SU1193126A1

SU1193126A1 - Method of manufacturing articles from quartz glass

Info

Publication number: SU1193126A1
Application number: SU843769025A
Authority: SU
Inventors: Елена Наумовна Иванова; Александр Каллистратович Лесников; Георгий Вильгельмович Тигонен; Василий Васильевич Рязанцев; Николай Александрович Чикунов
Original assignee: Государственный Научно-Исследовательский Институт Кварцевого Стекла
Priority date: 1984-07-12
Filing date: 1984-07-12
Publication date: 1985-11-23

Abstract

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА путем подачи материала во вращающуюс газопроницаемую форму, создани разрежени с ее внешней стороны и формовани изделий с ПОМОЩЬЮнагревательного элемента, отличающийс тем, что, с целью повышени качества изделий за счет получени точно заданной толщины стенки, формование осуществл ют зонально, снача- . ла формуют поверхностный слой издели , затем - всю стенку в верхнем сечении и затем в донной части. после чего производ т полировку поверхности, причем продолжительность формовани верхнего сечени составл ет половину общего времени цикла, продолжительность формовани поверхностного сло , донной части и полировки соответственно составл ет 1:2:3, а зональное изменение мощности нагревател 1:5:2:1. 2. Способ по п. 1, отличающийс ,тем, что обща продолжительность процесса формовани определ етс соотношением /D 3. суммарна мощность , подаваема на нагревательный эле- Q мент при формовании изделий различ (Л кого диаметра, определ етс соотношением где D. и D, диаметры направл емого издели , мм; врем формовани , мин, при этом D D и 2-, , Г,-, ( N Р мощность, кВт; СА9 0,4-10 - коэффициент. ьэ о1. METHOD FOR OBTAINING PRODUCTS FROM QUARTZ GLASS by feeding material into a rotating gas-permeable form, creating a dilution from its outer side and molding products with the HELP of a heating element, in order to improve the quality of products by obtaining an exactly specified wall thickness, the molding is performed zonal, first- The molded surface layer of the product, then the entire wall in the upper section and then in the bottom part. the surface is then polished, the molding time of the upper section being half the total cycle time, the molding time of the surface layer, the bottom part and polishing, respectively, is 1: 2: 3, and the zonal variation of the heater power is 1: 5: 2: 1. 2. The method according to claim 1, characterized in that the total duration of the molding process is determined by the ratio / D 3. the total power supplied to the heating element during the molding of products is different (L of the diameter, defined by the ratio where D. and D, diameters of the product to be guided, mm; molding time, min, with DD and 2-, G, -, (N P power, kW; CA9 0.4-10 - coefficient.

Description

Изобретение относитс к получени полых изделий из кварцевого стекла в виде чаш, тиглей и т.д. Цель изобретени - повьпиение качества изделий за счет получени точно заданной толщины стенки. На фиг. 1 показана установка дл реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - положение нагревательно го элемента в установке. Установка содержит плавильную камеру 1, котора вращаетс вокруг собственной оси с помощью двигател 2. Соосно с плавильной камерой расположена перфорированна газопроницаема плавильна форма 3, куда подают сырьевой материал 4. Рабоча камера соединена вакуумпроводом 5 с вакуумной системой 6. Нагревательный элемент 7 закреплен на подвижной штанге 8, позвол ющей переме щать нагревательный элемент в плоскости вертикального сечени наплавл емого издели . Предлагаемый способ осуществл етс следующим образом. Исходный материал - кварцевую Ф крупку 4 подают во вращающуюс полу форму 3, помещенную в вакуумируемую рабочую камеру 1. Нагревательный элемент 7 ввод т в полость формы 3 после накоплени на ее стенках сло кварцевой крупки, удерживаемого центробежной силой, создаваемой при вращении формы. Включением вакуумной системы 6 создают разр жение с внешней стороны плавильной формы. По достижении заданной величины перепада давлений между внутренней полостью ормы и объемом раб чей камеры включ ают питание нагревательного элемента. В процессе наплавлени тигл нагревательный лемент 7 с помощью штанги 8 перемещают в плоскости вертикального сечени плавильной .формы 3 следующим образом (фиг.2) Вначале нагревательный элемент быст ро перемещают по оси наплавл емого издели до крайней нижней позиции и обратно вверх (поз. 1). При этом формуют поверхностный слой будущего тигл толщиной 1,5-2. мм. Затем нагревательный элемент 7 устанавливают в крайнюю верхнюю позицию, сместив его относительно оси наплав л емого тигл и формуют верхнее сечение тигл (поз. П). После это62 го нагревательный элемент опускают в крайнюю нижнюю позицию (поз.1П) и формуют дно тигл . На последней стадии процесса нагревательный элемент устанавливают в среднюю позицию (поз. IV) и, перемеща его возвратно-поступательно в вертикальном направлении, полируют стенки тигл . Перемещение нагревательного элемента по описанной траектории определ етс услови ми теплопередачи при формовании тигл . В начальной стадии процесса нагревательный элемент быстро перемещают вдоль стенок будущего издели на рассто нии 0,30 ,05 D (D - диаметр тигл , мм )дл предварительного прогревани сырьевого материала. Выбор величины корректировочного коэффициента зависит как от общей величины получаемого издели , так и от толщины его стенки . При формовании верхнего сечени тигл нагревательный элемент поднимают вверх на уровень верхнего образца плавильной формы и смещают относительно оси направл емого тигл на О,15-0,3D. Услови теплопередачи в этой зоне наименее благопри тны, так как велики теплопотери в окружающее пространство и, кроме того, при вращении плавильной формы часть формуемого издели оказываетс вне зоны действи нагревательного элемента. Последний должен бь1ть расположен вблизи формуемого материала , но с учетом возможного испарени образовавшегос расплава кварцевого стекла при его перегреве. При формовании донной части нагревательный элемент перевод т на осевую линию направл емого тигл и опускают ниже средней линии тигл по высоте, но не ниже 0,6-0,2 D. С точки зрени теплопередачи формование донной части происходит в наиболее благопри тных услови х: минимальные теплопередачи и, кроме того, определелный положительный эффект дает отражение от ранее сформованных стенок тигл . На последней стадии процесса формировани происходит отделка стеиок тигл , полировка их внутренней поверхности и получение необходимой толщины. Это достигаетс возвратно-поступательным перемещением нагревательного элемента в вертикальном направлении с осевым смещением не более 0,25D.This invention relates to the production of hollow quartz glass articles in the form of bowls, crucibles, etc. The purpose of the invention is to improve the quality of products by obtaining exactly the specified wall thickness. FIG. 1 shows an installation for implementing the proposed method; in fig. 2 - position of the heating element in the installation. The installation contains a melting chamber 1, which rotates around its own axis with the help of the engine 2. Coaxially with the melting chamber is a perforated gas-permeable melting mold 3, to which raw material 4 is fed. The working chamber is connected by vacuum line 5 to the vacuum system 6. 8, which allows the heating element to be moved in the vertical plane of the weld metal. The proposed method is carried out as follows. The source material - quartz F grit 4 is fed into the rotating floor of the mold 3 placed in the evacuated working chamber 1. The heating element 7 is introduced into the cavity of the mold 3 after accumulating on its walls a layer of quartz grains held by the centrifugal force generated by the rotation of the mold. By activating the vacuum system 6, discharge from the outside of the melting mold is created. Upon reaching a predetermined pressure drop between the internal cavity of the mold and the volume of the working chamber, the power of the heating element is switched on. In the process of welding the crucible, the heating element 7 is moved with the help of the rod 8 in the plane of the vertical section of the melting mold 3 as follows (Fig. 2). At first, the heating element is quickly moved along the axis of the weld product to the lowest position and back up (item 1) . When this is formed, the surface layer of the future of the crucible thickness of 1.5-2. mm Then the heating element 7 is installed in the extreme upper position, displacing it relative to the axis of the crucible to be welded and the upper section of the crucible is molded (pos. P). After this, the heating element is lowered to the lowest position (pos.1P) and the bottom of the crucible is molded. At the last stage of the process, the heating element is installed in the middle position (pos. IV) and, moving it reciprocating in the vertical direction, polish the walls of the crucibles. The movement of the heating element along the described trajectory is determined by the heat transfer conditions during the molding of the crucibles. In the initial stage of the process, the heating element is quickly moved along the walls of the future product at a distance of 0.30.05 D (D is the diameter of the crucibles, mm) to preheat the raw material. The choice of the value of the correction factor depends on the total amount of the resulting product, and the thickness of its wall. When forming the upper section of the crucible, the heating element is raised upwards to the level of the upper sample of the melting mold and is displaced relative to the axis of the crucible to O, 15-0.3 D. The heat transfer conditions in this zone are the least favorable, since the heat losses are great to the surrounding space and, in addition, when the melting mold is rotated, a part of the molded product is out of the zone of the heating element. The latter should be located close to the material being molded, but taking into account the possible evaporation of the quartz glass melt formed during its overheating. When forming the bottom part, the heating element is transferred to the axial line of the guided crucible and lowered below the middle line of the crucible in height, but not lower than 0.6-0.2 D. From the point of view of heat transfer, the formation of the bottom part occurs under the most favorable conditions: minimal heat transfer and, in addition, a certain positive effect gives a reflection from the previously formed walls of the crucibles. At the last stage of the formation process, the steak crucible is trimmed, its inner surface is polished and the required thickness is obtained. This is achieved by the reciprocating movement of the heating element in a vertical direction with an axial displacement of not more than 0.25D.

Мощность, подаваема на нагревательный элемент при формовании той или иной зоны, различна. При формовании Поверхностного сло используетс 10% всей потребл емой мощности; при формовании верхнего сечени затрачиваетс примерно половина всей мощности, а при формовании донной части и полировке стенок - соответственно 20% и 10% от всей мощности . Другими словами, распределение мощности при формовании отдельных зон пропорционально р ду 1:5:2:1 Соответственно измен етс и врем формовани издели на отдельных этапах процесса, причем наиболее продолжительным вл етс цикл формо ани кромочной части (верхнего сечени ) тигл - до 60% общего вре-мени формовани . Врем формовани остальных зон пропорционально р ду 1:2:3.The power supplied to the heating element during the molding of a particular zone is different. When forming the surface layer, 10% of the total power consumption is used; During the molding of the upper section, approximately half of the total power is expended, and during the molding of the bottom part and polishing of the walls, respectively, 20% and 10% of the total capacity. In other words, the distribution of power during the formation of individual zones is proportional to the 1: 5: 2: 1 range. The molding time of the product at individual stages of the process changes accordingly, with the longest cycle of the shape of the edge part (upper section) of the crucible - up to 60%. total molding time. The formation time of the remaining zones is proportional to the range 1: 2: 3.

Пример . Продолжительность цикла наплавлени тигл из кварцевого стекла диаметром 330 мм составл ет 30 мин. Врем нахождени нагревательного элемента в той или иной позиции и подаваема на него мощность представлены в табл. 1. ч .An example. The duration of the fusing cycle of quartz glass with a diameter of 330 mm is 30 minutes. The residence time of the heating element in one position or another and the power supplied to it are presented in Table. 1. h.

Таблица 1Table 1

Суммарна мощность, необходима дл наплавлени такого тигл , составл ет 80 кВт и измен етс в процессе наплавлени . Возможность изменени мощности в процессе формовани отдельных зон тигл позвол е измен ть процесс нагревани в зависимости от геометрии наплавл емого тигл : его высоты, толщины стенки, величины диаметра.The total power required for fusing such a crucible is 80 kW and varies during the fusing process. The ability to change the power during the formation of individual crucible zones allows the heating process to be varied depending on the geometry of the weld crucible: its height, wall thickness, diameter value.

II

При наплавлении тиглей других диаметров измен ютс и мощность и продолжительность формовани (табл. 2).When fusing crucibles of other diameters change, the thickness and duration of the molding also change (Table 2).

Табл1:ца 2Table 1: ca 2

Продолжительность цикла формовани может быть св зана с величиной диаметра соотношением 2D /D Г. / Сгде - диаметры наплавл емыхThe duration of the molding cycle can be related to the diameter value by the ratio 2D / D g. / Sgd - the diameters of the weldables.

изделий, а продолжительность формовани . Изменение мощности с увеличением диаметра формуемых изделий подчин етс параболическому закону вида , где N - мощность,products, and the duration of the molding. The change in power with an increase in the diameter of shaped articles follows the parabolic law of the form, where N is the power,

кВт; D - диаметр издели , мм;kW; D is the diameter of the product, mm;

,,4 -10 - коррел ционный коэффициент .,, 4 -10 is the correlation coefficient.

Предлагаемый коэффициент действителен дл электродугового нагревательного элемента с графитовыми электродами. При использовании други Типов нагрева - плазменного или кислородно-водородной горелки, величина коэффициента измен етс , но параболический характер изменени мощности нагревательного элемента в процессе наилавлени сохран етс , так как о,н определ ет темп ературу нагревани и проплавлени исходного материала.The proposed coefficient is valid for electric arc heating element with graphite electrodes. When using other types of heating - a plasma or oxygen-hydrogen burner, the value of the coefficient changes, but the parabolic nature of the change in power of the heating element during the firing process is maintained, because o determines the temperature of heating and penetration of the source material.

Плавное изменение температуры нагреваемого материала в сочетании с вакуумированием системы позвол ет получать высококачественные тигли из прозрачного и полупрозрачного кварцевого стекла. Перемещение нагревательного элемента в плоскости вертикального сечони наплавл емого тигл позвол ет контролировать геомерию и толщину его стенок независимо от величины диаметра тигл . Предлагаемый способ прост в реализации, легко поддаетс автоматизации, высокопроизводителен и эффективен. Варьиру продолжительность цикла наплавлени и величину мощности нагрвательного элемента, можно получать тигли из кварцевого стекла различной геометрии. При этом можно знаA smooth change in the temperature of the material being heated in combination with the evacuation of the system allows to obtain high-quality crucibles made of transparent and translucent quartz glass. Moving the heating element in the vertical plane of the deposited crucible allows you to control the geometry and thickness of its walls, regardless of the diameter of the crucible. The proposed method is simple to implement, easy to automate, high-performance and efficient. By varying the duration of the deposition cycle and the power of the heating element, it is possible to obtain crucibles from quartz glass of various geometries. In this case, you can know

Claims

1.' METHOD FOR PRODUCING PRODUCTS FROM QUARTZ GLASS by feeding material into a rotating gas-permeable mold, creating a vacuum from its outer side and molding products using a heating element, which is aimed at improving the quality of products by obtaining a precisely defined wall thickness, molding is carried out zonally, first. the surface layer of the product is formed, then the entire wall in the upper section and then in the bottom part, after which the surface is polished, the duration of forming the upper section being half the total cycle time, the duration of forming the surface layer, bottom part and polishing is 1: 2, respectively : 3, and the zonal change in heater power is 1: 5: 2: 1.

2. The method according to π. 1, characterized in that the total duration of the molding process is determined by the ratio 2D ₂ / / D ^ = ^ / ^, and the total power supplied to the heating element when molding products of different diameters is determined by the ratio

N = 2pD ² , where C, and D ₁ are the diameters of the guided product, mm;

't'j and ΐ' ^_ molding time, • min, with> D, ^and ^ 2. 'H'>

N - power, kW; p - 0.4-10'3 - coefficient

SU „„ 1193126

I fr *>

1 1 1