СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАКАЛЕННЫХ СТЕКЛОМИКРОШАРИКОВ
METHOD FOR PRODUCING HARDENED GLASS BEADS

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
Известныйспособ
Предлагаемый способ
1
Плазмотрон
-
УПУ-3М
УПУ-3М
2
Плазменная горелка
-
ГН-5р
ГН-5р
3
Параметры работы плазмотрона- ток- напряжение- мощность
АВкВт
400-50030-32
250-35030-32
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 длиной250-300 м
Гранулы диаметром1-3 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.