FI72960C - Metallegering foer framstaellning av en centrifug foer filtrering av haort glas. - Google Patents

Description

1 72960

Metalliseos keskipakolaitteen valmistamiseksi kovan lasin kuiduttamista varten

Jaettu hakemuksesta 793833 (patentti 69447)

Esillä oleva keksintö koskee metalliseosta keskipakolaitteen valmistamiseksi kovan lasin kuiduttamista varten, keskipakolaitteen käsittäessä kehäseinän, jossa on lukuisia rivejä reikiä lasisäikeiden linkoamiseksi laitteesta.

Nykyisin käytetyissä keskipakolaitteissa lasien kuiduttami-seksi on tavanomaista käyttää niin sanottuja pehmeitä laseja, so. lasiseoksia, jotka on suunniteltu erityisesti niin, että niillä on sellaiset lämpötila- ja viskositeettiominaisuudet, että ne mahdollistavat lasin kulkemisen vapaasti keskipakolaitteen seinän reikien läpi lämpötilassa, joka on selvästi alempi kuin se lämpötila, jonka keskipakolaite pystyy kestämään liiallisesti syöpymättä ja deformoitumatta.

Tällaisiin lasiseoksiin sisällytetään tavallisesti huomattavia määriä yhtä tai useampaa barium-, boori- tai fluoriyh-distettä, joilla on taipumus alentaa sulamislämpötilaa, de-vitrifikaatio- eli likviduslämpötilaa, joiden avulla niin ollen voidaan välttää liian korkeiden lasin sulamislämpöti-lojen käyttämistä.

Käytetyissä laseissa nykyisin esiintyvät bariumoksidin, boorioksidin ja fluorioksidin pitoisuudet ovat noin 3 %, noin 6 % ja vastaavasti noin 1,5 %, mutta ne boori- ja fluori-yhdisteet, joita nykyisin käytetään, ovat haihtuvia lasin valmistuksessa käytetyissä sulamislämpötiloissa ja fluorin tapauksessa jopa kuidutuksessa käytetyissä lasin lämpötiloissa, niin että näiden pitoisuuksien saavuttamiseksi on alun perin lisättävä suurempia määriä näitä ainesosia seosta valmistettaessa. Sillä, että käytetään huomattavia määriä näitä yhdisteitä, on kuitekinkin se varjopuoli, että se suurentaa valmistettujen kuitujen kustannuksia, koska ne ovat varsin kalliita, varsinkin bariumyhdisteet.

2 72960

Toisaalta tällaisia suuria määriä booria tai fluoria tai jopa bariumia sisältävien lasiseosten käyttö vaatii varotoimia. Nimenomaan boorin tai fluorin tapauksessa lasisulan valmistuslaitos haihduttaa haihtuvat ainesosat, ja ilmakehän saastuttamisen välttämiseksi poistokaasut on erityisesti käsiteltävä näiden ainesosien erottamiseksi ja sopivalla tavalla hävittämiseksi.

Vihdoin näin saaduista verraten pehmeistä laseista kehittyy kuituja, joilla ei ole toivottavaa lujuutta korkeissa lämpötiloissa .

Keksinnön tarkoituksena onkin suurentaa selitettyä tyyppiä olevan keskipakovenytyslaitoksen tuotantokykyä, samalla käytännöllisesti katsoen poistaen tietyt saasteen lähteet ja antaen mahdollisuuden käyttää kuitujen valmistukseen halpoja lasiseoksia, joilla on paremmat lämmönsieto-ominaisuudet.

Edellä mainittujen yleisten probleemojen ratkaisuun voidaan vaikuttaa käyttämällä määrättyä lejeeringin koostumusta, josta linko on tehty.

Tällainen keksinnön mukainen metalliseos tunnetaan pääasiallisesti siitä, että sen kokoonpano paino-osina on seuraava:

Aineosat Pa ino-osaväli C 0,65 - 0,83

Cr 27,5 - 31 W 6-7,8

Fe 7-10

Si 0,7-1,2

Mn 0,6-0,9

Co 0-0,2 P 0 - 0,03 S 0 - 0,02

Ni loput 3 72960 Tästä seoksesta valmistetulla keskipakolaitteella, joka kestää korkeampia lämpötiloja, voidaan siis kuiduttaa kovempia laseja, joiden viskositeetti on suuruusluokkaa 1000 poisea lämpötiloissa, jotka ovat yli noin 1150°C, ja joiden devitrifikaatio-lämpötila on suuruusluokkaa 1030°C. Kuidutettaessa pehmeämpiä laseja lisääntyy keskipakolaitteen kestoikä. On erityisen edullista käyttää tämäntyyppistä metalliseosta suuriläpimit-taisiin keskipakolaitteisiin, joiden läpimitta on esimerkiksi vähintään 400 mm.

Patenttikirjallisuudessa on esitetty erittäin suuri määrä keskipakolaitteen metalliseoksia. Esimerkiksi patentit US-3 170 789, 3 318 694, 3 384 478 ja FI-424/71 esittävät metalliseoksia, joissa ainakaan hiilipitoisuus ei ole sama kuin keksinnössä. Julkaisut poikkeavat myös yhden tai useamman muun aineosan pitoisuuden suhteen.

Patentti US-2 540 107 ei tarkoita metalliseosta josta valmistetaan keskipakolaitteita lasikuitujen valmistamiseksi.

Tässä patentissa määritellyt pääelementtien pitoisuuksien alueet ovat erittäin laajat. Julkaisusta voidaan myös todeta, että siinä tarkoitetut alueet ovat täysin keksinnön ulkopuolella, osittain kromipitoisuuden suhteen, osittain volfrämin, raudan ja nikkelin pitoisuuden ja lisäksi myös piidioksidin pitoisuuden suhteen.

Ni:iin ja Cr:iin perustuvat metalliseokset keskipakolaitteiden muodostamiseksi ovat ennestään tunnettuja erityisesti US-patentista 3 318 694.

Kokemuksesta tällaiset metalliseokset eivät ole sopivia, kun tarkoituksena on halkaisijaltaan suurten ja suhteellisen korkeiden lämpötilojen alaisiksi joutuvien keskipakolaitteiden muodostaminen, joiden tästä syystä on oltava valumiselle vastustuskykyisiä ja samalla niillä on oltava riittävä korroosionkestävyys, jotta ne suhteellisen pitkän ajan säilyttävät tarkoin määriteltyjä tunnusmerkkejä, nimenomaan mitä niiden aukkojen halkaisijoihin tulee, joiden läpi lasi ruiskutetaan.

4 72960

Keksinnön mukainen metalliseos täyttää nämä vaatimukset.

US-patentin 3 318 694 muodostaman aikaisemman tekniikan suhteen keksinnön mukainen koostumus poikkeaa nimenomaan hiili-ja kromipitoisuuksiensa osalta.

Keksinnön mukainen hiilipitoisuus on suhteellisen korkea ja korkeampi kuin tunnetussa tekniikassa. Tämä pitoisuus johtuu valinnasta, jossa otetaan useita näkökohtia huomioon.

Hiilipitoisuuden lisääminen johtaa kompleksien hiilien muodostumiseen. Näiden hiilien läsnäolo metalliseoksessa parantaa samalla korroosion- ja valumisenkestävyyttä.

Siten todetaan, että n. alle 0,2 % hiilipitoisuuksien osalta korroosio on hyvin voimakasta todennäköisesti johtuen käsitellyn lasin kiteiden välisestä tunkeutumisesta.

Hiilipitoisuuden lisääminen lisää myös valumisenkestävyyttä. Tätä lisäämistä on kuitenkin rajoitettava. Liian voimakas pitoisuus tekee metalliseoksen hauraammaksi. Jos hiilipitoisuus on liian suuri, syntyy keskipakolaitteen äkillisen murtumisen vaara käytön aikana, mitä pitää ehdottomasti välttää.

Metalliseoksen kromipitoisuus on tärkeä myös keskipakolaittei-den käyttäytymisen kannalta sekä korroosionkestävyyden että mekaanisten ominaisuuksien suhteen.

Kestävyys lasien aiheuttamaa korroosiota vastaan laskee hyvin nopeasti alle 25 % kromipitoisuuksien osalta. Keksinnön mukaan tyydyttävä kromipitoisuus ei edullisimmin ole alle 27,5 %.

Kuten hiilen suhteen, kromipitoisuutta ei ole mahdollista lisätä liikaa korroosionkestävyyden lisäämiseksi. Jos keksinnön mukaan määritelty kromipitoisuus todellakin on riittävä keskipakolaitteiden mekaanisiin ominaisuuksiin nähden, ja jossakin määrin saattaa jopa olla edullinen valumiskestävyy-delle, liian suuri lisääminen haurastaa rakennetta muuttamalla 5 72960 metallifaaseja korkeassa lämpötilassa. Tästä syystä kromi-pitoisuutta keksinnön mukaisesti on rajoitettu 31 %:iin.

Nikkeli on luonnollisesti olennainen rakenneosa näissä metalliseoksissa, joiden pitää kestää korroosiota korkeassa lämpötilassa. Varteenotettavan rautapitoisuuden läsnäolo mahdollistaa lisäksi sulfurointivastustuskyvyn parantamisen, koska nikkeliin perustuvat metalliseokset ovat kovin herkkiä käsiteltyihin laseihin sisältyvälle rikille. Keksinnön mukaisen metalliseoksen koostumus eroaa siis patentin 3 318 694 koostumuksesta.

Paremmat lämmönsieto-ominaisuudet omaaviin lasikoostumuksiin ei voi sisältyä fluoria ja vain vähän jos lainkaan bariumia ja booria. Tällaiset lasin koostumukset vastaavat "kovia" laseja, joiden sulamis- ja devitrifikaatiolämpötilat ovat korkeammat. Tästä seuraa, että näitä koostumuksia, joita ei voidaan kuiduttaa ennestään tunnetulla venytystekniikalla, voidaan kuiduttaa keksinnön mukaisesta seoksesta valmistetulla kalustolla.

Muita keksinnön etuja ja ominaisuuksia käy ilmi seuraavasta selityksestä, joka annetaan edullisena mutta keksintöä rajoittamattomana esimerkkinä oheisen keskipakolaitetta esittävän piirustuksen yhteydessä. Keskipakolaite on varustettu puhalluslaitteella, joka kehittää rengasmaisen venytyskaasuvirran, joka on suunnattu pitkin keskipakolaitteen kehäseinää.

6 72960

Kuvion esittämässä sovellutusmuodossa esiintyy keskipako-laitteen pystysuora kannatusakseli 10, joka alapäässään kannattaa laitetta 11, johon keskipakolaite on tarkoitettu kiinnitettäväksi. Varsinaista keskipakolaitetta kokonaisuudessaan on merkitty viitenumerolla 12. Se koostuu kehänmyö-täisestä kaistasta eli seinästä 13, jossa on lukuisia kui-dutusreikärivejä ja jonka reuna on kiinnitetty napaan 11 keskisestä kiinnitysosastaan eli kuvustaan 14. Keskipakolait-teen seinään tehdyt reiät on esitetty ainoastaan laitteen seinän leikkauskohdissa, mutta itsestään selvää on, että se on varustettu lukuisilla rei'illä, jotka ovat jakaantuneina useihin, pystysuoran välimatkan päässä toisistaan oleviin riveihin. Alareunastaan keskipakolaite on varustettu kauluksella 15, joka ulkonee sisäänpäin ja johon on kiinnitetty sylinterimäisen elimen 16 yläreuna, jolla elimellä on lujitus-eli tukitehtävä, joka selitetään jäljempänä.

Keskipakolaitteen sisässä on jakelukori 17, joka pyörii kes-kipakolaitteen mukana ja jossa on vain yksi sarja jakelu-reikiä 18, jotka on sijoitettu olennaisesti keskipakolaitteen kehäseinän ylimmän reikärivin tasoon. Niin kuin näkyy, kori 17 on kiinnitetty laitteeseen 11 alaspäin suunnattujen hakojen 17a avulla. Lasivirta syötetään alaspäin, keskeltä, keskipakolaitetta kannattavan rakenteen läpi, niin kuin kohdasta S näkyy, niin että se saapuu korin 17 sisään ja leviää sivuille päin pohjaa pitkin korin rei'itettyyn kehäseinään saakka, jolloin lasi muodostaa tämän seinän sisäpuolelle kerroksen, josta viitenumerolla 9 merkityt langat lähtevät reikien läpi ulospäin säteen suunnassa, keskipakolaitteen kehäseinän sisäpintaa kohti, sen ylimmän reikärivin vyöhykkeelle; tästä vyöhykkeestä lasi virtaa alaspäin keskipakolaitteen seinän sisäpintaa myöten. Tämä alaspäin suunnattu virtaus tapahtuu esteettä, koska kehäseinän sisäpuolella ei ole mitään rajoittavaa seinää eikä kammiota, ja virtauksella, sitä stratoskooppisessa valaistuksessa havainnoitaessa on laminaarit ominaisuudet, jossa esiintyy yhdenmukaisia aaltoja. Tästä pidättämättömästä ja esteettömästä laminaarisesta virtauksesta lasi tunkeutuu keskipakolaitteen kehäseinässä oleviin reikiin ja joutuu Iin- 7 72960 gotuksi kaikista näistä rei'ista ulos lukuisten primääri-lankojen muodossa, joille jäljempänä selitettävän kaluston muodostama rengasmainen kaasuvirta sitten suorittaa venytyksen.

Lasilankojen venytyksen varmistamiseksi kuviossa esitettyyn laitteeseen kuuluu rengasmainen kammio 20, joka on varustettu rengasmaisella putkella 21 ja jota kammiota 20 syötetään yhdestä tai useammasta polttokammiosta, kuten 22, jotka on varustettu asianmukaisilla, polttoainetta kuumien venytyskaasu-jen kehittämistä varten polttavilla laitteilla. Näin muodostuu rengasmainen, alaspäin suunnattu venytyskaasuvirta, joka esiintyy keskipakolaitetta ympäröivän verhon muodossa.

Niin kuin kuviosta näkyy, kalustoon kuuluu myös keskipakolait-teen alareunan lämmityslaite. Laite voi olla monenlaista eri muotoa ja on mieluimmin muodoltaan rengasmainen ja suurtaa-juuslämmityslaite, joka on esitetty kohdassa 23. Tämän lämmitystenkään läpimitta on mieluimmin suurempi kuin keskipako-laitteen, ja se sijaitsee mieluimmin pienen välimatkan päässä lämmityslaitteen pohjan alapuolella.

Eräs tärkeä keksinnön etu on se, että se mahdollistaa laajalti vaihtelevien lasien käyttämisen kuidutukseen.

Niinpä lukuisia tunnettuja venytettävän lasin koostumuksia, etenkin pehmeitä laseja voidaan käyttää. Itse asiassa keksinnön mukaisesta metalliseoksesta valmistettu keskipakolaite tekee mahdolliseksi vaivattomasti käyttää lasikoostumuksia, joita ei ole tähän mennessä käytännössä käytetty tunnettua tyyppiä olevan keskipakois-kuidustuskaluston yhteydessä, erilaisista syistä, etenkin verraten korkean devitrifikaatioläm-pötilan johdosta, joka vaatii verraten korkean kuidutuslämpö-tilan käyttämistä. Tämä korkea kuidutuslämpötila, silloin kun sitä käytetään tunnettua tyyppiä olevissa keskipakolaitteissa, aiheuttaa (kehäseinän eroosion ja/tai ulospäin pullistumisen johdosta) niin nopean tuhoutumisen, että keskipakolaitetta ei käytännössä voida teollisuudessa käyttää. Näin ollen voidaan sanoa, että on periaatteessa mahdotonta suorittaa tunnettua β 72960 tyyppiä olevilla keskipakolaitteilla eräiden sellaisten lasikoostumusten kuidutusta, joita keksinnön mukaisesta metalliseoksesta valmistetulla keskipakolaitteella voidaan kui-duttaa.

Voidaan myös käyttää eräitä ennestään tuntemattomia lasikoos-tumuksia, joilla on sopivat lämpötila- ja viskositeettiomi-naisuudet. Näillä uusilla lasikoostumuksilla on lisäksi se etu, että ne eivät sisällä fluoriyhdisteitä eivätkä edes käytännöllisesti katsoen lainkaan booria ja/tai bariumia, kun taas näitä kolmea alkuainetta fluoria, booria ja bariumia esiintyy erikseen tai yhdessä huomattavin määrin tavanomaisilla keskipakoismenetelmillä kuidutettavissa lasikoostumuksissa.

Ne ovat siis erityisen edullisia, koska ne ovat taloudellisia ja käytännöllisesti katsoen saastuttamattornia. Esitetyt uudet koostumukset, joiden sulamis- ja devitrifikaatiolämpö-tilat ovat verrattain korkeat, tekevät mahdolliseksi myös valmistaa kuituja, joilla on paremmat lämpötilan kesto-ominaisuudet. Tämän johdosta näistä uusista koostumuksista valmistettuja lämpöeristystuotteita voidaan käyttää täysin turvallisesti sovellutuksissa, joissa eriste joutuu alttiiksi korkeille, suuruusluokkaa 450-500°C lämpötiloille, verrattuna siihen noin 400°C lämpötilaan, jonka erilaisista tunnetuista pehmeistä laseista koostuvista kuiduista muodostetut eristetuotteet kestävät. Tunnetun tekniikan mukaisissa olosuhteissa viskositeetti oli suuruusluokkaa 1000 poisea kuidutuslämpötilassa.

Nyt käytettävillä laseilla pystytään saavuttamaan suuruusluokkaa 5000 poisea olevan viskositeetin keskipakolaitteen toi-mintalämpötilassa, joka on suuruusluokkaa 1030-1050°C, so. tuskin suurempi kuin käytettyjen lasien likvidus-lämpötila.