RU76333U1

RU76333U1 - DEVICE FOR PRODUCING PRODUCTS FROM QUARTZ-CONTAINING RAW MATERIALS

Info

Publication number: RU76333U1
Application number: RU2007148402/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Пермяков; Владимир Дмитриевич Соклаков; Анатолий Михайлович Корень
Original assignee: Открытое акционерное общество "Подольский химико-металлургический завод"
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2008-09-20

Abstract

Полезная модель относится к термообработке кварцсодержащих материалов, получению изделий из них и может быть использовано в стекольной промышленности, кварцевом производстве, в частности, при производстве чаш и тиглей. Устройство для получения изделий из кварцсодержащего сырья включает установленную с возможностью вращения вокруг собственной оси вакуумируемую газопроницаемую цилиндрическую плавильную камеру с внутренней плавильной формой для термообработки кварцсодержащего сырья, нагревательный элемент, содержащий подключенные к источнику питания электроды, смонтированные с возможностью перемещения их один относительно другого. Положительный электрод установлен вдоль оси цилиндрической плавильной камеры, а, по меньшей мере, два других - отрицательных, установлены симметрично относительно положительного электрода. Устройство снабжено, по меньшей мере, двумя трехфазными мостовыми схемами выпрямления, при этом каждый из отрицательных электродов подключен к каждому их диодов анодной группы одной из трехфазных мостовых схем выпрямления, а положительный электрод подключен к каждому из диодов катодных групп всех трехфазных мостовых схем выпрямления. Техническим результатом предложенной полезной модели является упрощение устройства, повышение качества получаемой продукции, а также сокращение продолжительности процесса и его себестоимости.The utility model relates to the heat treatment of quartz-containing materials, obtaining products from them and can be used in the glass industry, quartz production, in particular, in the manufacture of bowls and crucibles. A device for producing products from quartz-containing raw materials includes a vacuum-permeable gas-permeable cylindrical melting chamber installed with the possibility of rotation around its own axis with an internal melting mold for heat treatment of quartz-containing raw materials, a heating element containing electrodes connected to a power source, mounted to move them one relative to another. The positive electrode is installed along the axis of the cylindrical melting chamber, and at least two other negative ones are installed symmetrically with respect to the positive electrode. The device is equipped with at least two three-phase rectification bridge circuits, with each of the negative electrodes connected to each of the diodes of the anode group of one of the three-phase rectification bridge circuits, and a positive electrode is connected to each of the cathode groups diodes of all three-phase rectification bridge circuits. The technical result of the proposed utility model is to simplify the device, improve the quality of the products obtained, as well as reduce the duration of the process and its cost.

Description

Полезная модель относится к термообработке кварцсодержащих материалов, получению изделий из них и может быть использована в стекольной промышленности, кварцевом производстве, в частности, при производстве чаш и тиглей.The utility model relates to the heat treatment of quartz-containing materials, obtaining products from them and can be used in the glass industry, quartz production, in particular, in the manufacture of bowls and crucibles.

Наиболее близким к заявленному является устройство для получения изделий из кварцсодержащего сырья, выполненное в виде роторной установки, содержащей вращающуюся вокруг собственной оси вакуумируемую газопроницаемую цилиндрическую плавильную камеру с внутренней плавильной формой для термообработки кварцсодержащего сырья, нагревательный элемент, содержащий подключенные к источнику питания, по меньшей мере, три электрода, смонтированные с возможностью перемещения их один относительно другого и каждого электрода относительно обрабатываемой поверхности на расстоянии между каждым электродом и обрабатываемой поверхностью не более 1/6 расстояния между крайними обрабатываемыми точками поверхности для фиксации заданной формы формуемого изделия, первый электрод, подключенный к одному зажиму источника питания, расположен на одной оси с осью изделия и выполнен с возможностью перемещения вдоль указанной оси, а остальные электроды расположены симметрично относительно первого электрода и подключены к другому зажиму источника питания (RU 30744 U1, 10.07.2003).Closest to the claimed is a device for producing products from quartz-containing raw materials, made in the form of a rotor installation containing a vacuum-permeable gas-permeable cylindrical melting chamber rotating around its own axis with an internal melting form for heat treatment of quartz-containing raw materials, a heating element containing at least at least one power source , three electrodes mounted to move them one relative to the other and each electrode relative to the processing of the wound surface at a distance between each electrode and the surface to be machined, not more than 1/6 of the distance between the extreme machined points of the surface for fixing a given shape of the molded product, the first electrode connected to one clamp of the power source is located on the same axis with the axis of the product and is made with the possibility of movement along the specified axis, and the remaining electrodes are located symmetrically relative to the first electrode and are connected to another terminal of the power source (RU 30744 U1, 07/10/2003).

Недостатком данного известного устройства для получения изделий из кварцсодержащего стекла является низкое качество получаемых изделий за счет незначительной плотности и неравномерности толщины стенок формируемого изделия вследствие неравномерности температурного поля, которое перемещается вместе с электродами при их движении внутри наплавляемой формы по сложной траектории. Кроме того, устройство The disadvantage of this known device for producing products from quartz-containing glass is the low quality of the products due to the low density and uneven thickness of the walls of the formed product due to the uneven temperature field, which moves together with the electrodes when they move inside the deposited form along a complex path. In addition, the device

является сложным и дорогостоящим, поскольку предполагает наличие дополнительного оборудования для обеспечения программного управления процессом перемещения электродов в процессе наплава.It is complex and expensive, since it requires the availability of additional equipment to provide programmed control of the process of moving the electrodes in the surfacing process.

Техническим результатом предложенной полезной модели является упрощение устройства за счет использования в устройстве простейшей симметричной схемы вторичного токопровода, повышение качества получаемой продукции за счет повышения плотности наплавляемого кварцевого стекла и уменьшения разнотолщинности стенок наплавляемого изделия, а также сокращение продолжительности процесса и его себестоимости за счет повышение эффективности использования тепла дугового разряда, снижения удельного расхода электроэнергии и уменьшения расхода кварцсодержащего сырья на формовку изделия.The technical result of the proposed utility model is to simplify the device by using the simplest symmetrical circuit of the secondary current lead in the device, improve the quality of the products by increasing the density of the deposited quartz glass and reducing the thickness difference of the walls of the deposited product, as well as reducing the duration of the process and its cost due to increased efficiency arc discharge heat, reducing specific energy consumption and reducing consumption quartz-containing raw materials for molding the product.

Этот технический результат достигается за счет того, что в устройстве для получения изделий из кварцсодержащего сырья, включающем установленную с возможностью вращения вокруг собственной оси вакуумируемую газопроницаемую цилиндрическую плавильную камеру с внутренней плавильной формой для термообработки кварцсодержащего сырья, нагревательный элемент, содержащий подключенные к источнику питания электроды, смонтированные с возможностью перемещения их один относительно другого, при этом положительный электрод установлен вдоль оси цилиндрической емкости, а, по меньшей мере, два других - отрицательных, установлены симметрично относительно положительного электрода, оно снабжено, по меньшей мере, двумя трехфазными мостовыми схемами выпрямления, при этом каждый из отрицательных электродов подключен к каждому их диодов анодной группы одной из трехфазных мостовых схем выпрямления, а положительный электрод подключен к каждому из диодов катодных групп всех трехфазных мостовых схем выпрямления.This technical result is achieved due to the fact that in the device for producing products from quartz-containing raw materials, including a vacuum-permeable gas-permeable cylindrical melting chamber installed with the possibility of rotation around its own axis with an internal melting mold for heat treatment of quartz-containing raw materials, a heating element containing electrodes connected to a power source, mounted with the possibility of moving them one relative to the other, while the positive electrode is installed along the axis c cylindrical capacitance, and at least two other negative ones, are mounted symmetrically with respect to the positive electrode, it is equipped with at least two three-phase rectification bridge circuits, and each of the negative electrodes is connected to each of their diodes in the anode group of one of the three-phase bridge rectification schemes, and a positive electrode is connected to each of the diodes of the cathode groups of all three-phase bridge rectification schemes.

Кроме того, свободные концы всех электродов размещены на одном уровне с верхней кромкой наплавляемой кварцевой формыIn addition, the free ends of all the electrodes are placed at the same level with the upper edge of the deposited quartz shape

Кроме того, электроды выполнены цилиндрической формы, при этом диаметр положительного электрода превышает диаметр отрицательных электродов на 10-15%.In addition, the electrodes are cylindrical in shape, while the diameter of the positive electrode exceeds the diameter of the negative electrodes by 10-15%.

Кроме того, для положительного электрода используют графит с меньшим удельным сопротивлением, чем для отрицательных.In addition, graphite with a lower resistivity is used for a positive electrode than for negative ones.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена схема устройства для получения изделия из кварцсодержащего сырья в рабочем состоянии, а на фиг.2 - графики распределения падения напряжения (U) и плотности (I) тока в полученном дуговом разряде.The utility model is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a diagram of a device for producing a product from quartz-containing raw materials in working condition, and Fig. 2 is a graph of the distribution of voltage drop (U) and current density (I) in the obtained arc discharge.

Устройство для получения изделий из кварцсодержащего сырья содержит установленную с возможностью вращения вокруг собственной оси вакуумируемую газопроницаемую цилиндрическую плавильную камеру 1 с внутренней плавильной формой 2 для термообработки кварцсодержащего сырья с получением наплавляемой кварцевой формы 3, нагревательный элемент, содержащий подключенные к источнику питания (силовой блок на чертеже) электроды 4, 5, 6.A device for producing products from quartz-containing raw materials contains a vacuum-permeable gas-permeable cylindrical melting chamber 1 mounted with the possibility of rotation around its own axis and having an internal melting form 2 for heat treatment of quartz-containing raw materials to produce a weldable quartz form 3, a heating element containing connected to a power source (power unit in the drawing ) electrodes 4, 5, 6.

Электроды 4, 5, 6 смонтированы с возможностью их одновременного перемещения в вертикальной плоскости. Положительный электрод 4 установлен вдоль оси цилиндрической камеры 1, а, по меньшей мере, два других - отрицательных электрода 5, 6 установлены симметрично относительно положительного электрода 4.The electrodes 4, 5, 6 are mounted with the possibility of their simultaneous movement in a vertical plane. The positive electrode 4 is installed along the axis of the cylindrical chamber 1, and at least two other negative electrodes 5, 6 are installed symmetrically with respect to the positive electrode 4.

Устройство снабжено, по меньшей мере, двумя трехфазными мостовыми схемами 7, 8 выпрямления. Электродержатель каждого из отрицательных электродов 5 и 6 подключен непосредственно к каждому их диодов анодных групп (9, 10, 11) и (12, 13, 14) одной из трехфазных мостовых схем 7 и 8 выпрямления. Электродержатель положительного электрода 4 подключен непосредственно к каждому из диодов катодных групп (15, 16, 17, 18, 19, 20) всех трехфазных мостовых схем 7-8 выпрямления.The device is equipped with at least two three-phase rectification bridge circuits 7, 8. The electric holder of each of the negative electrodes 5 and 6 is connected directly to each of their diodes of the anode groups (9, 10, 11) and (12, 13, 14) of one of the three-phase rectification bridge circuits 7 and 8. The positive electrode holder 4 is connected directly to each of the diodes of the cathode groups (15, 16, 17, 18, 19, 20) of all three-phase rectification bridge circuits 7-8.

Свободные концы всех электродов 4, 5, 6, для создания равномерного температурного поля по всей высоте изделия, размещены на одном уровне с верхней кромкой наплавляемой кварцевой формы 3.The free ends of all electrodes 4, 5, 6, to create a uniform temperature field over the entire height of the product, are placed at the same level with the upper edge of the deposited quartz form 3.

В целях компенсации большего угара по высоте положительного электрода, чем отрицательных электродов, диаметр положительного электрода превышает на 10-15% диаметр отрицательных электродов и имеет меньшее удельное сопротивление.In order to compensate for greater fumes in height of the positive electrode than negative electrodes, the diameter of the positive electrode exceeds the diameter of the negative electrodes by 10-15% and has a lower resistivity.

Для этого положительный электрода выполнен из графита с меньшим удельным сопротивлением, чем отрицательные.For this, the positive electrode is made of graphite with a lower specific resistance than negative ones.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Газопроницаемая цилиндрическая плавильная камера 1 приводится во вращение двигателем (на чертежах не показан). Внутренняя плавильная форма 2 заполняется кварцсодержащим сырьем (кварцевой крупкой). За счет центробежной силы и вакуума на стенках плавильной формы 2 формируется и удерживается слой кварцевой крупки для наплавления кварцевой формы 3.A gas-permeable cylindrical melting chamber 1 is driven by a motor (not shown in the drawings). The internal melting form 2 is filled with quartz-containing raw materials (quartz grains). Due to centrifugal force and vacuum, a layer of quartz grains is formed and held on the walls of the melting form 2 for depositing the quartz form 3.

Затем электроды 4, 5, 6 устанавливают в исходное положение на одном уровне с верхней кромкой наплавляемой кварцевой формы 3 с небольшим (3-4 мм) зазором между центральным - положительным и боковыми - отрицательными электродами. После чего на электроды подается постоянное напряжение.Then, the electrodes 4, 5, 6 are set in the initial position at the same level with the upper edge of the deposited quartz form 3 with a small (3-4 mm) gap between the central - positive and side - negative electrodes. Then a constant voltage is applied to the electrodes.

Крайние отрицательные электроды 5, 6 сводятся к центральному положительному электроду 4 и при их соприкосновении происходит зажигание дуги. Сразу после этого электроды 5 и 6 начинают разводить в направлении от центра плавильной формы 2 к ее стенкам (как показано на фиг.1) со скоростью достаточной для поддержания тлеющего разряда. За это время поверхность катодов 5 и 6 покрывается тлеющим свечением с одновременно быстрым увеличением температуры их поверхности, обеспечивая тем самым значительный термоэлектронный ток, что в дальнейшем становится достаточным для поддержания стабильной дуги (самоподдерживающейся).The extreme negative electrodes 5, 6 are reduced to the central positive electrode 4 and when they touch, the arc ignites. Immediately after this, the electrodes 5 and 6 begin to breed in the direction from the center of the melting form 2 to its walls (as shown in figure 1) at a speed sufficient to maintain a glow discharge. During this time, the surface of cathodes 5 and 6 is covered by a glow glow with a simultaneous rapid increase in the temperature of their surface, thereby providing a significant thermionic current, which subsequently becomes sufficient to maintain a stable arc (self-sustaining).

Продолжая раздвигать электроды на расстояние, определяемое значением подаваемого напряжения U (для каждого диаметра изделия Ф-(Д1-Д3) свое), до стенок наплавляемой формы, получаем устойчивое горение дуги. Так как под воздействием температуры кварцсодержащее сырье начинает парить (потенциал ионизации пара которого значительно ниже, чем воздуха в межэлектродном промежутке) дуговой разряд замыкается по поверхности (вблизи) наплавляемой формы, то есть в парах кварца, обеспечивая тем самым значительную плотность тока и следовательно высокую удельную мощность в дуге, равномерно по всей наплавляемой поверхности.Continuing to extend the electrodes to a distance determined by the value of the applied voltage U (for each diameter of the product Ф- (Д1-Д3) own), to the walls of the deposited shape, we obtain a stable arc burning. Since, under the influence of temperature, the quartz-containing raw material begins to soar (the ionization potential of which is much lower than that of air in the interelectrode gap), the arc discharge closes on the surface (near) of the deposited form, i.e., in quartz vapor, thereby providing a significant current density and therefore a high specific density power in the arc, evenly over the entire deposited surface.

Обработка поверхности электродами производится в течение времени, необходимого для получения изделия.Surface treatment with electrodes is performed for the time required to obtain the product.

По окончанию технологического процесса гашение дуги осуществляется путем подъема всего блока электродов 4, 5, 6, над наплавляемой формой 3 на высоту (50-100 мм) до разрыва (гашения) дугового разряда с поверхностью (парами) кварца.At the end of the process, the extinction of the arc is carried out by lifting the entire block of electrodes 4, 5, 6, above the fused mold 3 to a height (50-100 mm) until the arc discharge with the quartz surface (pairs) ruptures (quenches).

Наплавление (получение) тиглей другого диаметра проводится аналогично, меняется только диаметр плавильной формы 2 (D1, D2, D3) и величина подаваемого на электроды 4, 5, 6 напряжения (U) при равных величинах рабочего тока (I), как показано на графиках фиг.2.The deposition (receipt) of crucibles of a different diameter is carried out similarly, only the diameter of the melting form 2 (D1, D2, D3) and the magnitude of the voltage (U) supplied to the electrodes 4, 5, 6 are changed at equal operating currents (I), as shown in the graphs figure 2.

Полезная модель позволит получить простейшую схему вторичного токопровода, увеличить электрический и тепловой КПД устройства за счет получения практически полной симметричной электрической сети относительно оси проходящей через трансформатор силового блока и средний электрод.The utility model will make it possible to obtain the simplest circuit of the secondary current lead, increase the electric and thermal efficiency of the device by obtaining an almost complete symmetrical electric network relative to the axis of the power unit passing through the transformer and the middle electrode.

При работе устройства происходит снижение времени наплавления, удельного расхода электроэнергии и расхода кварцсодержащего сырья на одну единицу продукции, исключена необходимость в сложных средствах программного управления электродами.When the device is in operation, the deposition time, the specific energy consumption and the consumption of quartz-containing raw materials per unit of production are reduced, the need for complex software for electrode control is eliminated.

Таким образом, полезная модель позволит упростить устройство, повысить качество получаемой продукции за счет повышения плотности оплавляемого кварцевого стекла, уменьшения разнотолщинности стенок формируемого изделия, а также сократить продолжительность процесса и его себестоимость за счет повышения эффективности использования тепла дугового разряда, снижения удельного расхода электроэнергии и уменьшения расхода кварцсодержащего сырья на формовку изделия.Thus, the utility model will simplify the device, improve the quality of the resulting product by increasing the density of the fused silica glass, reducing the thickness of the walls of the molded product, and also reducing the duration of the process and its cost by increasing the efficiency of using heat of the arc discharge, reducing specific energy consumption and reducing the consumption of quartz-containing raw materials for molding the product.

Claims

1. A device for producing products from quartz-containing raw materials, including a vacuum-permeable gas-permeable cylindrical melting chamber installed with the possibility of rotation around its own axis with an internal melting form for heat treatment of quartz-containing raw materials, a heating element containing electrodes connected to a power source mounted to move them one relative to another while the positive electrode is installed along the axis of the cylindrical melting chamber, and at least two d other - negative, mounted symmetrically relative to the positive electrode, characterized in that it is equipped with at least two three-phase bridge rectification circuits, each of the negative electrodes connected to each of their diodes anode group of one of the three-phase bridge rectification circuits, and the positive electrode connected to each of the diodes of the cathode groups of all three-phase bridge rectification circuits.

2. The device according to claim 1, characterized in that the free ends of all the electrodes are placed at the same level with the upper edge of the weldable quartz shape.

3. The device according to claim 1, characterized in that the electrodes are cylindrical in shape, while the diameter of the positive electrode exceeds the diameter of the negative electrodes by 10-15%.

4. The device according to claim 1, characterized in that graphite with a lower resistivity is used for a positive electrode than for negative ones.