Способ получения закаленных стекломикрошариков
Владельцы патента RU 2744044:
Автономная некоммерческая организация высшего образования «Белгородский университет кооперации, экономики и права» (RU)
Изобретение относится к области получения стекломикрошариков и может быть использовано в технике и электронике, а также в дорожном строительстве в качестве светоотражающих элементов в дорожной разметке. Технический результат изобретения заключается в получении стекломикрошариков с высокой микротвердостью. Технический результат достигается тем, что способ получения закаленных стекломикрошариков включает дозирование компонентов шихты, их усреднение, формование компонированной шихты, ввод ее в факел плазменной горелки электродугового плазмотрона, плазменное распыление компонированной шихты с образованием стекломикрошариков и их сбор в сборнике, причем компонированная шихта представлена в виде гранул с оптимальным размером 1-3 мм, а стекломикрошарики дополнительно закаливают с помощью двух последовательных технологических операций – воздушного и водяного охлаждения. 1 пр., 3 табл.
Изобретение относится к области получения стекломикрошариков и может быть использовано в технике и электронике, а также в дорожном строительстве в качестве светоотражающих элементов в дорожной разметке.
Из уровня техники известен способ получения стекломикрошариков, включающий предварительное измельчение и рассев на фракции стеклобоя, оплавления гранулированного измельченного стекла (Будов В.М., Егоров Л.С. Стеклянные микрошарики. Применение, свойства, технология // Стекло и керамика. 1993. №7. С. 2-7).
Недостатком аналога является низкая микротвердость стекломикрошариков.
Наиболее близким решением к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения стекломикрошариков, включающий дозирование компонентов шихты, их усреднение, формование стержней (компонированной шихты), ввод их в плазменный факел плазменной горелки электродугового плазмотрона, плазменное распыление стержней с образованием стекломикрошариков и их сбор в специальном сборнике (Крохин В.П., Бессмертный. В.С., Пучка О.В., Никифоров В.М. Синтез алюмоиттриевых стекол и минералов // Стекло и керамика.1997. №9. С 6-7).
Недостатком прототипа является низкая микротвердость стекломикрошариков.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в получении стекломикрошариков с высокой микротвердостью.
Технический результат достигается тем, что способ получения закаленных стекломикрошариков включает дозирование компонентов шихты, их усреднение, формование компонированной шихты, ввод ее в факел плазменной горелки электродугового плазмотрона, плазменное распыление компонированной шихты с образованием стекломикрошариков и их сбор в специальном сборнике, причем компонированная шихта представлена в виде гранул с оптимальным размером 1-3 мм, а стекломикрошарики дополнительно закаливают с помощью двух последовательных технологических операций – воздушного и водяного охлаждения.
Предложенный способ отличается от прототипа тем, что компонированная шихта представлена в виде гранул с оптимальным размером 1-3 мм, а стекломикрошарики дополнительно закаливают с помощью двух последовательных технологических операций – воздушного и водяного охлаждения.
Сопоставительный анализ известного и предлагаемого способов представлен в таблице 1.
Таблица 1
В предлагаемом способе гранулы подаются в факел плазменной горелки, где под действием высоких температур происходит образование диспергированного силикатного расплава, капли которого попадают в зону действия воздушного сопла и охлаждаются до температуры перехода стекла из пиропластического в вязко-текучее с образованием размягченных стекломикрошариков. Затем они попадают в зону действия водяной струи, где охлаждаются до температуры ниже перехода стекла из хрупкого состояния в пиропластическое и переходят в хрупкое состояние.
В результате двухстадийного охлаждения происходит плавное снижение температуры стекломикрошариков до температуры перехода стекла из пиропластического в вязко-текучее и резкое охлаждение водяной струей до температуры перехода стекла из хрупкого состояния в пиропластическое. Это приводит к закаливанию стекломикрошариков и повышению их эксплуатационных показателей, в частности микротвердости.
Экспериментально установлены технологические параметры известного и предлагаемого способов (таблица 2).
Проведенный анализ известных и предлагаемого способов получения, закаленных стекломикрошариков позволяет сделать заключение о соответствии заявляемого изобретения критерию «новизна».
Пример
Для экспериментальной проверки была приготовлена шихта. По стандартной методике расчетным путем был составлен ее состав (на 100 г): натрий углекислый - 27,9 мас.%, борная кислота – 52,27 мас.%, безводный кремнезем – 54,16 мас.%, поташ – 3,4 мас.%, свинцовый глет – 6,88 мас.%.
Компоненты шихты усредняли в лабораторном смесителе и гранулировали в тарельчатом грануляторе. Гранулы с оптимальным размером 1-3 мм оплавляли в факеле плазменной горелки ГН-5р электродугового плазмотрона УПУ-3М со следующими параметрами: ток=350А, расход плазмообразующего газа аргона 0,0014 кг/с. После чего они распылялись с образованием стекломикрошариков, которые закаливались с помощью двух последовательных технологических операций – воздушного и водяного охлаждения.
Таблица 2
Сопоставительный анализ технологических параметров известного и предлагаемого способов
| № п/п | Наименование показателя | Ед. измерения | Известный способ |
Предлагаемый способ |
| 1 | Плазмотрон | - | УПУ-3М | УПУ-3М |
| 2 | Плазменная горелка | - | ГН-5р | ГН-5р |
| 3 | Параметры работы плазмотрона - ток - напряжение - мощность |
А В кВт |
400-500 30-32 |
250-350 30-32 |
| 4 | Плазмообразующий газ | - | Аргон | Аргон |
| 5 | Расход газа | кг/с | 0,0014 | 0,014 |
| 6 | Давление газа | МПа | 0,27-0,29 | 0,27-0,29 |
| 7 | Исходный материал для получения микрошариков | - | Стержни длиной 250-300 м |
Гранулы диаметром 1-3 мм |
| 8 | Расход воздуха на охлаждение | кг/с | - | 0,002 |
| 9 | Расход воды на охлаждение | л/мин | - | 10-12 |
| 10 | Диаметр шариков | мкм | 1100-1250 | 800-3000 |
| 11 | Микротвердость стекломикрошариков по методу Виккерса | HV | 432±10* | 728±10* |
| 12 | Производительность | г/сек | 5* | 20* |
* - по собственным исследованиям.
Опытным путем установлены оптимальные размеры гранулированной шихты для получения стекломикрошариков, которые составляют 1-3 мм (таблица 3).
Таблица 3
Размер гранулированной шихты
| № п/п | Размеры гранулированной шихты | Органолептическая оценка качества стекломикрошариков |
| 1 | менее 1мм | Поверхностная деформация за счет низкой вязкости расплава |
| 2 | 1 мм | Стекломикрошарики сферической формы |
| 3 | 2 мм | Стекломикрошарики сферической формы |
| 4 | 3 мм | Стекломикрошарики сферической формы |
| 5 | более 3 мм | Деформированные стекломикрошарики, непровар шихты |
Микротвердость полученных стекломикрошариков определяли по методу Виккерса, которая составила 728±10 HV, что выше в 1,5 раза по сравнению с данным показателем стекломикрошариков, полученных известным способом.
Способ получения закаленных стекломикрошариков, включающий дозирование компонентов шихты, их усреднение, формование компонированной шихты, ввод ее в факел плазменной горелки электродугового плазмотрона, плазменное распыление компонированной шихты с образованием стекломикрошариков и их сбор в сборнике, отличающийся тем, что компонированная шихта представлена в виде гранул с оптимальным размером 1-3 мм, а стекломикрошарики дополнительно закаливают с помощью двух последовательных технологических операций - воздушного и водяного охлаждения.
