УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КВАРЦСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Полезная модель относится к термообработке кварцсодержащих материалов, получению изделий из них и может быть использована в стекольной промышленности, кварцевом производстве, в частности, при производстве чаш и тиглей.
Наиболее близким к заявленному является устройство для получения изделий из кварцсодержащего сырья, выполненное в виде роторной установки, содержащей вращающуюся вокруг собственной оси вакуумируемую газопроницаемую цилиндрическую плавильную камеру с внутренней плавильной формой для термообработки кварцсодержащего сырья, нагревательный элемент, содержащий подключенные к источнику питания, по меньшей мере, три электрода, смонтированные с возможностью перемещения их один относительно другого и каждого электрода относительно обрабатываемой поверхности на расстоянии между каждым электродом и обрабатываемой поверхностью не более 1/6 расстояния между крайними обрабатываемыми точками поверхности для фиксации заданной формы формуемого изделия, первый электрод, подключенный к одному зажиму источника питания, расположен на одной оси с осью изделия и выполнен с возможностью перемещения вдоль указанной оси, а остальные электроды расположены симметрично относительно первого электрода и подключены к другому зажиму источника питания (RU 30744 U1, 10.07.2003).
Недостатком данного известного устройства для получения изделий из кварцсодержащего стекла является низкое качество получаемых изделий за счет незначительной плотности и неравномерности толщины стенок формируемого изделия вследствие неравномерности температурного поля, которое перемещается вместе с электродами при их движении внутри наплавляемой формы по сложной траектории. Кроме того, устройство
является сложным и дорогостоящим, поскольку предполагает наличие дополнительного оборудования для обеспечения программного управления процессом перемещения электродов в процессе наплава.
Техническим результатом предложенной полезной модели является упрощение устройства за счет использования в устройстве простейшей симметричной схемы вторичного токопровода, повышение качества получаемой продукции за счет повышения плотности наплавляемого кварцевого стекла и уменьшения разнотолщинности стенок наплавляемого изделия, а также сокращение продолжительности процесса и его себестоимости за счет повышение эффективности использования тепла дугового разряда, снижения удельного расхода электроэнергии и уменьшения расхода кварцсодержащего сырья на формовку изделия.
Этот технический результат достигается за счет того, что в устройстве для получения изделий из кварцсодержащего сырья, включающем установленную с возможностью вращения вокруг собственной оси вакуумируемую газопроницаемую цилиндрическую плавильную камеру с внутренней плавильной формой для термообработки кварцсодержащего сырья, нагревательный элемент, содержащий подключенные к источнику питания электроды, смонтированные с возможностью перемещения их один относительно другого, при этом положительный электрод установлен вдоль оси цилиндрической емкости, а, по меньшей мере, два других - отрицательных, установлены симметрично относительно положительного электрода, оно снабжено, по меньшей мере, двумя трехфазными мостовыми схемами выпрямления, при этом каждый из отрицательных электродов подключен к каждому их диодов анодной группы одной из трехфазных мостовых схем выпрямления, а положительный электрод подключен к каждому из диодов катодных групп всех трехфазных мостовых схем выпрямления.
Кроме того, свободные концы всех электродов размещены на одном уровне с верхней кромкой наплавляемой кварцевой формы
Кроме того, электроды выполнены цилиндрической формы, при этом диаметр положительного электрода превышает диаметр отрицательных электродов на 10-15%.
Кроме того, для положительного электрода используют графит с меньшим удельным сопротивлением, чем для отрицательных.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена схема устройства для получения изделия из кварцсодержащего сырья в рабочем состоянии, а на фиг.2 - графики распределения падения напряжения (U) и плотности (I) тока в полученном дуговом разряде.
Устройство для получения изделий из кварцсодержащего сырья содержит установленную с возможностью вращения вокруг собственной оси вакуумируемую газопроницаемую цилиндрическую плавильную камеру 1 с внутренней плавильной формой 2 для термообработки кварцсодержащего сырья с получением наплавляемой кварцевой формы 3, нагревательный элемент, содержащий подключенные к источнику питания (силовой блок на чертеже) электроды 4, 5, 6.
Электроды 4, 5, 6 смонтированы с возможностью их одновременного перемещения в вертикальной плоскости. Положительный электрод 4 установлен вдоль оси цилиндрической камеры 1, а, по меньшей мере, два других - отрицательных электрода 5, 6 установлены симметрично относительно положительного электрода 4.
Устройство снабжено, по меньшей мере, двумя трехфазными мостовыми схемами 7, 8 выпрямления. Электродержатель каждого из отрицательных электродов 5 и 6 подключен непосредственно к каждому их диодов анодных групп (9, 10, 11) и (12, 13, 14) одной из трехфазных мостовых схем 7 и 8 выпрямления. Электродержатель положительного электрода 4 подключен непосредственно к каждому из диодов катодных групп (15, 16, 17, 18, 19, 20) всех трехфазных мостовых схем 7-8 выпрямления.
Свободные концы всех электродов 4, 5, 6, для создания равномерного температурного поля по всей высоте изделия, размещены на одном уровне с верхней кромкой наплавляемой кварцевой формы 3.
В целях компенсации большего угара по высоте положительного электрода, чем отрицательных электродов, диаметр положительного электрода превышает на 10-15% диаметр отрицательных электродов и имеет меньшее удельное сопротивление.
Для этого положительный электрода выполнен из графита с меньшим удельным сопротивлением, чем отрицательные.
Устройство работает следующим образом.
Газопроницаемая цилиндрическая плавильная камера 1 приводится во вращение двигателем (на чертежах не показан). Внутренняя плавильная форма 2 заполняется кварцсодержащим сырьем (кварцевой крупкой). За счет центробежной силы и вакуума на стенках плавильной формы 2 формируется и удерживается слой кварцевой крупки для наплавления кварцевой формы 3.
Затем электроды 4, 5, 6 устанавливают в исходное положение на одном уровне с верхней кромкой наплавляемой кварцевой формы 3 с небольшим (3-4 мм) зазором между центральным - положительным и боковыми - отрицательными электродами. После чего на электроды подается постоянное напряжение.
Крайние отрицательные электроды 5, 6 сводятся к центральному положительному электроду 4 и при их соприкосновении происходит зажигание дуги. Сразу после этого электроды 5 и 6 начинают разводить в направлении от центра плавильной формы 2 к ее стенкам (как показано на фиг.1) со скоростью достаточной для поддержания тлеющего разряда. За это время поверхность катодов 5 и 6 покрывается тлеющим свечением с одновременно быстрым увеличением температуры их поверхности, обеспечивая тем самым значительный термоэлектронный ток, что в дальнейшем становится достаточным для поддержания стабильной дуги (самоподдерживающейся).
Продолжая раздвигать электроды на расстояние, определяемое значением подаваемого напряжения U (для каждого диаметра изделия Ф-(Д1-Д3) свое), до стенок наплавляемой формы, получаем устойчивое горение дуги. Так как под воздействием температуры кварцсодержащее сырье начинает парить (потенциал ионизации пара которого значительно ниже, чем воздуха в межэлектродном промежутке) дуговой разряд замыкается по поверхности (вблизи) наплавляемой формы, то есть в парах кварца, обеспечивая тем самым значительную плотность тока и следовательно высокую удельную мощность в дуге, равномерно по всей наплавляемой поверхности.
Обработка поверхности электродами производится в течение времени, необходимого для получения изделия.
По окончанию технологического процесса гашение дуги осуществляется путем подъема всего блока электродов 4, 5, 6, над наплавляемой формой 3 на высоту (50-100 мм) до разрыва (гашения) дугового разряда с поверхностью (парами) кварца.
Наплавление (получение) тиглей другого диаметра проводится аналогично, меняется только диаметр плавильной формы 2 (D1, D2, D3) и величина подаваемого на электроды 4, 5, 6 напряжения (U) при равных величинах рабочего тока (I), как показано на графиках фиг.2.
Полезная модель позволит получить простейшую схему вторичного токопровода, увеличить электрический и тепловой КПД устройства за счет получения практически полной симметричной электрической сети относительно оси проходящей через трансформатор силового блока и средний электрод.
При работе устройства происходит снижение времени наплавления, удельного расхода электроэнергии и расхода кварцсодержащего сырья на одну единицу продукции, исключена необходимость в сложных средствах программного управления электродами.
Таким образом, полезная модель позволит упростить устройство, повысить качество получаемой продукции за счет повышения плотности оплавляемого кварцевого стекла, уменьшения разнотолщинности стенок формируемого изделия, а также сократить продолжительность процесса и его себестоимость за счет повышения эффективности использования тепла дугового разряда, снижения удельного расхода электроэнергии и уменьшения расхода кварцсодержащего сырья на формовку изделия.