TW201400426A - 攪拌器軸管及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明係一種攪拌器軸管，係構成由軸與在該軸所突設之攪拌翼所構成的玻璃製造用攪拌器之該軸的攪拌器軸管，其特徵在於：具有由n(n=2~5)層之複數支管所積層的多層構造；構成多層構造之該複數支管中至少一層的管係在長度方向截面之材料組織的結晶粒寬高比(長度方向/徑向)為10~100，而且在圓周方向截面之材料組織的結晶粒寬高比(圓周方向/截面方向)為5~100。

Description

攪拌器軸管及其製造方法

本發明係有關於攪拌器軸管及其製造方法，該攪拌器軸管係在各種玻璃製品的製程，構成用以攪拌熔化狀態之玻璃並使其均質化的玻璃製造用攪拌器。

在各種玻璃製品的製程，使已調整並混合之玻璃原料熔化，藉由攪拌熔化狀態之玻璃，使其成分均質化、折射率均勻化後，成形而作成玻璃製品。而，為了製造品質優異的玻璃，攪拌步驟是特別重要。

在熔化玻璃之攪拌步驟，一般將玻璃製造用攪拌器插入熔化玻璃槽並使其轉動，藉此攪拌。該玻璃製造用攪拌器係將攪拌翼突設於成為轉軸的軸。又，供這些玻璃製造的機器(熔化玻璃槽、製造用攪拌器)係由氧化物分散強化型白金合金或白金一銠合金等的白金材料(一般有的稱為強化白金)所構成者成為主流。這是由於白金材料在高温之機械特性，尤其高温潛變強度優異。又，這是由於白金材料在化學上亦穩定，熔化玻璃所造成之侵蝕亦少，而適合製造高品質的玻璃。

第6圖係說明一般之玻璃製造用攪拌器之製程的圖。首先，將合金鑄錠進行滾壓加工等，準備長方形的板材， 將板材捲繞並將兩端部之相向面接合，作成管狀。接著，藉由以拉絲台等對管進行拉伸加工，製造既定尺寸、厚度的軸。然後，將既定形狀的攪拌翼與該軸接合，而作成攪拌器。

玻璃製造用攪拌器係曝露於高温、具有黏性的熔化玻璃，而且長時間轉動的構造體。因此，玻璃製造用攪拌器係在上述的製程，該構件係不僅在尺寸，而且在材料組織亦進行充分的設計。關於這點，成為轉軸之攪拌器軸承受攪拌翼之重量或在高温下支撐在運轉中攪拌翼所承受之應力的大負載。因此，以相稱的厚度設計，而且如上述所示使用白金材料系之高強度的材料，並調整其材料組織。

可是，即使在如上述所示充分考慮下所製造的玻璃製造用攪拌器，亦可能發生長期使用所造成的變形、損壞。尤其，到達設計上所設想之耐用期間之前的變形是問題所在。該變形係在攪拌翼亦發生，但是在攪拌器軸之發生頻率亦高，發現彎曲、扭曲之變形。在此，在提高攪拌器軸的強度上，增加其厚度係有效，但是從裝置尺寸的觀點，係難應付，又，需要大量的材料，在費用上亦不是較佳的對策。

【先行專利文獻】 【專利文獻】

[專利文獻1]特開2004-149338號公報

因此，本發明之目的在於對構成玻璃製造用攪拌器之攪拌器軸的管，提供比以往更高強度且變形之可能性小 者。

如上述所示，在以往之攪拌器軸管的設計，除了尺寸設計以外，亦檢討材料組織。攪拌器軸所承受之應力係除了攪拌翼的重量以外，還有在攪拌器運轉時熔化玻璃的黏性力等。認為這些應力係主要在垂直方向(攪拌器軸之長度方向)所作用。因此，以往之攪拌器軸管係著眼於提高長度方向的強度。因此，在材料組織亦重視長度方向的截面，而考慮藉加工組織調整結晶粒寬高比(長度方向/徑向)。而且，相對在長度方向之材料組織的關心增加，對圓周方向之材料組織的關心變淡，在此方向之強度上的設計係只是調整厚度。因此，本發明者們認為在提高攪拌器軸的強度上，不僅調整在管之長度方向，而且調整在圓周方向的材料組織，而高度均衡地強化雙方向之結晶粒寬高比較佳。

在此，結晶粒寬高比的調整係一般利用材料加工來調整，在固定方向進行加工並提高加工率，藉此，可形成在加工方向細長之高寬高比的結晶組織。關於這點，在製造以往之攪拌器軸管時，在藉拉伸加工等製造管成形前的板材時，在管加工後僅調整在長度方向的結晶粒寬高比，而提高在該方向的加工率。這是由於如上述所示以往係僅注意在長度方向的材料組織。

另一方面，如本發明者們之檢討所示，為了提高攪拌器軸管的強度，調整其長度方向與圓周方向之雙方的結晶粒寬高比較佳。可是，對與以往相同之構成的管，係難實施。 這是由於為了提高圓周方向的結晶粒寬高比，需要在管成形前之板材的製程提高圓周方向的加工率，但是若不僅長度方向，連圓周方向之加工率都提高時，所製造之板材變薄，而管的厚度變成不足。關於這點，為了確保加工率而增大鑄錠的尺寸，在確保所需之加工率後，以所需的尺寸切斷板材來使用，藉此可應付，但是這在與加工設備之關係上可說是困難。

因此，本發明者們係在攪拌器軸管的構造上採用使複數支管積層而成的多層構造，而且作為構成多層構造的管，將已調整其長度方向與圓周方向之雙方的結晶粒寬高比的管組合，藉此，可滿足上述之相反的要求，而想到本發明。

解決該課題之本發明係一種攪拌器軸管，係構成由軸與在該軸所突設之攪拌翼所構成的玻璃製造用攪拌器之該軸的攪拌器軸管，其特徵在於：具有由n(n=2~5)層之複數支管所積層的多層構造；構成多層構造之該複數支管中至少一層的管係在長度方向截面之材料組織的結晶粒寬高比(長度方向/徑向)為10~100，而且在圓周方向截面之材料組織的結晶粒寬高比(圓周方向/截面方向)為5~100。

以下，詳細說明本發明。此外，在本發明，為了使用以求得在管之各截面的結晶粒寬高比之各方向(長度方向、徑向、圓周方向、截面方向)的意義變成明確，如第1圖所示定義。

本發明係藉由將薄的管組合，確保所需的厚度，其層數係設為2~5。單層時，難一面維持管的厚度，一面將圓周方向之結晶粒寬高比設於適合之範圍。又，以太多層構 成，效果亦不佳，這是由於若想製造超過5層的管，步驟變多，而影響製造費用。

因此，本發明係將對至少一層的管已調整長度方向與圓周方向之雙方的結晶粒寬高比的管組合。在此，將在長度方向截面之材料組織的結晶粒寬高比(長度方向/徑向)設為10~100，這是可承受攪拌翼的重量等之攪拌器軸主要所承受之應力的範圍，是在習知技術亦考慮到之範圍。另一方面，將在圓周方向截面之材料組織的結晶粒寬高比(圓周方向/截面方向)設為5~100，這是考慮以往之攪拌器軸管之圓周方向截面的結晶粒寬高比，為了提高強度所設定。即，未滿5時，與習知技術差異不大。又，在圓周方向亦結晶粒寬高比愈高愈佳，但是從製造上之觀點將100設為上限。關於這些結晶粒寬高比，更佳之範圍係雙方都設為10~60。

如上述所示已調整長度方向與圓周方向之雙方的結晶粒寬高比的管係應用於至少一層的管。藉由依此方式應用於至少一層的管，可期待以往以上的強度。但，在攪拌器軸，在熱、構造上承受最大負載的係直接與熔化玻璃接觸、攪拌翼等所接合之最外層的管。因此，將已調整該結晶粒寬高比的管應用於最外層尤其佳。

但，整體上結晶粒寬高比位於該適合範圍較佳。這是由於在攪拌器軸管整體具有適合之強度者可確保長期耐久性。即，在構成各層的管之長度方向與圓周方向之結晶粒寬高比的平均值是在長度方向截面為10~100，而且圓周方向截面之結晶粒寬高比的平均值是5~100較佳。此外，在此之平均 係考慮到各層之厚度的厚度加重平均。作為具體之算出方法，是將各層之管的厚度與結晶粒寬高比之積的值之所有層的合計值除以攪拌器軸管整體之厚度的值。

而且，最佳的係構成各層之管的全部係長度方向的結晶粒寬高比為10~100，而且圓周方向截面之結晶粒寬高比是5~100。這是由於在攪拌器軸管整體具有大致均勻的強度。

關於各管的厚度，亦可不必全部是相同，而將複數種厚度的管組合並使其積層。此外，作為所組合之各管之實用上較佳的厚度，1.5mm以下較佳。又，為了調整最終之攪拌器軸管的厚度，亦可將1mm以下的管組合。

進而，作為各管的構成材料，可應用與以往之玻璃製造用攪拌器相同者。是各種白金材料(氧化物分散強化型白金合金、白金合金(白金-銠合金等))較佳。又，構成各層之管的材質係不必完全是相同的組成，但是組成相同者較佳。這是由於各管的構成材料相異時，因熱膨脹量之相異等而具有變形的可能性。

又，本發明之攪拌器軸管為了顧慮到玻璃侵蝕性或耐熱性等的保護，亦可在最外層之管的外側(與熔化玻璃接觸的面)具有金屬層。例如，亦可作為各管的構成材料，應用氧化物分散強化型白金合金，並將純白金之層形成於其外側。在此情況，攪拌器軸管之強度面係由本發明之多層構造的管擔任，而保護金屬層擔任耐食性等。作為保護金屬層，除了純白金以外，白金-銠合金、白金-金合金、純金等較佳，關於這些材料，亦可寬高比係未調整。又，其厚度係無特別限定，亦 可是與構成本發明之管同等者。

關於構成本發明之攪拌器軸管的各管間是否需要接合，藉由使各管之尺寸一致性變成精密，而可作成無接合。即，內側之管的外徑與外側之管的內徑大致相等，只要重疊時的間隙係微小，無軟焊焊接等的接合，就可應用。但，即使尺寸一致性精密，亦可將各管接合。作為各管的接合，利用擴散接合、鍛接者較佳，藉這些接合一體化者較佳。

又，如後述所示，各管係可應用將板材捲繞成管狀，並將抵接之板材的兩端部接合所製造者，但是使各管積層時，在軸管截面，連接軸之中心軸與各管之接合線的線彼此不重疊者較佳。接合部係相對其他的位置，熱履歷局部相異的部位。在作成攪拌器後以高温加熱的情況，因所產生之熱變形的不均勻而可能發生變形。例如，製造攪拌器，在進行軸之對芯後退火的情況，或在玻璃攪拌步驟被熔化玻璃加熱的情況，可能發生熱變形。因此，藉由作成各管之接合線不重疊，使整體的變形相抵消，又，即使在一部分之管發生龜裂，亦可防止整體上的損壞。

作為本發明之攪拌器軸管的製程，係根據以往的步驟，將鑄錠進行滾壓加工等，準備長方形的板材，將板材捲繞並將兩端部之相向面接合，作成管狀，再對其適當地進行拉伸加工。但，在本發明，在至少一片板材的製造，在作成管時在長度方向及圓周方向之兩方向賦與75~95%的加工率，製造板材上相異。而且，重複複數道板材製程，製造複數片板材，再製造管，並使各管積層。此外，關於板材的加工方向，在作 成管時之長度方向及圓周方向係設想如第2圖所示將板材成形成管之狀態時的加工方向。

在板材製造，將加工率設為75~95%，這是為了在板材之長度方向與圓周方向之雙方向調整截面的結晶組織，將其結晶粒寬高比設為適當之範圍。該加工係應用拉伸加工。拉伸加工係亦可因應於加工率或作為目標之板厚，進行複數次。此外，在該板材加工的步驟，亦可配合加工裝置適當地切斷。所製造之板材的片數係對應於所使用之管的支數，但是不必對各管製造板的種類(板厚)，可使用共同之板厚的板材。管的製造係預筅將板材的尺寸調整成成為所要之直徑，將板材捲繞後將板材的兩端部接合，而製成管。管成形所需的接合係可應用熱擴散接合、焊接、鍛接。

又，作為在製造板材後製造管的方法，除了上述以外，亦可對板材進行拉伸加工，在藉拉伸加工之管的製造，成為各層之管無接合線的無縫者，在抑制接合線之存在所造成的強度降低、耐腐蝕性降低上係有效。

在製造積層之管(2~5支)後，將小徑的管依序插入大徑的管，而形成多層構造的管。然後，因應於需要，以拉絲台等對該多層構造的管進行拉伸加工，作成攪拌器軸管。進行拉伸加工係用以使攪拌器軸管之最終的尺寸一致，而且使各層之管更緊密地密接。該拉伸加工的加工率係設為5~20%較佳。但，拉伸加工不是必需的步驟。

在多層構造之管的製造，亦可使各層之管彼此接合。在此情況之接合係焊接亦可，但是擴散接合較佳。這是由 於可將各管之重疊部分均勻地接合。在進行擴散接合的情況，作為其條件，將加熱温度設為1400~1600℃，並加熱0.5~5小時較佳。

藉如以上所說明之製程所製造的攪拌器軸管係亦可因應於需要以拉伸加工等調整尺寸。而且，在以後，藉由將攪拌翼接合，可作成玻璃攪拌用攪拌器。此外，關於所接合之攪拌翼，係無特別限定，設置因應於用途之形狀、材質的攪拌翼。

如以上之說明所示，本發明之攪拌器軸管係具有比以往更高的強度，對在使用中所承受之應力所造成的變形具有耐力。又，對要求強度相同者，可使攪拌器軸管變薄，亦具有減少材料費之效果。進而，本發明之攪拌器軸管係因為製造比較容易，其尺寸亦具有彈性，所以對大規模之玻璃製造裝置亦可應付。

a‧‧‧長度方向

b‧‧‧徑向

a/b‧‧‧長度方向寬高比

c‧‧‧圓周方向

d‧‧‧截面方向

c/d‧‧‧圓周方向寬高比

A~E‧‧‧板材

第1圖係說明在本發明之結晶粒寬高比之測量方向的圖。

第2圖係說明在本發明之加工方向的圖。

第3圖係說明在本實施形態所製造之製造條件的圖。

第4圖係潛變測試片的示意圖。

第5圖係表示第3實施例及比較例之長度方向及圓周方向之截面組織的相片。

第6圖係說明以往之玻璃攪拌用攪拌器之製程的示意圖。

以下，說明本發明之適合的實施例。

第1實施形態

在此，從一種鑄錠經由數種加工步驟，製造複數種板材，再將其加工成管後，製造了具有多層構造的攪拌器軸管。在此，所使用之鑄錠係強化白金合金(田中貴金屬工業製 商品名稱：Nano-Plat-BPR)之鑄錠(尺寸：寬170mm×長130mm×厚50mm)。然後，將該鑄錠作為原料，製作了第1表之5種板材。板材之尺寸係寬200mm×長900mm，厚度係在各板材相異。在第3圖表示各板材之加工履歷，在第1表表示其最終加工率、截面結晶粒寬高比。

使用在上述所製造之板材A~E成形成管，並使其適當地積層，製造了總厚度3.5mm的攪拌器軸管。所製造者係使用2片板材A之2層的攪拌器軸管(第1實施例)、使用3片板材B與1片板材C之4層的攪拌器軸管(第2實施例)、使用5片板材D之5層的攪拌器軸管(第3實施例)。又，亦製造使 用一片板材E的攪拌器軸管(比較例)。

第5圖係表示第3實施例及比較例之攪拌器軸管的截面組織(長度方向及圓周方向)。從第5圖，比較例之攪拌器軸管係長度方向的截面寬高比高，而圓周方向的截面寬高比低。另一方面，實施例係圓周方向的截面寬高亦高。

然後，對所製造之攪拌器軸管，進行潛變強度測試。潛變測試係以負載方向成為圓周方向的方式如第4圖所示對測試片進行切出加工，並將負載設為25MPa、測試温度設為140℃，測量斷裂時間。在第2表表示其結果。

從第2表得知，各實施例之具有多層構造的攪拌器軸管係潛變斷裂時間比單層之比較例的增長。尤其，得知在第2、第3實施例，延長至比較例的10倍以上。

第2實施形態

在此，從在第3實施例、比較例所製造之攪拌器軸管、及以深引伸加工所製造之攪拌器軸管(為第4實施例)的3種攪拌器軸管製造攪拌棒，並進行熔化玻璃的攪拌測試。

第4實施例之攪拌器軸管係對以與第1實施形態之板材D相同的條件所製造之板材(厚度0.7mm)進行深引伸加工，製成管，再使這些管積層，作為攪拌器軸管。又，攪拌棒係將4支圓棒形狀之攪拌翼以同一間隔熔化於各攪拌器軸管所製造。

熔化玻璃的攪拌測試係將熔化玻璃投入攪拌槽後，以攪拌棒將其攪拌既定時間，評估以後之攪拌棒的變形。此外，熔化玻璃的温度係控制成1450℃~1500℃之間。又，攪拌棒的轉速係設為15rpm，攪拌時間係設為400小時。

攪拌測試後，取出攪拌棒並冷卻，除去所附著的玻璃，調查攪拌器軸管的變形時，在第3、第4實施例係完全看不到變形的跡象。另一方面，比較例之單層的攪拌器軸管雖然無大的變形，但是發生毫米等級的彎曲、扭曲。認為在比較例之攪拌器軸管亦不會發生斷裂或大變形之要緊急停止作業的問題，但是預測伴隨長時間使用，可能發生熔化玻璃之流動變成不規則等的不良。

【工業上的可應用性】

因為本發明之攪拌器軸管係採用多層構造，並調整不僅在長度方向截面，而且在圓周方向截面之材料組織的結晶粒寬高比，所以成為高強度。應用本發明之攪拌棒係長期間形狀變化亦小，而可穩定地使用。又，其尺寸調整亦容易，可廣為應付從小規模之玻璃製造裝置至大規模者。

a‧‧‧長度方向

b‧‧‧徑向

a/b‧‧‧長度方向寬高比

c‧‧‧圓周方向

d‧‧‧截面方向

c/d‧‧‧圓周方向寬高比

Claims (11)

1. 一種攪拌器軸管，構成由軸與在該軸所突設之攪拌翼所構成的玻璃製造用攪拌器之該軸，其特徵在於：具有由n(n=2~5)層之複數支管所積層的多層構造；構成多層構造之該複數支管中至少一層的管係在長度方向截面之材料組織的結晶粒寬高比(長度方向/徑向)為10~100，而且在圓周方向截面之材料組織的結晶粒寬高比(圓周方向/截面方向)為5~100。
2. 如申請專利範圍第1項之攪拌器軸管，其中對構成多層構造之複數支管，在長度方向截面之材料組織的結晶粒寬高比(長度方向/徑向)之厚度加重平均是10~100，而且在圓周方向截面之材料組織的結晶粒寬高比(圓周方向/截面方向)之厚度加重平均是5~100。
3. 如申請專利範圍第1或2項之攪拌器軸管，其中對構成多層構造之複數支管的全部，在長度方向截面之材料組織的結晶粒寬高比(長度方向/徑向)是10~100，而且在圓周方向截面之材料組織的結晶粒寬高比(圓周方向/截面方向)是5~100。
4. 如申請專利範圍第1或2項之攪拌器軸管，其中在成為最外層之管的外側具有保護金屬層。
5. 如申請專利範圍第3項之攪拌器軸管，其中在成為最外層之管的外側具有保護金屬層。
6. 如申請專利範圍第1或2項之攪拌器軸管，其中在構成多 層構造之複數支管係藉擴散接合或鍛接所一體化。
7. 如申請專利範圍第3項之攪拌器軸管，其中在構成多層構造之複數支管係藉擴散接合或鍛接所一體化。
8. 如申請專利範圍第1或2項之攪拌器軸管，其中構成多層構造之複數支管係將板材捲繞成管狀，並將抵接之板材的兩端部接合，藉此所成形；將各管積層成在軸截面，連接軸之中心軸與各管之接合線的線彼此不重疊。
9. 如申請專利範圍第3項之攪拌器軸管，其中構成多層構造之複數支管係將板材捲繞成管狀，並將抵接之板材的兩端部接合，藉此所成形；將各管積層成在軸截面，連接軸之中心軸與各管之接合線的線彼此不重疊。
10. 一種攪拌器軸管之製造方法，製造如申請專利範圍第1至9項中任一項之攪拌器軸管，其特徵在於：包含以下的步驟：從鑄錠製造複數片板材的步驟；製造管之步驟，係將該板材捲繞成管狀，並將抵接之板材的兩端部接合，而製造複數支管；及使所製造之複數支管積層而作成具有多層構造之管的步驟；該製造複數片板材的步驟係對至少一片的板材，在作成管時在長度方向及圓周方向之兩方向賦與75~95%的加工率，製造板材。
11. 一種攪拌器軸管之製造方法，製造如申請專利範圍第1至9 項中任一項之攪拌器軸管，其特徵在於：包含以下的步驟：從鑄錠製造複數片板材的步驟；製造管之步驟，係對該板材進行深引伸加工，而製造複數支管；及使所製造之複數支管積層而作成具有多層構造之管的步驟；該製造複數片板材的步驟係對至少一片的板材，在作成管時在長度方向及圓周方向之兩方向賦與75~95%的加工率，製造板材。