Устройство непрерывного действия для получения изделий из кварцевого стекла (варианты)

 

Изобретение относится к устройствам для непрерывного формования трубок или стержней из кварцевого стекла вытягиванием с помощью вращающихся инструментов. Устройство включает в себя корпус, внутри которого размещены нагреватель и плавильный тигель, систему подачи кварцевой крупки в плавильный тигель. Загрузочная область тигля расположена вне зоны нагрева кварцевой крупки внутри охлаждаемого цилиндра, причем расстояние от нижней кромки загрузочной трубы системы подачи кварцевой крупки до нагревателя составляет 50 мм и более. Суммарный объем загруженной в плавильный тигель кварцевой крупки и расплавленной стекломассы поддерживают постоянным в каждый момент времени в течение всего процесса получения изделий из кварцевого стекла. Нижняя часть плавильного тигля, составляющая 40 - 65% общей длины тигля, имеет форму усеченного конуса, сужающегося по ходу движения стекломассы, причем минимальный диаметр конуса составляет 40 - 80% его максимального диаметра. Устройство снабжено, по меньшей мере, одним сменным экраном, установленным в выработочном канале коаксиально его оси с возможностью перемещения в вертикальном направлении для изменения температуры в соответствующей зоне выработочного канала. Плавильный тигель до подачи в него кварцевой крупки на 60 - 100% заполняют боем кварцевого стекла. В нижней части теплоизолированного корпуса на уровне основания тигля могут быть выполнены окна для эвакуации из жарового пространства печи паров кремнезема и защитного газа. Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, состоит в улучшении качества и расширении ассортимента изготавливаемых изделий, а также снижении их себестоимости за счет повышения процента выхода годных изделий и снижения расхода электроэнергии. 2 с. и 14 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам формования стекла, в частности к способам производства изделий из кварцевого стекла, а именно формованию трубок или стержней из кварцевого стекла вытягиванием с помощью вращающихся инструментов.

Известно устройство для получения изделий из кварцевого стекла, включающее в себя теплоизолированный корпус с верхней и нижней крышками, нагреватель и плавильный тигель с формующими элементами, расположенный внутри нагревателя. Тигель соединен с крышкой корпуса посредством гибкой мембраны и подвешен к весоизмерительному устройству. Устройство также включает в себя систему подачи кварцевой крупки в тигель, систему подачи защитного газа и вытяжную машину (см. авторское свидетельство SU 937356 А (Государственный научно-исследовательский институт кварцевого стекла), 15.10.83, С 03 В 20/00).

Описанное устройство не обеспечивает достаточно высокого качества изделий, не позволяет вырабатывать изделия в широком ассортименте за одну кампанию работы устройства, так как при необходимости получения изделий с жесткими геометрическими параметрами резко снижается процент выхода годных изделий. Устройство отличает также сложность управления процессом из-за несовпадения в каждый момент процесса веса вырабатываемого изделия и веса загружаемой кварцевой крупки, значительный расход электроэнергии, недостаточная продолжительность кампании.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения по совокупности существенных признаков (прототипом) является устройство для получения изделий из кварцевого стекла, раскрытое в заявке DE 3227786 А1 (Heraeus Quarzschmelze GmbH), 26.01.84, С 03 В 20/00, фиг. 2. Устройство включает в себя корпус, внутри которого размещены нагреватель и плавильный тигель, накопительный бункер, систему подачи кварцевой крупки в плавильный тигель, при этом загрузочная область тигля расположена вне зоны нагрева кварцевой крупки, а в корпусе выполнены каналы для подачи защитного газа и эвакуации из жарового пространства печи паров кремнезема.

Основными недостатками прототипа являются недостаточный процент выхода годных изделий при жестко заданных геометрических размерах изделия вследствие недостаточного качества проплава стекломассы, наличия значительного температурного градиента при переходе стекломассы из большего сечения в меньшее, а также недостаточный диапазон регулирования геометрических параметров вырабатываемых изделий и высокий расход электроэнергии.

Таким образом задача, на решение которой направлено заявленная группа изобретений, состоит в обеспечении качественного проплава стекломассы, выравнивании температурного градиента при переходе стекломассы из большего сечения в меньшее, расширении диапазона регулирования геометрических параметров вырабатываемых изделий. Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, состоит в улучшения качества и расширении ассортимента изготавливаемых изделий, а также снижении их себестоимости за счет повышения процента выхода годных изделий и снижения расхода электроэнергии.

Устройство для получения изделий из кварцевого стекла, обеспечивающее достижение указанного выше технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, может быть охарактеризовано следующей совокупностью признаков.

Устройство согласно первому варианту включает в себя корпус, внутри которого размещены нагреватель и плавильный тигель, систему подачи кварцевой крупки в плавильный тигель. Загрузочная область тигля расположена вне зоны нагрева кварцевой крупки. При этом согласно изобретению загрузочная область тигля расположена внутри охлаждаемого цилиндра, причем расстояние от нижней кромки загрузочной трубы системы подачи кварцевой крупки до нагревателя составляет 50 мм и более. Суммарный объем загруженной в плавильный тигель кварцевой крупки и расплавленной стекломассы поддерживают постоянным в каждый момент времени в течение всего процесса получения изделий из кварцевого стекла. Нижняя часть плавильного тигля, составляющая от 40 до 65% общей длины тигля, может имеет форму усеченного конуса, сужающегося по ходу движения стекломассы, причем минимальный диаметр конуса может составляет от 40 до 80% его максимального диаметра. Устройство снабжено, по меньшей мере, одним сменным экраном, установленным в выработочном канале коаксиально его оси с возможностью перемещения в вертикальном направлении для изменения температуры в соответствующей зоне выработочного канала. Плавильный тигель до подачи в него кварцевой крупки на 60 - 100% заполнен боем кварцевого стекла.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения корпус устройства может быть теплоизолирован и снабжен верхней и нижней крышками.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения охлаждаемый цилиндр может быть установлен на верхней крышке корпуса устройства, при этом верхняя часть плавильного тигля может быть прикреплена к крышке охлаждаемого цилиндра и отцентрирована с помощью, по меньшей мере, трех болтов, а основание плавильного тигля может быть установлено на опорное устройство с ограничителем для предотвращения смещения тигля в процессе плавки, при этом охлаждение упомянутого охлаждаемого цилиндра может осуществляться посредством рубашки водяного охлаждения.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения расходный бункер системы подачи кварцевой крупки через кронштейн может быть связан с весоизмерительным устройством.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения размер наружного и внутреннего диаметра каждого сменного экрана и их количество определяют требуемым характером распределения тепловых потоков в процессе работы устройства.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения устройство может быть снабжено кольцевой горелкой, установленной на выходе выработочного канала устройства.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения устройство может быть снабжено опорным узлом, смонтированным на кольце, которое крепится к основанию водоохлаждаемого теплоизолированного корпуса или его нижней крышке.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения нижняя крышка водоохлаждаемого теплоизолированного корпуса может быть выполнена за одно целое с ним.

Устройство согласно второму варианту включает в себя корпус, внутри которого размещены нагреватель и плавильный тигель, систему подачи кварцевой крупки в плавильный тигель. Загрузочная область тигля расположена вне зоны нагрева кварцевой крупки. При этом согласно изобретению загрузочная область тигля расположена внутри охлаждаемого цилиндра, причем расстояние от нижней кромки загрузочной трубы системы подачи кварцевой крупки до нагревателя составляет 50 мм и более. Суммарный объем загруженной в плавильный тигель кварцевой крупки и расплавленной стекломассы поддерживают постоянным в каждый момент времени в течение всего процесса получения изделий из кварцевого стекла. Нижняя часть плавильного тигля, составляющая от 40 до 65% общей длины тигля может имеет форму усеченного конуса, сужающегося по ходу движения стекломассы, причем минимальный диаметр конуса может составляет от 40 до 80% его максимального диаметра. Устройство снабжено, по меньшей мере, одним сменным экраном, установленным в выработочном канале коаксиально его оси с возможностью перемещения в вертикальном направлении для изменения температуры в соответствующей зоне выработочного канала. Плавильный тигель до подачи в него кварцевой крупки на 60 - 100% заполнен боем кварцевого стекла, при этом в нижней части теплоизолированного корпуса на уровне основания тигля могут быть выполнены окна для эвакуации из жарового пространства печи паров кремнезема и защитного газа.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения корпус устройства может быть теплоизолирован и снабжен верхней и нижней крышками.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения охлаждаемый цилиндр может быть установлен на верхней крышке корпуса устройства, при этом верхняя часть плавильного тигля может быть прикреплена к крышке охлаждаемого цилиндра и отцентрирована с помощью, по меньшей мере, трех болтов, а основание плавильного тигля может быть установлено на опорное устройство с ограничителем для предотвращения смещения тигля в процессе плавки, при этом охлаждение упомянутого охлаждаемого цилиндра может осуществляться посредством рубашки водяного охлаждения.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения расходный бункер системы подачи кварцевой крупки через кронштейн может быть связан с весоизмерительным устройством.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения размер наружного и внутреннего диаметра каждого сменного экрана и их количество определяют требуемым характером распределения тепловых потоков в процессе работы устройства.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения устройство может быть снабжено кольцевой горелкой, установленной на выходе выработочного канала устройства.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения устройство может быть снабжено опорным узлом, смонтированным на кольце, которое крепится к основанию водоохлаждаемого теплоизолированного корпуса или его нижней крышке.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения нижняя крышка водоохлаждаемого теплоизолированного корпуса может быть выполнена за одно целое с ним.

За счет того, что кварцевая крупка, продвигаясь в зону расплава, постепенно прогревается происходит улучшение качества проплава стекломассы и снижается расход электроэнергии. Выравнивание температурного градиента стекломассы обеспечивается при переходе ее из большего сечения в меньшее и за счет того, что стенки плавильного тигля в нижней части отстоят от нагревателя на большем расстоянии, чем в верхней. Указанные выше соотношения диаметра и высоты конусной части плавильного тигля подобраны опытным путем. Сменные экраны, установленные в выработочном канале, позволяют значительно расширить диапазон регулирования геометрических параметров вырабатываемых изделий, сохраняя при этом оптимальную и стабильную температуру в зоне наплава. Наличие ограничителя, предназначенного для предотвращения смещения тигля в процессе плавки, позволяет получать кварцевые изделия более высокого качества и жесткими геометрическими параметрами. Вследствие наличия каналов для эвакуации паров кремнезема из жарового пространства печи выработочный канал остается свободным от паров кремнезема в течение всей кампании, за счет этого уменьшается влияние изменений температуры в зоне формования изделий, что обеспечивает более высокий процент выхода изделий по геометрическим параметрам.

Возможность осуществления всех вариантов реализации группы изобретений, охарактеризованных приведенными выше совокупностями признаков, а также возможность реализации назначения изобретения может быть подтверждена описанием возможных конструкций устройства, выполненных в соответствии с настоящим изобретением, что поясняется чертежом.

Устройство 1 включает в себя расходный бункер 2, связанный через кронштейн 3 с весоизмерительным устройством 4, систему подачи кварцевой крупки в плавильный тигель с устройством 5 для удаления воздуха, находящегося между частицами кварцевой крупки, теплоизолированный корпус 6 с верхней ба и нижней 6b крышками, причем нижняя крышка может также быть выполнена заодно с корпусом. Внутри корпуса 6 размещен тигель 7, установленный в камере 8, снабженной нагревателем 9, опорное устройство 10, водоохлаждаемый цилиндр 11с крышкой 12, сменные экраны 13 для управления температурным режимом в выработочном канале 14, вытяжную машину. В крышке 12 водоохлаждаемого цилиндра 11 выполнены каналы для подачи защитного газа в жаровое пространство печи. Загрузочная область А тигля расположена внутри водоохлаждаемого цилиндра 11 вне упомянутого корпуса 6, причем расстояние а от нижней кромки загрузочной трубы 15 системы подачи кварцевой крупки до нагревателя 9 составляет 50 мм. На загрузочной трубке 15 установлен дозатор 23 для обеспечения естественного запора подачи крупки и обеспечения постоянства суммарного объема загруженной в плавильный тигель кварцевой крупки и расплавленной стекломассы постоянным в каждый момент времени в течение всего процесса получения изделий из кварцевого стекла. Нижняя часть плавильного тигля, составляющая 60% общей длины тигля, имеет форму усеченного конуса, сужающегося по ходу движения стекломассы, причем минимальный диаметр конуса составляет 50% его максимального диаметра. Охлаждаемый цилиндр 11 с рубашкой водяного охлаждения установлен на верхней крышке 6а корпуса 6 устройства 1. Плавильный тигель 7 прикреплен к крышке охлаждаемого цилиндра 11 и отцентрирован с помощью болтов 16, а основание плавильного тигля установлено на опорное устройство 10 с ограничителем 17 для предотвращения смещения тигля 7 в процессе плавки. Расстояние между основанием плавильного тигля и опорным устройством на момент монтажа (сборки) устройства должно составлять 15 - 25 мм, что соответствует удлинению тигля при разогреве его до температуры 1800 - 2050^oС и весу загруженного тигля в 60 - 80 кг. В нижней части корпуса 6 на уровне основания тигля могут быть выполнены окна 18 для эвакуации из жарового пространства печи паров кремнезема и защитного газа. Устройство снабжено комплектом из нескольких сменных экранов 13, устанавливаемых в выработочном канале 14 коаксиально его оси с возможностью перемещения в вертикальном направлении для изменения температуры в соответствующей зоне выборочного канала. При этом размер наружного и внутреннего диаметра каждого сменного экрана 13 и их количество определяются требуемым характером распределения тепловых потоков в процессе работы устройства. На выходе выработочного канала установлена кольцевая горелка 20. Кроме того, устройство снабжено опорным узлом, смонтированным на кольце 21, которое крепится с помощью болтов или шпилек 22 к нижней крышке водоохлаждаемого теплоизолированного корпуса 6. В частном случае реализации изобретения нижняя крышка водоохлаждаемого теплоизолированного корпуса может быть выполнена за одно целое с ним.

Устройство работает следующим образом.

Кварцевая крупка из расходного бункера 2 поступает в устройство 5 для удаления воздуха, находящегося между частичками кварцевой крупки, и через загрузочную трубку 15 в загрузочную часть А плавильного тигля 7. Поступления кварцевой крупки в плавильный тигель и, соответственно, производительность установки контролируется весоизмерительным устройством 4, связанным с расходным бункером 2. По мере выработки изделий кварцевая крупка, постепенно прогреваясь, продвигается в зону нагрева В. Образующийся расплав через формующий элемент 19 подается через выработочный канал 14 со сменными экранами 13 в вытяжную машину.

Описанные варианты исполнения устройства для получения изделий из кварцевого стекла обеспечивают возможность реализации назначения изобретения и достижения указанного выше технического результата, но при этом не исчерпывает всех возможностей осуществления изобретения, охарактеризованного совокупностью признаков, приведенных в формуле изобретения.

Формула изобретения

1. Устройство для получения изделий из кварцевого стекла, включающее в себя корпус, внутри которого размещены нагреватель и плавильный тигель, систему подачи кварцевой крупки в плавильный тигель, при этом загрузочная область тигля расположена вне зоны нагрева кварцевой крупки, отличающееся тем, что загрузочная область тигля расположена внутри охлаждаемого цилиндра, причем расстояние от нижней кромки загрузочной трубы системы подачи кварцевой крупки до нагревателя составляет 50 мм и более, при этом суммарный объем загруженной в плавильный тигель кварцевой крупки и расплавленной стекломассы поддерживают постоянным в каждый момент времени в течение всего процесса получения изделий из кварцевого стекла, нижняя часть плавильного тигля, составляющая 40 - 65% общей длины тигля, имеет форму усеченного конуса, сужающегося по ходу движения стекломассы, причем минимальный диаметр конуса составляет 40 - 80% его максимального диаметра, устройство снабжено, по меньшей мере, одним сменным экраном, установленным в выработочном канале коаксиально его оси с возможностью перемещения в вертикальном направлении для изменения температуры в соответствующей зоне выработочного канала, при этом плавильный тигель до подачи в него кварцевой крупки на 60-100% заполнен боем кварцевого стекла.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус устройства теплоизолирован и снабжен верхней и нижней крышками.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что охлаждаемый цилиндр установлен на верхней крышке корпуса устройства, при этом верхняя часть плавильного тигля прикреплена к крышке охлаждаемого цилиндра и отцентрирована с помощью, по меньшей мере, трех болтов, а основание плавильного тигля установлено на опорное устройство с ограничителем для предотвращения смещения тигля в процессе плавки, при этом охлаждение упомянутого охлаждаемого цилиндра осуществляется посредством рубашки водяного охлаждения.

4. Устройство по одному из пп. 1-3, отличающееся тем, что расходный бункер системы подачи кварцевой крупки через кронштейн связан с весоизмерительным устройством.

5. Устройство по одному из пп. 1-4, отличающееся тем, что размер наружного и внутреннего диаметра каждого сменного экрана и их количество определяют требуемым характером распределения тепловых потоков в процессе работы устройства.

6. Устройство по одному из пп. 1-6, отличающееся тем, что снабжено кольцевой горелкой, установленной на выходе выработочного канала устройства.

7. Устройство по одному из пп. 1-7, отличающееся тем, что снабжено опорным узлом, смонтированным на кольце, которое крепится к основанию водоохлаждаемого теплоизолированного корпуса или его нижней крышке.

8. Устройство по одному из пп. 1-8, отличающееся тем, что нижняя крышка водоохлаждаемого теплоизолированного корпуса выполнена за одно целое с ним.

9. Устройство для получения изделий из кварцевого стекла, включающее в себя корпус, внутри которого размещены нагреватель и плавильный тигель, систему подачи кварцевой крупки в плавильный тигель, при этом загрузочная область тигля расположена вне зоны нагрева кварцевой крупки, отличающееся тем, что загрузочная область тигля расположена внутри охлаждаемого цилиндра, причем расстояние от нижней кромки загрузочной трубы системы подачи кварцевой крупки до нагревателя составляет 50 мм и более, при этом суммарный объем загруженной в плавильный тигель кварцевой крупки и расплавленной стекломассы поддерживают постоянным в каждый момент времени в течение всего процесса получения изделий из кварцевого стекла, нижняя часть плавильного тигля, составляющая 40 - 65% общей длины тигля, имеет форму усеченного конуса, сужающегося по ходу движения стекломассы, причем минимальный диаметр конуса составляет 40 - 80% его максимального диаметра, устройство снабжено, по меньшей мере, одним сменным экраном, установленным в выработочном канале коаксиально его оси с возможностью перемещения в вертикальном направлении для изменения температуры в соответствующей зоне выработочного канала, при этом плавильный тигель до подачи в него кварцевой крупки на 60-100% заполнен боем кварцевого стекла, при этом в нижней части теплоизолированного корпуса на уровне основания тигля выполнены окна для эвакуации из жарового пространства печи паров кремнезема и защитного газа.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что корпус устройства теплоизолирован и снабжен верхней и нижней крышками.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что охлаждаемый цилиндр установлен на верхней крышке корпуса устройства, при этом верхняя часть плавильного тигля прикреплена к крышке охлаждаемого цилиндра и отцентрирована с помощью, по меньшей мере, трех болтов, а основание плавильного тигля установлено на опорное устройство с ограничителем для предотвращения смещения тигля в процессе плавки, при этом охлаждение упомянутого охлаждаемого цилиндра осуществляется посредством рубашки водяного охлаждения.

12. Устройство по одному из пп. 9-11, отличающееся тем, что расходный бункер системы подачи кварцевой крупки через кронштейн связан с весоизмерительным устройством.

13. Устройство по одному из пп. 9-12, отличающееся тем, что размер наружного и внутреннего диаметров каждого сменного экрана и их количество определяют требуемым характером распределения тепловых потоков в процессе работы устройства.

14. Устройство по одному из пп. 9-13, отличающееся тем, что снабжено кольцевой горелкой, установленной на выходе выработочного канала устройства.

15. Устройство по одному из пп. 9-14, отличающееся тем, что снабжено опорным узлом, смонтированным на кольце, которое крепится к основанию водоохлаждаемого теплоизолированного корпуса или его нижней крышке.

16. Устройство по одному из пп. 9-15, отличающееся тем, что нижняя крышка водоохлаждаемого теплоизолированного корпуса выполнена за одно целое с ним.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 12.05.2002

Номер и год публикации бюллетеня: 32-2003

Извещение опубликовано: 20.11.2003        

---