Способ варки тугоплавких стекол Советский патент 1983 года по МПК C03B5/02 

t Н It/I

Фиг1

Изобретение относится к промышпеиности стройматериапоБ, а именно к тех нопогии варки в эпектрических печах чистых тугоппавких и химически активных стеноп с температурой варки выше 1500° С.

Известен способ эпектросварки в печах-ваннах с керамической футеровкой, с прямым вводом эпектрического тока в расппав и нагревом его за счет джоулева тепла Г1

Недостатком этого способа является наличие контакта высокотемпературного и химически активного расплава с огне- упором футеровки, и растворение последнего в расплаве; явление электролиза на поверхности электродов, подводящих ток к расплаву; эроздя электродов и загряз нение расплава продузстами эрозии.

Известен также способ варки туго-П,(авкнх стекол путем стартового кагрева и расплавления одного или,нескольких компонентов шихты,, введения в расплав остальных компонентов последовательно один за по мере расплавлен ет предыдзтцих и изменения температуры распшва в соответствии с иэменекием температуры гпжвидуса образующейся сие темы окислов L2 1

Однако применение этого способа огранютено варкой бесщепочмых стекоп. Сгекла. содержащие О1 :ислы щелочных металлов, варить такш. . способом нельзя, поскольку трудно выдержать требуемый Х11мическ.ий состав из-за того что легкоплавкие и легколетучие окислы щелочных металлов испаряются попностью или частично при ,введен П1 в высокотемпературные расплавы исходных компонентов

Наиболее бпизк1гм по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ варки Tyix;плавких стекол в индукционной печи с кварцевым тиглем путем стартового на грева и расплавления одного или нескольких щелочнь х компонентов шихты, введе ния в расплав остальных компонентов Е изменения температуры расплава в соответствии с изменением температуры ликвидуса образующейся систеКГЫ окиолов LsJ,

Недостатком известного способа стекп.а в кварцевом тигпе, окруженном металлическими водоохпаждаемыми сеК , является высокая химическая активность расплавов большинства хими- ческих соединений щелочных металлов, наприк ер карбонатов или нитритов нат-рнЯ} калия 1ти лития, что приводит к интенсивному взаимодействию расплава о стенкой кварцевого тигля.В зависимости от выбранного химического соединения елочного металла расплав в течение -15МИН разъедает четырехмипдиметровую стенку кварцевого тигля. Это обусловливает низкий срок службы кварце™ вого тигля и часто ведет к аварийной ситуации

Взаиь-юдействие расплава с тиглем особенно сильно при варке химически активных щелочных стекол, например литиевых стекол. Использование известного- способа не позволяет варить литиевые стекла -в кварцевом тигле, окруженном метапли1ескими водоохлаждаемыми секциями, из-за взаш-юдействет расплава химического соединения лития со стенкой тиггш.

При варке в тиглях большого диаметра (больше 10 см) из-за необходимости расплавления большого количества окислов или солей щелочных металлов время разогрева превышает 15 мин. -За это время в тех местах, где расплав наиболее разогрет, он взamv oцeйcтвyeт со стенкой тигля или кварцевой ампулой нагревателя, что npi-тодит к вьяходу тигля или нагревателя из строя.

Цель изобретения повышение срока службы кварцевого тигля путем образова™ ния на его поверхности защитной пленки из продуктов реакции расплава с материалом тигля.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу варки тугоплавких стекол в индукционной печи с кварцевым тиглем путем стартового нагрб ва и расплавления одного или нескольких щелочных компонентов шихты, введения ь расплав остальюз1х компо-нентов и изменения температуры расплава в соответствии с изменением температуры ликвидуса образу-, ющейся системы окислов, в качестве компонентов шихты, подвергаемых стартовому 1агреву и расплавлению, исполь-г зуют сниикаты щелочных метаплов, концентрации двуокиси .кремния в каждом аз которых соот.ветствует началу монотонного роста температуры ликвидуса системы окислоВд образующейся при взаимодействии расппава с материалом тигля,

В предлагаемом способе ос:дцествляют образование на стенках кварце)зого тигля защитнотх) слоя из продуктов реакции с материалом ТИГЛЯ; который предохраняет тигель от дальнейшего взаимодействия с расплавом. 31 Сипикаты щепочны метаппов наибопее подходят дпя старта, так как имеют низкую температуру размягчения (меньше ), высокую эпектропроводность расппава. На диаграмме состояния окисеп щепочного метаппа - двуокись кремния, можно найти такой состав, соответствующий минимальной концентрации двуокиси кремния, температура ликвидуса которого монотонно возрастает при увеличении концентрации окиси кремния. На фиг. 1 изображена схема индукционной печи; на фиг. 2 - диаграмма состояния системы Na2O- SiO2; на фиг.З диаграмма состояния системы 02. Индукционная печь содержит мeтaллt ческие водоохпаждаемые секции 1, окру . жаюшие кварцевый тигель 2, нагреватель 3 для развара силиката 4 и индуктор- 5. Реализация способа приведена ла примере варки литиевого алюмосилИкатного стекла следующего состава, вес.%: Li2O 5,4%; , Ct-O2 5,6%. В окруженный водоохлаждаемыми секциями 1 кварцевый тигель 2 засыпают дробленный силикат лития 4 с составом$ обозначенным на фиг. 3 точкой А. На первом этапе варки проводят разогрева и расплавление силиката лития. Для этог внутрь тигля 2 вводят нагреватель 3, который расплавляет силикат пития, после чего нагреватель 3 извлекают из тигля. Далее нагрев расплава поддерживают за счет наводимых в немс по мощью индуктора 5 токов высокой чаототы. При температуре 1300 С расплав выдерживают в кварцевом тигпе 2. в течение ЗО-40 мин и не было отмечено заметного снижения толщины стенки тш ля 2. После выдержки в расплав вводят остальные компоненты стекла (смесь окиси алюминия и двуокиси кремния) и температуры расплава поднимают до 1800°С. Варку продолжают 4ч. Было . получено особо чистое литиевое алкж о- силикатное стекло. Как следует из фиг. 2 и 3 в система щелочной окисел - двуокись кремния име ются химические соединения с различным температурами плавления. При этом су ществует такое химическое соединение, при добавлении к которому двуокиси крем ния, температура, ликвидуса сначала падает, а потом монотонно возрастает. На фиг. 2 и 3 состояние, с которого 39Л начинается монотонный рост температуры пнквид са, отмечено точкой А. Еспи состав стекпа в тигепе соответствует точке А, то при взаимодействии его с кварцевой стенкой образук щиеся продртты реакции будут бопее тугоппавкие, чем стекпо. Это приводит к образованию на стенках тигля слоев, являющихся npoajTCTOM взаимодействия расплава со стенкой . Эти спои будут препятствовать дальнейшему контакту с тиглем. Поэтому использование для старта силикатов с составом, соответствующим точке А на диаграмме соотояния щerfoчнoй окисел - двуокись кремния, способствует сохранению целостнооТИ ТИГПЯ, Увеличение концентрации двуокиси кремния в используемом для старта силикате (точка В на диaгpaм e состояния на фиг. 2 и 3 прчтодит к резкому росту его температуры размягчения и удельного сопротивпения расплава. Это ведет к необход П ости подъема температуры нагревателя 3 и росту времени стартового нагрева и расппавле1шя силикату и, как следствие, снижению производительности инд ткционной печи. концентрации двуокиси кремнтш в используемом для старта силикате (напрта-юр, со.став, соответствующий на диаграмме состояния точке С) ведет к снижению температуры ликввдуса сиотемы окислов при взаимодействш расплава со стенкой тигля. Во время старта эти продукты реакции будут расплавляться и переходить в расплав, а взаимодействие расплава со стенкой тигля будет продолжаться до момента разъедания стенки ТИГПЯ. Положение точки А на диаграмме состоя шш однозначно. Оно соответствует составам силиката с высокой концентрацией окиси кремния (более 70 вес.%). Так, в системе Li „О- ЗЮз точке А соответствует состав 13 вес.% L,2 и 87 вес.% (фиг.-З), а в системе SiOg точка А соответствует соотав 26 вес.% и 74 вес.% SiO (фиго 2). При варке стекла, в состав которого входит несколько окислов щелочных металлов, для старта берут силикаты этих щелочных металлов. Состав каждого из силикатов определяют по началу монотонного роста температуры ликвидуса системы окислов при увеличении концентра- ции двуокиси кремния.

Таким образом, испопьзование предпоженного способ поавопяет исключить контакт расппава с материвпом тиггш и тем самымвзаимодействие поспеднего с расппевом, что повышает срок спужбы тигпя, исключает ограничения по гемпэратуре

варки, расширяет ассортшугент выпускав мых стекоп.

СПОСОБ ВАРКИ ТУГОПЛАВКИХ СТЕКОЛ в индукционной печи с квар цевым тиглем путем стартового нагрева и расплавления одного или нескольких щелочных компонентов шихты, введения / в расппав остальных компонентов и из-менешет температуры расплава в соответ ствии с изменением температуры ликвидуса образующейся системы окиодов, о т п и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения срока службы кварцевого путем образования на его поверхности защитной из продуктов реакции расплава с материалом тигля, в качестве компонентов шихты, подвергаемых стартовому нагреву и расплавлению, используют силикаты щелочных металлов, концентрация двуокиси кремния в каждом, из которых соответствует начап моноCZ тонного роста температуры ликвидуса системы окислов, образующейся при вза .имодействии расппава с материалом тигля. - HjO о 4; Х5 ЬЙ со со