Opublikowano: 15.XII.1965 50373 KI. 32b, 11/00 MKP C 03 c 44/t 00 UKD 666. 189. 3 I© I Bi Wlasciciel patentu: Institut fur Glastechnik, Coswig (Niemiecka Repub¬ lika Demokratyczna) + l * A.Sposób wytwarzania szkla piankowego i urzadzenie do stosowania tego sposobu Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania szkla piankowego, które sklada sie z mieszaniny zmielone¬ go szkla i wydzielajacych gaz albo reagujacych z wydzielaniem gazu substancji przy ogrzewaniu, które przy dalszym zwiekszeniu doplywu ciepla zwiekszaja swa porowatosc tworzac szklo piankowe, jak równiez urzadzenia do stosowania tego sposobu.We wszystkich znanych dotychczas sposobach wy¬ twarzania szkla piankowego chlodzenie form wy¬ pelnionych pianke szklana nastrecza powazne trud¬ nosci. Wynikaja one przewaznie stad, ze szklo pian¬ kowe skladajace sie z ponad 90°/o swej ogólnej obje¬ tosci z zamknietego gazu dazy wedlug praw fizyki do kurczenia sie w stanie jeszcze miekkim. Gdy nie sa zastosowane zadne srodki zapobiegajace tym zjawiskom to. powstaja bloki szkla piankoiwego o znacznych odchylkach miary, usuniecie ich powo¬ duje znaczne odpady a prócz tego nie maja one wy¬ maganego ciezaru objetosciowego.Dla unikniecia tych niedogodnosci proponowano liczne sposoby, które uwzgledniaja zaleznosc /wy¬ sokosci temperatury wymaganej do przeprowadzania procesów spiekania i spieniania od wybranego skla¬ du szkla.W szczególnosci znany jest sposób, wedlug które¬ go drobno zmielona mieszanina szkla z dodatkiem 0,1—0,2% sadzy gazowej albo 0,5 — 2°/o sadzy lam¬ powej, oraz 0,1 — 0,5°/o tlenku antymonu jest spie¬ kana w takiej temperaturze, w której wywiazujace 15 20 25 30 gaz reakcje miedzy skladnikami mieszaniny jeszcze nie wystepuja.Nastepnie temperature podwyzsza sie o tyle, ze na¬ stepuje intensywne wywiazywanie sie gazu, powodu¬ jace szybkie wypelnienie formy pianka szklana.W tym stanie zawartosc formy ochladza sie nastep¬ nie odrazu do tak niskiej temperatury, lezacej mie¬ dzy temperatura spiekania i temperatura transforma¬ cji szkla, ze powstaje utrzymujaca ksztalt warstwa zewnetrzna, wewnatrz której odbywa sie powstawa¬ nie pianki.Temperature te utrzymuje sie przez okreslony okres czasu aby uzyskac powiekszenie grubosci krze¬ pnacej warstwy zewnetrznej, natomiast wewnatrz bloku szkla piankowego utrzymuje sie cisnienie ga¬ zu spadajace od wewnatrz ku zewnatrz. Zawarte w mieszaninie tlenki antymonu lub arsenu maja na celu zmniejszanie skurczu w czasie gdy podtrzymuje sie w dalszym ciagu powstawanie pianki wewnatrz masy, az do chwili gdy powierzchnia bedzie dosta¬ tecznie ochlodzona.W omówionym sposobie najistotniejsze jego cechy' polegaja na tym, ze napelnienie formy pianka osiaga sie przy temperaturze maksymalnej a nastepnie przez nagle ochlodzenie i pozostawienie iw nizszej tempe¬ raturze, np. 623Q,C otrzymuje sie pólsztywna i w cza¬ sie trwania chlodzenia wciaz pogrubiajaca sie war¬ stwe zewnetrzna. Kurczeniu bloku zapobiega sie w ten sposób, ze wewnatrz masy prowadzi sie dalej 5037350373 3 ' ' 4 powstawanie piany az do skrzepniecia bloku, tak iz skutki wywolywane chlodzeniem sa kompensowane.Dla ulatwienia utrzymania tego stanu dodaje sie do mieszaniny wyjsciowej odczynniki utleniajace w szczególnosci trójtlenek arsenu lub tlenek anty¬ monu. 1 Poza tym znany jest sposób, wedlug którego przez szybkie ochlodzenie do temperatury 400 — 500°C doprowadza sie powierzchnie bloku szkla pianko¬ wego w formie, do skrzepniecia, aby zapobiec kur¬ czeniu sie bloku. Wymaga sie przy tym, zeby przej¬ scie gotowego szkla piankowego, od temperatury spieniania do temperatury stabilizacji, odbylo sie bardzo szybko gdyz w przeciwnym razie cieplo na¬ gromadzone wewnatrz bloku sprzyja postepowaniu procesu spieniania, jeszcze w ciagu czasu, kiedy juz powinien przebiegac proces stabilizacji. Ten rodzaj obróbki cieplnej przeprowadza sie w dwóch nieza¬ leznych od siebie piecach tunelowych, które sa po¬ laczone ze soba tylko elementami przenosnikowymi.Strefa nieogrzewana sluzy przede wszystkim do chlodzenia pianki do temperatury 400 — 500°C i jest tak urzadzona ze w razie potrzeby moze byc do niej doprowadzane powietrze chlodzenia przez zaslony nawietrzajace. Nastepnie blok szkla pian¬ kowego zakrzeply na powierzchni wprowadza sie do pieca stabilizacyjnego dla uzyskania wyrównania temperatury miedzy oziebiona powierzchnia a rdze¬ niem bloku.Istota tego znanego sposobu polega wiec na tym, ze podczas obróbki cieplnej w strefie spieniania pieca tunelowego powstawanie pianki prowadzi sie az do napelnienia formy a w chwili opuszczenia tej czesci pieca nastepuje intensywne chlodzenie prze¬ rywajace proces spieniania.W obu wymienionych sposobach nie ma opisu skladu i wlasciwosci mieszaniny zdolnej do wy¬ twarzania pianki. Równiez sposoby te nie podaja predkosci powstawania gazu i zaleznosci od tem¬ peratury chociaz te czynniki decyduja o skutecznos¬ ci zastosowanych srodków.Efekt zapobiegania kurczeniu sie lub^ zapadaniu sie masy piankowej zamierzony w opisywanym sposobie jest niepelny i niepewny. Predkosc pow¬ stawania piany zalezy od temperatury i ciagliwosci szkla jak równiez od cEemicznej zdolnosci reago¬ wania mieszaniny wyjsciowej.W ogóle przy stalej temperaturze tworzenie sie piany nastepuje z poczatku bardzo szybko po tym jednak tempo staje sie powolniejsze az do wyczer¬ pania zdolnosci pianotwórczej. Aktywnosc piano¬ twórczej mieszaniny wyjsciowej mozna regulowac lub ustalac przez dobieranie szkla o odpowiednich wlasnosciach, w szczególnosci wystarczajacej za¬ wartosci SO3, zawartosci wegla redukcyjnego i przez ustalenie mialkosci mielenia. W znanych sposobach zdolnosc pianotwórcza nie zostaje wyczerpana po napelnieniu formy a predkosc powstawania piany jest w tym czasie jeszcze stosunkowo duza.W znanych sposobach przyrost objetosci piany ponad objetosc formy powstrzymuje sie silnym chlo¬ dzeniem. Efekt chlodzenia wystepuje w chwili na¬ pelniania formy który odbywa sie w temperaturze maksymalnej. Poniewaz w tym stanie szybkosc po¬ wstawania piany jest jeszcze znaczna, niewielkie lecz nieuniknione odchylenia od przepisowego pro¬ gramu temperatury i czasu sprawiaja, ze w danej chwili forma Jeszcze nie jest pelna lub tez prze¬ ciwnie, nadmiar piany wystepuje ze szczelin formy a sama forma moze ulec znieksztalceniu pod wply¬ wem cisnienia wewnetrznego.W tym przypadku masa piankowa jest tak mocno wcisnieta do formy, ze blok pózniej trudno wyjac lub tez w ogóle nie daje sie wyjac z formy. Poza tym powstajacy przy tym nadlsw wycisnietej masy pianki sprawia trudnosci przy dalszej obróbce.W kazdym razie wystepuja odchylenia od przepi¬ sowego ciezaru objetosciowego bloku szkla pian¬ kowego jak równiez zjawiaja sie trudnosci przycie¬ cia bloku do zadanej miary.Wedlug jednego ze znanych sposobów forma na¬ pelniona pianka przy maksymalnej temperaturze zostaje szybko ochlodzona do temperatury lezacej miedzy temperatura spiekania i temperatura trans¬ formacji i pozostawiona przez jakis czas, przy czym powinna powstac pólsztywna otoczka bez dalszego zwiekszania objetosci ustalajaca ostatecznie ksztalt bloku.Zmniejszenia objetosci zachodzace wskutek na¬ glej zmiany temperatury ma byc skompensowane przez to, ze w rdzeniu masy tworzenie sie piany trwa w dalszym ciagu i osiaga sie wyrównanie cisnienia.Mozna udowodnic, ze wedlug praw fizycznych nie mozna zapobiec kurczeniu sie masy piankowej przy szybkim ochlodzeniu wobec kurczenia sie obje¬ tosci. Dzialajacy jeszcze wewnatrz proces powsta¬ wania piany w przypadku skrzepniecia scianek ze¬ wnetrznych nie jest juz w stanie odWrócic procesu kurczenia sie masy piankowej.Urzadzenie do stosowania sposobu oparte na zna¬ nych zasadach wynikajacych z konstrukcji pieców wykazuje przewaznie istotna wade polegajaca na tym, ze wystepuja zaklócenia pozadanego przebiegu temperatury wskutek wyrównania ciepla wewnatrz komory paleniska, wobec przenoszenia ciepla przez formy i wobec utrudnionego regulowania lub usta¬ wiania pracy pieców ze wzgledu na ich bezwlad¬ nosc cieplna.Wynalazek ma na celu ustalenie sposobu wytwa¬ rzania szkla piankowego, przy zachowaniu kontro¬ lowanego i niezawodnego stanu zapelnienia formy bez ubocznych niekorzystnych skutków i bez obawy powstawania skurczu w czasie procesu chlodzenia przez zachowanie odpowiedniej temperatury, jak równiez urzadzenie do stosowania tego sposobu.Wedlug wynalazku chlodzenie masy piankowej, która jako pianotwórcza mieszanina wyjsciowa za¬ wiera jedynie jako nosnik tlenu SO3 w ilosci co- najmniej 0,45Vo w stosunku wagowym rozpoczyna sie zanim forma zostanie calkowicie wypelniona piana i podczas chlodzenia do temperatury w któ¬ rej masa piankowa w czasie operacji praktycznie nie zestala sie, zwiekszenie objetosci masy poste¬ puje az do napelnienia formy a skurczenie objetosci wynikajace z obnizenia temperatury zostaje skom¬ pensowane przez dalsze wywiazywanie sie gazów jeszcze goracych w wewnetrznych obszarach pia¬ ny, poniewaz zdolnosc pianotwórcza mieszaniny wyj¬ sciowej ustaje dopiero przy osiagnieciu temperatu- 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 605 ry odpowiadajacej stanowi praktycznej wytrzyma¬ losci na plyniecie.Rozwiazanie wedlug wynalazku polega na tym, ze zestaw pianotwórcza otrzymuje tylko tyle aktyw¬ nosci chemicznej, azeby w temperaturze, w której osiaga sie napelnienie formy powstawanie piany odbywalo sie jeszcze tylko powoli, az do zaniku.W przeciwienstwie do znanych sposobów, wedlug których objetosc formy zapelnia sie calkowicie w temperaturze szczytowej napelnianie formy spo¬ sobem wedlug wynalazku przeprowadza sie do oko¬ lo 80°/o w temperaturze najwyzszej. W chwili osiag¬ niecia stanu napelnienia okolo 80*/o rozpoczyna sie wedlug wynalazku obnizanie temperatury, tak iz trwajace dalej powstawanie piany nie tylko kom¬ pensuje kurczenie sie objetosci wskutek chlodzenia lecz jeszcze dodatkowo powieksza mase az do cal¬ kowitego wypelnienia formy.Takie powiekszanie masy odbywa sie powoli ze wzgledu na obnizanie temperatury i moze byc regu¬ lowane w sposób prosty z zewnatrz za pomoca u- rzadzenia wedlug wynalazku.Powstawanie piany ustaje w calej zawartosci masy przy stale utrzymywanej temperaturze koncowej np. 630°C w miare jak cala masa staje sie pólsztywna tak, iz przy koncu tego okresu temperatury uzy¬ skuje sie pozadana objetosc, odpowiadajaca objetos¬ ci formy. W tym stanie blok nie ma daznosci do kurczenia sie i zachowuje w pelni ksztalt wnetrza formy. Dopiero wtedy blok wyjmuje sie z formy a ostateczny proces chlodzenia prowadzi sie na¬ stepnie bezposrednio od temperatury transformacji az do skrzepniecia fizykalnego. Zreszta ustalenie chemicznej aktywnosci pianotwórczej mieszaniny wyjsciowej jest tego rodzaju, ze jako czynnik utle¬ niajacy stosuje sie tylko SO$ i to w stezeniu conaj- mniej Q,45% w stosunku wagowym. Stosowanie in¬ nych srodków utleniajacych nie jest potrzebne.Urzadzenie d© stosowania sposobu wedlug wyna¬ lazki stanowi piec kanalowy, z przejsciowa komora paleniskowa, w piecu znajduje sie komin spalin, rozgraniczajacy obszar ciepla ogrzewany plomie¬ niem, do podgrzewania form i mieszaniny wyjscio¬ wej lub spiekania i spienianie z podwyzszaniem temperatury, od obszaru ciepla z obnizaniem tempe¬ ratury i w polaczeniu z obszarem o podwyzszanej temperaturze prowadzi gorace spaliny na formy w kierunku tego obszaru cieplnego w sposób umoz¬ liwiajacy regulowanie, a pomiedzy komora paleni¬ skowa i kominem spalin znajduje sie podgrzewacz powietrzny który w odpowiedni sposób chlodzi opuszczajacy strumien spalin wprowadzany ponow¬ nie jako spaliny.Wynalazek jest objasniony blizej na przykladzie wykresu uwidocznionego na zalaczonym rysunku.Fig. 1 przedstawia wykres regulowania temperatury i wzrostu objetosci piany a fig. 2 przedstawia sche¬ mat pieca i odpowiednich zmian temperatur w urza¬ dzeniu do wytwarzania szkla piankowego.Na fig. 1 cienka linia 1 lub cienka przerywana li¬ nia 2, obrazuje dzialanie urzadzenia wedlug znanych sposobów, natomiast gruba linia 3 i gruba przery¬ wana linia 4, przedstawiaja dzialanie urzadzenia wedlug wynalazku. Linie 1 i 3, oznaczaja przebieg <* temperafciry a linie 2 i 4, oznaczaja stopien napel¬ nienia formy pianka szklana w odniesieniu do Wspól¬ rzednej pomocniczej. Prowadzenie temperatury Ho ogrzewania i spiekania jest w tym przypadku nifc- 5 istotne i dlatego na wykresie nie jest zaznaczone.Linia 1 lacznie z linia 2 wskazuje, ze wedlug zna¬ nych sposobów forma jest napelniona w chwili spadku temperatury. Jak widac równiez z przebiegu linii 2 w tej chwili predkosc powstawania piany jest 10 jeszcze znaczna wskutek czego wystepuja omówione niedogodnosci. Poczynajac od punktu na linii 2 przedstawiajacym calkowite napelnienie formy oib- szar zewnetrzny pianki szklanej nie ma moznosci tak szybk:'ego skrzepniecia jak to oylóby wymagarie 15 wedlug krzywej chlodzenia. Wskutek tego kurczenie sie objetosci trwa w dalszym Ciagu i powoduje skurczenie sie lub zapadniecie sie powierzchni szkla piankowego co uwldaeaiiia linia 2.W sposobie wedlug wynalazku chlodzenie rozpo¬ czyna sie jak wskazuje linia 3 juz wtedy gdy fornia jest napelniona dopiero w 80% swej objetosci, jak pokazuje linia 4. Dalsze chlodzenie przeprowadza sie w ten sposób, ze powstawanie piany jest wpraw¬ dzie zwolnione ale wciaz postepuje dalej. Calkowi- B te wypelnienie formy nastepuje dopiero Wtedy, gdy szklo piankowe osiaga temperature, w której prak¬ tycznie je~st wytrzymale' na plyniecie. CliwiLa osiag¬ niecia wytrzymalosci na plyniecie i chwila napel¬ nienia formy przypadaja w przyblizeniu w tym sa¬ mym czasie.Przy takiej obróbce cieplnej wytwarza sie tyle tyl¬ ko pianki szklariej ile potrmba do wypelnienia formy i do kompensat}! skurczenia objetosci. Wobec po- 85 woli postepujacemu napelnieniu farmy i wskutek chlodzenia uwidocznionego przebiegiem linii 4( w&- fctnia temperatary w porównaniu do znanych spo¬ sobów nie uwydatniaja «ie w dopuszczalnych gra- itieacl* w tfckim stopniu jak wedlug znanych sposo- ^ bów, tak* ii stan napelnienia formy jest powta¬ rzalny.Wedlug niniejszego wynalazku unika sie szybktó- qo powstawania pólsztywnej otoczki i dba sie o to, aby szklo piankowe przechodzilo stosunkowo powoli 4.0 ze stanu malej lepkosci do stanu praktycznej sztyw¬ nosci, aby trwajace jeszcze w tym czasie powiek¬ szanie objetosci gazu wystarczylo do calkowitego napelnienia formy.Przy ciaglym wytwarzaniu szkla piankowego w formach nie mozna uniknac dluzej trwajacych od¬ chylen predkosci powstawania piany. Odchylenia te moga powstawac np. wskutek skladu atmosfery komory paleniskowej, podczas spiekania, jak rów¬ niez wskutek wahan wartosci opalowej paliwa, któ¬ rej urzadzenia regulacyjne nie moga uwzgledniac.Z tego wzgledu jest pozadane zastosowanie srod¬ ków pozwalajacych na niezwloczne dostosowanie przebiegu napelnienia form do takich zmian. eo Urzadzenie do stosowania sposobu wedlug wyna¬ lazku jest objasnione na przykladzie. Urzadzenie to wedlug fig. 2 sklada sie z ciaglego przejsciowego paleniska 5. Komin spalinowy 6 rozgranicza dwa ob¬ szary cieplne, z których obszar cieplny 7, sluzy do 65 podgrzewania a obszar cieplny 8, wykazuje utrzy-1 mywanie stalej lub spadajacej temperatury. Zapo¬ trzebowanie ciepla w obszarze 7 pokrywa sie przez bezposrednie ogrzewanie plomieniem. Ogrzewanie obszar u cieplnego 8 odbywa sie dwoma róznymi sposobami. Miedzy obszarem cieplnym 7 i odcin- 6 kiem 9, ogrzewanym przez promieniowanie prowa¬ dzi sie przez rure 10 strumien goracych spalin w kierunku obszaru cieplnego 7. Spaliny przeply¬ waja w kierunku przeciwnym do ruchu form posu¬ wanych w kierunku strzalki i wraz ze spalinami 10 z obszaru cieplnego 7 opuszczaja komore palenisko¬ wa 5, przez komin spalinowy 6. Spaliny te moga byc równiez na zyczenie wprowadzone calkowicie lub czesciowo do obszaru cieplnego 8.Spaliny te sa pobierane w znany sposób z prze- 15 wodu spalinowego 11* i tloczone za pomoca dmu¬ chawy nie pokazanej na rysunku. Dla ustawienia odpowiedniej temperatury spalin prowadzi sie je najlepiej po opuszczeniu komina spalinowego 6 do podgrzewacza powietrznego 12. Urzadzenie stanowi 20 w zasadzie obieg spalin, w którym ilosc i pojemnosc cieplna spalin moze byc szybko regulowana lub zmieniana.Gorace spaliny, których temperatura jest oczy- 2fi wiscie nizsza od temperatury obszaru cieplnego 7 pozwalaja na praktycznie bezinercyjne regulowanie temperatury obnizajacej sie stale, zgodnie z omó¬ wionym sposobem i dostosowanej w swym prze¬ biegu do predkosci powstawania piany, w przypad- 80; ku odchylen od przebiegu przepisowego.Dzieki temu mozna stale utrzymac stopien napel¬ nienia formy albo szybko go korygowac odpowied¬ nio do odchylen. Po opuszczeniu obszaru dzialania obiegajacych albo wprowadzonych goracych spalin, 85 formy oraz ich zawartosc ochladza sie w czasie ich przejscia przez obszar cieplny 8, przez dokladnie regulowane odprowadzanie ciepla do temperatury, w której pianka szklana staje sie odporna na ply¬ niecie, i w której kurczenie sie objetosci juz nie 40 moze nastepowac. g PL