Устройство для изготовления кварцевых труб

 

Союз Советскин

Социаписткческин

Республик

O ll И С A Н И Е ()945095

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 16.06.80 (21) 2941918/29 33 с присоединением заявки М (5l)M. Кл.

С 03 В 23/04

ЗЬеуднрстнины11 кнмнтет.

СССР не дюнам нэойретеннй н вткрмтнй (23) Приоритет

Опубликовано 23.07.82. Бюллетень Р627

Дата опубликования описания 23.07.82 (53) УДК666.1. .037 ° 92 (088. 8) (72) Авторы изобретения

И.К.Крамарев, В. В.Моргун, В.А.Сенников, О. П. Червинская, А. Г.Уколов и В.Н.Шубин

Государственный научно-исследовательский институт кварцевого стекла, Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт токов высокой частоты им.Вологдина и Гусевский завод особочистого кварцевого стекла Иинистерства промынленности строительных материалов (71) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

КВАРЦЕВЫХ ТРУБ

Изобретение относится к промышленности стройматериалов, в частности к производству труб из прозрачного кварцевого стекла.

Известно устройство для изготовления калиброванных кварцевых труб, содержащее индуктор, теплоизоляцию, корпус иэ непрозрачного кварцевого стекла, водоохлаждаемые верхнюю и нижнюю крынки теплоизоляцию граУ

1О фитовую подставку, графитовый тигель с дюэой и пуансоном и калибрующие устройства, при этом графитовые тигель и подставка выполняют функцию нагревателя $1).

Однако такое устройство не обеспечивает необходимого качества вырабатываемых труб иэ-за неравномерности температуры по диаметру стекломассы расплавляемого блока в пе- 20 риод формования трубы, что не позволяет получат ь вырабатываемые трубы с одинаковыми параметрами по геометрии и физическим свойствам стек2 ла. Эти параметры трубы постепенно и непрерывно изменяются при формовании в зависимости от температуры поступающей стекломассы. Неравномерность температурного поля обусловлена тем, что процесс разогрева блока кварцевого стекла осуществляется от периферии (стенки тигля) к центру, при этом перепад температуры на блоке стекла диаметром

160 мм составляет до 600о С, а в период выработки труб этот перепад .: составляет в начальной стадии 50о

70 С и в конце выработки - 10-30 С.

С увеличением диаметра блока стекла этот недостаток усиливается, в,результате чего увеличивается время разогрева, и в конечном итоге наступает предел увеличения диаметра расплавляемого блока.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для изготовления кварцевых 1ру6, 91>5095 содержащее источник питания, индуктор, графитовый плавильный тигель с внутренней центральной трубкой или стержнем, при этом тигель индуктивно связан с индуктором 2).

Недостаточное качество труб, 1ырабатываемых известным устройством, обусловлено неравномерностью температурного поля по диаметру стекломассы расплавляемого блока в пе- 10 риод формования трубы, в результате чего трубы в процессе цикла выработки .меняют геометрические параметры и физические свойства стекла в зависимости от температуры стекломассы, поступающей в зону формования. Таким образом, вырабатываемые кварцевые трубы в основной массе получаются низкого качества и только небольшой процент при их разбраковке выделяют в высшую категорию.

Кроме того, ограничение диаметра (практически не более 260 мм) расплавляемого блока обусловлено тем, что процесс разогрева осуществляется от периферии (стенки тигля) к центру, при этом перепад температуры на бло" ке диаметром 160 мм составляет до

600 С, а в период выработки труб на этом участке перепад составляет в начальной стадии 50-7() С, и в конце

Э выработки 10-30 С. С увеличением диаd метра блока стекла этот недостаток усиливается, в результате .чего увеличивается время разогрева, а в ко35 нечном итоге наступает. предел увеличения диаметра расплавляемого,. блока.

Цель изобретения - повышение качества вырабатываемых труб и повышение КПД установки.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для изготовления кварцевых труб, содержащем источник питания, индуктор, графито- 45 вый плавильный тигель с внутренней центральной трубкой или стержнем, при этом тигель индуктивно связан с индуктором, соотношение диаметра тигля к диаметру его центральной so трубки составляет 3-7, а плавильный тигель выполнен с толщиной стенки, определяемой по формуле

Д =К 503 ГфД (И), где К - коэффициент глубины проникновения тока в материал тигля, составляет 0,2 - 0,6;

Р - удельное электрическое сопротивление материала тигля графита, мкОм м; номинальная частота тока источника питания (4,0

2,4 кГц) .

С целью регулирования тепловой мощности в тигле и его центральной трубке, источник питания выполнен с регулированием частоты тока минус 203 от номинально .

Значение Ь =503-(рд представляет собой глубину проникновения тока в материал нагревателя. При таком отношении диаметров тигля и его центральной трубки, толщине стенки тигля от 0,2 до 0,6 глубины проникновения тока в материал тигля и номинальной частоте тока источника питания 4,0 - 2,4 кГц стенка тигля является частично прозрачной для электромагнитного поля и электрическая энергия поглощается как самим тиглем, так и центральной его трубкой, расположенной в центре блока стекла, при этом разогрев стекла идет как с периферии блока (от стенки тигля), так и от центральнои его трубки.

Возможность регулирования частоты тока источника питания минус 20 : от номинал ьной:поз воля ет ре гули ровать соотношение энергии, выделяемой в тигле и его трубке. В результате выполнения тигля с толщиной стенки от 0,2 до 0,6 глубины проникновения тока в материал тигля, как по- казали расчеты и экспериментальная проверка, электрический КПД индуктора повышается с 0,82 до 0,91.

На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство.

Индуктор l с теплоизоляцией 2 установлен на водоохлаждаемом основании 3, на каретке 4 механизма смонтировано охлаждаемое кольцо 5, на котором установлено теплоизоляционное кольцо 6, графитовая подставка 7 и плавильный тигель 8 с трубкой 9. В плавильном тигле 8 размещается загрузка - блок кварцевого стекла 10, из которого вырабатывается труба 11. Индуктор 1 подключен к конденсаторной батарее 12 и источнику 13 питания.

Работа устройства заключается в следующем.

Графитовый тигель 8 с кварцевым блоком 10, трубкой.9 через теплоизо-!

945о95

5 ляцию 6 и графитовую подставку 7 устанавливают на водоохлаждаемое кольцо 5, смонтированное на подвижной каретке у 1леханизма загрузки.

При этом выработочный люк водоохлаждаемого кольца 5 закрывают теплоизоляционной пробкой. В таком виде кварцевый блок вместе с тиглем загружают в печь.. Включают нагрев, разогревают и расплавляют блок кварцевого стекла. При этом токами высокой частоты разогреваются тигель

8 (цилиндрическая часть и торец), трубка тигля 9 и графитовая подставка 7.

По предлагаемому устройству с использованием укаэанных функциональных связей построили макет.

При этом отношение диаметра тигля к его центральной трубке составляло

5, частота тока 4 кГц, диаметр плавильного тигля 200 мм, диаметр трубки тигля 40 мм, толщина стенки тигля 10 мм, что дает 0,4 глубины проникновения тока в тигель. В центральной трубке тигля выделялась тепловая энергия (0,3 кВт), КПД индуктора составил 0,915. Регулирование частоты, тока минус 203 позволило регулировать соотношение выделяемых в стенки тигля и в его центральной трубке мощностей до 18,5i (при уменьшении частоты мощность в трубке увеличивалась). Устройство испытали, результаты испытаний положительны. Устройство позволило создать в плавильной зоне расплав с равномерным температурным полем по диаметру. Далее расплавленную стекломассу через кольцевое отверстие в нижней части тигля вырабатывали в виде трубы заданных размеров. В связи с тем, что в зону формования (кольцевое отверстие и участок несколько ниже его) стекломасса из емкости тигля поступает с одинаковой температурой, то и геометрические размеры труЬы (диаметр, толщина стенки) при всех прочих равных условиях, а также свойства стекла образуемой трубы остаются неизменными по длине всей трубы, выработанной из данного блока.

Эффект изобретения состоит в том, что оно позволит переработать кварцевый Ьлок в трубу в одинаковых температурных условиях и получить трубы

5 заданного качества, что даст возможность повысить качество вырабатываемых труб и выход годной продукции на

1 кг исходного стекла в блоках, à в качестве исходной заготовки при прочих

10 равных условиях использовать блоки стекла больших диаметров — 260300 мм. Кроме того, повышается энергетический КПД установки.

Формула изобретения

1 ° Устройство для изготовления кварцевых труб, содержащее источник питания, индуктор, графитовый плавильный тигель с внутренней центральной трубкой или стержнем, при это1л тигель индуктивно связан с индуктором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества вырабатываемых труб и повышения КПД устройства, соотношение диаметра

25 тигля к диаметру его центральной трубки составляет 3-7, а плавильный тигель выполнен с толщиной стенки, определяемой по формуле.

У=К 503lpУ f (М), где К - коэффициент глубины проникновения тока в материал тигля, составляет 0,2 - 0,6;

P - удельное электрическое сопротивление материала тигля— графита, мкОм м, номинальная частота тока источника питания, составляет . 4000 — 2400 Гц.

2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью регулирования тепловой мощности в тигле и его центральной трубке, источник питания выполнен с регулированием частоты тока минус 204 от номинальной.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 267027, кл. С 03 В 23/04, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР и 668894, кл. С 03 В 23 04, 1977 (прототип).

945095

Составитель Т.Парамонова

Техред 3 Палий Корректор И.Муска

Редактор Н.Егорова

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4

Заказ 5249/30 Тираж 508 Подписное

ВНИИЛИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, й-35, Раукская наб., д,4/5