Тигель для получения труб из кварцевых и высококремнеземистых стекол

 

ТИГЕЛЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТРУБ ИЗ КВАРЦЕВЫХ И ВЫСОКОКРЕМНЕЗЕМИСТЫХ -СТЕКОЛ, включающий корпус с трубчатым элементом и формующим пуансоном из графита, дюзу, калибр и съемный чехол, о т л и ч а ю щ и и 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 диаметра трубчатого элемента. D

СООЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(51) С 03 В 20 00 С 03 В5 08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И .ОТНРЫТИЙ (,:..., .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ; :.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3501916/29-33 (22) 25.10.82 (46) 15.01.84. Бюл. Ф 2 (72). H ° H. Максимов и Г.В. Тигонен (71) Государственный научно-исследовательский институт кварцевого стекла (.53) 666.1.031.5(088 ° 8 ) (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, калибр. и съемный чехол, о т л и ч а ю— шийся 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 диаметра трубчатого элемента.

1066943

Изобретение относится к промышленности строительных материалов в частности к технологии производств труб из кварцевых и высококремнеземистых стеклил.

Известен тигель для вытягивания труб из расплавов кварцевых стекол, содержащий корпус, формующий пуансон, калибр и съемный чехол f13 .

Недостаток тигля известной конструкции заключается в том, что при его Использовании для выработки труб из кварцевых стекол часто оказывается значительным процент брака иэделий по содержанию в них капилляров инородных примесей, по ребристости их 15 поверхности.

Наиболее близким к изобретеник" по технической сущности и достигаемому результату является тигель для получения труб из кварцевых и высоко-20 кремнеземистых стекол, включающий корпус с трубчатым элементом, дюзу, формующий пуансбн, калибр и съемный чехол f21.

Однако применение этого тигля 25 для изготовления труб из кварцевых и особенно высококремнеземистых стекол, содержащих окислы элементов переменной валентности, не обеспечивает достаточно высокого выхода годных труб из-эа интенсивного.химического взаимодействия вытягиваемо,го расплава с графитовымн Формующими элемента. Наиболее значительным оказывается ухудшение качества вытягиваемых труб при использовании графитированных материалов пониженного качества. !

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 иэ кварцевых и высококремнеземистых стекол, включающем корпус с трубчатым элементом и формующим пуансоном из графита,дюзу, калибр и съемный чехол 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, 55 диаметр каналов - 0,02-0,05 диаметра трубчатого элемента.

На чертеже схематически изображен уигель, разрез.

Тигель содержит корпус 1, дюзу 2, 60 формующий пуансон 3, трубчатйй эле- мент 4 со ступеньками 5 и каналами калибр 7 и съемный чехол 8.

По окончании процесса расплавления пока кварцевого стекла, находящего- 65 ся в тигле, стекломасса вытекает через з аэ ор в 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 зеленоватожелтого 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 графитрасплав при вытягивании труб. При этом образование элементарного жидкого кремния имеет место в наиболее глухих участках поверхности формующих 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 кремния.

Торможение 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, стекломасса 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 также

1066943 через кольцевую щель между формующим пуансоном и движущимся расплавом стекла,и, с другой стороны, вследствие удаления из зоны реакции через указанные каналы газообразных продуктов окисления графита кислородом и расплавом стекла. Подобная циркуляция газов на границе раздела трубчатого. элемента и формующего пуансона со стекломассой препятствует их непосредственному 10 соприкосновению и образованию карбида кремния и элементарного кремния.

Видимым признаком существования указанной газовой прослойки во вре- 5 мя процесса -вытягивания труб служит, с одной стороны, отсутствие заметных следов локальной коррозии трубчатого элемента и формующего пуансона, и, с другой стороны, на- 20 личие на их поверхности после плав. ки налета элементарного углерода> который может возникать, например, по реакции окисления кислородом частичек карбида кремния, образующихся в сравнительно небольшом количестве в хоМе указанного искус-ственно тормозящегосж взаимодейст- . вия.

Приведенное соотношение диаметров соседних ступенек в пределах

О,:7-0,9 надежно обеспечивает, с одной стороны, при величине этого . отношения, меньшей 0,9, отделение стекающей с вышерасположенной ступеньки стекломассы от поверхности графитового трубчатого элемента и, c,äðóãîé стороны, при величине отно щения, большей 0,7, существенно не . г изменяет направления движения расплава к выработочному отверстию. 40

Выбор высоты ступенек вдоль образующей трубчатого .элемента в ре1 делах 0,4-0,8 диаметра последнего обусловлен необходимостью создания благоприятных условий для распрост- 45 ранения и сохранения газовой прослойки между графитом и стекломассой после.стекания ее с выступа ступеньки. При величине этого отношения меньше 0,4 направление .движения 5р расплава стекла к выработочному от-. верстию изменяется слишком резко, что увеличивает сопротивление это му движению, При большой 0„8 величине этого -отношения существенно затрудняется распространение и сохранение указанной газовой прослойки во 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 непрерывную циркуляцию газов на границе раздела его со стекломассой. При диаметре каналов, меньшем чем 0,02 диаметра трубчатого элемента существенно затрудняется равномерный подсос воздуха. к рабочей поверхности последнего и отвод газообразных продуктов в жаровое пространство печи. При диаметре каналов большем, чем 0,05 диаметра трубчатого элемента, подсос воздуха к рабочей поверхности трубчатого элемента и отвод иэ зоны реакции продуктов взаимодействия становятся более интенсивными, чем это необходимо для поддержания устойчивости газовой прослойки.

Применение предлагаемого тигля для вытягивания труб из расплавов кварцевых и высококремневемистых стекол, как показали .результаты серии опытных плавок, позволяет в 2-4 раза снизить в стеклоизделиях количество капилляров, преиму-. щественно капилляров длиной менее

20 мм, возникающих за счет взаимодействия расплава с графитовым формирующими элементами и существенно снизить ребристость поверхности этих стеклоизделий, а для некоторых стекол, содержащих несколько процентов, окислов титана или железа, вообще сделать возможным использование графита.

В настоящее время специалистами в различных областях науки и техники, использующими кварцевое стекло, 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-560-77.

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 диаметром до 0,1 мм и длиной не более

1-1,5 мм предназначенных для проведения экспериментов по выращиванию кристаллов.

Результаты испытаний данного тигля показали, что его использование для вытягивания труб диаметром 5300 мм позволяет повысить выход годных труб, соответствующих требованиям ТУ 21-РСФСР-560-77 по содержанию капилляров длиной до 20 мм .и более 20 мм, а также по ребристости

1066943

ВНИИПИ Заказ 11140j24 Тираж 473 Подписно1

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 поверхности не менее, чем на 20%.

Стоимость 1 кг таких труб составляет

230 руб. Стоимость труб,соответст:вующих низшей категории укаэанных технических условий, составляет

180 руб. за 1 кг.

Допустим, беэ использования указанного тигля изготовлено 500 кг труб, соответствующих требованиям

ТУ 21-РСФСР-560-.77. С испольэо- 10 ванием данного тигля из того же количества исходных блоков стекла с учетом соответствующего увеличения выхода годных труб на 20% будет полученЬ 500+20/100 500ф600 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 79 тигля позволяет повысить не менее чем на 30% выход труб, отвечающих высшей категории качества стекла по

ТУ 21-РСФСР-560-77. 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-560-77 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.