RU2552394C1

RU2552394C1 - Method of producing conical articles from glass-like materials

Info

Publication number: RU2552394C1
Application number: RU2014104932/03A
Authority: RU
Inventors: Евгений Иванович Суздальцев; Александр Калистратович Лесников; Петр Александрович Лесников; Михаил Юрьевич Русин; Татьяна Владимировна Зайчук; Юлия Сергеевна Устинова; Светлана Николаевна Вандрай
Original assignee: Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология"
Priority date: 2014-02-11
Filing date: 2014-02-11
Publication date: 2015-06-10

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: production of conical articles by deposition from crystalline initial stock is performed at stock feed into spinning mould to form the article by centrifugal forces and article shape fixation. Stock is fed into graphite mould while preset article shape is fixed by uniform distribution of heat over the entire surface of the article with the help of U-like graphite heater of uniform cross-section.

EFFECT: uniform wall depth irrespective of article height.

1 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к технологии изготовления конусных изделий из стеклообразного материала и может быть использовано в стекольной промышленности, кварцевом производстве при наплаве из кристаллического кварцсодержащего сырья конусных изделий с равномерной толщиной стенки, не зависимой от высоты изделия.The present invention relates to a technology for manufacturing conical products from a glassy material and can be used in the glass industry, quartz production when surfacing from a crystalline quartz-containing raw material conical products with a uniform wall thickness, independent of the height of the product.

Известен способ получения защитного слоя кварцевого стекла на внутренней поверхности изделия, полученного из кварцсодержащего сырья (US 2013/0167589 A1 C03B 29/04). Способ осуществляется посредством нагрева до температуры стеклования части внутренней поверхности изделия. Источник тепла перемещается по спирали по отношению к внутренней поверхности изделия, расплавляя относительно небольшие по площади участки поверхности. Полученный таким образом внутренний слой кварцевого стекла является относительно тонким по сравнению с общей толщиной стенки изделия.A known method of obtaining a protective layer of quartz glass on the inner surface of the product obtained from quartz-containing raw materials (US 2013/0167589 A1 C03B 29/04). The method is carried out by heating to a glass transition temperature part of the inner surface of the product. The heat source moves in a spiral relative to the inner surface of the product, melting relatively small surface areas. The inner layer of silica glass thus obtained is relatively thin compared to the total wall thickness of the article.

Недостатком известного способа является невозможность получения равномерного по толщине слоя кварцевого стекла. Спиральное перемещение источника тепла приводит к тому, что на некоторых участках внутренней поверхности изделия происходит перегрев материала, и под действием гравитации расплавленная стекломасса стекает к вершине изделия.The disadvantage of this method is the inability to obtain a uniform thickness layer of quartz glass. The spiral movement of the heat source leads to the fact that overheating of the material occurs in some areas of the inner surface of the product, and under the influence of gravity the molten glass flows to the top of the product.

Наиболее близким техническим решением к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения изделий из кварцсодержащего сырья путем подачи сырья во вращаемую емкость, формования изделия и фиксации заданной формы наплавом с использованием привязанной электрической дуги между двумя электродами путем перемещения электродов относительно друг друга и каждого из них к обрабатываемой поверхности (RU №2049742, МПК C03B 20/00).The closest technical solution to the invention in terms of technical nature and the achieved result is a method of producing products from quartz-containing raw materials by feeding raw materials to a rotatable container, molding the product and fixing a given shape by surfacing using an attached electric arc between two electrodes by moving the electrodes relative to each other and each of them to the machined surface (RU No. 2049742, IPC C03B 20/00).

Недостатком известного способа является невозможность получения конусных изделий большой высоты с относительно малым диаметром основания, т.к. необходимо вводить электроды во внутрь наплавляемого изделия, при этом привязка электрической дуги к внутренней поверхности изделия при малом диаметре вершины конуса не позволяет получить равномерную стенку в вершине и в основании конуса.The disadvantage of this method is the impossibility of obtaining conical products of high height with a relatively small diameter of the base, because it is necessary to introduce electrodes into the inside of the deposited product, while the binding of the electric arc to the inner surface of the product with a small diameter of the top of the cone does not allow to obtain a uniform wall at the top and at the base of the cone.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение наплава конусных изделий с равномерной толщиной стенки по всей высоте конуса.The aim of the invention is the provision of surfacing conical products with uniform wall thickness over the entire height of the cone.

Указанная цель достигается тем, что предложен способ изготовления конусных изделий из стеклообразного материала путем подачи сырья во вращаемую форму, формования изделия центробежными силами и фиксации заданной формы изделия наплавом, отличающийся тем, что сырье подают в графитовую форму, а фиксацию заданной формы изделия наплавом осуществляют за счет равномерного распределения теплового излучения одновременно по всей поверхности формуемого изделия с помощью U-образного графитового нагревателя с равномерным сечением.This goal is achieved by the fact that the proposed method of manufacturing conical products from a glassy material by feeding raw materials into a rotatable mold, molding the product by centrifugal forces and fixing a given shape of the product by welding, characterized in that the raw material is fed into graphite form, and fixing a given shape of the product by welding is carried out for due to the uniform distribution of thermal radiation simultaneously over the entire surface of the molded product using a U-shaped graphite heater with a uniform cross section.

Данный способ позволяет получать изделия с равномерной по высоте толщиной стенки, т.к. распределение тепла происходит одновременно по всей поверхности наплавляемого изделия.This method allows to obtain products with a uniform wall thickness, since heat distribution occurs simultaneously over the entire surface of the deposited product.

Предлагаемый способ изготовления изделий осуществляют следующим образом: перед началом плавки устройство-ротор (1) располагают в вертикальном положении. Во внутрь ротора помещают графитовую форму-оснастку (2), ограничивающую наружные габариты наплавляемого изделия. В пространство между металлическим корпусом устройства и графитовой формой (2) засыпают теплоизолирующий зерновой материал (4), который обеспечивает статическое положение формы относительно оси вращения устройства. После засыпки теплоизоляционного слоя (4) ротору придают вращение (1), обеспечивающее удержание на периферии графитовой оснастки (2). Далее идет загрузка исходного сырья зернового кварцсодержащего материала в графитовую форму и формование стенки будущего изделия центробежными силами. После формования изделия вакуумным ножом удаляют избыток исходного материала из формы, при этом получают заготовку с определенной толщиной стенки, одинаковой по всей высоте изделия. При достижении постоянной скорости вращения ротора устройство на подвижной платформе перемещают в горизонтальное положение с сохранением скорости вращения. Во вращающийся ротор (1) вводят U-образный нагреватель (10, 11) и подают напряжение. Идет процесс фиксации заданной формы изделия наплавом, при этом во внутреннее пространство ротора (1) подают инертный газ, например, азот, с давлением 0,1 - 0,5 атм. После оплавления изделие извлекают из формы. С помощью данного способа получены изделия оживальной формы со следующими размерами: высота 450 мм, наружный диаметр основания 300 мм, толщина стенки 10±0,5 мм. На чертеже изображена установка для реализации предлагаемого способа изготовления изделий.The proposed method for manufacturing products is as follows: before starting melting, the rotor device (1) is placed in a vertical position. A graphite tool-form (2) is placed inside the rotor, restricting the external dimensions of the deposited product. A heat-insulating grain material (4) is poured into the space between the metal case of the device and the graphite form (2), which provides a static position of the form relative to the axis of rotation of the device. After filling the heat-insulating layer (4), the rotor is imparted a rotation (1), which ensures retention of graphite tooling (2) on the periphery. Next is the loading of the feedstock of grain quartz-containing material into a graphite form and molding of the wall of the future product by centrifugal forces. After molding the product with a vacuum knife, excess material is removed from the mold, and a workpiece with a certain wall thickness is obtained that is the same over the entire height of the product. Upon reaching a constant rotor speed, the device on the movable platform is moved to a horizontal position while maintaining the rotation speed. A U-shaped heater (10, 11) is introduced into the rotating rotor (1) and voltage is applied. There is a process of fixing a given shape of the product by surfacing, while inert gas, for example nitrogen, with a pressure of 0.1 - 0.5 atm is supplied to the inner space of the rotor (1). After melting, the product is removed from the mold. Using this method, lively-shaped products with the following dimensions were obtained: height 450 mm, outer diameter of the base 300 mm, wall thickness 10 ± 0.5 mm. The drawing shows the installation for implementing the proposed method of manufacturing products.

Установка содержит устройство-ротор (1), которое имеет возможность вращения вокруг собственной оси. Соосно с устройством-ротором расположена графитовая форма-оснастка (2), в которую подают сырьевой материал. Графитовая форма ограничивает наружные габариты наплавляемого изделия. Статическое положение формы относительно оси вращения устройства-ротора обеспечивают заполнение пространства между ними теплоизолирующим зерновым материалом (4). Нагревательный элемент (10, 11) закреплен на керамическом изоляторе (9) и расположен параллельно внутренней поверхности наплавляемого изделия на равном расстоянии по высоте конуса, равном 0,1-1,0 диаметра нагревателя. Устройство имеет возможность перемещения из вертикального положения при засыпке исходного кристаллического сырья в горизонтальное рабочее положение, при котором исключается возможность натекания стекломассы под действием гравитации к вершине конуса. С целью исключения окисления графитового нагревателя кислородом на воздухе в полость между нагревателем и наплавляемым изделием подают инертный газ, например, азот при давлении 0,1-0,5 атм. При этом вращающее устройство имеет пару трения со статически расположенным нагревателем, препятствующим поступлению воздуха из окружающей среды в плавильное пространство.The installation comprises a rotor device (1), which has the ability to rotate around its own axis. Aligned with the rotor device is a graphite tool form (2), into which raw material is supplied. The graphite shape limits the outer dimensions of the deposited product. The static position of the mold relative to the axis of rotation of the rotor device ensures the filling of the space between them with heat-insulating grain material (4). The heating element (10, 11) is mounted on a ceramic insulator (9) and is located parallel to the inner surface of the deposited product at an equal distance along the height of the cone, equal to 0.1-1.0 of the diameter of the heater. The device has the ability to move from a vertical position when filling the initial crystalline raw material into a horizontal working position, which eliminates the possibility of leakage of molten glass under the action of gravity to the top of the cone. In order to prevent oxidation of the graphite heater with oxygen in air, an inert gas, for example, nitrogen at a pressure of 0.1-0.5 atm, is supplied into the cavity between the heater and the deposited product. In this case, the rotary device has a friction pair with a statically located heater, which prevents the flow of air from the environment into the melting space.

Предлагаемый способ позволяет получать изделия с равномерной по высоте толщиной стенки, т.к. распределение тепла происходит одновременно по всей поверхности наплавляемого изделия с помощью U-образного графитового нагревателя с равномерным сечением.The proposed method allows to obtain products with a uniform wall thickness, since heat distribution occurs simultaneously over the entire surface of the deposited product using a U-shaped graphite heater with a uniform cross section.

Источники информацииInformation sources

1. Заявка на патент US 2013/0167589, A1 C03B 29/04.1. Patent application US 2013/0167589, A1 C03B 29/04.

2. Патент RU №2336234, C2 C03B 20/00.2. Patent RU No. 2336234, C2 C03B 20/00.

Claims

A method of manufacturing products from a glass-crystalline material by feeding raw materials to a rotatable mold, molding the product by centrifugal forces and fixing the desired shape of the product by surfacing, characterized in that before feeding the raw materials, a graphite form restricting the external dimensions of the deposited product is installed in the rotor device, in the space between heat insulating grain material is covered with a body and a graphite form, after forming the product with a vacuum knife, excess material is removed from the mold, p When a constant rotor speed is reached, the device on a moving platform is moved to a horizontal position while maintaining the rotation speed, a U-shaped heater with a uniform cross section is introduced into the rotating rotor and voltage is applied, while an inert gas with a pressure of 0.1-0 is introduced into the inner space of the rotor , 5 atm, after melting the product is removed from the mold.