Способ варки стекла Советский патент 1981 года по МПК C03B5/04 

Изобретение относится к промьаиленности строительных материалов, а имен но к технологии варки стекла, и может быть использовано для получения высокооднородного оптического стекла. Известен способ гомогенизации стек ла, заключающийся в том, что перемешивание стекломассы осуществляют элек тромагнитным полем повышенной частоты (порядка 100-1000 Гц) t HejiocTaTKOM способа является необходимость специальных высокочастотных преобразователей для питания 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 наблюдается создание в стекломассе объемных магнитных сил, вызывающих ее перемешиваний с достаточной интенсивностью во всем объеме стекломассы. Известен способ, когда гомогенизацию стекломассы осуществляют с помощью электрических и магнитных полей, которые вызывают объемные электромагнитные силы, приводящие к перемешиванию стекломассы Сз1. Однако при таком способе рс тцествления процесса гомогенизации при наложении внешних электромагнитных полей движение стекломассы обеспечивается лмдь в одной плоскости. Таким образсм, полученный вид потоков не приводит к достаточной степени гомогеииза1ши стекломассы. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ варки стекла, заключёиощийся в том, что стеклетлассу нагревают путем пропускания электрического тока и в течение некотсфого времени подвергают воздействию магнитного поля. Магнитное поле ориентировано таким образом, что создает в стекле магнитный поток, перпендикулярный направлению тока нагрева, проходящего через стекломассу в области магнитного потока. Величина и ориентация магнитного потока по отношению к величине и ориентации тока нагрева так же, как и силы, создаваегв 1е взаимодействием упомянутого тока и магнитного поля, достаточно велики и направлены так, что изменяют поток жидкого стекла l4l .

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

Цель, изобретения - повьдиение производительности и качества стекла,

Поставленная цепь достигается тем что через стекломассу в процесс варки стекла на стадиях осветления и гомогенизации пропускают переменный электрический ток и накладывают переменное магнитное поле в области пропускания переменного электрического тока таким образом,что силовые линии магнитного поля ориентированы ортогонально линиям электрического поля,- при чэтом при осветлении стекломассы пропускают электрический ток и одновременно накладывают магнитное гРоле при температуре, соответствукйцей вязкости 1200 П,продолжительностью 15-60 мин, а процесс гомогенизации ведут при температуре, соответствующей вязкости 50-500 П в течение времени 30-180 мин причем направление вектора индукции вниянего магнитного поля изменяют в двух взаимно перпендикулярных направлениях, а направление тока поочередно изменяют в трех взаимно перпендикулярных направлениях н таким образом осуществляют вращение стекломассы поочередно в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.

Переменное магнитное поле одного из двух взаимно перпендикулярных направлений можно включать одновременно с электрическим токсж одного из трех взаимно перпендикулярных направлений, которое перпендикулярно направлению магнитного поля, а переменное магнитное поле второго направления включать по очереди с током двух других направлений, перпендикулярных этому направлению магнитного поля, а затем этот цикл повторять через 25 мин.

При переключении направления вектора индукции внешнего магнитного поля одновременно переключают токоподводящие электроды и таким образом меняют месторасположение зон максиМёшьной плотности объемных электромаунитных сил и направление вектора плотности электромагнитных сил,

Для осуществления способа варки стекла для осветления и гомогенизации стекломассы можно приспособить большинство известных типов стекловаренных печей. Такая возможность обусловлена тем, что процесс гомогенизации и осветвления осуществим в любой емкости, содержащей расплав, .путем.создания специальной структуры ламинарных потоков. Создание такой Структуры потоков обеспечивается поочередным вращением стекломассы в трех взаимно ортогональных плоскостях. В результате такого воздействия на стекломассу получаем переплетение траекторий движения элементов объема стекломассы, что в свою очередь ведет к выравнивают и равномерному распределению имеющихся инградиантов Наблюдается интенсификация химичес их реакций. Стекломасса наряду с высокой гомогенностью имеет практически полное осветление, т.е. практически не содержит пузырьков и мошки.

Пример 1. Для 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 варят по двум режимам.

По первому режиму варка стекла осуществляется обычным способом,- без применения электромагнитных полей в процессах его осветления и гомогенизации. Засыпку шихты производят при температуре и выдерживают в течение 3 ч После провара стекломассу осветляют при температуре 1380с, что соответствует вязкости стекломассы 30 Г В течение 1 ч при осветлении и 3 ч при гомогенизации (при температуре 1240°С, что соответствует вязкости стекломассы 5070 П) стекломассу перемешивают лопастной мешалкой. После снижения температуры до температуры, соответствую щей вязкости 500 П, стекломассу отливают в формы, выполненные из чугуна марки СЧ-28 и отжигают.

По второму режиму варка стекла осуществляется следующим образом.

Засыпку шихты производят при температуре 1350с в течение 3-х часов. Стекломассу осветляют при температуре 1380° (вязкость 30 П) в течение 0,5 ч при помощи.электромагнитных полей. Наложение электромагнитных полей осуществляется следующим образом. В емкость, содержа 1ую стекломассу, вводят 3 пары электродов для пропускания электрического тока через стекломассу и накладывают внешние магнитные поля, создаваемые электромагнитайи, расположенными с стороны электропечи. Через, стекломассу с помощью электродов пропускают переменный электрический ток плотностью Of05 и накладывают внешнее магнитное поле напряженностью 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 подключения получают вращение стекломассы со скоростью 4-5 см/с в вертикальной плоскости, перпендикулярной предыдущей, в течение 5 мин. После этого подключают электроды и электромагнит, в результате получается движение стекломассы в верти кальной плоскости, перпендикулярной двум предьщущим плоскостям в течение f5 мин. После снижения температуры до 1240С, соответствующей вязкости 5070 П, стекломассу при ее гомогенизации подвергают воздействию электромагнитными полями продолжительностью 1,5 ч таким же образом, что и при ее осветлении, т.е. меняют характер движения стекломассы при ее перемешивании через калсдые 5 мин, .Пример 2, Для 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 используатся ш1-1хта, содержащая 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 варят по двум режимам. По первому режиму варка проводится обычным способом, без {трименения электромагнитных полей в процессах его осветления и гомогенизации. Засыпку шихты производят при температуре 1380-1420- С и выдерживают при этой температуре в течение 3 ч. Вязкость расплава стекломассы в темпеоатурном интервале от 1380-1420 С составляет 110-100 П, После провара стекломассу осветляют при температуре 1440-1460° что соответствует вязкости 20-25 П, Продолжительность осветления стекломассы составляет 1 ч. Затем температуру снижают до 1280-1260°С, что соответствует вязкости 225-230 П, и вы держивают в течение 3,4 ч. По второму режиму заЪыпка шихты производится при температуре 13801420с и выдерживается при этой температуре в течение 3 ч. После провара стекломассу осветляют при темпера туре 1440-1460с (вязкость 20-25 П) при помощи электромагнитных полей (плотность тока 0,02 А/мм, напряжен ность магнитного поля составляет 350 Гс) в течение 15 мин при поочередном изменении направления вектора индукции внилнего магнитного поля в двух перпендикулярных направлениях и одновременном переключении электро дов через каждые 2,5 мин. Гомогенизация стекломассы осуществляется при температуре 1280-1260° (вязкость 225-230 П) продолжительностью 1,5 ч при помощи электромагнит ных полей. Плотность тока на электро дах составляет до 0,03 А/мм, а напряженность магнитного поля - 450 Гс. Поочередное изменение направления вектора индукции внешнего магнитного поля с одновременным переключением электродов проводят через каждые 5 мин. Пример 3, Для варки оптического стекла состава, масс.% по синтезу: 42,80 SiOa; 45,00 PbO; 10,40 Кзр; 1,50 Na,jO; 0,30 ,используется раихта, содержащая 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 варят по двум отличающимся режимам,. По первому режиму варку стекла проводят обычным способом, без применения электромагнитных полей. Засыпку шихты производят при температуре (вязкость 35 П) . Расплав вьедер.живают 3 ч. После провара стекломассу осветляют при температуре , что соответствует вязкости расплава 20 П, в течение 1 ч. Гомогенизацию стекломассы проводят при температуре 1280°С, что соответствует вязкости стекломассы 120 П,в течение 3 ч. Стекломасса при осветлении и при гомогенизации перемааивается лопастной мешалкой со скоростью 40 об/мин. По второму режиму засыпка шихты проводится при температуре . , Выдержка стекломассы при этой температуре составляет 3 ч, После провара стекломассы ее осветление проводят при температуре (вязкость 20 П) в течение 0,5 ч под воздействием электромагнитных полей при поочередном изменении -направления вектора индукции вниянего магнитного поля и одновременном переключении электродов через каждые 5 мин-, Гомогенизация стекломассы также осуществляется при помоци электрс лагнитных полей в течение 1ч, Поочередное изменение направления вектора индукции внаанего магнитного поля и переключение электродов проводят через каждые 5 мин. Плотность тока на электродах. (0,03 А/см) и напряженность магнитного поля ( Гс) одинаковы как при осветлении, так и при гомогенизация стекломассал. Пример 4. Для варки оптического стекла состава, масс.% по синтезу: 41,30 44,OPbO; 14,20 0,50 As,0, используется шихта, содержащая следукяцие 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 варят по двум отличающимся ре)химам, По первому режиму варки засыпку шихты производят при температуре 1380°С (что соответствует вязкости стекломассы 35 П}, Время выдержки при температуре 138О®С составляет 3 ч. После провара стекломассу осветляют при температуре 1400с, соот ветствукнцей вязкости стекломассы окбло 25 П. Осветление проводят в те чение 1ч. Гомогенизадию стекломассы проводят при температуре 1280 С (вяз 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 осветляю при температуре (вязкость .25 П) в течение 1 ч при воздействии электрс 1агнитных полей путем пропускания через расплав электрического тока и наложения вниинего магнитного поля при поочередном изменении направления вектора индукции внешне- . го магнитного поля в трех перпендикулярных направлениях и одновременном переключении рабочих электродов о Направление вектора индукции внешнего магнитного поля меняют через каж- да1е 5 мин. Гомогенизацию стекломассы при .тем пературе (вязкость 110-120 П) проводят также под воздействием элек трс 1агнитных полей в течение 2 ч. На правление вектора индукции внешнего магнитного поля, как и при осветлении стекломассы, меняют через каж,цые 5 мин. Плотность тока на электродах при осветлении стекломассы имеет значение 0,01 А/мм, а напряженность магнитного поля 400 Гс Плотность тока на электродах при гомогенизации составляет 0,02 А/мм-, а напряженность магнитного поля 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 варят 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 осветляют при темпе™ ратуре ,, что соответствует вяз кости стекломассы П,в течение 1ч. Гомогенизацию стекломассы проводят при температуре 1200°С|, что соответствует вязкости стекломассы 490--500 Пг Продолхогтельность гомогенизации стекломассы составляет 3 ч, При осветлении и гомогенизации стекnoiviaccji не подвергается воздействию электромагнитным полем. По второму режиму шихту также засыпают при температуре 1250°С и выдергсквают 4 ч. После полного провара осветление стекломассы проводят при температуре 1280°С (вязкость 190-200 П) в течение 30 1лин Гомогенизацию стекломассы проводят при температуре 1200®С (вязкость 430-500 П) в течение 1 ч Плотность тока на электродах (как при- осветлении, так и при гомогенизации) составляет 0,02 А/мм, а напряженность магнитного поля 500 Гс Направление движения стекломассы при ее перемешивании меняется каждые 5 мин Основные параметры, характеризующие рехсимы осветления 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 прямого нагреваf в которых применяемые в настоящее время системы механического перемешивания усложняют процесс электроварки о Предлагаемый способ позволяет отказаться от систем механического перемеш1-2ванияс, При этом оказывается возможной герметизация зон гомогенизации и студки электрических стеклоBapeHHbiJt печей прямого нагрева, что уменьйгает летучесть расплава и позволяет повысить качество вырабатьшаемой стекломассы, Таким образом, решается одна из важнейших задач оптического стекловарения - получение стекла с минимальным содержанием пузьарей- и с высоким качеством по бессвильности в трех направлениях

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