PL212736B1 - Sposób zwiększania trwałości dysków rozwłókniających szkło - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób zwiększania trwałości dysków rozwłókniających szkło, wykonanych ze stopów niklu o zawartości chromu powyżej 15% wagowych, takich jak stop Inconel 625, stosowanych do produkcji wełny szklanej.

Rozwłóknianie szkła jest jednym z podstawowych etapów produkcji wełny szklanej. Do rozwłókniania służą urządzenia, których podstawowym elementem jest dysk rozwłókniający zamocowany na wale o pionowej osi obrotu. Dysk ma podstawę tworzącą dno dysku i cylindryczną ściankę z otworami rozwłókniającymi. Górna część ścianki jest odsadzoną u góry w kierunku osi dysku. Podstawa dysku ma osiowo usytuowany otwór na trzpień wału. Standardowy dysk wykonany jest ze stopu niklu Inconel 625 o składzie wagowym: Ni - 54,4%, Cr - 23%, Fe - 5%, Mo - 10%, Nb - 4,2%, Co - 1%, Si, Mn, Cu po 0,5%, Al, Ti - po 0,4%, C - 0,1%. Podczas procesu rozwłókniania szkło o temperaturze około 1000⁰C wpływa na dysk obracający się z prędkością około 2000 obrotów na minutę. Szkło wypychane jest siłą odśrodkową przez otwory rozwłókniające znajdujące się w ściance dysku, a na ich wylocie formują się we włókna. W ściance dysku jest od 20 000 do 40 000 otworów rozwłókniających, zależnie od typu dysku, o średnicy od 0,6 do 0,8 μm. Szkło w formie włókien po opuszczeniu dysku i po naniesieniu metodą natryskiwania środka wiążącego zasysane jest do szybu opadowego i poddawane dalszej obróbce - polimeryzacji środka wiążącego, konfekcji, cięciu i pakowaniu w celu otrzymania gotowego produktu wełny szklanej. Trwałość dysku jest rzędu 400-500 godzin pracy, a wydajność około 300 ton rozwłóknionego szkła.

Znane są sposoby zwiększania trwałości dysków rozwłókniających poprzez zastosowanie nowych materiałów do ich wytwarzania, takich jak stopy niklu lub kobaltu. W opisie patentowym US 6823698 jest przedstawiony dysk wykonany ze stopów niklu (Ni3Al i NiAl). W polskim opisie patentowym 207 242 ujawniono sposób wytwarzania ochronnych kompozytowych warstw powierzchniowych typu AlN+NiAl+Ni3Al+Ni(Cr,Al) na elementach ze stopów niklu typu Inconel 600, o zawartości chromu ok.13% wagowych, gdzie proces azotowania jarzeniowego całego elementu poprzedzono wytworzeniem na elemencie powłoki aluminium.

Sposób zwiększania trwałości dysków rozwłókniających szkło, wykonanych ze stopów niklu o zwartości chromu powyżej 15% wagowych z zastosowaniem azotowania jarzeniowego w warunkach obróbki jarzeniowej przy obniżonym ciśnieniu w atmosferze gazowej zawierającej azot, wodór i/lub argon, gdzie azotowany element ze stopu niklu jest katodą, według wynalazku polega na tym, że na powierzchni zewnętrznej i wewnętrznej dysku wytwarza się dyfuzyjną warstwę azotku chromu CrN w procesie obróbki jarzeniowej, którą prowadzi się pod ciśnieniem w zakresie od 1 do 10 hPa przy napięciu prądu stałego lub składowej stałoprądowej procesów zmiennoprądowych w zakresie od 700 do 1200 V, przy czym podczas obróbki dysk doprowadza się do temperatury w zakresie 530-800°C.

Sposób według wynalazku umożliwia zwiększenie trwałości dysków rozwłókniających szkło wykonanych ze stopu niklu o zawartości chromu powyżej 15% wagowych, zwłaszcza ze stopu Inconel zawierającego od 15 do 30% wagowych chromu, użytkowanych w wysokich temperaturach, w jednostopniowym procesie azotowania jarzeniowego prowadzącym do wytworzenia warstw powierzchniowych o charakterze dyfuzyjnym z azotku chromu na całym dysku. Wytworzone warstwy powierzchniowe zapewniają wzrost odporności dysków na zużycie przez tarcie, wzrost odporności na korozję, wzrost odporności na utlenianie w podwyższonych temperaturach, oraz wzrost odporności na szybkie zmiany temperatury, przy zachowaniu właściwości mechanicznych obrabianego stopu niklu i zachowaniu parametrów użytkowych ścianek z otworami rozwłókniającymi.

Rozwiązanie według wynalazku jest objaśnione w przykładzie realizacji zilustrowanym rysunkiem, przedstawiającym widok dysku rozwłókniającego w przekroju osiowym.

Sposób według wynalazku zastosowano do podwyższenia właściwości użytkowych dysków rozwłókniających szkło wykonanych ze stopu Inconel 625 (symbol 52039HE6.1) wyprodukowanych przez firmę Probeam AG, Niemcy. Dyski do rozwłókniania mają podstawę 1 z osiowym otworem 2 do osadzenia dysku na pionowym wale urządzenia do rozwłókniania a na obwodzie cylindryczne ścianki 3, w których są wykonane otwory rozwłókniające. Zawartość chromu w stopie Inconel 625 wynosi około 23% wagowych.

W typowym urządzeniu do azotowania jarzeniowego w warunkach wyładowania prądu stałego umieszczono jako katodę dysk rozwłókniający szkło w atmosferze mieszaniny gazowej azotu i wodoru (1:1) pod ciśnieniem 3 hPa w warunkach próżni dynamicznej. Po włączeniu zasilacza prądu stałego stopniowo zwiększano napięcie między elektrodami (obrabiany detal - katoda), ekrany wewnętrzne

PL 212 736 B1 i komora robocza - anoda) do wartości 900 V. Temperatura dysku rozwłókniającego szkło osiągnęła wówczas wartość 600°C. W tych warunkach prowadzono proces azotowania przez 5 h, następnie stopniowo zmniejszano przyłożone napięcie, aż temperatura dysku obniżyła się do temperatury pokojowej. Po obróbce twardość powierzchni dysku wynosiła 980 HV0,05, a na powierzchni podstawy 1 i ś cianki 3 dysku wytworzona została obustronnie warstwa dyfuzyjna zawierająca azotek chromu CrN, osiągająca głębokość do około 6 μm. Własności eksploatacyjne azotowanego dysku rozwłókniającego przy zastosowaniu go w linii technologicznej w produkcji włókien szklanych wykazały 50% wzrost trwałości dysku mierzonej czasem jego eksploatacji.

Claims (1)

1. Sposób zwiększania trwałości dysków rozwłókniających szkło, wykonanych ze stopów niklu o zawartości chromu powyżej 15% wagowych z zastosowaniem azotowania jarzeniowego w warunkach obróbki jarzeniowej przy obniżonym ciśnieniu w atmosferze gazowej zawierającej azot, wodór i/lub argon, gdzie azotowany element ze stopu niklu jest katodą, znamienny tym, że na powierzchni zewnętrznej i wewnętrznej dysku wytwarza się dyfuzyjną warstwę azotku chromu CrN w procesie obróbki jarzeniowej, którą prowadzi się pod ciśnieniem w zakresie od 1 do 10 hPa przy napięciu prądu stałego lub składowej stałoprądowej procesów zmiennoprądowych w zakresie od 700 do 1200 V, przy czym dysk doprowadza się podczas obróbki do temperatury w zakresie 530-800°C.