УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ТРУБ НЕПРЕРЫВНЫМ СПОСОБОМ ИЗ МИНЕРАЛЬНОГО ИЛИ СИНТЕТИЧЕСКОГО КВАРЦСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Полезная модель относится к разработке оборудования для получения непрерывным способом крупногабаритных труб из кварцевого стекла с использованием минерального и синтетического кварцсодержащего сырья и может быть использована в стекольной, химической, электронной отраслях промышленности, кварцевом производстве, атомной энергетике и в производстве взрывчатых веществ и порохов.
Известно плавильно-формующее устройство для получения непрерывных волокон из стеклообразных материалов, которое включает рабочую камеру, плавильное устройство и систему нагревателей (Полезная модель 74383, опубликована 27.06.2008 г.).
Известно УСТРОЙСТВО НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА (Полезная модель 15573, опубликована 27.10.2000 г.).
Устройство для получения изделий из кварцевого стекла включает корпус, внутри которого размещены нагреватель и плавильный тигель, система подачи кварцевой крупки в плавильный тигель, при этом загрузочная область тигля расположена вне зоны нагрева кварцевой крупки внутри охлаждаемого цилиндра.
Известно УСТРОЙСТВО НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА (Патент на изобретение РФ 2177914, опубликована 10.01.2002 г.).
В одном из вариантов выполнения устройство включает в себя корпус, внутри которого размещены нагреватель и плавильный тигель, систему подачи кварцевой крупки в плавильный тигель. Загрузочная область тигля расположена вне зоны нагрева кварцевой крупки. При этом согласно полезной модели загрузочная область тигля расположена внутри охлаждаемого цилиндра, причем расстояние от нижней кромки загрузочной трубы системы подачи кварцевой крупки до нагревателя составляет 50 мм и более. Суммарный объем загруженной в плавильный тигель кварцевой крупки и расплавленной стекломассы поддерживают постоянным в каждый момент времени в течение всего процесса получения изделий из кварцевого стекла. Нижняя часть плавильного тигля, составляющая от 40 до 65% общей длины тигля, может имеет форму усеченного конуса, сужающегося по ходу движения стекломассы. Устройство снабжено, по меньшей мере, одним сменным экраном, установленным в выработочном канале коаксиально его оси с возможностью перемещения в вертикальном направлении для изменения температуры в соответствующей зоне выработочного канала. Плавильный тигель до подачи в него кварцевой крупки на 60-100% заполнен боем кварцевого стекла, при этом в нижней части теплоизолированного корпуса на уровне основания тигля могут быть выполнены окна для эвакуации из жарового пространства печи паров кремнезема и защитного газа.
Известна КВАРЦЕПЛАВИЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОПЕЧЬ (Заявка на изобретение №93013368 от 20.04.1995), которая содержит плавильную камеру с выработочным отверстием в основании, нагревательное устройство резисторного или индукционного типа, дюзу, пуансон, систему подачи сырья и вытяжную машину, при этом корпус нагревательного устройства выполнен в виде трубы, цилиндра, веретенообразного тела или усеченного конуса и установлен вертикально по центру плавильной камеры соосно с дюзой с возможностью вертикальных перемещений относительно ее, пуансон прикреплен к нижней части корпуса, а плавильная камера в верхней части снабжена газоотводящими каналами. Предлагаемая печь обеспечивает широкие возможности регулирования параметров технологического процесса, низкий уровень затрат материальных, трудовых и энергетических ресурсов, технико-экономическую целесообразность применения предлагаемых печей для выработки труб и стержней из кварцевого стекла, используемых в качестве полуфабриката и мелющих тел в производстве кварцевой керамики и порошков различного назначения, применяемых в микроэлектронике и литейном производстве.
Известен СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (Заявка на изобретение №93019610 от 09.06.1995), заявитель Берчин Н.А.
Способ заключается в плавлении кварца в среде легкорастворимого в стекле защитного газа и формования расплава в изделие, при этом перед формованием и/или в процессе формования изделия открытую поверхность разогретого до 2000…2250 К расплава обдувают потоком нерастворимого в стекле инертного газа, не содержащегося в защитной среде, используемой при плавлении. Установка содержит нагревательную камеру, плавильный тигель с выработочным отверстием в нижней части, устройство подачи кварцевой крупки в тигель сверху и систему подачи защитного газа, при этом тигель снабжен рассекателем потока расплава в виде опрокинутого колпака или желоба, установленного в средней части тигля по высоте с зазором между рассекателем и стенками тигля, при этом площадь проходного сечения зазора превышает площадь формующегося отверстия тигля, рассекатель снабжен трактом подачи газа в создаваемую им в расплаве полость и трактом отвода газообразных продуктов из этой полости.
Недостатком устройства по заявке №93019610 от 09.06.1995 г является то, что данное устройство не позволяет получать крупногабаритные трубы из кварцевого стекла вследствие того, что нагрев плавильного тигля осуществляется только с наружной поверхности тигля.
Такой нагрев не позволяет проплавлять значительный внутренний объем исходной кварцевой крупки из-за ее низкой теплопроводности. Кроме того, нагрев тигля с наружной поверхности не обеспечивает однородную вязкость стекломассы по всему объему.
Задачей настоящей полезной модели является создание устройства для получения крупногабаритных труб из кварцсодержащего сырья непрерывным способом с равномерной толщиной стенки при наружном диаметре труб до 500 мм.
Технический результат заключается в обеспечении равномерной вязкости стекломассы на формующем устройстве за счет проплавления кварцсодержащего сырья как снаружи, так и изнутри с получением качественных изделий.
Задача решается и технический результат достигается тем, что устройство для получения крупногабаритных труб непрерывным способом из минерального или синтетического кварцсодержащего сырья имеет плавильную камеру с наружными нагревательными элементами, питатель для подачи в плавильную камеру кварцсодержащего сырья, плавильный тигель из тугоплавкого материала с формующим устройством и вытяжное устройство для непрерывной вытяжки стекломассы через формующее устройство. В плавильном тигле устройства установлен полый теплоактивный пуансон, в котором смонтирован U-образный нагреватель, обеспечивающий вертикальное проплавление кварцсодержащего сырья в центральной части плавильной камеры. Полый теплоактивный пуансон в нижней части снабжен формующим устройством со сменной насадкой, позволяющим формовать из готовой стекломассы внутреннюю поверхность трубы при непрерывной продувке инертным газом, который обеспечивает защиту от окисления материала тигля и U-образного нагревателя и обеспечивает геометрические параметры вырабатываемой трубы.
Для получения точных заданных геометрических параметров вырабатываемой трубы, а это: толщина стенки, наружный и внутренний диаметр, необходимо иметь стабильную во времени вязкость вырабатываемой стекломассы на формующем устройстве. Равномерность вязкости и температуры стекломассы обеспечивается тем, что U-образный нагреватель располагается выше наружных нагревателей на величину не более 0,5 длины наружного нагревателя при диаметре внутреннего термоактивного пуансона не менее 1/3 диаметра плавильной камеры.
На фиг. 1 представлено устройство для получения крупногабаритных труб из кварцсодержащего сырья непрерывным способом, где: 1 - токопровод, подключенный к U-образному нагревателю 2, плавильная камера 3 с наружными нагревательными элементами 4, подключенными к токопроводу 1', питатель 5 для подачи в плавильную камеру 3 кварцсодержащего сырья, плавильный тигель 6 из тугоплавкого материала с формующим устройством и вытяжным устройством для непрерывной вытяжки стекломассы через формующее устройство, полый теплоактивный пуансон 7, подключенный к токопроводу 1. В полом теплоактивном пуансоне 7 смонтирован U-образный нагреватель 2. Полый теплоактивный пуансон 7 в нижней части снабжен формующим устройством со сменной насадкой (дюзой) 8. Продувка инертным газом осуществляется через полый теплоактивный пуансон.
Устройство работает следующим образом. В питатель - 5, расположенный в верхней части плавильной камеры - 4, подается шихта - кристаллическое сырье, например диоксид кремния в виде зерен диаметром 150-650 мм, которая перемещается вертикально вниз через рабочую зону тигля - 6, имеющего диаметр 150 мм при высоте 2000 мм, нагреваемого за счет излучения наружных нагревательных элементов - 4, имеющих длину 1850 мм, нагретых до температуры 2000-2400°С, подключенных к токопроводу 1'. Нагрев шихты обеспечивает вертикальное проплавление кварцсодержащего сырья в центральной части плавильной камеры за счет U-образного нагревателя 2, смонтированного в полом теплоактивном пуансоне 7. Обеспечивается не только прогрев изнутри исходного сырья выше температуры стеклования, но и равномерная вязкость стекломассы на формующем устройстве.
U-образный нагреватель располагается выше наружных нагревателей на величину 925 мм длины наружного нагревателя, составляющей 1850 мм при диаметре внутреннего термоактивного пуансона 1/3 диаметра плавильной камеры.
При этой температуре шихта плавится и по мере перемещения вниз стекломасса осветляется, гомогенизируется и направляется далее в формующее устройство с вытяжным устройством для непрерывной вытяжки стекломассы через формующее устройство.
Обеспечивается стабильная вязкость по всему объему вырабатываемой стекломассы на формующем устройстве при Т 1700-1800°С, что позволяет получать крупногабаритные трубы из кварцевого стекла диаметром 150-500 мм с равномерной толщиной стенки непрерывным методом из минерального и синтетического кварцевого сырья.