СПОСОБ ВАРКИ СТЕКЛА В ТИГЛЕ
GLASS MELTING METHOD IN CRUCIBLE

Изобретение относится к технологии производства стекла, а именно к получению относительно небольших объемов стекла путем варки стекломассы в тигле, например стекла для последующего изготовления стеклянной глазури.
Традиционно для получения стекла шихту, состоящую из кремнезема и веществ, содержащих окислы металлов, засыпают в емкость, изготовленную из огнеупорного материала, и далее прогревают шихту до температуры обычно более 1000°С. В случае промышленного производства такой емкостью является непрерывно действующая «ванная печь» или отдельно прогреваемый «горшок».
Известно, что при варке стекол в лабораторных условиях шихту прогревают в тигле, помещенном в электропечь. При этом используют тигли, изготовленные из керамики, кварца, а также платины (Стекло. Справочник. / Под ред. Павлушкина Н.М., М: Стройиздат, 1973.. М., с. 235).
У вышеописанного способа имеются недостатки, связанные с процессом извлечения полученного стекла из тигля. Для того чтобы вылить полученное стекло из тигля, тигель необходимо извлекать из печи при температуре порядка 1000°С. Но такие действия приводят к быстрому износу печи. Если же охладить тигель вместе с печью до температуры, при которой извлечение тигля не опасно для сохранности печи, то стекло оказывается застывшим и прочно спаянным с тиглем. При этом тигель либо саморазрушается по причине различия коэффициентов линейного теплового расширения материала тигля и спаянного с его стенками стекла, либо тигель приходится разрушать для извлечения порции стекла.
Кроме того, материал тигля из огнеупорного силикатного материала (керамика, кварц) частично растворяется в стекле, что значительно ухудшает его качество.
В случае использования платинового тигля, за счет пластичности материала тигель не разрушается, но стекло может быть извлечено из него только в жидком состоянии. Что требует недопустимого открытия печи при высокой температуре. При этом, при охлаждении платинового тигля с порцией сваренного стекла до комнатной температуры, стекло хорошо спаивается со стенками платинового тигля, и освобождение тигля от остатков стекла после охлаждения возможно только химическим вытравливанием стекла. Это осложняет повторное использование тигля. К тому же платиновый тигель является очень дорогостоящим.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение простого способа, упрощающего технологический процесс варки стекла в тигле, а также улучшение качества получаемого стекла.
Технический результат достигается тем, что предлагается способ варки стекла в тигле, включающий приготовление тонкоизмельченной шихты, засыпку шихты в тигель, помещение тигля с шихтой в печь, плавление шихты, и последующее охлаждение тигля вместе с печью до температуры отверждения стекла, отличающийся тем, что тигель для варки стекла изготавливают из никеля, разогрев тигля с шихтой осуществляют до температуры не более 1430°С, а сам процесс варки стекла проводят в среде защитного газа.
В предлагаемом изобретении в качестве защитного газа может применяться формиргаз.
В предлагаемом изобретении в качестве защитного газа может применяться азот.
В предлагаемом изобретении тигель для варки стекла может изготавливаться в виде прямоугольной кюветы, при этом угол между боковыми стенками кюветы должен составлять не менее 90°.
В предлагаемом изобретении тигель для варки стекла может изготавливаться в виде прямоугольной кюветы путем сгибания листа никеля толщиной 0,1-0,5 мм.
В предлагаемом изобретении приготовление тонкоизмельченной шихты позволяет значительно понизить температуру варки стекла. При использовании неизмельченной шихты для растворения всех компонентов процесс варки стекла проводят при температурах 1600°С и более, тогда как при использовании тонкоизмельченной шихты допустимо проводить процесс варки стекла при температуре 1400°С. Необходимость понижения температуры варки стекла обусловлена материалом тигля, а именно температурой плавления никеля (1455°С).
В предлагаемом изобретении процесс варки стекла осуществляют в тигле из никеля. При использовании данного материала в совокупности с защитной антиокислительной средой, в которой протекает процесс, удается добиться эффекта, когда сваренное стекло не спаивается со стенками тигля, а следовательно, легко извлекается из него после остывания. Известно такое свойство никеля, как трудность пайки со стеклом. В предлагаемом изобретении данное свойство усиливается наличием защитной антиокислительной среды газа, которая не позволяет сформироваться на поверхности металла окисному слою, необходимому для обеспечения смачивания металла стеклом.
Поскольку в предлагаемом изобретении при осуществлении процесса варки стекла, стекломасса не взаимодействует со стенками тигля, то соответственно в стекло не попадают посторонние примеси, таким образом улучшается качество изготавливаемого стекла.
В предлагаемом изобретении для облегчения извлечения готовой порции стекла из тигля, изготовленного в форме прямоугольной кюветы, угол между дном и боковыми стенками тигля составляет 90° или более.
Также тигель для варки стекла может быть изготовлен в форме прямоугольной кюветы из листа никеля толщиной 0,1-0,5 мм, путем его сгибания, что позволяет после завершения процесса варки стекла легко отгибать края стенок тигля для облегчения извлечения сваренной порции стекла.
Таким образом, в предлагаемом способе варки стекла в тигле общеизвестное отрицательное качество никеля - трудность пайки его со стеклом - использовано как положительное.
Использование предлагаемого способа позволяет:
- после завершения в печи варки или плавки стекла в тигле и охлаждения тигля вместе с печью осуществить извлечение стекла из тигля без разрушения тигля (поскольку расплавленное стекло с тиглем не спаивается;
- улучшить качество сваренного стекла (поскольку материал тигля в процессе варки в стекле не растворяется).
Пример выполнения. В тигель, изготовленный в виде кюветы с толщиной стенки 0,1 мм путем сгибания листа никеля марки НП2, засыпают 50 г мелкоизмельченной шихты для приготовления стекла, используемого в качестве глазури для покрытия керамики. Состав шихты, вес. %:
SiO<sub>2</sub>
53
Аl<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
20
Ва<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
5,5
ВаО
7,5
СаСО<sub>3</sub>
10
MgO
4
После этого тигель с шихтой прогревают в печи с молибденовыми нагревателями в защитной среде формиргаза при температуре 1350° в течение 20 минут, после чего охлаждают печь с тиглем до комнатной температуры. Тигель достают из печи, и полученный стеклянный блок легко извлекают из него, так как стекло не спаивается со стенками тигля. Полученное стекло не достаточно свободно от пузырьков газа, но для использования его в качестве глазури, предусматривающий помол стекла в порошок, наличие пузырьков газа в стекле не существенно.
Как было отмечено выше, при варке стекла в тигле известными способами, для того чтобы извлечь сваренное стекло из тигля, его необходимо либо вылить в расплавленном состоянии из тигля, для чего тигель извлекают из печи при температуре более 1000°С, а это недопустимо для сохранности печи, либо охлаждают тигель вместе с печью до температуры, при которой печь допустимо открывать без ее повреждения, например до комнатной температуры. Однако при этом застывшее стекло оказывается спаянным с тиглем и для его извлечения требуется разрушение тигля.
Предложенный способ варки стекла в тигле устраняет указанное техническое противоречие - стекло извлекается из тигля без повреждения и печи, и тигля.
Таким образом, при использовании предлагаемого способа возможно осуществить варку порций стекла в тигле, при этом упростить технологический процесс, по причине того, что исключены операции по извлечению порции готового стекла из тигля механическим или химическим способом, а также значительно снизить затраты, так как не требуется разрушение тигля после каждой варки. Также при использовании предлагаемого способа повышается качество готового стекла за счет того, что при варке стекломасса не вступает в реакцию с материалом тигля.