RU2212379C1

RU2212379C1 - Vessel for producing of glass fiber

Info

Publication number: RU2212379C1
Application number: RU2002103800A
Authority: RU
Inventors: И.Л. Шкарупа; Г.М. Капитов; А.Г. Ромашин; В.В. Викулин
Priority date: 2002-02-11
Filing date: 2002-02-11
Publication date: 2003-09-20

Abstract

FIELD: construction material industry. SUBSTANCE: vessel has walls and bottom manufactured from precious metals, and cover made from silicon nitride-based ceramic material. Cover and wall thickness ratio is from 5:1 to 20: 1. Slot may be formed in lower part of cover, along perimeter thereof, for connecting cover with casing walls. Platinum or other precious metals are used for manufacture of vessel walls and bottom. EFFECT: increased service life of vessel, reduced loss of precious metals and increased processibility. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к оборудованию заводов стеклянного волокна. The invention relates to the building materials industry, in particular to the equipment of glass fiber plants.

Известны сосуды для выработки стеклянного волокна, изготовленные из сплавов благородных металлов, снабженных внешним огнеупорным слоем из НfО₂ [1] или ZrO₂ [2].Known vessels for the production of glass fibers made from alloys of noble metals, equipped with an external refractory layer of HfO ₂ [1] or ZrO ₂ [2].

Недостатком сосуда [1] являются относительно высокие общие потери благородных металлов, обусловленные значительной пористостью огнеупорного слоя из НfО₂. Кроме того, материал НfО₂ является дорогостоящим и дефицитным. При эксплуатации сосуда [2] в условиях высоких температур и неоднократном отключении огнеупорный слой разрушается из-за распада твердых растворов, полиморфных превращений, химического взаимодействия и пр. и нарушения сцепления между слоем и корпусом, в результате потери благородных металлов остаются высокими.The disadvantage of the vessel [1] is the relatively high total loss of precious metals, due to the significant porosity of the refractory layer of HfO ₂ . In addition, HfO ₂ material is expensive and scarce. When the vessel is operated [2] at high temperatures and repeatedly turned off, the refractory layer is destroyed due to the decomposition of solid solutions, polymorphic transformations, chemical interaction, etc., and the disruption of adhesion between the layer and the body, resulting in the loss of precious metals remain high.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является сосуд для выработки стеклянного волокна, включающий корпус из сплава благородных металлов с внешним защитным покрытием [3] и крышку, расположенную в верхней части сосуда и соединенную с корпусом. Корпус содержит стенки и соединенное с ними днище. The closest to the invention in technical essence and the achieved result is a vessel for the production of glass fiber, comprising a body made of an alloy of precious metals with an external protective coating [3] and a lid located in the upper part of the vessel and connected to the body. The housing contains walls and a bottom connected to them.

Однако при эксплуатации сосуда в условиях высоких температур слой защитного покрытия, выполненный из смеси ZrO₂ с Y₂О₃, отстает от металлического корпуса из-за большой разницы в коэффициентах термического расширения покрытия и стенки корпуса. В связи с этим потери благородных металлов при эксплуатации сосуда остаются значительными, а срок его службы невысоким. Процесс нанесения защитного покрытия является достаточно технологически сложным, энергоемким, требующим специального технологического оборудования.However, when the vessel is operated at high temperatures, the protective coating layer made of a mixture of ZrO ₂ with Y ₂ O ₃ lags behind the metal casing due to the large difference in the coefficients of thermal expansion of the coating and the casing wall. In this regard, the loss of precious metals during the operation of the vessel remains significant, and its service life is short. The process of applying a protective coating is quite technologically complex, energy-intensive, requiring special technological equipment.

Кроме того, в используемых в настоящее время стеклоплавильных аппаратах крышка изготовлена из сплава платины и приварена к платиновому корпусу. Это приводит к возникновению значительных напряжений в сварных швах, что неблагоприятным образом сказывается на ресурсе работы. In addition, in the currently used glass melting apparatus, the lid is made of a platinum alloy and welded to a platinum body. This leads to significant stresses in the welds, which adversely affects the service life.

Целью изобретения являются повышение срока службы сосуда, снижение потерь благородных металлов и повышение технологичности изготовления сосуда. The aim of the invention is to increase the service life of the vessel, reduce losses of precious metals and increase the manufacturability of the manufacture of the vessel.

Технический результат достигается тем, что в сосуде для выработки стеклянного волокна, включающем стенки и днище из благородных металлов и крышку согласно предлагаемому изобретению крышка выполнена из керамического материала на основе нитрида кремния, причем отношение толщины крышки к толщине стенок составляет от 5:1 до 20:1. The technical result is achieved by the fact that in the vessel for producing glass fiber, including the walls and the bottom of precious metals and the lid according to the invention, the lid is made of ceramic material based on silicon nitride, and the ratio of the thickness of the lid to the wall thickness is from 5: 1 to 20: 1.

При этом в нижней части крышки по ее периметру может быть выполнен паз для обеспечения соединения крышки со стенками корпуса. В качестве благородного металла для изготовления стенок и днища может быть использована платина или другие металлы, относящиеся к благородным. At the same time, a groove can be made in the lower part of the cover along its perimeter to ensure that the cover is connected to the walls of the housing. As a noble metal for the manufacture of walls and bottoms, platinum or other noble metals may be used.

Использование в качестве материала крышки керамики на основе нитрида кремния, имеющей низкую теплопроводность, например из реакционносвязанного нитрида кремния, позволяет уменьшить отток тепла в окружающую среду через верхнюю часть сосуда для выработки стеклянного волокна и уменьшить затраты электроэнергии. Вследствие высоких эксплуатационных характеристик керамики (высокая стойкость к расплаву стекла, высокая прочность при температурах до 1600^oС) крышка может использоваться многократно. Кроме того, керамика на основе нитрида кремния имеет более низкую стоимость, чем платиновый сплав.The use of silicon nitride-based ceramics as a lid material with low thermal conductivity, for example, from reaction-bonded silicon nitride, allows one to reduce the outflow of heat into the environment through the upper part of the vessel to generate glass fiber and to reduce the cost of electricity. Due to the high performance characteristics of ceramics (high resistance to glass melt, high strength at temperatures up to 1600 ^o C), the lid can be used repeatedly. In addition, silicon nitride based ceramics have a lower cost than a platinum alloy.

Данное конструктивное решение не требует изменения или переналадки оборудования, оснащения какими-либо другими источниками тепловыделения, например, окисными высокотемпературными нагревателями, т.к. схема нагрева сохраняется - стекло разогревается из-за тепловыделения в стенках платинового сосуда. Изменена только конструкция крышки и способ ее крепления. Предлагаемая керамическая крышка выполнена с пазом в своей нижней части, что позволяет осуществить крепление сосуда без его жесткой заделки (с учетом термического расширения). Таким образом, в процессе эксплуатации в конструкции не возникает значительных напряжений, что в свою очередь приводит к увеличению срока службы. Отношение толщины керамической крышки к толщине стенки корпуса сосуда составляет от 5:1 до 20:1. При соотношении толщин менее 5:1 прочность крышки невысока, к тому же теряется значительная часть тепла. При соотношении толщин более 20:1 крышка имеет большой вес, что приводит к дополнительной нагрузке на стенки сосуда и большему расходу керамики. Сборка стеклоплавильного аппарата и подготовка его к работе не требует специального технологического оборудования, является достаточно легко- и быстровыполнимой, что позволяет повысить технологичность изготовления сосуда. This design solution does not require modification or readjustment of equipment, equipping with any other heat sources, for example, oxide high-temperature heaters, because the heating scheme is preserved - the glass is heated due to heat in the walls of the platinum vessel. Changed only the design of the cover and the method of attachment. The proposed ceramic lid is made with a groove in its lower part, which allows the vessel to be fixed without rigid sealing (taking into account thermal expansion). Thus, during operation, significant stresses do not occur in the structure, which in turn leads to an increase in service life. The ratio of the thickness of the ceramic lid to the wall thickness of the vessel body is from 5: 1 to 20: 1. With a thickness ratio of less than 5: 1, the lid strength is low, and a significant part of the heat is lost. With a thickness ratio of more than 20: 1, the lid has a large weight, which leads to an additional load on the walls of the vessel and a greater consumption of ceramics. The assembly of a glass melting apparatus and its preparation for operation does not require special technological equipment, is quite easy and quick to carry out, which makes it possible to increase the manufacturability of manufacturing a vessel.

Использование данной конструкции позволяет уменьшить площадь поверхности платиноидов и, следовательно, сократить потери благородных металлов. Using this design can reduce the surface area of platinoids and, therefore, reduce the loss of precious metals.

На чертеже представлен сосуд, общий вид. The drawing shows a vessel, a General view.

Сосуд состоит из стенок 1 и днища 2, выполненных из платины, и крышки 3 с пазом 4, выполненной из материала ОТМ-904 на основе реакционносвязанного нитрида кремния, модифицированного никелем. Сосуд для выработки стеклянного волокна собирают следующим образом. The vessel consists of walls 1 and bottom 2, made of platinum, and a cover 3 with a groove 4, made of material OTM-904 based on reactive silicon nitride modified with nickel. The vessel for the production of glass fibers is collected as follows.

Стенки корпуса сосуда устанавливаются в паз керамической крышки, затем сосуд закрепляется в крепежном узле стеклоплавильного аппарата. The walls of the vessel body are installed in the groove of the ceramic cover, then the vessel is fixed in the mounting unit of the glass melting apparatus.

В таблице показаны сравнительные характеристики предлагаемого и известного сосуда (прототипа). The table shows the comparative characteristics of the proposed and known vessel (prototype).

Предлагаемый сосуд работает следующим образом. The proposed vessel works as follows.

Через отверстие в керамической крышке 3 с пазом 4, стеклянные шары попадают в стеклоплавильный аппарат, состоящий из: электродов 5, стенок 1 и дна 2. Подающийся на электроды электрический ток, проходя через стенки и дно стеклоплавильного аппарата, нагревает их. Расплавленные в стекломассу шары выливаются через фильеры, расположенные в дне, застывая в атмосфере в виде стекловолокна. Through the hole in the ceramic cover 3 with a groove 4, the glass balls fall into the glass melting apparatus, consisting of: electrodes 5, walls 1 and bottom 2. The electric current supplied to the electrodes passing through the walls and bottom of the glass melting apparatus heats them. Balls melted into the molten glass are poured through dies located in the bottom, solidifying in the atmosphere in the form of fiberglass.

Из приведенной таблицы видно, что срок службы предлагаемого сосуда на 60% выше срока службы известного сосуда. Общий расход благородных металлов на 12% ниже. Уменьшение энергопотребления сосуда с керамической крышкой достигает 2%. The table shows that the service life of the proposed vessel is 60% higher than the service life of a known vessel. The total consumption of precious metals is 12% lower. The reduction in energy consumption of a ceramic lid reaches 2%.

Источники информации
1. Авт. св. СССР 609432, кл. С 03 В 37/00, 1976.Sources of information
1. Auth. St. USSR 609432, class C 03 B 37/00, 1976.

2. Патент США 3685978, кл. 65-1, опубл. 1972. 2. US patent 3685978, cl. 65-1, publ. 1972.

3. Авт. св. СССР 910538, кл. С 03 В 37/09, 1982. 3. Auth. St. USSR 910538, class C 03 B 37/09, 1982.

Claims

1. A vessel for producing glass fiber, including a bottom and walls of precious metals and a cover, characterized in that the cover is made of ceramic material based on silicon nitride, and the ratio of the thickness of the cover to the wall thickness is from 5: 1 to 20: 1.

2. The vessel according to claim 1, characterized in that in the lower part of the cover there is a groove around the perimeter for connecting the cover to the walls.