сосуд для выработки стеклянного волокна

Формула изобретения

1. Сосуд для выработки стеклянного волокна, включающий днище и стенки из благородных металлов и крышку, отличающийся тем, что крышка выполнена из керамического материала на основе нитрида кремния, причем отношение толщины крышки к толщине стенок составляет от 5: 1 до 20: 1.

2. Сосуд по п. 1, отличающийся тем, что в нижней части крышки выполнен паз по периметру для соединения крышки со стенками.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к оборудованию заводов стеклянного волокна.

Известны сосуды для выработки стеклянного волокна, изготовленные из сплавов благородных металлов, снабженных внешним огнеупорным слоем из НfО₂ [1] или ZrO₂ [2].

Недостатком сосуда [1] являются относительно высокие общие потери благородных металлов, обусловленные значительной пористостью огнеупорного слоя из НfО₂. Кроме того, материал НfО₂ 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 изобретению по технической сущности и достигаемому результату является сосуд для выработки стеклянного волокна, включающий корпус из сплава благородных металлов с внешним защитным покрытием [3] и крышку, расположенную в верхней части сосуда и соединенную с корпусом. Корпус содержит стенки и соединенное с ними днище.

Однако при эксплуатации сосуда в условиях высоких температур слой защитного покрытия, выполненный из смеси ZrO₂ с Y₂О₃, отстает от металлического корпуса из-за большой разницы в коэффициентах термического расширения покрытия и стенки корпуса. В связи с этим потери благородных металлов при эксплуатации сосуда остаются значительными, а срок его службы невысоким. Процесс нанесения защитного покрытия является достаточно технологически сложным, энергоемким, требующим специального технологического оборудования.

Кроме того, в используемых в настоящее время стеклоплавильных аппаратах крышка изготовлена из сплава платины и приварена к платиновому корпусу. Это приводит к возникновению значительных напряжений в сварных швах, что неблагоприятным образом сказывается на ресурсе работы.

Целью изобретения являются повышение срока службы сосуда, снижение потерь благородных металлов и повышение технологичности изготовления сосуда.

Технический результат достигается тем, что в сосуде для выработки стеклянного волокна, включающем стенки и днище из благородных металлов и крышку согласно предлагаемому изобретению крышка выполнена из керамического материала на основе нитрида кремния, причем отношение толщины крышки к толщине стенок составляет от 5:1 до 20:1.

При этом в нижней части крышки по ее периметру может быть выполнен паз для обеспечения соединения крышки со стенками корпуса. 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 нитрида кремния, имеющей низкую теплопроводность, например из реакционносвязанного нитрида кремния, 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 1600^oС) крышка может использоваться многократно. Кроме того, керамика на основе нитрида кремния имеет более низкую стоимость, чем платиновый сплав.

Данное конструктивное решение не требует изменения или переналадки оборудования, оснащения какими-либо другими источниками тепловыделения, например, окисными высокотемпературными нагревателями, т.к. схема нагрева сохраняется - стекло разогревается из-за тепловыделения в стенках платинового сосуда. Изменена только конструкция крышки и способ ее крепления. 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, что в свою очередь приводит к увеличению срока службы. Отношение толщины керамической крышки к толщине стенки корпуса сосуда составляет от 5:1 до 20:1. При соотношении толщин менее 5:1 прочность крышки невысока, 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 ОТМ-904 на основе реакционносвязанного нитрида кремния, модифицированного никелем. 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).

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 60% выше срока службы известного сосуда. Общий расход благородных металлов на 12% ниже. Уменьшение энергопотребления сосуда с керамической крышкой достигает 2%.

Источники информации

1. Авт. св. СССР 609432, кл. С 03 В 37/00, 1976.

2. Патент США 3685978, кл. 65-1, опубл. 1972.

3. Авт. св. СССР 910538, кл. С 03 В 37/09, 1982.