Тигель для получения труб из кварцевых и высококремнеземистых стекол

СООЭ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 119) (11) 31511 С 03 В 20 00 С 03 В 5 08 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ :.ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И .ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(72). Н.Н. Максимов и Г.В. Тигонен (71) Государственный научно-исследовательский институт кварцевого стекла(56) 1. Авторское .свидетельство СССР 9360322 кл, С 03 В 5/08, 1973,2, Авторское свидетельство СССР 9374234 кл. С 03 В 5/08, 1973. (54)(57) ТИГЕЛЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТРУБ ИЗ КВАРЦЕВЫХ И ВЫСОКОКРЕМНЕЗЕМИСТЫХ СТЕКОЛ, включающий корпус с трубчатым элементом и формующим пуансоном из графита, дюзу, калибри съемный чехол, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью улучшения качества труб за счет снижения интенсивности взаимодействия .стекломассы с графитовыми формующими элементами, нижняя часть трубчатого элемента выполнена ступенчатой и с каналами под каждым выступом, причем высота ступенек .составляет 0,4-0,8 диаметра трубчатого:элемента, диаметр каждой нижерасположенной ступеньки - 0,7-0,9 диаметра вышерасположенной ступеньки, диаметр каналов - 0,02-0,05 диаметратрубчатого элемента.Изобретение относится к промышленности строительных материаловв частности к технологии производствтруб из кварцевых и высококремнеземистых стекол.Известен тигель для вытягиваниятруб из расплавов кварцевых стекол,содержащий корпус, Формующий пуансон,калибр и съемный чехол 113 .Недостаток тигля известной конструкции заключается в том, что приего Использовании для выработки трубиз кварцевых стекол часто оказывается значительным процент брака иэделийпо содержанию в них капилляров инородных примесей, по ребристости их 15поверхности,Наиболее близким кизобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является тигель дляполучения труб из кварцевых и высоко кремнеземистых стекол, включающий корпус с трубчатым элементом,дюзу, Формующий пуансбн, калибри съемный чехол 21.Однако применение этого тигля 25для изготовления труб из кварцевыхи особенно высококремнеземистыхстекол, сбдержаших окислы элементовпеременной валентности, не обеспечивает достаточно высокого выхода годных труб из-эа интенсивного.химического взаимодействия вытягиваемо,го расплава с графитовымн Формующими элемента, Наиболее значительнымоказывается ухудшение качества вытягиваемых труб при использовании графитированных материалов пониженногокачества.Целью изобретения является упучше-йие качества труб за счет снижения интенсивности взаимодействия стек;.ломассы с графитовыми Формующими элементами.Поставленная цель достигается тем,что в тигле для получения труб иэкварцевых и высококремнеземистых стекол, включающем корпус с трубчатымэлементом и Формующим пуансоном изграфита,дюзу, калибр и съемный чехолнижняя часть трубчатого элемента выполнена ступенчатой и с каналами подкаждым выступом, причем высота ступенек составляет 0,4-0,8 диаметра трубчатого элемента, диаметр каждой нижерасположенной ступеньки - 0,7-0,9диаметра вышерасположенной ступеньки, 55диаметр каналов - 0,02-0,05 диаметратрубчатого элемента,На чертеже схематически изображенуигель, разрез.Тигель содержит корпус 1, дюзу 2, 60формующий пуансон 3, трубчатйй эле-мент 4 со ступеньками 5 и каналамикалибр 7 и съемный чехол 8,По окончании процесса расплавленияпока кварцевого стекла, находящегося в тигле, стекломасса вытекает . через зазорв дне тигля между дюзоК 2 и пуансоном 3.Взаимодействие расплавов кварцевых или высококремнеэемистых стекол с графитовыми формующими элементами может протекать в зависимости от условий проведения процесса вытягивания труб по целому ряду реакций, При этом на поверхности формующих элементов после плавки могут быть обнаружены карбиД кремния в виде равномерной по толщине корки зеленовато- желтого цвета, элементарный кремний в виде застывших капель диаметром до 3 мм, порошкообраэный кремнезем в виде белого налета, свободный углерод в виде черного, легко удаляющегося налета. Образование карбида кремния и элементарного кремния характерно для случая замкнутой атмосферы на границе раздела графит- расплав при вытягивании труб. При этом образование элементарного жидкого кремния имеет место в наиболее глухих участках поверхности Формуюших элементов, обычно на некотором удалении от выработочного отверстия, и сопровождается дальнейшей интенсиФикацией процесса взаимодействия графита с расплавом кремнезема, вследствие практически .полного смачивания граФита жидким элементарным кремнием. Наиболее неблагоприятным исходом оказывается, таким образом, образование элементарного кремнияТорможение реакций, идущих с образованием последнего, как и карбида кремния, способствовало бы насыщению зоны реакции окислами углерода, что возможно, пока процесс взаимодействия протекает в газовой Фазе,Известные конструкции тиглей не обеспечивают возможности поддержас ния в течение процесса вытягивания труб, газовой прослойки между расплавом стекла и рабочей поверхностью формующего элемента Наиболее трудной задачей является органиэация газовой прослойки продуктов взаимодействия графита с расплавом стекла на границе раздела последнего с .Формующим пуансоном и трубчатым элементом корпуса. Стекая со ступеньки на трубчатом элементе указанного тигля, стекло- масса выходит иэ непосредственного контакта с его поверхностью и отделяется от нее после этого газовой прослойкой, которая сохраняется и на всем дальнейшем пути течения стекломассы и выработочному отверстию, благодаря, с одной стороны, некоторому подсосу в эту прослойку воздуха снизу через внутреннюю полость трубчатого элемента и какалы, имеющиеся в нем, а такжечерез кольцевую щель между формующим пуансоном и движущимся расплавом стекла,и, с другой стороны,вследствие удаления из зоны реакциичерез указанные каналы газообразных продуктов окисления графитакислородом и расплавом стекла. Подобная циркуляция газов на границераздела трубчатого. элемента и формующего пуансона со стекломассойпрепятствует их непосредственному 10соприкосновению и образованию карбида кремния и элементарного кремния.Видимым признаком существованияуказанной газовой прослойки во время процесса -вытягивания труб служит, с одной стороны, отсутствиезаметных следов локальной коррозиитрубчатого элемента и формующегопуансона, и, с другой стороны, наличие на их поверхности после плавки налета элементарного углеродакоторый может возникать, например,по реакции окисления кислородомчастичек карбида кремния, образующихся в сравнительно небольшом количестве в хоМе указанного искус ственно тормозящегосж взаимодейст- .вия.Приведенное соотношение диаметров соседних ступенек в пределахО,:7-0,9 надежно обеспечивает, с одной стороны, при величине этого .отношения, меньшей 0,9, отделениестекающей с вышерасположенной ступеньки стекломассы от поверхностиграфитового трубчатого элемента и,с,другой стороны, при величине отнощения, большей 0,7, существенно не .Гизменяет направления движения расплава к выработочному отверстию. 40Выбор высоты ступенек вдоль образующей трубчатого элемента в пре 1делах 0,4-0,8 диаметра последнегообусловлен необходимостью созданияблагоприятных условий для распространения и сохранения газовой прослойки между графитом и стекломассойпосле,стекания ее с выступа ступеньки, При величине этого отношенияменьше 0,4 направление .движения 50расплава стекла к выработочному от-.верстию изменяется слишком резко,что увеличивает сопротивление этому движению, При большой 0,8 величине этого отношения существеннозатрудняется распространение и сохранение указанной газовой прослойкиво время процесса вытягивания трубы,Увеличение скорости вытягивания трубы облегчает задачу образования 60 и сохранения этой газовой прослой:ки.Диаметр каналов в трубчатом эле- менте под выступом ступеньки в пре-, делах 0,02-0,05 диаметра трубчатого 5 элемента обеспечивает непрерывнуюциркуляцию газов на границе разделаего со стекломассой. При диаметреканалов, меньшем чем 0,02 диаметра трубчатого элемента существеннозатрудняется равномерный подсос воздуха. к рабочей поверхности последнего и отвод газообразных продуктовв жаровое пространство печи. Придиаметре каналов большем, чем 0,05диаметра трубчатого элемента,подсос воздуха к рабочей поверхноститрубчатого элемента и отвод иэ зоныреакции продуктов взаимодействиястановятся более интенсивными,чем это необходимо для поддержанияустойчивости газовой прослойки.Применение предлагаемого тиглядля вытягивания труб из расплавовкварцевых и высококремнеаемистыхстекол, как показали .результатысерии опытных плавок, позволяетв 2-4 раза снизить в стеклоизделиях количество капилляров, преиму-.щественно капилляров длиной менее20 мм, возникающих за счет взаимодействия расплава с графитовымформирующими элементами и существенно снизить ребристость поверхности этих стеклоизделий, а длянекоторых стекол, содержащихнесколько процентов, окислов титанаили железа, вообще сделать возможнымиспользование графита.В настоящее время специалистами в различных областях науки и техники, использующими кварцевоестекло, предъявляются весьма высокие требования к качеству изделий из него, значительно превышающие требования, соответствующие техническим условиям, принятым в отрасли производств кварцевого стекла, например ТУ 21-РСФСР-77.Последние не нормируют содержание в трубах капилляров длиной до 20 мм и допускают их в количестве не. большем, чем в утвержденных изготовителем и заказчиком контрольных образцах, В укаэанной серии опытных плавок отработан процесс получения из блоков стекла, наплавленных электротермическим способом, тРуб диаметром 10-20 мм, .содержащих лишь небольшое количество капилляров диа. метром до 0,1 мм и длиной не более 1-1,5 мм предназначенных дляпроведения экспериментов по выращиванию кристаллов.Результаты испытаний данного тигля показали, что его использование для вытягивания труб диаметром 5- 300 мм позволяетповысить выход годных труб, соответствующих требованиям ТУ 21-РСФСР-77 по содержанию капилляров длиной до 20 мм .и более 20 мм, а также по ребристости1066943 э 11140/24 Тираж 473 Подписно 1 атент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 НИИПИ Зака лиал П поверхности не менее, чем на 20.Стоимость 1 кг таких труб составляет 230 руб. Стоимость труб,соответствующих низшей категории укаэанных технических условий, составляет 180 руб. за 1 кг.5 Допустим, беэ использования указанного тигля изготовлено 500 кг труб, соответствующих требованиям ТУ 21-РСФСР-.77. С испольэо ванием данного тигля из того же количества исходных блоков стекла с учетом соответствующего увеличения выхода годных труб на 20 будет полу. ченЬ 500+20/100 500600 кг труб.Следовательно, изготовитель сможет продать заказчику дополнительно 100 кг труб по цене минимум 180 руб ,эа 1 кг, всего на сумму. 100 180=18000 руб. Использование данного 20 тигля позволяет повысить не менее чем на 30 выход труб, отвечающих высшей категории качества стекла по ТУ 21-РСФСР-77. Так, из тех же 600 кг труб, изготовленных беэ применения указанного тигля, 250 кг труб соответствует высшей категории по этим техническим условиям, а 350 кг - низшей. Увеличение на 30 труб,- соответствующих высшей катего рии, увеличивает их количество на 250 30/100=75 кг Так как разница в цене труб по высшей и низшей категориям качества стекла по ТУ , 21-РСФСР-77 составляет 230-180= =50 кг, то изготовитель получит от продажи труб дополнительно 50 75= =3750 руб.Повышение качества труб позволяет и потребителям существенно повысить надежность и долговечность установок, и приборов, в которых эти трубы используются.