Способ варки стекла

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ае 0)з 1 С 03 В 5/16; С С 03 В 5/225 Г/18,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ(56) 1. Патент ВеликобританииУ 1289317, кл. С 1 М, 1972,2, Патент ФРГ Нф 1471907,кл. 32 а 5/22, 1976.3. Авторское свидетельство СССРП 811901, кл. С 03 В 5/01, 1979.стекломассы путем пропускания переменного электрического тока плотно" стью 0,01-0,05 А/ммф и частотой 50- 2000 Гц через расплав с вязкостью 10-500 П и наложения на него внешнего переменного магнитного поля напря- женностью 0,05-1,00 Т, силовые линии которого ориентированы ортогонально . линиям электрического поля, о т г. ич а ю щ и й с я тем, что, с целвю повышения производительности и качества стекломассы, в стекломассу для пропускания переменного электрического тока дополнительно вводят по меньшей мере одну пару электродов, каж" дый из которых покрывают электрической изоляцией, не доходящей до его 1 конца, и перемещают со скоростью 0,1-30 см/с возвратно-поступательно 8 во взаимно противоположных направлениях в паре.Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству стекла, и касается технологии производства высокооднородного оптического стекла.Известен способ сварки стекла, заключающийся в том, что стекломассу нагревают путем пропускания электрического тока и в течение некоторого времени подвергают воздействию маг" 1 О нитного поля.Величина и ориентация магнитного потока по отношению к величине и ориентации тока нагрева таковы,. что силы, создаваемые взаимодействием 15 упомянутого тока и магнитного поля, направлены так, цто изменяют поток движения стекломассы11Недостатком известного способа варки стекла является то, что враще ние расплавленной стекломассы происходит в одной плоскости, вследствие чего степень однородности стекломассы не приемлема для оптических и дру" гих высококачественных стекол, кроме 25 того, процессы осветления интенсифицируются незначительно. 50 Известен способ варки стекла,когда варку стекла осуществляют в30шахтных или горшковых печах, оснащенных одним или несколькими индукторами, используемых для высококачественного индукционного нагрева расплава стекломассы, В дискообраэной узкой зоне печи создают переменное магнитное поле. По высотепечи создаютдискообразную узкую зону магнитногополяпутем перемещения одной или нескольких катушек по высоте печи со скоростью от 2 до 5 мм в секунду. В дис 40кообраэной зоне, которая по высотедостигает нескольких сантиметров,создают. более высокую температуру,по сравнению с температурой в верх 45ней и прилегающей к дну зонах печи,эта зона с более высокой температурой затем перемещается по высотепечи и, таким образом, при передвижении зоны с более высокой температурой пузыри соединяются, увеличиваются по размеру, а затем быстроподнимаются к поверхности расплавастекломассы 2,В качестве варианта предложенотакже создавать магнитное поле, проходящее через расплав стекломассытаким образом, что одну или несколькокатушек устанавливают неподвижно, а печь с. расплавом стекломассы перемещают по направлению к верхней зоне печи 3 .Известный способ имеет следующие недостатки. В шахтной или горшковой печах отдельные. стадии стекловарения, силикато- и стеклообразование, осеет- ление и гомогенизация расплава стекломассы, как и последующее ее охлажде ние,до температуры выработки, в основ ном осуществляется по времени последовательно, Пространственно эти фазы в шахтной и горшковой печах протекают в одном и том же месте.Устранение из расплава стекломассы газов, образовавшихся в виде пузырей в результате физико-химических процессов и гомогенизации расплава, осуществляется путем наложения переменного горизонтального магнитного поля. Путем перемещения одной или нескольких катушек вверх и вниз по; высоте создают дискообразную низкую зону с повышенной температурой, которая по высоте не превышает нескольких сантиметров, В этой зоне стекломасса нагревается на 50-100 С выше той температуры, какой обладает стекло- масса в других зонах печи.Стекломасса из областей, обладающих более высокой температурой, пере. мешается в области, обладающие более низкой температурой. Не учитывается при этом, что в расплаве стекломассы имеют место обратные тецения стекломассы, т.е, течения из зон, обладающих меньшей температурой, в области, обладающие более высокими температурами. Усиление естественной конвекции в областях стекломассы, прилегающих к дискообразной зоне с повышенной температурой, высота которой - несколько сантиметров, мало эффективно. Время, затрачиваемое на перемещение одной или нескольких катушек вниз или вверх относительно печи, высота которой, например 50 см, а диаметр 20 см, со скоростью от 2 до 5 мм/с равно, как и перемещение печи со стекломассой по отношению высоты катушек и время, затрачиваемое на создание температурного градиента в дискообразной зоне, лишь немногим меньше времени, которое необходимо для того,.чтобы между силами, вызываемыми градиентом температуры и выравнивающими силами (перемещение5 1 О 5 20 25 30 35действием тепловой конвекции, на 40 45 50 3 1006 стекломассы), установилось равновесие. Другими словами, в то время, как дополнительный нагрев в диско- образной зоне печи приводит к образованию температурного градиента, перемещение стекломассы успевает выровнять этот градиент. В результате образуется типичное естественное конвективное течение.Если в дискообразной зоне с повышением температуры на 50-100 С уменьшается вязкость иповерхностное натяжение, то в то же время значения этих параметров стекломассы в других зонах печи остаются постоянными.Следовательно, некоторое повышение подъемной .силы пузырьков в стекломассе далеко недостаточно, цтобы обеспечить осветление стекломассы, предназначенной для оптических и специальных стекол, для которых в отношении осветления предъявляют особенно жесткие требования.Непрерывное перемещение одной или нескольких катушек по высоте печи .или непрерывное перемещение печи с расплавом стекломассы относительно высоты катушек существенно осложняет и удорожает изготовление устройств, предназначенных для варки стекла.Целью изобретения является повышение производительности и качества стекломассы.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу варки стекла, включающему осветление и гомогенизацию стекломассы путем пропускания переменного электрического тока плотностью 0,01-0,05 А/мм и частотой50-2000 Гц через расплав с вязкостью , 10-500 И и наложения на него внешнего переменного магнитного поля напряженностью 0,05-1,00 Т, силовые линии которого ориентированы ортогонально,линиям электрического . поля, в стекломассу для пропускания переменного электрического тока дополнительно вводят, по меньшей мере, одну пару электродов, каждый из которых покрывают электрической изоляцией, не доходящей до его конца, и перемещают со скоростью 0,1-30 см/с возвратно-поступательно во взаимно противоположных направлениях в паре. вращения стекломассы относительно горизонтальной плоскости, При этом наклон плоскости вращения стекломассы относительно горизонтальной плоскости достигается 170 . В результате образуется суперпозиция вращательных движений расплава стекломассы, т.е. вращение в вертикальной плоскости, обусловленное взаимодействием горизонтальной составляющей.электрического тока и магнитного поля, и вращение в горизонтальной плоскости, обусловленное воздействием вертикальной составляющей электрического тока и магнитного поля.На фиг, 1 представлены схематически силовые линии электрического поля и направление электромагнитных сил при таком положении подвижных электродов, когда один электрод (слева) погружен в стекломассу на глубину 2- 3 см, а второй (справа) - на всю глубину емкости, не касаясь дна; на фиг, 2 - то же, один электрод (слева) погружен в стекломассу на всю глубину емкости, но не прикасается ко дну, а второй (справа) на глубину 2-3 см погружен в стекломассу, на фиг. 3 - то же,при таком положении подвижных электродов, когда электрически изолированные концы электродов находятся в стеыломассе на одном уровне, на фиг. 1 - вид А на фиг. 3, полосы магнита расположены таким образом, что потоки стекломассы, обусловленные действием объемных электромагнитных сил, усиливают потоки, наличие которых обусловлено фиг, 5 - вид Б на фиг. 3,полосы магнита расположены таким образом, чтопотоки расплава стекломассы, обусловленные действием объемных электромагнитных сил, направлены навстречупотокам, образовавшимся под действиемтепловой конвекции, на фиг. 6 - устройство, вид спереди, на фиг, 7 разрез В-В на фиг. 6; на фиг; 8 устройство, содержащее четыре подвижных и два неподвижных электрода,вид сверху; на фиг. 9 - то же, содержащее два подвижных и четыре неподвижных электрода; на фиг, 1 О -то же, вид спереди.Путем перемещения подвижных электродов вертикально во взаимно противоположных направлениях достигают непрерывного перемещения плоскости Электропечь 1 выполнена с электромагнитом 2, неподвижными электродами 3 и подвижными электродами.1, поверхность которых электрически изопирова5 10063на, за исключением их нижних и верх-.них концов 5 и 6,Электромагнит (фиг. 7) содержиткатушки 7, Механизм перемещения подвижных электродов может быть выполнен 5в несколько возможных вариантов в зависимости от специфических условий(фиг. 8-10).Шихтная смесь 8 при помощи загрузчика 9 загружается в рабочую емкостьпечи и нагревается при помощи непод-,вижных электродов 3, питаемых от отдельного источника (не показано).При достижении температуры, соответ 15ствующей вязкости расйлава около500 П и меньше, в расплав стекломассы 10 погружают один подвижнойэлектрод до дна емкости печи, неприкасаясь к нему, а второй подвижный электрод погружают в стекломассутак, чтобы электрически неизолированный конец электрода находился в расплаве глубиной в несколько сантиметров. Через подвижные электроды пропускают электрический ток и накладывают магнитное поле. Подвижные электроды приводят в движение, например,при помощи механизма, содержащеговедущую шестерню 11 и две паразитныешестерни 12, которые совершают ре- Зоверсивное вращение от привода(непоказано). Вращение через паразитныешестерни 12 передается зубчатым рейкам 13, Зубчатые рейки, совершаявозвратно-поступательное движение, 35перемещают подвижные электроды, которые к рейкам закреплены неизолированными верхними .концами б.Путем перемещения подвижных электродов в противоположных направлениях 40плоскость вращения стекломассы непрерывно перемещается относительно ееповерхности. В результате образуетсясуперпозиция вращающихся движенийстекломассы: вращение стекломассы в вертикальной плоскости, вы-,зываемое взаимодействием горизонтальной составляющей электрического тока и магнитного поля ивращение в горизонтальной плоскости, 50обусловленное взаимодействием верти"кальной составляющей электрическоготока и магнитного поля. В результатетакого перемешивания расплав стекло-массы приобретает высокую степеньосветленности и однородности.,аОтбор стекломассы достигшей хорошего обеспузыривания (осветления) 95 6 и высокой степени однородности, осуществляют через отверстия 14, В,дне печи имеются также отверстия 15 для слива загрязненного стекла с частицами разъеденного огнеупора,На фиг. 8 приведена схема (вид сверху) устройства в качестве варианта синым .размещением электродов. В данном варианте подвижными являются электроды 1 б, 17 и 18, 19, Электроды 20 и 21(пунктирные линии на фиг. 8 являются неподвижными. В данном случае для подвижных 16, 17 и 18, 19 движение через кривошип и шатун передается кривошипу, вал которого неподвижно посажен на две звездочки. В качестве привода в дан-ном случае служит электродвигатель 22 и редуктор 23На фиг 9 и 10 приведена схема устройства с размещением электродов, . в которой одна пара электродов 24 и 25 является подвижной и две пары электродов 26, 27 и 28, 29 - неподвижной. Подвижные электроды перемещаются при помощи коленчатого вала 30 при этом шейка коленчатого вала введена в паз 31 штанг 32, которые ходят по направляющим 33Каждая штанга 32 с прикрепленным к ней электродом приводится в движение от своего кривошипа, Коленчатый вал 30 приводится в движение от привода, состоящего из электродвигателя 34 и редуктора 35. Подъем и опускание одного электрода в расплав стекло- массы производится при помощи одного оборота коленчатого вала.На фиг. 1 пунктирными линиями показаны силовые линии электрического поля, а сплошными линиями со стрел-. ками - направление действия электромагнитных сил при положении подвижных электродов, когда один электрод (слева) погружен в стекломассу на глубину в несколько сантиметров, а второй электрод (справа) погруженна всю глубину емкости, не касаясьдна емкости.На фиг. 2 изображены силовые линии электрического поля и направление действия электромагнитных сил при положении подвижных электродовпосле завершения цикла взаимного перемещения.На фиг. 3 показаны силовые линии электрического поля и направление действия электромагнитных сил в промежуточном положении при взаимном,ТаблицаПример Количество пузырей диаметром 0,03 мм и выше,Режим варки Свильность1"Ч ее классам В До 10 До 100Свили не обнаружены 4 4 П р и м. е р 2. Дляварки стекласостава, мас,Ж: 42,80 БО,45,0 РЪО,10,40. КО, 1 50 Иа О, 0 30 А 10 ис"пользовалась шихта, содержащая следующие химически чистые материалы, г:428,0 Бз.О,ф 09 р 6 Рьз 04 э 74,2 Гь(О),51 52 кто, 117,4 к. со, 25, иа сОи 3,0 АБОЗ.Ф 7 1006395 8перемещении подвижных электродов по рода погружался в стекломассу на глувертикали, т.епри положении, когда бину 2-3 см. Через электроды пропускаэлектрически неизолированные концы ;ли ток плотностью 0,05 Р(мм с часто 3.обоих электродов в стекломассе на" той 2000 Гц. Одновременно накладывалиходятся на одном уровне.,Обозначенияпеременное магнитное поле ортогональ-. на фиг, 3 те .же, цто и на фиг. 1-2, но электрическому току напряженностьюПри помощи объемных электромаг,5 Т. В процессе осветления электронитных сил, таким образом, создается ды перемещали со скоростью 10,0 см(свозможность усиливать потоки, создава- вертикально во взаимно противополож-емые действием тепловой конвекции 10 ных направлениях. При достижении(фиг. 4) и наоборот. Гсли полюса маг- предельных положений электроды перенитов расположить так, так это пока- мещали в обратном направлении до исзано на фиг, 5, то под действием ходного положения, .после чего циклобъемных магнитных сил образуются возвратно-поступательных движенийпотоки, направленные навстречу пото- м электродов повторяли Процесс осветкам, обусловленным тепловой конвекци- ленив длился 0,5 ч.ей. На Фиг. 4-5 потоки стекломассы,создаваемые, электромагнитными силами, Гомогенизация расплава стеклопоказаны сплошными линиями со стрел- массы осуществлялась при 1280 С, цто20 соответствовало вязкости стекломасП Р и м е Р 1. ДлЯ ваРки состава, .сы 110-120 П, Гомогенизация расплавамас фмас,3. 41,3 ЖО , 44,0 РЬО, 14,2 стекломассы проводилась также в элект"К О, 0,5 АБ О использовалась шихта, ромагнитном поле. При гомогенизации.содержащая следующие химически. чйс расплава стекломассы электроды пореметые материалы, г: 413,6 БЮ , 409;62 ъ щали со скоростью 0,5 см(с такимРЬО 4 594 РЬ(БО) , 146,7 КСО ,же образом, как и при осветлении.90,2 КМО и 5,0 АБ 20, Плотность электрического тока наЗасыпку шихты производили при электродах составляла 0,05 Р(мм .с13800 С. Выдержка при этой температу-. частотой 1000 Гц. Одновременно накла:ре составляла 3 ч. Затем температура 36 дывали переменное магнитное поле оррасплава стекломассы поднималась тогонально электрическому току с нап"до 1400. С и в стекломассу погружались ряженностью 1 Т. Процесс гомогенноэлектроды. Электрически неизолирован- зации длился в течение 1,5 ч.ный конец одного электрода погружался Степень пузырности и безсвильносв. Расплав стекломассы.на глубину, , З,ти стекол на основе системы БО -составляющую 1-2 см от дна емкости, РЬО - К О в пересчете на .1 кг стеклаа неизолированный конец второго.элект. приведейа в табл. 1,Ж1006395 10 взаимно противоположных направлениях. Процесс осветления длился 5 мин. Т а б л и ц а 2 Пример Количество пузырей диаметром 0,03 мм и выше,соответствующего классам Режимваркистекла Свильность А Б В До 300 До 10 До 30 До 100 16 Свили не обнаружены Засыпка шихты проводиласть прй 1380 С и выдерживалась в течение 3 ч.З тем после провара температура расплавао стекломассы повышалась до 1130 С и в расплав стекломассы опускались электроды. Электрически неизолированный конец одного электрода погружали в расплав до дна емкости, но не соприкасаясь с ним, а неизолированный конец второго электрода погружали 1 в в стекломассу на глубину 1-2 см. Через электроды пропускали электрический ток плотностью 0,025 А/мм с2 частотой 1200 Гц. Одновременно накладывали переменное магнитное поле 1 ортогонально электрическому току напряженностью 0,3 Т. В процессе осветления электроды перемещали со скоростью 0,7 см/с вертикально во Способ для варки стекла позволит по меньшей мере в 2-3 раза ускорить процессы осветленияи гомогенизации стекломассы, к пузырности и гомогенности изделий из которой Гомогенизация расплава стекломассы осуществлялась при 1300 С. Через электроды пропускали электрический ток плотностью 0,015 А/мм с частотой 1200 Гц. Одновременно накладывали переменное магнитное поле ортогонально электрическому току напряженностью 0,6 Т, В процессе гомогенизации расплава стекломассы электроды перемещали со скоростью 0,1 см/с. Процесс гомогенизации длился 1 ч и 10 1 О мин.Степень пузырности и безсвильности стекол на основе системы ЯО - ГЬО - КО - Иа О в пересчете на 1 кг стекла приведена в табл, 2. предъявлют повышенные требования.Ориентировочно экономический эффект от использования изобретения составит около 22 тыс, руб/год.2038/3 писное ВНИИПИ ЗакТираж й 8 й 1006395 3 Филиалг. Уж 4 И атентл.Прое тная,4