Сосуд для выработки стеклянного волокна

Полезная модель относится к производству строительных материалов, в частности к оборудованию заводов, производящих стеклянное волокно. Технический результат от использования заявленной полезной модели - повышение срока службы сосуда, снижение стоимости изготовления деталей повышение технологичности изготовления сосуда, а также снижение энергопотребления. Сосуд для выработки стеклянного волокна, включает днище и стенки 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.

Полезная модель 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 НfO₂ [1], или ZrO₂ [2].

Недостатком сосуда [1] является относительно высокие общие потери благородных металлов, обусловленные значительной пористостью огнеупорного слоя из НfO₂. Кроме того, материал HfO₂ 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).

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.

Сосуд для выработки стеклянного волокна, включающий днище и стенки 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, отличающийся тем, что 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/(мК).