Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Ручное вытягивание трубок



Рассмотрение ручного способа вытягивания трубок полезно для лучшего понимания машинных способов.

 
На первой стадии стеклодув набирает наборной трубкой с мундштуком (наконечником) определенное количество стекломассы из выработочной части печи, закатывает ее на металлической плите в заготовку в виде усеченного конуса с вершиной у мундштука (рис. 5.1). В заготовку вдувается воздух так, что в стекломассе образуется овальный пузырь. В ходе дальнейшей выработки заготовка (баночка) может приобрести цилиндрическую поверхность, но воздушный пузырь должен оставаться суженным в передней части. Тем временем тянульщик трубок подготавливает на плите порцию стекломассы в виде диска (набель), который служит для «схватывания» ранее приготовленной «баночки». Передняя поверхность набеля окунается в воду для частичного затвердевания. Баночка подогревается в печи для придания ей необходимой для выработки температуры. Затем тянульщик прикрепляет набель к переднему концу баночки и начинает вытягивание трубки, удаляясь от стеклодува, который непрерывно вдувает воздух. При этом стекломасса постепенно оттягивается с мундштука, образуя трубку. При этом и баночка и набель медленно вращаются, чтобы избежать неравномерной толщины стенок вытягиваемой трубки. Наружный диаметр и толщина стенки трубки регулируются путем изменения скорости вытягивания. За один проход обычно вытягивают трубку длиной 15 м при наружном диаметре 40 мм и толщине стенки 2 мм, при вытягивании термометрических капилляров длина вытянутой трубки доходит до 150 м. Аналогично вытягиваются стеклянные стержни-полуфабрикаты, необходимые для производства приборов из стекла. Единственное отличие: воздух внутрь баночки не вдувается.

 

Механизированное вытягивание трубок

Ниже рассмотрены три машинных способа получения стеклянных трубок, имеющих наибольшее значение.

а) с вращающимся мундштуком – способ Даннера, где стекломасса стягивается в горизонтальном направлении с наружной поверхности мундштука;

б) способы Велло и Хейнлейна – вытягивание трубки вертикально вниз.

Способ Даннера

Способ Даннера является развитием ручного способа вытягивания стеклотрубки применительно к условиям непрерывного механизированного производства. При этом стеклодувная трубка заменена длинным цилиндром из огнеупорного материала (мундштук), насаженным на полый металлический стержень. Стекломасса непрерывной струей поступает из питателя 1 на медленно вращающийся вокруг наклонной оси (7–12 мин–1) мундштук 2 и навивается на него (рис. 5.2). Из-за наклона к горизонту на 10–20°, стекломасса под действием силы тяжести сползает вперед, образуя сплошную оболочку вокруг мундштука толщиной в несколько сантиметров, вначале спиралеобразную, а затем по мере продвижения к концу более или менее равномерную. Сползающая с мундштука стекломасса оттягивается в виде непрерывной трубки тянульной машиной, устанавливаемой на расстоянии 40–60 м от установки Даннера. Для предотвращения схлопывания внутренней полости вытягиваемой трубки через продольную полость мундштука подается сжатый воздух низкого давления (50–300 Па). Трубка движется по рольгангу к тянульной машине, его ролики изготавливаются из теплостойкого материала (графит, асбест) (рис. 5.3).

Тянульная машина имеет либо ряд расположенных друг над другом шкивов, либо две бесконечных цепи. Шкивы либо поперечные элементы цепей, соприкасающиеся со стеклом, изготавливают (или покрывают) из теплостойкой резины или асбеста (рис. 5.4). Скорость вытягивания трубки составляет 4–225 м/мин в зависимости от ее диаметра. После тянульной машины трубку разрезают на куски заданной длины (обычно 1,5 м) при помощи термоудара (смачивая еще горячую трубку водой в месте отломки) либо на

Рис. 5.3. Схема машины Даннера с мундштучной камерой: 1 – муфель, 2 – лоток (желоб), 3 – привод мундштука, 4 – муфта, 5 – воздушный шланг, 6 – крепление мундштука, 7 – мундштук, 8 – рольганг
сечки, наносимой диском из твердого сплава.

Важное значение имеет вязкость стекломассы на различных стадиях процесса вытягивания, значения которой должны составлять:

  логарифм вязкости
Канал питателя – 2,2
Чаша питателя – 2,6
Начало навивания – 2,8
Оболочка вокруг мундштука – 3,1
Насадка мундштука (луковица) – 4,5

На ронгальге:

– на 1,85 м – 5,2

– на 6,1 м – 7,3.

Важно, чтобы струя стекломассы была непрерывной и постоянной, что достигается постоянством ее уровня в питателе (± 0,5 мм) и температуры в лотке (± 2,5 °С). Таким образом, обеспечивается стабильность размерных характеристик вытягиваемой трубки (диаметр и толщина стенки), а, следовательно, качество и эффективность производства. Лучшие результаты дает помещение трубки Даннера в обогреваемый снаружи муфель, при этом температуру стекломассы на мундштуке можно поддерживать с точностью (± 1°С).

Основные размеры трубки – диаметр и толщина стенки – зависят от диаметра мундштука (до 250 мм), количества подаваемой стекломассы, ее температуры в муфеле, скорости вращения мундштука, однако наибольшее влияние имеют давление воздуха, подаваемого в трубку и скорость вытягивания. При увеличении давления воздуха в формуемой трубке увеличивается диаметр и снижается толщина стенки, при увеличении скорости вытягивания уменьшается диаметр и растет толщина стенки. Варьируя указанные параметры, добиваются практически любого сочетания размеров вытягивания трубки.

Способ Даннера считается достаточно надежным и производительным. Так, используя один и тот же мундштук, можно вытягивать трубки разного диаметра, например, при диаметре мундштука 220 мм можно получать трубки с диаметром 5–50 мм без особых сложностей.

Применяя различные мундштуки, можно существенно менять производительность: от 1,5 кг/мин при диаметре мундштука 145 мм до 28 кг/мин – при диаметре мундштука 609 мм. Производительность линии Даннера в зависимости от вырабатываемого ассортимента представлена в таблице 5.2.

Таблица 5.2 – Производительность линии Даннера

Диаметр трубки, мм Толщина стенки, мм Скорость вытягивания, м/мин Производительность, кг/ч
2–3 Тонкая
0,5 160–230
16–17 0,5 160–230
21–22 0,6 160–230
6–7 0,9–1 120–150
11–12 1,5–1,75 120–150
1,3 300–350

 

Недостатки способа Даннера состоят в следующем:

1. Стекломасса находится на мундштуке в течение достаточно длительного промежутка времени (8–10 мин) при высокой температуре. В итоге происходит частичное улетучивание компонентов стекла с его поверхности, например, оксида бора у медицинского стекла. Обедненные В2О3 пленки стекломассы могут при вытягивании образовывать полосы на поверхности трубки. Кроме того, создаются условия для неравномерного охлаждения различных участков стекломассы на мундштуке (из-за различной теплопроводности), что приводит к непериодическим колебаниям диаметра трубки (±3%).

2. Стеклотрубка в процессе вытягивания подвергается скручиванию в районе луковицы, поскольку мундштук вращается, а затвердевшая трубка транспортируется без вращения. Следствием скручивания является повышенная овальность и разнотолщинность стенок. Поэтому в последнее время стремятся обеспечить вращение вытягиваемой стеклотрубки.

Рис. 5.5. Схема установки Даннера с питателем: 1 – выработочная часть печи, 2 – питатель, 3 – игла, 4 – трубка Даннера
Расход теплоты на установках Даннера (включая варку стекломассы) составляет при выработке традиционных стекол 4500–7500 ккал/кг трубочного стекла в зависимости от ассортимента. Оптимальные размеры трубки, вытягиваемой способом Даннера, составляют 6–20 мм. Поскольку высокая производительность установок и точность размеров трубок требуют поддержания определенной вязкости стекломассы для подачи последней в современных вариантах способа Даннера широко используются питатели, подобные фидерам, при этом вместо периодически действующего плунжера в качестве регулятора расхода стекломассы используется игла (рис. 5.5).

На современных установках Даннера обеспечивается непрерывный автоматический контроль геометрических параметров трубки, автоматически регулируются давление дутьевого воздуха и скорость вытягивания трубок.

 

Способ Велло

Способ Велло является вертикально-горизонтальным способом вытягивания стеклянной трубки, поскольку трубка тянется вначале вертикально вниз, а затем переводится в горизонтальное положение. Усовершенствованный фирмой «Corning Glassworks» способ получил широкое распространение как в США, так и в Европе.

Оригинальный способ Велло появился в 1930 г. (рис. 5.6). В дне выработочной камеры стекловаренной печи имеется цилиндрическое отверстие с очком, через которое вытекает стекломасса по расширяющемуся книзу наподобие воронки мундштуку.

Мундштук представляет собой полую трубку, которая крепится над перекрытием камеры с возможностью перемещения ее по вертикали, а также вращения вокруг оси. Верхней частью мундштук соединен с трубопроводом дутьевого воздуха. Стекломасса вытекает через кольцевой зазор между очком и воронкой, образуя при помощи подаваемого в полость мундштука воздуха полую «луковицу», переходящую в оттягиваемую вниз под действием собственной массы и усилия передаваемого тянульной машиной бесконечную трубку. Вследствие вращения мундштука и тангенциальной подачи дутьевого воздуха сформированная стеклянная трубка также вращается. Кольцевая горелка обеспечивает повторный разогрев стекломассы. На определенном расстоянии от очка пластичная еще трубка перегибается в горизонтальное положение и оттягивается по рольгангу с одновременным вращением при помощи желобчатых дисков тянульной машины.

При перегибе трубки ее противоположные стенки перемещаются по траекториям с разными радиусами. Стенка с большим радиусом перегиба растягивается сильнее и становится тоньше. Для компенсации различия в толщине стенок получалась трубка, ей до перегиба придается разнотолщинность за счет эксцентричного положения мундштука в очке.

Вариации диаметра и толщины стенки вытягиваемой стеклотрубки достигаются за счет изменения: 1) давления дутьевого воздуха; 2) подъема или опускания мундштука, а также 3) изменения скорости вытягивания.

Более существенные изменения размеров стеклотрубки достигаются использованием очек и мундштуков различных размеров.

Совершенствование метода Велло предпринято инженерами «Corning Glass Works». При этом вращающийся мундштук заменяется неподвижным с колоколообразной нижней частью. Разогрев луковицы посредством газовой горелки заменен электроподогревом стекломассы в очке. Температура в чаше питателя поддерживается с точностью ±5°С. Постоянство уровня стекломассы в выработочной чаше достигается сливом ее поверхностных неоднородных слоев через специальный порог. Температурный режим в питателе поддерживают с помощью электроподогрева, а также подачи холодного воздуха, кроме того, применяется механическое перемешивание стекломассы.

Мундштук выполнен многослойным (рис. 5.7). В центре – полая механическая трубка, по которой электрический ток подается на металлические кольцо (один из электродов), которым заканчивается нижняя часть мундштука. Центральная трубка изолирована огнеупорным керамическим цилиндром, который упирается в колокол, выполненный из огнеупорного материала. Наружной оболочкой мундштука является металлическая трубка, заканчивающаяся на некотором расстоянии над очком, которая также служит для подачи электротока. В качестве второго электрода служит само очко. Таким образом, электрический ток проходит через стекломассу под углом относительно направления ее движения, как с наружной оболочки мундштука к очку, так и с нижнего кольца опять же к очку.

Рис. 5.7. Схема электроподогрева стекломассы (способ Корнинга): 1 –подвод напряжения, 2 – наружная металлическая трубка, 3 – керамический цилиндр, 4 – колокол, 5 – кольцо, 6 – очко, 7 – луковица, 8 – подача воздуха.
К тянульной машине трубка перемещается по роликам рольганга. Расстояние от оси очка до тянульной машины от 5 до 120 м в зависимости от вырабатываемого ассортимента и производительности. Для уменьшения длины тянульного коридора предлагается охлаждать трубку воздухом, засасываемым в герметизированный рольганг.

Рис. 5.8. Чешская версия метода Велло: 1 – канал питателя, 2 – чашка, 3 – очко, 4 – мундштук, 5 – бушинг, 6 – луковица, 7 – слив избытка стекломассы, 8 – рольганг, 9 – шкивы тянульной машины, 10 – стабилизирующий цилиндр
В 70-х годах XX века в Чехословакии была разработана еще одна версия метода Велло (рис. 5.8). Стекломасса по каналу поступает в чашу питателя, в центре которой имеется цилиндрическое отверстие. В отверстие провешен полый вращающийся мундштук с раструбом на конце. Положение мундштука относительно очка регулируется как в вертикальном, так и в горизонтальном плоскостях. Сквозь свод чаши над ее центром опущен вращающийся цилиндр, положение которого также регулируется. Поверхностный слой стекломассы сливается через порог, что обеспечивает стабильность ее уровня в чаше, а также – стабильность ее химического состава. Осуществляется подогрев стекломассы в чаше. Вытекающая через зазор стекломасса образует луковицу на раструбе мундштука, которая переходит в непрерывную трубку вследствие подачи воздуха через полый мундштук. Сформированная стеклотрубка перегибается, будучи еще пластичной и оттягивается затем в горизонтальном положении тянульной машиной.

Нижняя часть мундштука и луковица заключаются в стабилизирующий цилиндр с отражающим покрытием изнутри. Перемещая цилиндр 10, устанавливают требуемый температурно-вязкостный режим луковицы в зависимости от диаметра вытягиваемой трубки, толщины стенки и скорости вытягивания.

Преимуществами метода Велло в сравнении с методом Даннера (см. табл. 6.1) являются:

1. Малая продолжительность формования трубки, что позволяет избежать изменения химического состава стекла за счет улетучивания компонентов типа PbO и В2О3;

2. Отсутствие скручивания трубки в зоне луковицы за счет вращения мундштука;

3. Практически отсутствует конусность формуемой трубки, что позволяет получать изделия с малыми отклонениями от заданных значений как внутреннего, так и наружного диаметров;

4. При прочих равных условиях производительность метода Велло примерно в 1,5 раза выше, чем метода Даннера.

Рис. 5.9. Схема установки Хейнлейна для вытягивания стеклотрубки из кварцевого стекла: 1 – вольфрамовый электронагреватель, 2 – молибденовый тигель, 3 – мундштук, 4 – оправка, 5 – тянульная машина

Способ Хейнлейна

Данный способ применяется для вытягивания трубок из кварцевого стекла, что является нелегкой задачей из-за высокой температуры выработки и высокой вязкости расплава SiO2(η = 104 Пас при 2000°С) и необходимости применения из-за этого больших усилий при вытягивании трубки.

Благодаря способу Хейнлейна впервые удалось объединить в один производственный цикл стадии наплавления кварцевого стекла и формование изделий из него. Ранее эти стадии были разделены во времени и пространстве. Хейнлейном была разработана установка вертикального вытягивания вниз (рис. 5.9), позволяющая достичь требуемых температур наплавления (2000–2200°С) стекломассы и ее выработки, обеспечивая при этом высокую степень безопасности.

Наплавление стекломассы осуществляется в шахтной печи с электрообогревом. Расплавленная в молибденовом тигле 2 стекломасса протягивается в зазор между мундштуком 3 и оправкой 4 и выходит из нижней части в печи в виде трубки, поскольку внутрь мундштука под давлением подается защитная газовая смесь (N2+H2), одновременно защищающая мундштук от окисления.

Далее полученную трубку из кварцевого стекла обхватывает вытяжная машина и непрерывно тянет ее вниз вертикально, варьируя скорость вытягивания и температуру стекломассы в луковице добиваются требуемых значений диаметра трубки и толщины ее стенки. Пройдя тянульную машину, стеклотрубка разрезается на отрезки заданной длины. Производительность установки достаточно велика. С оправками разных диаметров можно вытягивать трубки с наружным диаметром от 3 до 32 мм при толщине стенки 0,8–2,0 мм. При этом при вытягивании толстостенных трубок наибольших диаметров скорость вытягивания составляет 12–15 м/ч, в то время как при малых размерах трубки она достигает 200–250 м/ч. Съем стекломассы с установки – 3–9 кг/ч.

Мощность нагревателей – до 80 кВт, удельный расход электроэнергии – 8,920 кВт.ч/кг расплавленного кварцевого стекла, обслуживающий персонал – два человека.

 

ЛИТЕРАТУРА

Основная

 

1. Зубанов В А., Чугунов Е.А., Юдин Н.А. Механическое оборудование стекольных заводов. 2-ое изд. – М: Машиностроение, 1984.

2. Бауман В.А., Клушанцев Б.В., Мартынов В.Д. Механическое
оборудование предприятий строительных материалов, изделий и кон­струкций. – М.: Машиностроение, 1981.

3. Гигерих В., Трир В. Стекольные машины / Пер. с немецкого.
– М: Машиностроение, 1968. – С. 427.

4. Ильевич А.П. Машины и оборудование заводов по производству керамики и огнеупоров. – М: Высшая школа, 1979.

5. Булавин В.А. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций. – М: Машино­строение, 1981.

 

Дополнительная

1. Сапожников М.Я, Дроздов Н.Я. Справочник по оборудованию заводов строительных материалов. – М: Стройиздат, 1970.

2. Будов В.М. и др. Наладка стекольных автоматов и полуавто­матов. – М: Высшая школа, 1980.

3. Полляк В.В., Саркисов П.Д., Солинов В.Ф., Царицын М.А.
Технология строительного и технического стекла и шлакоситаллов. –
М: Стройиздат, 1983.

4. Федорова В.А., Гулоян Ю.А. Производство сортовой посуды.
– М: Легкая и пищевая промышленность, 1983.

5. Бондарев К.Т. Листовое полированное стекло. – М: Строй­издат, 1978.

6. Юдин НА., Гулоян Ю.А Технология стеклотары и сортовой
посуды. – М.: Стройиздат, 1977.

7. Справочник по производству стекла. В 2-х т. / Под ред. И.И.
Китайгородского, С.М. Сильвестровича. – М: Госстройиздат, 1963.
Т.1: Справочник по производству стекла. – 527 с; Т.2: Справочник по
производству стекла. – 348 с.

 

 

Приложение 1

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.