ПОЛЫЙ СТЕКЛЯННЫЙ ШАРИК

Полезная модель относится к области производства стеклянных изделий, а именно: полых стеклянных шариков из алюмосиликатного стекла диаметром 0,1-0,5 мм которые могут быть использованы в качестве наполнителя в различных материалах и процессах. Известен полый стеклянный шарик, содержащий наружную стенку и внутреннюю полость, причем наружная стенка выполнена из боросиликатного стекла, способного при высокой температуре расплавляться на капли и раздуваться до сферической частицы под действием генерируемого газа (Проспект фирмы PQ Corp. США, Шарики семейства Q-cell, 1989 г.) Недостатком данного шарика является резкое уменьшение объема (почти до нуля) при его разрушении. При воздействии внешней разрушающей нагрузки стенка шарика превращается в осколки, т.е. резко снижается объем наполнителя, а также объем наполненного им материала.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является полый стеклянный шарик, полученный в результате расплавления и раздува минеральных компонентов угля при его сжигании в тепловой электростанции, содержащий наружную стенку и внутреннюю полость внутри которой находятся дополнительные полые шарики внешняя оболочка которых образует изолированные отсеки, причем наружная стенка и оболочки дополнительных шариков выполнены из алюмосиликатного стекла с содержанием соединений железа 4,2-10,8% по весу. Данные шарики получены от сжигания углей польских месторождений. (См. журнал "Silikatechnik" 33 (1982) Hert 11, стр.339) Недостатком данного шарика является низкая прочность на гидростатическое сжатие при заданной плотности, т.е. увеличение прочности возможно лишь при увеличении плотности шарика, что во многих случаях является неприемлемым. Кроме этого, известный шарик имеет низкую прочность при касательных нагрузках в условиях «сдвига», например при перемешивании шариков с другими материалами, что обусловлено тем, что касательные нагрузки при сдвиге воспринимаются целиком полусферой. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение прочностных характеристик при гидростатическом сжатии и сдвиге без увеличения плотности Указанная задача решается тем, что в полом стеклянном шарике, полученным в результате расплавления и раздува минеральных компонентов угля при его сжигании в тепловой электростанции, содержащем наружную стенку и внутреннюю полость, разделенную на отдельные изолированные отсеки, причем наружная стенка и перегородки образующие отсеки выполнены из алюмосиликатного стекла, согласно полезной модели, изолированные отсеки образованы перегородками и частью наружной стенки, причем наружная стенка и перегородки выполнены из алюмосиликатного стекла с общим содержанием соединений железа 0,5-2,5% по весу, а шарики получены от сжигания Экибастузского угля. Наличие во внутренней полости шарика отсеков, образованных перегородками и частью наружной стенки позволяет при разрушении этой части уменьшить объем шарика только на величину разрушенного отсека. Образование во внутренней полости шарика указанных отсеков (вместо дополнительных шариков) возможно при условии получения шариков от сжигания угля Экибастузского угольного бассейна, т.е. при наличии определенного состава минеральных компонентов и выполнения перегородок и наружной стенки из алюмосиликатного стекла с общим содержанием соединений железа 0,5-2,5% по весу. Образование шарика и конструктивное выполнение внутренней полости зависит,
2
3
прежде всего, от уровня газообразования в расплавленной капле. Известно, что газообразующим газом является углекислый газ который получается в результате взаимодействия остатков несгоревшего углерода и соединений железа (FeO+FeO), причем эти соединения не только вступают в реакцию, но и играют роль катализатора. При относительно небольшом содержании железа в расплавленной капле (шарике) газ генерируется в незначительном количестве и его хватает только на раздувание изолированных отсеков внешней стенки (заявляемое решение). В случае использования алюмосиликатного стекла с относительно высоким со держанием соединений железа 4-10% по весу, газ формируется в избыточном количестве и каждый отсек раздувается до отдельного шарика, который либо остается внутри основного либо от него отделяется. Существенным фактором, влияющим на формирование заявленного шарика является тип сжигаемого угля. Так исследованиями установлено, что Экибастузские угли дают шарики, состоящие из стекла с высоким содержанием каолинита, что приводит к повышению вязкости расплава и также создает условия для «недорасширения» отсека до отдельного шарика. Наличие указанных изолированных отсеков в предлагаемом шарике позволяет повысить прочностные характеристики из-за наличия перегородок (в радиальном направлении), что улучшает работу при гидростатическом сжатии. Прочностные характеристики повышаются и при работе на срез т.к. в этом случае нагрузку принимает только часть наружной стенки, ограниченная перегородками. (См. фиг.1,) Проведенные патентные исследования позволяют предположить, что заявленное техническое решение обладает новизной.
Предложенное устройство является промышленно применимым существующими техническими средствами.
Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным критериям патентоспособности полезной модели. Сущность предложенной полезной модели поясняется чертежом где:
На фиг.1 - изображен предлагаемый полый стеклянный шарик, в разрезе.
На фиг.2 - стеклянный шарик типа «шарик в шарике» (наиболее близкий аналог)
На фиг.3 - стеклянный шарик с односекторной полостью.
На фиг.4 - схема образования заявляемого и известных шариков.
2
3
Предлагаемый полый стеклянный шарик получен в результате расплавления и раздува минеральных компонентов угля при его сжигании в тепловой электростанции. Шарик получен от сжигания Экибастузского угля в топке Рефтинской ГРЭС и выделен из золы-унос. Шарик состоит из наружной стенки 1, и внутренней полости, образованной отдельными изолированными отсеками 2, 3, 4. Каждый изолированный отсек образован перегородками 5, и частью наружной стенки. Наружная стенка является общей для всех отсеков. Наружная стенка 1 и перегородки 5 выполнены из алюмосиликатного стекла с общим содержанием соединений железа (суммарное содержание FеО+FеО) 2% по весу. Предел содержания соединений железа составляет 0.5-2.5% по весу.
Были проведены исследования шариков различной конструкции, полученных от сжигания разных типов углей в различных электростанциях и общего содержания соединений железа.
Результаты исследований приведены в таблице 1. При этом отмечены три типа шариков в зависимости от конструкции внутренней полости - заявляемое техническое решение (фиг.1), «шарик в шарике» (фиг.2), однокамерная внутренняя полость (фиг.3). Схема образования того или иного шарика следующая: При наличии в капле расплава 6 (фиг.4) трех центров газообразования 7 возможно получение следующих конструкций шариков - если использован Экибастузский уголь, общее содержание соединений железа в алюмосиликатном стекле лежит в пределах 0,5-2,5% по весу то, полученный шарик имеет заявляемую конструкцию (стрелка А, фиг.4), в иных случаях получены иные конструкции (стрелки В,С фиг.4). Это можно объяснить степенью генерирования расширяющего газа и вязкостью расплава капли.
Таблица 1
№ п/п
ЭлектростанцияТип угля
Общее содержание соединений железа в % по весу
Конструкция шарика (внутренняя полость)
1
ТЭЦ г. Челябинск Челябинский угольный бассейн
4
Однокамерная (фиг.3)
2
Аргаяшская ТЭЦ Кузнецкий угольный бассейн
2,4
«Шарик в шарике» (фиг.2)
3
Экибастузкая ГРЭС Экибастузский угольный бассейн
3
«Шарик в шарике» (фиг.2)
4
Южно-уральская ГРЭС Челябинский угольный бассейн
2,3
«Шарик в шарике» (фиг.2)
5
Троицкая ГРЭС Экибастузский уголь с добавлением Кузнецкого 25%
2,9
Однокамерная (фиг.3)
6
Серовская ГРЭС Экибастузский уголь
2,5
Согласно заявленного решения (фиг.1)
7
Рефтинская ГРЭС Экибастузский уголь
1-8
Согласно заявленного решения (фиг.1)
8
Омская ТЭЦ-5 Экибастузский уголь
0,5
Согласно заявленного решения (фиг.1)
Анализ таблицы 1 показывает, что заявляемая конструкция шарика может быть получена в примерах 6, 7, 8. Заявленная конструкция представляет собой единое целое в отличии от аналога (фиг.2), где конструкция фактически сборная, что уже повышает прочность заявленного решения. При воздействии усилий сдвига в заявленном решении максимальному воздействию подвергается только часть наружной стенки, между перегородками в то время как в аналоге - полусфера. При равенстве толщин наружной стенки и перегородок плотность заявляемого шарика (фиг.1) составит 0,83 г/см, аналога (фиг.2) - 0,86 г/см, шарика на фиг.3 - 0,66 г/см, при этом прочность на гидростатическое сжатие соответственно составит 44 МПа, 36 МПа, 25 МПа, т.е. предлагаемое решение имеет повышенные прочностные характеристики без увеличения плотности конструкции (шарика).