Способ варки стекла

(51) М. Кл. С 03 В 5/04 Государственимй комитет СССР ио аслам изобретений и открытий(53) УДК 666,1,031,2(088 8) Дата опубликовании описании 210381(54) СПОСОБ ВАРКИ СТЕКЛ могенизациизлектричес л Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к технологии варки стекла, и может быть использовано для получениявысокооднородного оптического стекла.Известен способ гомогеннзации стекла, заключающийся в том, что перемешивание стекломассы осуществляют электромагнитным полем повышенной частоты(порядка 100-1000 Гц) ЩНедостатком способа является необходимость специальных высокочастотныхпреобразователей для питания установок, создающих электромагнитное поле,и недостаточно эффективное перемешивание вследствие малости объемныхэлектромагнитных сил.Известен способ го сгекомассы с применением кихполей 21,20Однако при этом наблюдается созда"ние в стекломассе объемных магнитныхсил, вызывающик ее перемешивание сдостаточной интенсивностью во всемобъеме стекломассы,Известен способ, когда гомогениз цию стекломассы осуществляют с поощью электрических и магнитных поей, которые вызывают объемные элек тромагнитные силы, приводящие к перемешиванию стекломассы Г 31.Однако при таком способе Осуществления процесса гомогенизации при наложении внешних электромагнитных полей движение стекломассы обеспечивается лишь в одной плоскости. Таким образом, полученный вид потоков не приводит к достаточной степени гомогенизации стекломассы.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ варки стекла, заключающийся в том, что атекломассу нагревают путем пропускания электрического тока и в течение некоторого времени подвергают воздействию магнитного поля. магнитное поде 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, создаваемяе взаимодействием упомянутого тока и магнитного поля, достаточно велики и направлены так что изменяют поток жидкого стекла 41.Недостатком этого способа варкистекла является то, что структура ламинарных потоков, создаваемых в процессе варки стекла, представляет собой вращение расплавленной стекломассы в одной плоскости, что не может.привести кхорошему йеремешиваниюстекломассы.Цель изобретения - повышение йроизводительности и качества стекла.Поставленная цель достигается тем,что через стекломассу в процесс варки стекла на стадиях осветления и гомогенизации пропускают переменныйэлектрический ток и накладь 1 вают переменное магнитное поле в области пропускания переменного электрическоготока таким образом, что силовые линиимагнитного поля ориентированы ортогонально линиям электрического поля,. при.этом при осветлении стекломассы пропускают электрический ток и одновремен- Яно накладывают магнитное поле при температуре, соответствующей вязкости 1200 П, продолжительностью 15-60 мнн,а процесс гомогенизации ведут при температуре, соответствующей вязкости50-500 П в течение времени 30-180 мин,причем направление вектора индукциивнешнего магнитного поля изменяют вдвух взаимно перпендикулярных направлениях, а направление тока поочередноизменяют в трех взаимно перпендикулярных направлениях и таким образом осуществляют вращение стекломассы поочередно в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.Переменное магнитное поле одногоиз двух взаимно перпендикулярных направлений можно включать одновременно с электрическим током одного изтрех взаимно перпендикулярных направлений, которое перпендикулярно направлению магнитного поля, а переменное магнитное поле второго направлениявключать по очереди с током двух других направлений, перпендикулярныхэтому направлению магнитного поля, азатем этот цикл повторять через 25 мин.При переключении направления вектора индукции внешнего магнитного поля одновременно переключают токоподводящие электроды и таким образомменяют месторасположение зон максимальной плотности объемных электромагнитных сил и направление вектораплотности электромагнитных сил,Для осуществления способа варкистекла для осветления и гомогенизации стекломассы можно приспособитьбольшинство известных типов стекловаренных печей. Такая воэможностьобусловлена тем, что процесс гомоге- Щнизации и осветвления осуществимв любой емкости, содержащей расплав,,путем создания специальной структурыламинарных потоков. Создание такойструктуры потоков обеспечивается по-, у очередным вращением стекломассы в трех взаимно ортогональных плоскостях. В результате такого воздействия на стекломассу получаем переплетение траекторий движения элементов объема стекломассы, что в своюочередь ведет к выравнивают и равномерному распределению имеющихся инградиантов. Наблюдается интенсиФикация химичес,ких реакций. Стекломасса наряду с высокой гомогенностью имеет практически полное осветление, т.е. практически не содержит пузырьков и мошки.П р и м е р 1. Для варки оптического стекла состава, масс,Ъ по синтезу: 31,04 510, 65,57 РЬО;2,.64 Ма 0; 0,50 АьОО и 0,25 БЬО 3 используют шихту, содержащую следующие химически чистые материалы,. г: 310,40 5ОЪ, 614 34 РЬЯНО81" 17 РЬ(ИОЗ 45,14 Иа С 03, 5100 Аь 03 н 250 ЬЬО.Стекло варят по двум режимам,По первому режиму варка стекла осуществляется обычным способом,. т.е, без применения электромагнитных полей в процессах его осветления и гомогеннэации, Засыпку шихты производят при температуре 1350 С и выдероживают в течение 3 ч. После провара стекломассу осветляют при температуре 1380 С, что соответствует вязкосотн стекломассы 30 П. В течение 1 ч при осветлении и 3 ч при гомогенизации (при температуре 1240 СС, что соответствует вязкости стекломассы 50- 70 П) стекломассу перемешивают лопастной мешалкой. После снижения температуры .до температуры, соответствующей вязкости 500 П, стекломассу отливают в Формы, выполненные нз чугуна марки СЧк отжигают.По второму режиму варка стекла осу ществляется следующим образом.Засыпку шихты производят при температуре 1350 С 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, содержащую стекломассу, вводят 3 пары электродов для пропускания электрического тока через стекломассу и накладывают внешние магнитные поля, создаваемые электромагннтайи, расположенными с внешней стороны электропечи. Через, стекломассу с помощью электродов пропускают переменный электрический ток плотностью 0,05 А/мм и накладывают внешнее магнитное поле напряженностью Н=400 Ге, создаваемое электромагнитом,. В результате этого пОлучаем вращение стекломассы со скоростью 4" 5 см/с в горизонтальной плоскости в течение 5 мин.Затем с помощью 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 электродыи электромагнит, В результате получается движение стекломассы в вертикальной плоскости, перпендикулярнойдвум предыдущим плоскостям в течение5 мин. 16После снижения температуры до1240 ОС, соответствующей вязкости 5070 П, стекломассу при ее гомогенкзации подвергают воздействию электромагнитными полями продолжительностью1,5 ч таким же образом, что и нри ееосветлении, т.е. меняют характер движения стекломассы при ее перемешивании через каждые 5 мин,П р и м е р 2, Для варки оптического стекла состава, масс.Ъ по синтезу: 65, 15 5Од 12,11 В 20 , 3,19А 10, 1,56 ВаО, 1,20 СаО; 0,.50 И 90,6,10 КО 9,89 НаО и 0,30 АзОиспользу ется шихта, содержащая следующие химически чистые материалы, г:66150 5 01 215, О Н ВОВ, 3190 820 ,208 Вас 03, 2141 са 10 з, 1045 и 9 сО42,93 НИО," 60,15 К СО; 169,12Иа СО,. и 00 АьО.Стекла варят по двум режимам,По первому режиму варка проводится обычным способом, без примененияэлектромагнитных полей в процессахего осветления и гомогенизации. Засыпкушихтыпроизводят при температуре1380-1420 С и выдерживают при этойтемпературе в течение 3 ч. Вязкостьрасплава стекломассы в темпеоатурноминтервале от 1380-1420 С составляет110" 100 П. После провара стекломассуосветляют при температуре 1440-1460 С,4 Оочто соответствует вязкости 20-25 П.Продолжительность осветления стекламассы составляет 1 ч, Затем температуру .снижают до 1280-1260 С что соответствует вязкости 225-230 П, и выдерживают в течение 3,4 ч.По второму режиму засыпка шнхтыпроизводится при температуре 13801420 ОС и выдерживается при этой температуре в течение 3 ч. После провара стекломассу осветляют при температуре 1440-1460 С (вязкость 20-25 П)при помощи электромагнитных полей(плотность тока 0,02 А/мм , напряжен 2ность магнитного поля составляет350 Гс) в течение 15 мин при поочередном изменении направления вектораиндукции внешнего магнитного поля вдвух перпендикулярных направленияхи одновременном переключении электро"дов через каждые 2,5 мин. 6 ОГомогенизация стекломассы осуществляется при температуре 1280-1260 ф(вязкость 225-230 П) продолжительностью 1,5 ч при помощи электромагнитных полей. Плотность тока на электро- Я дах составляет до 0,03 А/ю, а напряженность магнитного поля - 450 Гс.Поочередное изменение направлениявектора индукции внешнего магнитногополя с одновременным переключениемэлектродов проводят через каждые5 мин.П р и м е р 3. Для варки оптического стекла состава, масс.Ъ по синтезу: 42,80 510, 45,00 РЬО; 10,40 КО;1750 Иа 20 Г Оезо А 5 хозриспользуетсяшихта, содержащая следукаие химичес-.кие чистые материалы, г: 428,00 50,409,56 РЬО, 74,20 РЬ(ИОз) , 51,52КИО, 117,37 К СО 3, 25,65 ИаСОз и3,00 Аь,20.Стекло варят по двум отличающимсярежимам,По первому режиму варку стекла проводят обычным способом, без применения электромагнитных полей. Засыпку шихты производят при температуре1380 С (вязкость 35 П). Расплав выдерживают 3 ч, После провара стекломассу осветляют при температуре 1450 С,очто соответствует вязкости расплава20 П, в течение 1 ч. Гомогенизациюстекломассы проводят при температуре 1280 С, что соответствует вязкости стекломассы 120 П,в течение 3 ч,Стекломасса при осветлении и при гомогенизации перемешивается лопастноймешалкой со скоростью 40 об/мин.По второму режиму засыпка шихтыпроводится при температуре 1380 С.Выдержка стекломассы при этой температуре составляет 3 ч,После провара стекломассы ее осветоление проводят при температуре 1450 С(вязкость 20 П) в течение 0,5 ч подвоздействием электромагнитных полейпри поочередном изменении направления вектора индукции внешнего магнитного поля и одновременном переключении электродов через каждые5 мин,Гомогенизация стекломассы такжеосуществляется при помощи электромагнитных полей в течение 1 ч, Поочередное изменение направления вектора индукции внешнего магнитного поля ипереключение электродов проводят через каждые 5 мин, Плотность тока наэлектродах.(0,03 А/см) и напряженность магнитного поля (Н=500 Гс) одинаковы как при осветлении, так и пригомогенизации стекломассы.П р и м е р 4. Для варки оптического стекла состава, масс.% по синтезу: 41,30 510, 44,0 РЬО1420 КъО0,50 Аь О, используется шихта, содержащая следующие чйстые материалы, г; 413,60 10, 409,56 Р 60,59,36 РЬ(ИО), 146,71 КСО, 90,16КИО и 5,00 Аз 0, Стекло варят подвум отличающимся режимам.Но первому режиму варки засыпкушихты производят при температуре1380 С (что соответствует вязкостистекломассы 35 П) Браи выдержки при температуре 1380 С. составляет Э ч,ПОсле прОв ар а стеклома. с у ос ветляют при температуре 1400 Ссоот ветствуюцей вязкости стекломассы около 25 П. Осветление проводят в течение 1 ч, Гомогенизацию стекломассы проводят при температуре 1280 С (вязкость стекломассы 110-120 П) в тече-. ние 3 ч. При осветлении и гомогенизацни стекломассу перемешивают лопаст 3 Ь нОЙ Мешалкой со скоростью 40 об/мин.ПО второму режиму шихту засыпаюттакже прй температуре 13800 С (выдерж" ка стекла 3 ч), Стекломассу осветляют при температуре 1400 С (вязкость 25 П) в течение 1 ч при воздей.,твин электромагнитных полей путем пропус-, кания через расплав электрического тока и наложения внешнего магнитного поля при поочередном изменении направления вектора индукции внешне го магнитного поля в трех перпендикулярных направлениях и одновременном переключении рабочих электродов. Направление вектора индукции внешнего магнитного поля меняют через каждые 5 мин.Гомогенизацню стекломассы при температуре 1280 С (вязкость 110-120 П) проводят также под воздействием электромагнитных полей в течение 2 ч, На- , правление вектора индукции внешнего магнитного поля, как и при осветлении стекломассы, меняют через каждые 5 мин.Плотность тока на электродах при осветлении стекломассы имеет значе= ние 0,01 А/ьщ, а напряженность магнитного поля 400 Гс. Плотность тока на электродах при гомогенкзации составляет 0,02 Ь/мм , а наряженность2магнитного поля 550 Гс. 4 т/П р и м е р 5, Стекло состава, масс: 70 О 10; 9 5 Са 0; 165 йа О и 4,0 т)0, варят из шихты, подготовленной йз химически чистых реагентов по двум различным режимам, 4 аПо первому режиму шихту засыпаютпри температуре 1250 С и выдерживаютОв течение 4,0 ч. После полного провара сТекломассу осветляют при температуре 1280 ОС, что соответствует вяз- .- кости стекломассы 190"200 П,в течение 1 ч. Гомогенизацию стекломассы проводят при температуре 12000 С, что соответствует вязкости стекломассы490-500 П, Продолжительность гомогенкзацки стекломассы составляет 3 ч.Прк сс.;=,етлении и гомогенизации стекломасса не подвергается воздействиюэ.ектромагнитньм полем,По второму режиму шихту также засыпают прк температуре 1250 С и вырерживают 4 ч, После полного провара осветление стекломассы проводятл и температуре 1280 С (вязкость190- 200 П) в течение 30 мин.Гомогенизацию стекломассы проводят при температуре 1200 фС (вязкость490-500 П) в течение 1 ч: Плотностьтока на электродах (как при осветленкк, так и при гомогенизации) состав,ляет 0,02 А/мм , а напряженность магнитного поля 500 Гс. Направлениедвижения стекломассы при ее перемешиваник меняется каждые 5 мин,Основные параметры, характеризуюшие режимы осветления и гомогенкзации оптических стекол, приведены втабл. 1 Результаты оценки пузырности согл-сно НО 2498 10,33 342) путем просмотра нумерованных образцовпроб блочного стекла объемом 200 см 3Й О" 10 2 см) на установке СНи,АЗЛК, а также результаты оценки бесснкльностк (согласно ОСТ 3-1200-72),приведены в табл. 2.Предлагаемый способ варки стекламожно использовать на большинствестекловаренных печей и, в первую очередь, на электрических печах прямого нагрева, в которых применяемыев настоящее время системы механического перемешивания усложняют процессэлектроварки.Предлагаемый способ позволяет отказаться от систем механического перемжювания. При этом оказываетсявозможной герметизация зон гомогени 3 ации и стуцки электрических стеклОваренных печей прямого нагрева, чтоуменьшает летучесть расплава и позволяет повысить качество вырабатываебмой стекломассы. Таким образом, решается одна из вакнейших задач оптического стекло- варения - получение стекла с минимальным содержанием пузырей и с высоким качеством по бессвильности в трех направлениях,1О 10ДЦ 344ЬДОосР1 1 1 1 1 1 1О О О Ю О О Ю Ю О О ОФ Ф ф 4 ф Ю ф ф ф ф О СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ (Ч СЧ с 4 с.1 тг 4 с-4 4 г 4 г 4 чг 4 1О О О О О О О О Э Ф Ю 3 Л Ф О О ф Ф уф Ю с 3 Ю Ф М СЧ г 1 г 4 ч"4 с 4 с 4с"4 с.4 1 1 О О О О О Ю О Л СЪ О г 4 с 4 О ьО М М М М ф сЧ тЧ с. е 4 СЧ. О О О О О О О О О О Л ф СЧ ф СЧ ф ф ф ф ССЪ М М ч 3 М С М М СфЪ М СЧ с 4 е 4 е 1 г 4 т 4 еЧ г 1 сЧ г 1 г 4 СЧ О с О Ю м Ю О СЧ 1 О ОЪ г 4 О СО СЧ т 4 Ю тй О Ю м 1 Ю ф СЧ О Л СЧ %-4 СЧ ОЪ814904 Таблица 2 Свнльность Режимываркистекол Пример е обвиле аруж Свилей не онаружено Наблюдаласьсвильность 36 нлей не обружено 3 Наблюдалиснитевидныесвили Свнлей не обнаружено 9 Наблюдалисьнитевидныесвили Свилей н наружено НаблюдалиснитевидныесвилиСвнлей ненаружено бпрам Ист принятые в 1, Авто Р 516650, рмации,при экспертительство ССС5/16, 1973.08149,очники инФ о внимание рское свнд кл. С 03 В 2. кл. 6 3,кл. Сатент США Р134, 1963 еговза-. Р 206736 Патент Франции 03 В 5/00, 197 Патент Великоб И, 1972. анни Р 12893 кла С ВНИИ аказ 94 Тираж 520 Подписн иал ППП "Патент",г,ужгород,ул.Проектная,4 Формула изобретения1. Способ варки стекла, включающий осветление и гомогенизацию стекломассы путем пропускания переменного электрического тока через рас плав и наложения на него внешнего переменного магнитного поля, причем силовые линии магнитного поля ориентируют ортогднально линиям электрического поля, о т л и ч а ю щ и й - с я тем что, с целью повышения производительности и качества стекла, пропускание электрического тока и нйажение магнитного поля при ос= ветлении осуществляют при температу; ре,соответствующей вязкости 1-200 Ппродолжительностью 15-60 мин, а при гомогенизации - при температуре, соутветствующей вязкости 50-500 П в течение 30-180 мин, причем направление вектора индукции внешн магнитного поля изменяют в двух имио перпендикулярных направлениях, а направление тока поочередно изменяют в трех взаимно перпендикулярных направлениях. б 2. Способ по и. 1, о т л и ч а - ю щ н й е я тем, что переменное маг нитное поле одного из двух взаимно перпендикулярных направлений включают одновременно с электрическим то ком одного из трех взаимно перпендикулярных направлений, перпендикулярным направлению магнитного поля, а переменное магнитное поле второго на правления включают по очереди с токами двух других направщзний, перпен дикулярных этому на влению магнити го поля с последующи повторением цикла через 2-5 мин.