CC BY
32
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 175 1971
ВЛИЯНИЕ АГРЕГАЦИИ НА УЛЕТУЧИВАНИЕ БОРНОГО
АНГИДРИДА ПРИ ВАРКЕ БОРОСИЛИКАТНЫХ СТЕКОЛ
В. М. ВИТЮГИН, А. В. ПЕТРОВ, Г. Д. СГ1ЕЦЦИ, И. Н. ЛАНЦМАН
(Представлена научной итоговой конференцией химико-технологического
факультета)
Боросиликатные стекла, обладая комплексом весьма ценных физических свойств, находят широкое применение в производстве оболочек и некоторых деталей электровакуумных приборов. Содержание борного ангидрида в них доходит до 25 и более процентов, щелочных окислов до 5—10%. При варке таких стекол с поверхности расплава испаряются щелочные бораты, в результате чего в поверхностном слое стекломассы легко достигается пересыщение кремнеземом и выделением его в виде кристобалита и тридимита. При этом образуется также большое количество свилей и шлиров, что приводит к массовому браку при формовании изделий.
Улетучивание соединений бора зависит от многих факторов и происходит на всех стадиях процесса подготовки стекломассы вплоть до выработки изделий.
Однако многими исследованиями [1, 2, 3, 4] установлено, что наибольшее количество летучих выделяется на первой стадии, т. е. сразу после загрузки шихты в печь и во время силикатообразования.
По вопросам, касающимся зависимости течения процесса варки боросиликатного стекла от температуры, состава шихты и газовой атмосферы, направления и скорости газовых потоков, конструктивного оформления элементов печи и др., имеются уже разработанные рекомендации для совершенствования технологии производства таких стекол [5, 6, 7, 8]. Причем существует единое мнение о том, что наиболее рациональным следует считать варку стекла в электрических печах, так как электроварка может проходить практически без потерь за счет сокращения до минимума площади поверхности стекломассы и защиты ее слоем шихты [9].
Вопросы совершенствования технологии подготовки шихты, обеспечивающей сохранение ее однородности, а следовательно, и повышение качества стекломассы, остаются еще недостаточно решенными.
Все меры, которые в настоящее время принимаются на стекольных заводах для сохранения однородности шихты (увлажнение, сокращение транспортных путей, устранение вибрации и т. п.), лишь до некоторой ' степени уменьшают расслоение, но не устраняют его [10].
Брикетирование [11] имеет целью, во-первых, сохранить однородность шихты, что является основным при изучении данного вопроса, и, во-вторых, устранить пыление в цехе и в стекловаренной печи, кото-130
\
"рое неизбежно образуется при использовании сыпучей шихты. Брикетирование шихты до сего времени не нашло своего применения в заводской практике, по-видимому, из-за необходимости установки специального оборудования, усложняющего технологический процесс приготовления шихты, поэтому нами избран для исследования более прогрессивный метод — гранулирование шихты, который не требует сложного оборудования, к тому же прост и экономичен.
Для оценки эффективности грануляции шихты в лабораторных условиях нами исследована серия опытов по следующей методике. Из заводской шихты для стекла состава ЗС-5К на лабораторном дисковом грануляторе (Д = 300 мм) готовились гранулы размером 3—8 мм в диаметре и средней влажностью 8,7»%. В качестве связующего служила вода. Прочность высушенных после формования гранул колебалась в пределах 10—12 кг/мм2.
Анализ составляющих компонентов шихты в гранулах показал отклонение в пределах допустимого.
Исследование улетучивания составляющих при нагревании проводилось параллельно с сыпучей и гранулированной шихтами в идентичных условиях. Нагревание шихт производилось в платиновых тиглях в вертикальной трубчатой печи с электрическим сопротивлением, со скоростью подъема температуры 7—8° в минуту. Замер температуры осуществлялся платиново — платино-родиевой термопарой с автоматическим потенциометром.
Исследования проводились:
а) при постепенном нагревании навесок шихт вместе с печью до 1000°С;
б) при быстром нагревании навесок, помещавшихся в предварительно нагретую до 1000°С печь;
в) при внесении в разогретую до 1000°С печь навесок, предварительно выдержанных в течение 30 минут при температуре 180°С.
Полученные результаты дали возможность установить следующее:
1. Потеря в весе (за счет удаления остаточной влаги, улетучивания боратов и продуктов разложения компонентов шихты) как при медленном, так и при быстром нагревании заканчивается в основном при температуре 800°С, т. е. по завершению стадии силикатообразования.
2. Для гранулированной шихты потеря в весе в обоих случаях меньше, а именно, при постепенном нагреве — на 33%, а при быстром — на 30%.
3. При медленном нагревании и выдержке при температуре 1803С •сыпучей и гранулированной шихт потеря в весе меньше, чем при других способах нагревания. Результаты средних значений, полученных при исследовании, сведены в табл. 1.
Динамика изменения веса представлена на рис. 1 и 2.
Данные таблицы подтверждают целесообразность применения гранулированной шихты. Таким образом, предварительное исследование по гранулированию шихты дает возможность сделать следующие выводы.
1. Грануляция шихты и предварительный нагрев ее с выдержкой при 180°С значительно уменьшает потери борного ангидрида на первой стадии варки стекла в ванных печах непрерывного действия.
2. При грануляции «закрепляется» однородность шихты, т. е. сохраняется постоянство весовых отношений вводимых сырьевых материалов.
3. Ликвидируется пыление, что ведет к стабилизации химического состава на исследованной стадии подготовки стекломассы, удлинению срока службы стекловаренных печей и повышению культуры производства.
9*. 131
/- гранулЬ/,о/77носите/7&*
ное изменение беса - /6.3% 2- сЬ/пуиая шихта-
о 100 200 ЗМ ¿00 600 700 $00 900 то Ь "С
Рис. I. Изменение веса шихты при медленном нагревании
2Л-
и
\
/~ЗраиулЬ1) относительное изменение Веса~23У<> сЬтуиая шихта-ЗЗУо
/о
20 30
40
30
6 О _ 70
1ем я ми и.
Вр
Рис. 2. Изменение веса шихты при быстром нагрева пни
4. Механическая прочность высушенных гранул обеспечит нормальное хранение их в емкостях и транспортирование к стекловаренным печам без разрушения.
Таблица 1
Средние значения изменения веса при термической обработке сыпучей и гранулированной шихт для стекла состава ЗС-5К
Уменьшение веса, %
№ п.п. Способ нагревания шихт для гранулированной шихты для сыпучей шихты Относительная разница, %
1 Постепенный нагрев 16 25 33
2 3 Выдержка при 180'С и быстрый нагрев Быстрый нагрев 16 23 22 33 25 30
ЛИТЕРАТУРА
1. Л. В. Потемкина. Диссертация,. 1953.
2. Ю. А. Г а с т е в. Вопросы радиоэлектроники. Сер. IV, Технология производства и оборудование. Вып. 1, 1963.
3. Л. Г. Гольденберг. Отчет ЦНИЛЭС, 1954.
4. А. А. 3 а л и з н я к. Из опыта разработки и освоения ванных печей непрерывного действия для варки многоборных стекол. Инф.-техн. сб. ЦНИЛЭС, вып. 2, 1955.
5. Г. Я. Островская. Снижение расхода борной кислоты в производстве высо-коборных стекол. Бюлл. техн. эконом, ииф., № 5, 1958.
6. Ю. А. Г а с т е в. Улетучивание МегО и В2О3 из стекломассы при варке бороси-ликатных стекол в ванных печах непрерывного действия. Вопросы радиоэлектроники. Вып. 11, сер. IV, 1964.
7. А. А. Зализняк. Диссертация, 1955.
8. Л. А. Г р е ч а н и к. Физико-химические свойства стекол, расположенных в малощелочном участке системы. Инф.-технич. сб. ЦНИЛЭС, вып. 1, 1954.
9. А. И. Бережной, Л. Г. Гольденберг, В. И. Шишкин. О варке боро-силикатного стекла в электрических печах «глубинного» типа. Вопросы радиоэлектроники, сер. IV, вып. 5, 1960.
10. С Я. Р а ф, Н. А. Ми ля ев а. Скорость провара и осветления тонкомолотой брикетированной шихты. Сб. на учи. работ по стеклу. Промстройиздаг, 1950.
11. Н. А. Ми ля ев а, Н. В. Филимонович. Отчет ЦНИЛЭС, 1954.
