SU814904A1 - Способ варки стекла - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к промьаиленности строительных материалов, а имен но к технологии варки стекла, и может быть использовано дл  получени  высокооднородного оптического стекла. Известен способ гомогенизации стек ла, заключающийс  в том, что перемешивание стекломассы осуществл ют элек тромагнитным полем повышенной частоты ( пор дка 100-1000 Гц) t HejiocTaTKOM способа  вл етс  необходимость специальных высокочастотных преобразователей дл  питани  устано вок, создающих электромагнитное поле, и недостаточно эффективное перемешивание вследствие малости объемных электромагнитных сил. Известен способ гомогенизации стек ломассы с применением электрических полей 121. Однако при этом наблюдаетс  создание в стекломассе объемных магнитных сил, вызывающих ее перемешиваний с достаточной интенсивностью во всем объеме стекломассы. Известен способ, когда гомогенизацию стекломассы осуществл ют с помощью электрических и магнитных полей , которые вызывают объемные электромагнитные силы, привод щие к перемешиванию стекломассы Сз1. Однако при таком способе рс тцествлени  процесса гомогенизации при наложении внешних электромагнитных полей движение стекломассы обеспечиваетс  лмдь в одной плоскости. Таким образсм, полученный вид потоков не приводит к достаточной степени гомогеииза1ши стекломассы. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  способ варки стекла, заключёиощийс  в том, что стеклетлассу нагревают путем пропускани  электрического тока и в течение некотсфого времени подвергают воздействию магнитного пол . Магнитное поле ориентировано таким образом, что создает в стекле магнитный поток, перпендикул рный направлению тока нагрева, проход щего через стекломассу в области магнитного потока . Величина и ориентаци  магнитного потока по отношению к величине и ориентации тока нагрева так же, как и силы, создаваегв 1е взаимодействием упом нутого тока и магнитного пол , достаточно велики и направлены так, что измен ют поток жидкого стекла l4l .

Недостатком этого способа варки стекла  вл етс  то, что структура ламинарных потоков, создаваемых в процессе варки стекла, представл ет собой вращение расплавленной стекломассы в одной плоскости, что не может .привести кхорсше «у перемешиванию стекломассы.

Цель, изобретени  - повьдиение производительности и качества стекла,

Поставленна  цепь достигаетс  тем что через стекломассу в процесс варки стекла на стади х осветлени  и гомогенизации пропускают переменный электрический ток и накладывают переменное магнитное поле в области пропускани  переменного электрического тока таким образом,что силовые линии магнитного пол  ориентированы ортогонально лини м электрического пол ,- при чэтом при осветлении стекломассы пропускают электрический ток и одновременно накладывают магнитное гРоле при температуре , соответствукйцей в зкости 1200 П,продолжительностью 15-60 мин, а процесс гомогенизации ведут при температуре , соответствующей в зкости 50-500 П в течение времени 30-180 мин причем направление вектора индукции вни него магнитного пол  измен ют в двух взаимно перпендикул рных направлени х , а направление тока поочередно измен ют в трех взаимно перпендикул рных направлени х н таким образом осуществл ют вращение стекломассы поочередно в трех взаимно перпендикул рных плоскост х.

Переменное магнитное поле одного из двух взаимно перпендикул рных направлений можно включать одновременно с электрическим токсж одного из трех взаимно перпендикул рных направлений , которое перпендикул рно направлению магнитного пол , а переменное магнитное поле второго направлени  включать по очереди с током двух других направлений, перпендикул рных этому направлению магнитного пол , а затем этот цикл повтор ть через 25 мин.

При переключении направлени  вектора индукции внешнего магнитного пол  одновременно переключают токоподвод щие электроды и таким образом мен ют месторасположение зон максиМёшьной плотности объемных электромаунитных сил и направление вектора плотности электромагнитных сил,

Дл  осуществлени  способа варки стекла дл  осветлени  и гомогенизации стекломассы можно приспособить большинство известных типов стекловаренных печей. Така  возможность обусловлена тем, что процесс гомогенизации и осветвлени  осуществим в любой емкости, содержащей расплав, .путем.создани  специальной структуры ламинарных потоков. Создание такой Структуры потоков обеспечиваетс  поочередным вращением стекломассы в трех взаимно ортогональных плоскост х . В результате такого воздействи  на стекломассу получаем переплетение траекторий движени  элементов объема стекломассы, что в свою очередь ведет к выравнивают и равномерному распределению имеющихс  инградиантов Наблюдаетс  интенсификаци  химичес их реакций. Стекломасса нар ду с высокой гомогенностью имеет практически полное осветление, т.е. практически не содержит пузырьков и мошки.

Пример 1. Дл  варки оптического стекла состава, масс.% по синтезу: 31,04 Si0. 65,57 РЬО; 2,64 0,50 и 0,25 ., используют шихту, содержащую следующие хи1 4ически чистые материалы,- г: 310,40 SiO.-, 614,34 81,17 РЬ(ЫОз)2( 45 Д4 .,; 5,00 As,0o и 2,50 .

Стекло вар т по двум режимам.

По первому режиму варка стекла осуществл етс  обычным способом,- без применени  электромагнитных полей в процессах его осветлени  и гомогенизации . Засыпку шихты производ т при температуре и выдерживают в течение 3 ч После провара стекломассу осветл ют при температуре 1380с, что соответствует в зкости стекломассы 30 Г В течение 1 ч при осветлении и 3 ч при гомогенизации (при температуре 1240°С, что соответствует в зкости стекломассы 5070 П) стекломассу перемешивают лопастной мешалкой. После снижени  температуры до температуры, соответствую щей в зкости 500 П, стекломассу отливают в формы, выполненные из чугуна марки СЧ-28 и отжигают.

По второму режиму варка стекла осуществл етс  следующим образом.

Засыпку шихты производ т при температуре 1350с в течение 3-х часов. Стекломассу осветл ют при температуре 1380° (в зкость 30 П) в течение 0,5 ч при помощи.электромагнитных полей . Наложение электромагнитных полей осуществл етс  следующим образом . В емкость, содержа 1ую стекломассу , ввод т 3 пары электродов дл  пропускани  электрического тока через стекломассу и накладывают внешние магнитные пол , создаваемые электромагнитайи , расположенными с стороны электропечи. Через, стекломассу с помощью электродов пропускают переменный электрический ток плотностью Of05 и накладывают внешнее магнитное поле напр женностью Ге, создаваемое электромагнитом , в результате этого получаем вращение стекломассы со скоростью 45 см/с в горизо.нтальной плоскости в течение 5 мин.

Затем с помо1чью коммутирующих устройств подключают электроды и электромагнит . В результате такого подключени  получают вращение стекломассы со скоростью 4-5 см/с в вертикальной плоскости, перпендикул рной предыдущей , в течение 5 мин. После этого подключают электроды и электромагнит, в результате получаетс  движение стекломассы в верти кальной плоскости, перпендикул рной двум предьщущим плоскост м в течение f5 мин. После снижени  температуры до 1240С, соответствующей в зкости 5070 П, стекломассу при ее гомогенизации подвергают воздействию электромагнитными пол ми продолжительностью 1,5 ч таким же образом, что и при ее осветлении, т.е. мен ют характер движени  стекломассы при ее перемешивании через калсдые 5 мин, .Пример 2, Дл  варки оптического стекла состава, масс.% по синтеЗУ 65., 15 .: 12 Д1 ; 3,19 1,56 ВаО I 1,20 СаО; 0.50 МдО, 6,10 K/iO; 9f89 N32.0 и 0, 30 используатс  ш1-1хта, содержаща  следуюаще хшчргчески чистые материалы, г 661,50 SiOrji 215,0 H-jBO -, 31,90 20,8 BaCOo; 21,41 CaCO ; 10,45 MgCOj 42,93 HWOX; 60,15 ; 169,12 Na CO, и 3,00 А5.|,0з . Т текла вар т по двум режимам. По первому режиму варка проводитс  обычным способом, без {трименени  электромагнитных полей в процессах его осветлени  и гомогенизации. Засыпку шихты производ т при температуре 1380-1420- С и выдерживают при этой температуре в течение 3 ч. В зкость расплава стекломассы в темпеоатурном интервале от 1380-1420 С составл ет 110-100 П, После провара стекломассу осветл ют при температуре 1440-1460° что соответствует в зкости 20-25 П, Продолжительность осветлени  стекломассы составл ет 1 ч. Затем температуру снижают до 1280-1260°С, что соответствует в зкости 225-230 П, и вы держивают в течение 3,4 ч. По второму режиму заЪыпка шихты производитс  при температуре 13801420с и выдерживаетс  при этой температуре в течение 3 ч. После провара стекломассу осветл ют при темпера туре 1440-1460с (в зкость 20-25 П) при помощи электромагнитных полей (плотность тока 0,02 А/мм, напр жен ность магнитного пол  составл ет 350 Гс) в течение 15 мин при поочередном изменении направлени  вектора индукции внилнего магнитного пол  в двух перпендикул рных направлени х и одновременном переключении электро дов через каждые 2,5 мин. Гомогенизаци  стекломассы осуществл етс  при температуре 1280-1260° (в зкость 225-230 П) продолжительностью 1,5 ч при помощи электромагнит ных полей. Плотность тока на электро дах составл ет до 0,03 А/мм, а напр женность магнитного пол  - 450 Гс. Поочередное изменение направлени  вектора индукции внешнего магнитного пол  с одновременным переключением электродов провод т через каждые 5 мин. Пример 3, Дл  варки оптического стекла состава, масс.% по синтезу: 42,80 SiOa; 45,00 PbO; 10,40 Кзр; 1,50 Na,jO; 0,30 ,используетс  раихта, содержаща  следующие химичес-. кие чистые материалы, г; 428,00 S i 0., 409,56 74,20 1РЬ(НОз) , 51,52 i KNO-j; 117,37 25,65 и 3,00 Аз.2.0т. Стекло вар т по двум отличающимс  режимам,. По первому режиму варку стекла провод т обычным способом, без применени  электромагнитных полей. Засыпку шихты производ т при температуре (в зкость 35 П) . Расплав вьедер .живают 3 ч. После провара стекломассу осветл ют при температуре , что соответствует в зкости расплава 20 П, в течение 1 ч. Гомогенизацию стекломассы провод т при температуре 1280°С, что соответствует в зкости стекломассы 120 П,в течение 3 ч. Стекломасса при осветлении и при гомогенизации перемааиваетс  лопастной мешалкой со скоростью 40 об/мин. По второму режиму засыпка шихты проводитс  при температуре . , Выдержка стекломассы при этой температуре составл ет 3 ч, После провара стекломассы ее осветление провод т при температуре (в зкость 20 П) в течение 0,5 ч под воздействием электромагнитных полей при поочередном изменении -направлени  вектора индукции вни него магнитного пол  и одновременном переключении электродов через каждые 5 мин-, Гомогенизаци  стекломассы также осуществл етс  при помоци электрс лагнитных полей в течение 1ч, Поочередное изменение направлени  вектора индукции внаанего магнитного пол  и переключение электродов провод т через каждые 5 мин. Плотность тока на электродах. (0,03 А/см) и напр женность магнитного пол  ( Гс) одинаковы как при осветлении, так и при гомогенизаци  стекломассал. Пример 4. Дл  варки оптического стекла состава, масс.% по синтезу: 41,30 44,OPbO; 14,20 0,50 As,0, используетс  шихта, содержаща  следук цие чистые материалы , гг 413,60 SiOi;409,56 PbjO.; 59,36 Pb(NOj)/i; 146,71 K,j,COj ; 90,16 KNO И SfOO As,. Стекло вар т по двум отличающимс  ре)химам, По первому режиму варки засыпку шихты производ т при температуре 1380°С (что соответствует в зкости стекломассы 35 П}, Врем  выдержки при температуре 138О®С составл ет 3 ч. После провара стекломассу осветл ют при температуре 1400с, соот ветствукнцей в зкости стекломассы окбло 25 П. Осветление провод т в те чение 1ч. Гомогенизадию стекломассы провод т при температуре 1280 С (в з кость стеклсмассы 110--120 П) в течение 3 ч . При осветлении к гомогениза ции стекло1 ассу перемешивают лопастной мешалкой со скоростью.40 об/мик, По BTOpoMS режиму гжгхту засыпают также при температуре 1380°С (выдер ка стекла 3ч), Стекломассу осветл ю при температуре (в зкость .25 П) в течение 1 ч при воздействии электрс 1агнитных полей путем пропускани  через расплав электрического тока и наложени  вниинего магнитного пол  при поочередном изменении направлени  вектора индукции внешне- . го магнитного пол  в трех перпендикул рных направлени х и одновременном переключении рабочих электродов о Направление вектора индукции внешнего магнитного пол  мен ют через каж- да1е 5 мин. Гомогенизацию стекломассы при .тем пературе (в зкость 110-120 П) провод т также под воздействием элек трс 1агнитных полей в течение 2 ч. На правление вектора индукции внешнего магнитного пол , как и при осветлении стекломассы, мен ют через каж,цые 5 мин. Плотность тока на электродах при осветлении стекломассы имеет значение 0,01 А/мм, а напр женность магнитного пол  400 Гс Плотность тока на электродах при гомогенизации составл ет 0,02 А/мм-, а напр женность магнитного пол  550 Тс, П р и м е р 5, Стекло состава, масс.%: 70,0 9,5 CaOj 16 .,5 Na-yj O и 4,0 вар т йз шкхты. подготовленной ifb химически чистых реа гейтов по двум различным режимам, По первому режиму шихту засыпают при температуре 1250 С и выдерживают в течение 4,..О ч. После полного прова ра стекломассу осветл ют при темпе™ ратуре ,, что соответствует в з кости стекломассы П,в течение 1ч. Гомогенизацию стекломассы провод т при температуре 1200°С|, что соответствует в зкости стекломассы 490--500 Пг Продолхогтельность гомогенизации стекломассы составл ет 3 ч, При осветлении и гомогенизации стекnoiviaccji не подвергаетс  воздействию электромагнитным полем. По второму режиму шихту также засыпают при температуре 1250°С и выдергсквают 4 ч. После полного провара осветление стекломассы провод т при температуре 1280°С (в зкость 190-200 П) в течение 30 1лин Гомогенизацию стекломассы провод т при температуре 1200®С (в зкость 430-500 П) в течение 1 ч Плотность тока на электродах (как при- осветлении , так и при гомогенизации) составл ет 0,02 А/мм, а напр женность магнитного пол  500 Гс Направление движени  стекломассы при ее перемешивании мен етс  каждые 5 мин Основные параметры, характеризующие рехсимы осветлени  и гомогенизации оптических стекол, приведены в табл, 1 Результаты оценки пузырности (согласно НО 2498 10,33 342) путем просмотра нумерованных образцов проб блочного стекла объемом 200 см (10;ЧО 2 см) на установке и AAK-l, а также результаты оценки бессвильности (согласно ОСТ 3-1200-72), приведены в табл« 2 Предлагаемый способ варки стекла можно использовать на большинстве . стекловаренных печей и, в первую очередь р на электрических печах пр мого нагреваf в которых примен емые в насто щее врем  системы механического перемешивани  усложн ют процесс электроварки о Предлагаемый способ позвол ет отказатьс  от систем механического перемеш1-2вани с , При этом оказываетс  возможной герметизаци  зон гомогенизации и студки электрических стеклоBapeHHbiJt печей пр мого нагрева, что уменьйгает летучесть расплава и позвол ет повысить качество вырабатьшаемой стекломассы, Таким образом, решаетс  одна из важнейших задач оптического стекловарени  - получение стекла с минимальным содержанием пузьарей- и с высоким качеством по бессвильности в трех направлени х

О О

tn о

t I о

о о о

оо Ti 00

гЧ

VO «

ю п ( О о о

00 (Ч CN r-t

О О

ш о

i

о

о о о

VD Г ЛО

Q от го го N

оооооооооо aO7««vomtnoogo

тЧгН ННчЧтН тНгНтН

fo fo го

о

О

I in 1

о in

ш

г

r« о

о

I - о

о о о о о

о

00 и 00 М со

VO

о

О

гч м I о

о ш t

О

in

I

о о о о

о л

N «S Л

гЧ гН гЧ Ч

S

I.

I

оооооооо

о чооошоосооосоо

о

N(

fN

н Ч т-1 гЧ тН тН т-1

00

о о

I О I О

Шч

in

ГОгЧ

ОО

о

оо

ш о о о о о

о го

гЧVO ГО vfi О

о о

о о

ГЧ

М

1

I

о о ю ш о

о «л -ч s сч ts сч о

II

о оо s

Ц

о

го ГО ГО ГО

w

о о о о о о

гЧ гЧ гН о «Н о «Н гЧ Н гЧ tH гЧ

оооооооооооо

ШШООМОООООООООООШШ

rororo4 ro« frororororn(S

тЧгЧгЧт-ЧгЧтНтЧ НгЧгЧгЧ -1

тНСЧт МтЧС НМ- Г 1

гЧ ГЧСЧrOfOniTfinin

о о

го

I I

1Л tn 1Л о о о

го Т) f со о 00

М го CSJ

Таблица 2

Claims (4)

1. Формула изобретения

   1. Способ варки стекла, включающий осветление и гомогенизацию стекломассы путем пропускания переменного электрического тока через расплав и наложения на него внешнего переменного магнитного поля, причем силовые линии магнитного поля ориентируют ортогонально линиям электрического поля, отличающийс я тем, что, с целью повышения производительности и качества стекла, пропускание электрического тока и наложение магнитного поля при осветлении осуществляют при температуре, соответствующей вязкости 1-200 П * г продолжительностью 15-60 мин, а при гомогенизации - при температуре, соответствующей вязкости 50-500 П в течение 30-180 мин, причем направление вектора индукции внешнего Магнитного поля изменяют в двух взаимно перпендикулярных направлениях, а направление тока поочередно изменяют в трех взаимно перпендикулярных направлениях.
2. 2. Способ поп, 1, отличаю щ и й с я тем, что переменное магнитное поле одного из двух взаимно перпендикулярных направлений включают одновременно с электрическим то40 ком одного из трех взаимно перпендикулярных направлений, перпендикулярным направлению магнитного поля, а переменное магнитное поле второго направления включают по очереди с то-

   45 ками двух других направлений, перпендикулярных этому направлению магнитного поля с последующим повторением цикла через 2-5 мин.

   §0 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

   1. Авторское свидетельство СССР № 516650, кл. С 03 В 5/16, 1973.,

   2. Патент США № 3108149, кл. 65-134, 1963.
3. 3. Патент Франции № 2067361, кл. С 03 В 5/00, 1971.
4. 4. Патент Ьеликобритании № 1289317, £0 кл. С М, 1972.

   ВНИИПИ Заказ 947/34 Тираж 520 Подписное

   Филиал ППП Патент”,г.Ужгород,ул.Проектная,4