книги из ГПНТБ / Саркисов, П. Д. Технология стеклодувных работ учеб. пособие

например поляриметр ПКС-56, снабженный пластинкой, создающей разность хода '/4 длины волны, и вращающим­ ся анализатором.

Высокая точность измерения напряжений в стекле достигается в том случае,- если обычный анализатор до­ полняется поворотным кальцитовым компенсатором.

Поляризационно-оптический контроль напряжений в стеклоизделиях должен производиться с учетом техно­ логических особенностей их производства. При охлажде­ нии стекол могут возникать закалочные напряжения, вы­ званные перепадом температуры по толщине стенки изде­ лия, цепные — по поверхности, сварочные — при местном нагреве стекла и напряжения, возникающие в спаях из-за различия коэффициентов термического расширения.

В зависимости от конфигурации и вида изделий внут­ ренние напряжения измеряют при просмотре в торец, нормально и под углом к поверхности. На рис. 23 приве­ дены схемы основных направлений просмотра различных изделий из стекла при измерении внутренних напря­ жений.

При просмотре плоских изделий (листовое стекло, дис­ ки) в торец (рис. 23, а) выявляются напряжения между слоями, параллельными поверхности. Величина таких напряжений рассчитывается по формуле

(7

А

Рис. 23. Схемы направлений просмотра при измерении внутренних напряжений в стеклоизделиях

120

При просмотре плоских изделии перпендикулярно их поверхности (рис. 23, б) выявляются напряжения между отдельными частями по ширине, а их величина рассчиты­ вается по формуле, аналогичной предыдущей:

Л

где d — толщина листа в см.

Величина напряжений всестороннего сжатия или рас­ тяжения может 'быть определена при наклонном просве­ чивании (рис. 23, в) и рассчитана по формуле

калочные напряжения, величина которых рассчитывает­ ся по формуле

где а — толщина стенки цилиндра.

При нормальном просмотре цилиндра (рис. 23, д) вы­ являются окружные напряжения

_ Д _1_ ° ~ "В "2а'

Осевые напряжения на внешней (рис. 23, е) и внут­ ренней (рис. 23, ж) поверхности цилиндрических оболо­ чек измеряют при просмотре погруженных в иммерсион­ ную жидкость изделий по толщине стенки а.

Величины напряжений при просмотре изделий по схе­ ме, представленной на рис. 23, е и ж, рассчитывают со­ ответственно по формулам

121

§ 30. РАСЧЕТЫ Р Е Ж И М А О Т Ж И Г А

Режим отжига промышленных стекол определяется значениями высшей и низшей температуры отжига, вели­ чиной допустимой скорости предварительного нагрева или охлаждения, длительностью выдержки при постоян­ ной температуре, скоростью охлаждения до низшей тем­ пературы отжига и скоростью последующего охлаждения до комнатной температуры.

Высшая температура отжига — это температура, при которой вязкость стекла составляет 1013 пз. Низшей тем­ пературе отжига соответствует вязкость стекла 101'1-5 пз.

Высшая температура отжига промышленных стекол обычно лежит в пределах от 450 до 650° С. Низшая тем­ пература отжига примерно на 150° С меньше.

Низшая температура отжига — это граница, ниже ко­ торой в стекле остаточные напряжения не возникают да­ же при больших скоростях охлаждения. Практически низшая температура отжига соответствует температуре, при которой в течение 2 мин удаляется около 5% внут­ ренних напряжений.

Температура, при которой в течение 2 мин. релаксируют около 95% напряжений, представляет собой высшую температуру отжига.

Существуют различные способы определения величи­ ны температур отжига. Высшую температуру отжига стекла можно установить при помощи коэффициентов Гельгофа и Томаса (табл. 11). Для установления темпе­ ратуры отжига заданного стекла достаточно знать темпе­ ратуру отжига какого-либо другого стекла близкого хи­

отжига, то искомая температура отжига заданного стек­ ла будет больше, и наоборот.

Расчет для каждого окисла ведется по формуле

122

Гельгофа — Томаса; X-j и Л'э т — содержание данного окис­

отжига определяют на нагревательном поляриметре, от­

внутрь печи. Температуру образца непрерывно измеряют близрасположенной малоинерционной термопарой.

Скорость нагрева печи регулируют таким образом, чтобы нагрев до 250° С происходил за 5—10 мин, а в последующем его скорость поддерживалась постоянной, около 3° С в минуту.

Начиная с температуры 250—300° С постоянно изме­ ряют внутренние напряжения в образце стекла. Темпера­ тура, при которой релаксируют 5% напряжений, будет равна низшей температуре отжига, а температура, при которой исчезнут 95% напряжений, будет соответство­ вать высшей температуре отжига.

Температура отжига может быть определена и дру­ гими способами — по кривой вязкости стекла, по кривой термического расширения и др.

Высшая температура отжига стекла примерно на 15— 20° С ниже температуры его размягчения.

Поступающее для отжига' стеклоизделие подвергают предварительно охлаждению (если изделие только что от-

123

формовано) или нагреванию (если изделие успело ос­ тыть). Скорость нагрева на этой стадии может быть очень велика — от 100 до 300° С в минуту.

Основная опасность для изделий при нагреве до тем­ пературы отжига заключается в возможности их разру­ шения от суммарных остаточных и временных напряже­ ний, особенно в том случае, если остаточные напряжения носят местный характер и связаны с наличием в изде­ лиях острых углов, разнотолщинности, инородных вклю­ чений и т. п.

Скорость нагрева изделий может быть рассчитана по

скорость нагрева стекла, исходя из способности изделия выдержать временные термоупругие напряжения, и свя­ зывают ее непосредственно с величиной таких напряже­ ний или термостойкостью. Вторая формула—эмпириче­ ская. Для стекол хорошего качества скорость нагрева мо­ жет быть более высокой ( v = \

Длительность стадии постоянной температуры при от­ жиге стекла определяется допустимой величиной оста­ точных напряжений и может быть рассчитана по форму­ ле Адамса — Вильямсона

1 _ 1

124

Практически продолжительность выдержки при тем­ пературе отжига связана также с геометрическими раз­ мерами, разнотолщинностыо, с назначением изделия.

Охлаждение стеклоизделий от температуры отжига сначала ведут медленно, так чтобы не возникли остаточ­ ные напряжения, а затем — с большей скоростью, не вы­ зывающей, однако, разрушения изделий. Скорость мед­ ленного охлаждения можно рассчитать по формулам:

AT

v = 0 , 3 7 5 — - ,

аг v = 0,1с

где v — скорость охлаждения в °С/мин; AT— термостой­ кость стекла в °С; а — остаточные напряжения в стекле в кГ/см2; а — полутолщина стекла в см.

По мере охлаждения стеклоизделий скорость охлаж­ дения может непрерывно увеличиваться. Для листового стекла скорость охлаждения допустимо увеличивать че­

125

§ 3 1 . ПЕЧИ Д Л Я О Т Ж И Г А СТЕКЛА

Печи для отжига промышленных стеклонзделий раз­ личаются по источнику тепла, способу обогрева, режиму работы, направлению движения отжигаемых изделий, конструкции транспортных средств.

Печи бывают периодического и непрерывного действия и могут работать на твердом, жидком, газообразном топ­ ливе и с электрическим обогревом.

По способу передачи тепла печи для отжига могут быть прямого нагрева, муфельные, циркуляционные.

Отжигаемые изделия перемещаются в зависимости от

мелкосерийной продукции. Режим работы камерных пе­ чей состоит последовательно из разогрева, откладки из­ делий, выдержки изделий при постоянной температуре, медленном, а затем и быстром охлаждении. Весь цикл от­ жига занимает от 6 до 36 ч. Такие печи могут иметь пла­ менный и электрический обогрев.

В а г о н е т о ч н ы е п е ч и действуют непрерывно. Изделия откладывают в вагонетки, которые поступают в туннель отжига печи и проходят через зоны температур отжига и медленного охлаждения с требуемой скоростью.

Камерные и вагонеточные отжигательные печи нахо­ дят все меньше применения на производстве, вытесняясь высокопроизводительными непрерывно действующими от­ жигательными печами.

Наиболее часто используют в производстве м у ф е л ь ­ н ы е п е ч и (рис. 25), которые снабжены двумя камера­ ми сжигания, верхним и нижним муфелями с целью рав­ номерного распределения температуры в туннеле печи.

В зоне медленного охлаждения слой тепловой изоля­ ции уменьшается. За туннелем отжига располагается открытая часть конвейера, предназначенного для оконча­ тельного охлаждения стеклонзделий и их сортировки.

Ц и р к у л я ц и о н н ы е п е ч и (рис.26) оборудова­ ны устройствами для принудительного перемешивания воздуха с целью выравнивания температуры по попереч­ ному сечению печи. При ширине туннеля около 2 м уста­ навливают, как правило, два вентилятора.

(26

Для отжига бутылок на Констаптиновском заводе ис­ пользуют циркуляционную отжигательную печь более совершенной конструкции (рис. 27). Печь по длине состо­ ит из девяти секций. Первые пять секций образуют тун­

— ^

//////

Рис. 27. Отжигательная печь с конвективным обогревом:

/ _ трубчатые нагреватели, 2— конвейерная лента, J — колесо циркуляци­ онного вентилятора, 4 — минеральная шерсть, 5 — нижний вентилятор по­

дачи холодного воздуха

горячего воздуха. Эти секции имеют со всех сторон теп­ ловую изоляцию из минерально-силикатной шерсти. Шес­ тая секция сверху не изолируется.

Равномерность температур по сечению каждой секции связана с работой вентиляторов, в том числе холодного воздуха, для оперативного регулирования заданного тем­

Печь выкладывают из огнеупорного кирпича в виде вер­ тикальной шахты с двумя каналами. В верхней части пе­ чи помещается приводной вал с цепью и подвешенными к ней металлическими ящиками. Отопление газом или ма­ зутом производится при помощи горелки. Регулируют температуру по зонам дросселями. Для сокращения теп-

128

Лопотерь пространство между дымоходом и каркасом за­ полняют асбестом, а между каркасом и стеноп шахты — огнеупорным легковесным кирпичом.

Изделия отжигают в обоих каналах. Загружают изде­ лия в движущиеся ящики со стороны горелки, а выгру­ жают с противоположной стороны.

Для отжига прокатного листового стекла используют печи ЭП-160 и НП-1003 с шириной транспортирующих ва­ ликов соответственно 2200 и 3500 мм. Печи имеют шесть зон. В первой зоне температуру снижают до 650° С, во второй — до 570° С, в третьей — до 450° С, в четвертой — до 300° С, в пятой — до 80° С, в шестой — до 25° С.

Листовое стекло, вырабатываемое способом верти­ кального вытягивания, отжигают непосредственно в шах­ тах машин ВВС. На расстоянии 1 м от уровня стекло­ массы в шахте машины устанавливают температуру, рав­

личества топлива, потребного для нормального функцио­ нирования.

Тепловые расчеты печей основываются на исследова­ нии их теплового баланса. Тепловой баланс печей вклю­ чает статьи прихода тепла: потенциальное тепло топли­ ва, физическое тепло воздуха, идущего для горения, и до­ полнительного воздуха, тепло, вносимое изделиями, транспортными приспособлениями, продуктами горения или смесью продуктов горения и воздуха. Статьи расхо­ да: тепло, уносимое изделиями, транспортными приспо­ соблениями, продуктами горения или смесью продуктов горения и воздуха, потери через стенку, охлаждаемые ро­ лики и т. п.

Тепловые балансы периодически действующих печей составляют для каждого периода работы печи: разогре­ ва, откладки изделий, выдержки, медленного и быстрого охлаждения. Тепловые балансы непрерывно действующих печей составляют для всей печи и для отдельных ее зон.

В расчет конструктивных параметров печей входит определение требуемой площади конвейера, его ширины