurve C)

Herstellung von metallischen Apparateteilen, die für 5 ^{der fol}g^enden Zusammensetzung:

einen Kontakt mit geschmolzenem Glas bestimmt Chrom ^4°/

sind (z. B. Behälter, Elektroden od. dgl.). Sie umfaßt ~

insbesondere die Ausbildung von metallischen Teilen, Nickel 19%

die Öffnungen im allgemeinen kleinen Durchmessers Silizium 2%

tragen, durch welche geschmolzenes Glas hoher Tem- ίο

peratur fließt und die"selbst auf hohe Temperatur ge- Kohlenstoff 0,30%

bracht werden. Mangan 0,30%

Die Erfindung umfaßt insbesondere die Anwen- Eisen Rest
dung dieser Legierungen als Werkstoff für rotierende

Hohlkörper, wie sie für die Glasfaserherstellung ver- 15 mit Anwendung einer bekannten Legierung, wie wendet werden und die eine Umfangswandung auf- sie weiter oben anläßlich der Kurvet, die das weisen, die mit einer Vielzahl von Öffnungen ver- Kriechen betrifft, definiert ist (Kurve D);
sehen ist, durch welche das geschmolzene Glas in unter Anwendung einer erfindungsgemäß zu verForm von Fäden ausgeschleudert wird, die danach wendenden Legierung des Typs entsprechend zu Fasern ausgezogen werden. Solche Hohlkörper 20 _{dem oben beschriebenen} Ausführungsbeispiel arbeiten unter besonders schwierigen Bedingungen, (Kurve E)
die durch die sehr hohen Temperaturen, auf die sie

gebracht werden, gegeben sind, insbesondere wegen Auf den Abszissen sind die Zeiten aufgetragen,

der hohen Temperatur der Gase, die die äußere während welcher die Versuchsstücke der Wirkung

Oberfläche der Umfangswandung berühren. 25 des Stromes von geschmolzenem Glas unterworfen

In F i g. 2 der Zeichnung ist ein Vertikalschnitt in wurden. Die Ordinaten zeigen die Gewichtsverluste

Achsrichtung von einem solchen rotierenden Kör- in Prozent.

per 1 dargestellt, dessen Umfangswandung 2 von Die Versuche wurden mit einem Glas von mittlerer

einer großen Zahl von Öffnungen 3 durchbohrt ist. Viskosität von llOOPoise bei einer Temperatur von

Das geschmolzene Glas 4 ist in" ein Verteilerorgan 5 3° 1030° C ausgeführt. Dieses Glas hatte die folgende

geführt, welches Korbform hat und dessen vertikale Zusammensetzung:
Wandung ebenfalls mit Öffnungen 6 versehen ist. Der

Korb 5 wird durch den rotierenden Körper 1 in Ro- SiO₂ 61,25%

tation versetzt, und das geschmolzene Glas wird §q 0 31%

durch die Öffnungen 6 auf die Innenseite der Um- 35 ³

fangswandung 2 geschleudert, so daß das Glas auf Fe₂O₃ 0,40 %

dieser Wandung im wesentlichen gleichförmig verteilt ALO., 4,00%

ist. Unter der Wirkung der Zentrifugalkraft wird das cn 8 ^n 0/

geschmolzene Glas durch die Öffnungen 3 in Form ^a '~ "

von Fäden ausgeschleudert, die danach zu feinen 40 MgO 4,10%

Fasern ausgezogen werden. Es ist gleichfalls eine ^a q 22 55 < >/,,

Verbrennungskammer 7 dargestellt, die im allgemei- ²

ncn ringförmig ist und eine den rotierenden Körper k₂O 0,4J %

koaxial umgebende Entspannungsöffnung 8 aufweist, B₀O., 5,20 %

aus der Verbrennungsgase mit hoher Geschwindigkeit 45 ~ " ,

und hoher Temperatur herausgeführt werden, die mit ' °

den Materialströmen in Berührung kommen, die aus F 2,50 %

den Öffnungen 3 ausgeschleudert worden sind, und

ihr Ausziehen zu sehr feinen Fasern bewirken. Es sei bemerkt, daß die Legierungen gemäß der

Man erkennt, daß ein solcher rotierender Körper, 50 Erfindung eine gewisse Härte aufweisen. Diese Härte

und zwar insbesondere seine Umfangswandung, sehr ist jedoch nicht solcherart, daß sie die Verarbeitung

hohen Temperaturen ausgesetzt ist, die hinsichtlich dieser Legierungen unter Bedingungen, wie sie für

der verwendeten Materialien eine große Widerstands- hitzebeständige Stähle der üblichen Art normal sind,

fähigkeit gegen Kriechen nötig machen. Darüber hindert. Es sei bemerkt, daß mit den erfindungsgemä-

hinaus ist zu berücksichtigen, daß das Glas, welches 55 ßen Legierungen Verteilerorgane oder Körbe herge-

gleichfalls eine hohe Temperatur hat, eine bedeutende stellt werden können, die nicht geschweißt und die

korrosionswirkung ausübt bei seinem Durchtritt mit dem Schleuderverfahren hergestellt sind,

durch die Öffnungen sowohl des rotierenden Körpers Die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung

wie auch des Verteilerkorbes. enthält mehr Chrom und weniger Nickel als die

Die erfindungsgemäßen Legierungen gestatten eine 60 Legierung gemäß der französischen Patentschrift

bedeutende Verlängerung der Lebensdauer dieser 1274 925. Ferner enthält die erfindungsgemäß zu

Einrichtungen, und zwar des Hohlkörpers und der verwendende Legierung über die Bestandteile gemäß

Verteilerorgane, wegen ihrer großen Widerstands- der französischen Patentschrift hinausgehend Niob

fähigkeit gegen Korrosion durch das Glas und die bzw. Tantal, Wolfram, Bor und Eisen, während die

Verbrennungsgase. 65 Bestandteile Kobalt, Aluminium und Titan der Le-

Die Kurven der F i g. 3 zeigen die relativen Ge- gierung gemäß der französischen Patentschrift in der

wichtsverluste in Prozent von zwei Zentrifugalkörpern erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung nicht

gleicher Form und Abmessungen, jedoch mit den enthalten sind.

Ein Vergleich der Eigenschaften der Legierung gemäß der französischen Patentschrift mit denen der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung ergibt folgendes: Zunächst sei verglichen die Kurve aus der französischen Patentschrift mit der Fig. 3. Man erkennt, daß der Abtrag durch das geschmolzene Glas bei der Legierung gemäß der französischen Patentschrift noch geringer ist als der Abtrag bei der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung, also gemäß Kurve £ in Fig. 3. Nun ist ausdrücklich darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung nicht auf einen geringstmöglichen Abtrag gerichtet ist, sondern auf eine möglichst vorteilhafte Kombination aus geringem Abtrag und großer Kriechbeständigkeit unter Belastung bei hoher Temperatur. Es sei hierzu verwiesen auf die weiter oben bereits erörterten Kurven in Fig. 1. Durch von dem Erfinder durchgeführte Versuche wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung hinsichtlich einer Beständigkeit in bezug auf dieses Kriechen besonders gute Eigenschaften aufweist, die auch besser sind als diejenigen der Legierung gemäß der französischen Patentschrift.

Insgesamt haben die Versuche ergeben, daß die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung der Legierung gemäß der französischen Patentschrift überlegen ist hinsichtlich der Kombination eines kleinen Abtrags durch den Glasschmelzfluß mit der Widerstandsfähigkeit gegen Kriechen unter Belastung bei hoher Temperatur.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung einer Legierung aus 25 bis 33%, vorzugsweise 28 bis 32% Chrom, 45 bis 53%, vorzugsweise 48 bis 53% Nickel, 3,5 bis 6%, vorzugsweise 3,5 bis 5% Niob, wovon bis zu 0,5% durch Tantal ersetzt sein können, 1 bis 5%, vorzugsweise 3 bis 5% Wolfram, 0,3 bis 0,6%, vorzugsweise 0,4 bis 0,5% Kohlenstoff, 0 bis 2%, vorzugsweise 0,5 bis 1,5% Mangan, 0 bis 0,5% Silizium, 0,1 bis 0,4% Bor, Rest Eisen einschließlich der üblichen Verunreinigungen als Werkstoff für Düsen zum Herstellen von Glasfaden im Schmelzfluß und andere mit geschmolzenem Glas in Berührung stehende Apparateteile.

2. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 aus

51,95% Nickel,
28,80% Chrom,

5% Niob + Tantal,

2,47% Wolfram,

0,47% Kohlenstoff,

0,14% Bor,

0,20% Silizium,

0,87% Mangan,

Rest Eisen

für den im Anspruch 1 angegebenen Zweck.

3. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2 für den Zweck nach Anspruch 1, wobei hohle Drehkörper mit einem Mantel, der mit einer Vielzahl von öffnungen versehen ist, durch den das geschmolzene Glas in Form von Fäden ausgeschleudert wird, die anschließend zu Fasern ausgezogen werden, ganz oder zumindest an den Spinnöffnungen aus der Chrom-Nickel-Legierung bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen