Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_4369
.pdf
В предлагаемом методе, вместо осуществления всего нагрева за один этап, как в предыдущих методах,
предусмотрена возможность проведения отжига в два или более этапов, то есть стеклянные изделия быстро
нагреваются до относительно высокой температуры в процессе отжига, граничащей с верхней границей
пластического состояния и нижней границей вязкого состояния. Здесь температура поддерживается до тех
пор, пока не будут сняты все напряжения и деформации, а затем температура быстро понижается до
значения, находящегося в диапазоне отжига, и поддерживается на этом уровне достаточно долго, чтобы
снять обратные деформации, вызванные резким падением температуры. После этого охлаждение может
продолжаться непрерывно и с постепенно увеличивающейся скоростью, пока изделия не достигнут
температуры ниже диапазона отжига без опасности возникновения обратных деформаций. Таким образом,
идеальный отжиг может быть осуществлен за три-четыре часа, в отличие от двенадцати-семидесяти двух
часов, которые требовались ранее.
На прилагаемом рисунке показана диаграмма 75, иллюстрирующая температурную кривую, подходящую для
отжига пятигаллонных бутылок из стекла определенного типа. Эта кривая будет варьироваться в зависимости
от свойств стекла, а в некоторых случаях также от формы и размера изделия. Однако необходимые
изменения могут быть легко достигнуты специалистами в данной области путем проведения предварительных
испытаний. 85 Стеклянные изделия, выходящие из формовочной машины, могут быть как горячее, так и
холоднее, чем температура отжига, определенная для конкретной обработки стекла. В любом случае, их
быстро доводят до надлежащей температуры отжига, которая может быть верхним пределом пластического
состояния или нижним пределом вязкого состояния. После достижения температуры отжига 95%-ный расплав
поддерживают при постоянной температуре до тех пор, пока не будут сняты все напряжения. Из этого
следует, что чем выше температура нагрева стекла, тем короче будет время, необходимое для снятия
напряжений.
После устранения этих напряжений стекло быстро охлаждают до температуры ниже температуры отжига, и
эта температура снова поддерживается постоянной в течение достаточного периода времени для снятия
напряжений, вызванных вязкой текучестью во время охлаждения. Любое напряжение, которое могло остаться
в стекле после первого периода отжига, также будет устранено на этом этапе. С этого момента стекло
охлаждается при температуре 110°C с постепенно увеличивающейся скоростью, которая становится очень
высокой по мере достижения нижнего предела диапазона отжига.
После превышения нижнего предела охлаждение может быть настолько быстрым, насколько это необходимо,
за исключением того, что временное напряжение, создаваемое быстрым охлаждением, не будет настолько
велико, чтобы преодолеть предел прочности стекла на растяжение и, следовательно, привести к его
разрушению.
В приведенном выше примере используются только две стадии отжига при температуре 120°C. Это
происходит не в соответствии с установленным правилом, а регулируется химическими и физическими
характеристиками стекла. В некоторых видах стекла может потребоваться более двух стадий отжига, прежде
чем стекло станет достаточно неподвижным и свободным от потерь, чтобы позволить быстрое охлаждение на
заключительных этапах процесса.
Что касается используемой теории нескольких стадий, следует пояснить, что постоянной температуры в
верхней точке диапазона отжига было бы достаточно для снятия всех напряжений, но градиент охлаждения от
этой точки обязательно был бы медленным и критически контролировался бы в очень узких пределах, чтобы
избежать повторного возникновения деформаций из-за вязкого пластического деформирования. С другой
стороны, отжиг только в нижних пределах диапазона, где риск возникновения новых деформаций был бы
незначительным, потребовал бы значительных временных затрат, что сделало бы его экономически
нецелесообразным. Таким образом, усовершенствованный процесс снимает напряжения при высокой
температуре, где время отжига короткое, затем быстро охлаждает до температуры, все еще находящейся в
диапазоне отжига, где обычно время отжига было бы большим, но здесь оно умеренное из-за небольшого,
равномерного количества потери подвижности, вызванной таким охлаждением, и с этого момента
фиксированное состояние стекла позволяет осуществлять достаточно быстрое охлаждение без опасности
возникновения значительных постоянных напряжений и деформаций.
Конкретный пример применения усовершенствованного процесса к очень тяжелой бутылке, рассчитанной на
пять галлонов жидкости, показан на прилагаемом чертеже. Вертикально расположенные линии представляют
температуру в градусах Фаренгейта, а горизонтально расположенные линии — время в минутах. Хотя этот тип
бутылки № 36 производится уже много лет, из-за ее большого веса и размеров невозможно обеспечить
стабильный и надлежащий отжиг. Фактически, теперь известно, что без использования описанного здесь
процесса невозможно было бы отжечь такую бутылку в печи с хорошими коммерческими результатами.
Эти бутылки, как правило, попадают в аппарат для отжига при температуре ниже верхней границы диапазона
отжига. Сразу после попадания в камеру их быстро нагревают до 930 градусов по Фаренгейту и выдерживают
при этой температуре в течение двенадцати минут. Затем температура понижается до 875 градусов по
Фаренгейту настолько быстро, насколько это позволяет устройство. Их выдерживают при этой температуре
еще в течение двенадцати минут. Последовательно их охлаждают до 835 градусов по Фаренгейту со
скоростью два градуса в минуту, до 750 градусов по Фаренгейту со скоростью пять градусов в минуту, до 500
градусов по Фаренгейту со скоростью 10 градусов в минуту, а затем до комнатной температуры по желанию, с
учетом возможности повреждения от резких толчков.
Ввиду необходимости точного контроля температуры, предпочтительно проводить этот процесс в
электрическом сушильном шкафу.
При применении усовершенствованного процесса к стеклу различной физической или химической природы
необходимо сначала определить соответствующие температуры и время отжига, а также скорость
охлаждения. Это можно сделать, проведя несколько предварительных испытаний, чтобы сначала определить
верхний предел диапазона отжига рассматриваемого конкретного стекла. После этого проводятся различные
испытания для определения температуры и времени, необходимых для снятия максимального напряжения в
различных точках диапазона отжига. На основании этих испытаний выбирается самая низкая температура
отжига, при которой время отжига соответствует коммерчески приемлемым параметрам (80%),
предпочтительно при температурах, обеспечивающих время отжига от пятнадцати до двадцати пяти минут.
На практике, в качестве запаса прочности, время отжига следует увеличить с трех 85 минут до пяти минут,
чтобы предотвратить колебания температуры.
При определении скорости охлаждения необходимо учитывать, что начальное охлаждение должно быть
медленным, поскольку потери движения зависят от температуры и скорости охлаждения. Величина потерь
энергии при одинаковой скорости охлаждения уменьшается вдвое при каждом снижении температуры на 18
градусов по Фаренгейту. Поэтому.
По мере понижения температуры скорость охлаждения может быть увеличена даже в пределах диапазона
отжига без увеличения потерь на трение. Следует также учитывать максимальную толщину стекла, поскольку
напряжение прямо пропорционально квадрату толщины при единичном градиенте или потере подвижности.
Поскольку данный процесс предназначен для коммерческого применения в электропечах, количество
изменений скорости охлаждения должно определяться числом экономически целесообразно охлаждаемых
секций, равным либо трем, либо четырем. Продолжительность охлаждения с постоянной скоростью
определяется длиной нагревательного элемента и скоростью конвейера внутри него.
В рамках данного процесса изделие из стекла может быть полностью отожжено при любой возможной степени
и разнообразии напряжений и деформаций при высокой температуре, а затем путем повторного отжига при
более низкой температуре напряжение, возникшее при падении температуры, может быть безопасно снято
при низкой температуре, и время охлаждения значительно сокращается.
Во всех известных до настоящего времени процессах было невозможно обрабатывать стеклянные изделия
различного веса и размера без изменения цикла отжига. Другими словами, кривая, разработанная для мелких
изделий, не будет отжигаться для изделий больших размеров.
Описанный здесь процесс позволит правильно отжигать изделия любого размера и веса без каких-либо
изменений, при условии, что стекло марки 130 будет иметь те же химические и физические свойства.
Усовершенствованный процесс обеспечивает фактор безопасности и единообразия, ранее недостижимый в
коммерческой практике.
Наконец, этот процесс естественным образом экономит как пространство, так и время. Это особенно
подчеркивается при обработке стеклянной посуды больших размеров.
Например, упомянутая ранее пятигаллонная бутылка идеально и с уверенностью отжигается и готова к
упаковке за три часа, тогда как для неполного отжига, достигаемого до сих пор в печах, требовалось не менее
двенадцати часов, а в случае печей — от трех до четырех дней.
Подробно описав и определив природу моего изобретения и способ его осуществления (как мне сообщили
мои зарубежные корреспонденты), я
Соседние файлы в папке патенты