СОСУД ДЛЯ ВЫРАБОТКИ СТЕКЛЯННОГО ВОЛОКНА

Полезная модель относится к промышленности строительных материалов, в частности к оборудованию заводов стеклянного волокна.
2
2
Известны сосуды для выработки стеклянного волокна, изготовленные из сплавов благородных металлов, снабженных внешним огнеупорным слоем из НfO [1], или ZrO [2].
2
2
Недостатком сосуда [1] является относительно высокие общие потери благородных металлов, обусловленные значительной пористостью огнеупорного слоя из НfO. Кроме того, материал HfO является дорогостоящим и дефицитным. При эксплуатации сосуда [2] в условиях высоких температур и неоднократном отключении огнеупорный слой разрушается из-за распада твердых растворов, полиморфных превращений, химического взаимодействия и пр. и нарушения сцепления между слоем и корпусом, в результате потери благородных металлов остаются высокими.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является сосуд для выработки стеклянного волокна, включающий днище и стенки из благородных металлов и крышку из керамического материала на основе нитрида кремния, причем отношение толщины крышки к толщине стенок составляет от 5:1 до 20:1, в нижней части крышки выполнен паз по периметру для соединения крышки со стенками. [3].
Однако при эксплуатации сосуда в условиях высоких температур нитрид кремния и остаточный кремний взаимодействует с платиной, что приводит к прогару в зоне контакта крышки с платиновым корпусом. Процесс изготовления изделий из нитрида кремния является достаточно технологически сложным, энергоемким, требующим специального технологического оборудования, что приводит к большой цене изделий.
Нитрид кремния имеет высокую теплопроводность, это приводит к большим потерям тепла. Разность между коэффициентами термического расширения нитрида кремния и платины большая, что приводит к значительным напряжениям, возникающим в крышке и корпусе, что в свою очередь может привести к разрушению конструкции, а также при эксплуатации конструкции с крышкой, изготовленной из нитрида кремния, срок ее службы будет невысоким.
Техническим результатом является повышение срока службы сосуда, снижение стоимости изготовления деталей, повышение технологичности изготовления сосуда, а также снижение энергопотребления при эксплуатации сосуда.
Технический результат достигается тем, что в сосуде для выработки стеклянного волокна, включающем стенки и днище из благородных металлов, и крышку из керамического материала, в нижней части которой выполнен паз по периметру для соединения крышки со стенками, причем отношение толщины крышки к толщине стенок составляет от 3:1 до 20:1, крышка выполнена из керамического материала на основе оксида алюминия, ингибированного нанодобавкой геля оксида алюминия, при этом прочность материала на изгиб составляет 390 МПа, а коэффициент теплопроводности - 17 Вт/м*К.
В качестве благородного металла для изготовления стенок и днища может быть использована платина или другие металлы, относящиеся к благородным.
Использование в качестве материала крышки керамики на основе оксида алюминия, ингибированного нанодобавкой геля оксида алюминия имеющего низкую теплопроводность, позволяет уменьшить отток тепла в окружающую среду через верхнюю часть сосуда для выработки стеклянного волокна и уменьшить затраты электроэнергии. Вследствие высоких эксплуатационных характеристик керамики (высокая стойкость к расплаву стекла, высокая прочность при температурах до 1900°С, - предельная температура эксплуатации нитрида кремния 1600°С) крышка может использоваться многократно. Кроме того, керамика на основе оксида алюминия, ингибированного нанодобавкой геля оксида алюминия, имеет более низкую стоимость, чем из нитрида кремния (в 5 раз).
Предлагаемая керамическая крышка выполнена с пазом в своей нижней части, что позволяет осуществить крепление сосуда без его жесткой заделки (с учетом термического расширения). Таким образом, в процессе эксплуатации в конструкции не возникает значительных напряжений, т.к. коэффициенты линейного расширения оксида алюминия и платины близки, что в свою очередь приводит к увеличению срока службы. Отношение толщины керамической крышки к толщине стенки корпуса сосуда составляет от 3:1 до 20:1. При соотношении толщин менее 3:1 прочность крышки недостаточна, к тому же теряется значительная часть тепла. При соотношении толщин более 20:1 крышка имеет большой вес, что приводит к дополнительной нагрузке на стенки сосуда и большему расходу керамики. Сборка стеклоплавильного аппарата и подготовка его к работе не требует специального технологического оборудования, является достаточно легко- и быстровыполнимой, что позволяет повысить технологичность изготовления сосуда.
Использование данной конструкции позволяет уменьшить площадь поверхности платиноидов, и, следовательно, сократить потери благородных металлов.
На чертеже представлен сосуд, общий вид.
Сосуд состоит из стенок 1 и днища 2, выполненных из платины, и крышки 3 с пазом 4, выполненной из материала ТСМ-303 на основе ингибированного оксида алюминия. Сосуд для выработки стеклянного волокна собирают следующим образом:
Стенки корпуса сосуда устанавливаются в паз керамической крышки, затем сосуд закрепляется в крепежном узле стеклоплавильного аппарата.
В таблице показаны сравнительные характеристики предлагаемого и известного сосуда (прототипа).
Показатели
Характеристики сосуда
Керамическая крышка из нитрида кремния
Керамическая крышка из оксида алюминия, ингибированного нанодобавкой геля оксида алюминия
1. Срок службы крышки, сутки
230
414
2. Энергопотребление, КВт*А
9900
9603
3. Стоимость, руб.
5000
1000
4. Теплопроводность, Вт/м*К
20
17
5. Прочность на изгиб, МПа
200
390
6. КТР, К<sup>-1</sup>
2,6*10<sup>-6</sup>
8,4*10<sup>-6</sup>
Предлагаемый сосуд работает следующим образом:
Через отверстие в керамической крышке (3) с пазом (4), стеклянные шары попадают в стеклоплавильный аппарат, состоящий из: электродов (5), стенок (1) и дна (2). Подающийся на электроды электрический ток, проходя через стенки и дно стеклоплавильного аппарата, нагревает их. Расплавленные в стекломассу шары выливаются через фильеры, расположенные в дне, застывая в атмосфере в виде стекловолокна.
Из приведенной таблицы видно, что срок службы предлагаемого сосуда на 80% выше срока службы известного сосуда. Стоимость крышки из ингибированного оксида алюминия в 5 раз меньше стоимости крышки из нитрида кремния. Уменьшение энергопотребления сосуда с керамической крышкой из ингибированного оксида алюминия достигает 3%.
Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР №609432, кл. С03В 37/00, 1976.
2. Патент США №3685978, кл. 65-1, опубл. 1972.
3. Патент России №2212379, кл. С03В 37/09, 2003.