PL175468B1 - Sposób zwiększania trwałości wyrobów szklanych i urządzenie do zwiększania trwałości wyrobów szklanych - Google Patents

Abstract

1. Sposób zwiekszania trwalosci wy- robów szklanych, które nagrzewa sie a na- stepnie ochladza, znamienny tym, ze wyrób szklany z naniesionym wzorem nagrzewa sie w co najmniej trzech stopniach (1 ÷ 3) w spo- sób przerywany, a nastepnie w jednym sto- pniu (7) ochladza sie ten wyrób szklany o róznice temperatur znajdujaca sie w zakresie 200°C do 600°C, korzystnie 300°C do 500°C, a szczególnie korzystnie 420°C do 480°C. PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy sposobu zwiększania trwałości wyrobów szklanych, które nagrzewa się a następnie ochładza. Wynalazek dotyczy również urządzenia z przenośnikiem taśmowym, oraz z co najmniej trzema, umieszczonymi kolejno, strefami nagrzewania za którymi następują strefy chłodzenia, a także z urządzeniami dla doprowadzania powietrza grzewczego i powietrza chłodzącego oraz z przyłączami powietrza odlotowego.

Znany jest sposób zaopatrywania wyrobów szklanych, a zwłaszcza szkieł naczyniowych w wypalane wzory, trwałe na zarysowania i zdrapania, przy którym np. szklankę ozdabia się kalkomanią lub nanosi się na nią bezpośrednio druk sitowy przy użyciu farb ceramicznych, a następnie wprowadza się ją do pieca do zagrzewania wyrobów. Tego rodzaju podłużny piec posiada wiele stref nagrzewania i chłodzenia umieszczonych jedna za drugą, a dany wyrób szklany przemieszczany jest w sposób ciągły na przenośniku taśmowym przez różne strefy nagrzewania tak, że temperatura jego powoli wzrasta, aż

175 468 ceramiczne farby zostaną stopione, a następnie stopniowo zostaje obniżona aż do temperatury pokojowej.

Próbowano już chemicznie lub termicznie poprawiać trwałość szkieł naczyniowych, również dlatego, aby zmniejszyć niebezpieczeństwo pękania szkła. Przy sposobie termicznym gotowy wyrób po zakończeniu innych rodzajów obróbki, ogrzewano i następnie ochładzano, zwiększając w ten sposób wytrzymałość mechaniczną i termiczną. Tego rodzaju sposoby są jednak nieekonomiczne, gdyż cała energia konieczna do obróbki musi być wprowadzana ponownie w osobnych piecach obróbczych.

Zadaniem wynalazku jest takie zmodyfikowanie znanych sposobów obróbki wyrobów szklanych, żeby stworzyć sposób zwiększenia trwałości mechanicznej i termicznej wyrobów szklanych, który może być stosowany w połączeniu z wypalaniem wzoru, przy oszczędności energii, przestrzeni i czasu.

Zadanie to zostało rozwiązane według wynalazku, za pomocą sposobu przy którym wyrób szklany z naniesionym wzorem nagrzewany jest w sposób przerywany w co najmniej trzech stopniach, a następnie w jednym stopniu ochładzany jest o różnicę temperatur znajdującą się w zakresie 200°C do 600°C, korzystnie od 300°C do 500°C, a szczególnie korzystnie od 420°C do 480°C. Za pomocą tego sposobu szkło naczyniowe, np. w postaci szklanek lub kieliszków a także w innej postaci, można obrabiać w ten sposób, że wypalony zostaje na nich wzór i jednocześnie wzrasta trwałość obrabianego wyrobu szklanego. Przez kombinację wypalania i obróbki termicznej dla zwiększenia wytrzymałości, stworzony został energooszczędny sposób, umożliwiający wytwarzanie wyrobów szklanych za pomocą oszczędzających czas urządzeń maszynowych, które zajmują stosunkowo niewiele przestrzeni, gdyż w jednym i tym samym urządzeniu można przeprowadzić obie operacje, to znaczy wypalenie wzoru i zwiększenie mechanicznej i termicznej trwałości szkła.

W korzystnym wykonaniu wynalazku, wyrób szklany ze wzorem, nagrzewa się do takiej temperatury, leżącej pomiędzy 400°C a 800°C, korzystnie pomiędzy 500°C i 700°C, a szczególnie korzystnie pomiędzy 550°C i 650°C, że ceramiczna farba, farba sitodrukowa lub kalkomania wytwarzanego wzoru, zostają jednorodnie połączone ze szkłem, a szkło korzystnie nie posiada wewnętrznych naprężeń, przy czym ochładzanie następuje jako szok termiczny w przeciągu 30 minut, korzystnie najwyżej 20 minut.

Wskutek stosunkowo szybkiego obniżania temperatury szkło zostaje poddane procesowi zwiększającemu wytrzymałość. Okazało się, że strukturę odpowiedniego naprężenia ściskającego można uzyskać na powierzchni szkła tylko wtedy, gdy wcześniej szkło zostanie dobrze odprężone. Przez nagrzanie wyrobu szklanego w co najmniej trzech stopniach wzgl. strefach nagrzewania, zachodzi równomierne i intensywne nagrzanie całej objętości szkła, powodujące dobre odprężenie.

Przebieg zwiększania mechanicznej i termicznej trwałości szkła dokonuje się przez to, że wewnętrzna masa szklana znajdująca się jeszcze w wysokiej temperaturze, przy chłodzeniu metodą szoku termicznego dąży do skurczenia się. Jednakże przebieg chłodzenia temu zapobiega i wskutek tego w ściankach szklanych od zewnątrz powstaje gradient naprężenia, zwłaszcza naprężenie ściskające zwiększające wytrzymałość, oraz naprężenie rozciągające, wewnątrz szkła. W ten sposób z korzyścią przy stosowaniu sposobu według wynalazku, wzrasta odporność na mechaniczne obciążenie udarowe oraz odporność na skoki temperaturowe wyrobu szklanego, np. szkła użytkowego.

Korzystnym jest, gdy według wynalazku wyroby szklane przemieszcza się grupowo przez strefy nagrzewania i chłodzenia w kierunku transportu, w odstępach pomiędzy grupami, z prędkością 20 cm/min. do 120 cm/min., korzystnie 40 cm/min. i 80 cm/min. Ta stosunkowo duża prędkość transportowania wyrobu szklanego powoduje oszczędność czasu, energii i przestrzeni podczas przebiegu obróbki szkła za pomocą sposobu według wynalazku, natomiast ustawienie wyrobów szklanych na przenośniku w osobnych grupach, stwarza możliwość osobnej obróbki każdej grupy wzgj. każdego pakietu wyrobów szklanych.

Możliwym jest więc zastosowanie klap oddzielających lub innych środków tak, że w dwóch sąsiednich strefach nagrzewania mogą działać na przenoszone wyroby różne tempe4

175 468 ratury, lub też granica pomiędzy strefą nagrzewania i strefą chłodzenia może być tak wykonana, że np. chłodzenie działa na wyroby w krótkim czasie, jako szok termiczny.

Jest szczególnie celowym, gdy według wynalazku, wyrób szklany w sześciu kolejnych strefach nagrzewania, korzystnie za pomocą powietrza grzewczego, zostaje nagrzany do temperatury około 600°C, a w głównej strefie chłodzenia zostaje ochłodzony do 120°C ewentualnie 150°C w czasie 15 minut, a w dalszych pięciu strefach chłodzenia, za pomocą powietrza chłodzącego, zostaje ochłodzony stopniowo do temperatury pokojowej. Okazało się korzystnym, aby w strefach nagrzewania oraz we wszystkich strefach chłodzenia stosować do obróbki szklanych wyrobów powietrze o żądanej temperaturze. Jako powietrze chłodzące można stosować z powodzeniem powietrze o temperaturze pokojowej - a nagrzewanie powietrza uzyskuje się za pomocą palnika, którego płomień nie wchodzi w kontakt z wyrobem szklanym. Powietrze nagrzane przez mniej lub bardziej bezpośredni kontakt z płomieniem palnika lub przez gorące wyroby szklane, otacza następnie przeznaczone do nagrzania wyroby, które wskutek tego uzyskują w całej swej objętości żądaną temperaturę końcową. Bardzo energooszczędnym jest przy tym np. gdy zimne powietrze wprowadza się na stosunkowo chłodnym wylotowym końcu pieca do zagrzewania wyrobów i przetłacza się je przez piec przeciwnie do kierunku transportu wyrobów. Wskutek tego wyroby szklane podczas przebiegu przez poszczególne strefy chłodzenia, chłodzone są przez przepływające powietrze, a jednocześnie przepływające powietrze ogrzewa się od gorących jeszcze wyrobów. W stopniu pośrednim, przez dodatkowe oddziaływanie płomieniem palnika można uzyskać wyższe temperatury, lub przez wdmuchiwanie zimnego powietrza spowodować zmniejszenie temperatury.

Urządzenie do zwiększania trwałości wyrobów szklanych, które zostają nagrzane a następnie ochłodzone, posiada przenośnik taśmowy przechodzący przez podłużny piec do wypalania, oraz przynajmniej trzy kolejno położone strefy nagrzewania, a następnie kolejno umieszczone strefy chłodzenia i urządzenia do doprowadzania grzewczego powietrza i powietrza chłodzącego, a także przyłącza powietrza odlotowego.

Ażeby takie urządzenie zmienić dla rozwiązania wspomnianego zadania, proponuje się według wynalazku, aby pomiędzy ostatnią strefą nagrzewania i pierwszą strefą chłodzenia wbudować śluzę termiczną, która posiada termoizolacyjną, ruchomą klapę i co najmniej jedno doprowadzenie chłodzącego powietrza, a przenośnik taśmowy napędzać z przerwami. Nagrzane gorące powietrze w takim urządzeniu, przytłaczane jest poprzez przenośnik taśmowy i przy wyrobach szklanych, do dołu, gdyż wskutek tego uzyskuje się równomierne i intensywne nagrzewanie wyrobu. Chłodzenie wyrobu działające jako szok termiczny, uzyskuje się w urządzeniu według wynalazku za pomocą wspomnianej śluzy termicznej, która umieszczona jest pomiędzy ostatnią strefą nagrzewania i pierwszą strefą chłodzenia. Termoizolacyjna klapa może być poruszana za pomocą umieszczonego poza piecem urządzenia napędowego i sterującego tak, że uzyskuje się określoną izolację temperaturową pomiędzy ostatnią strefą nagrzewania i pierwszą strefą chłodzenia, patrząc w kierunku transportowania. Pomaga przy tym grupowy układ wyrobów szklanych, które, patrząc w kierunku przemieszczania, umieszczone są we wzajemnych odstępach tak, że np. klapa wchodzi w przestrzeń pomiędzy dwoma grupami wyrobów tworząc termoizolację pomiędzy obiema grupami wyrobów rozmieszczonymi jedna za drugą. Wprowadzanie klapy takiej śluzy termicznej dokonuje się tylko w czasie postoju przenośnika. Przy jego przerywanym ruchu wykorzystywane są do tego celu czasy spoczynku.

Chłodzenie, w urządzeniu według wynalazku, dokonuje się przez wprowadzenie chłodzącego powietrza do pierwszej strefy chłodzenia. Przyłącza powietrza odlotowego znajdujące się za śluzą termoizolacyjną mają za zadanie odprowadzenie wystarczających ilości powietrza do innych miejsc, gdy w miejscu śluzy termicznej wprowadzone są do chłodzenia duże ilości powietrza.

Układ przewodów doprowadzających gorące powietrze i/lub chłodzące powietrze, jak również przewodów dla powietrza odlotowego znajdujących się w różnych miejscach, umożliwia uzyskiwanie różnorodnych profili przebiegu temperatury wzdłuż pieca, to znaczy

175 468 w poszczególnych strefach nagrzewania i chłodzenia tak, że można poddawać obróbce różnorodne wyroby przeznaczone do wypalania, np. szkło ciężkie lub lekkie wyroby szklane.

Przy szczególnej, przykładowej postaci wykonania natopienie ceramicznych farb danego wzoru uzyskuje się przy temperaturze wyrobu szklanego wynoszącej 600°C, a utrwalenie szkła uzyskuje się za pomocą spadku temperatury w śluzie temperaturowej, o wielkości około 475°C, przy czym ten spadek temperatury zachodzi na długości np. tylko 30 cm, podczas gdy w tym przykładzie cały piec do wypalania ma długość około 24 m. Już na końcu pierwszej strefy chłodzącej temperatura wyrobu szklanego spada na jego powierzchni do 125°C, co dla wyrobu szklanego jest szokiem termicznym i powoduje opisywane naprężenia ściskające i naprężenia rozciągające we wnętrzu wyrobu szklanego, wskutek czego uzyskuje się żądane zwiększenie trwałości wyrobu.

Za pomocą takiego urządzenia ze śluzą termiczną i prawidłowego nastawienia profilu temperaturowego, można zwiększyć trwałość szkła i jednocześnie wypalić wzór na jego powierzchni. Energia konieczna do powiększenia trwałości stosowana jest równocześnie do wypalania wzoru. Produkt końcowy jest odporny na mechaniczne udary i ma zwiększoną odporność na obciążenia udarowe w stosunku do zwykłych szkieł. W omawianym przykładowo urządzeniu przenośnik taśmowy porusza się w ciągu 3 min. z prędkością 60 cm/min. skok wynoszący około 1.40 m, a w ciągu 5 min. pozostaje nieruchomy, gdyż wtedy zachodzi intensywne i równomierne nagrzanie całej objętości wyrobu szklanego. Uzyskuje się przez to dobrze odprężone szkło za pomocą sposobu według wynalazku, w zaskakujący sposób staje się trwalsze i odporniejsze w użytkowaniu. Użytkownik detaliczny stwierdza zaskakujące usztywnienie danego wyrobu pod wpływem sposobu według wynalazku, to znaczy po przejściu wyrobu przez opisane urządzenie.

Wynalazek zostanie opisany bliżej na podstawie korzystnego przykładu wykonania uwidocznionego na rysunku.

Na schematycznie zaznaczonym dnie 13 spoczywa przedstawiony również schematycznie piec do wypalania 14, pokazany w widoku z boku. Posiada on sześć stref nagrzewania 1 do 6, a następnie sześć dalszych stref chłodzenia, w technice zwanych również członami. Przenośnik taśmowy 15, przy przednim końcu (na rysunku z lewej strony) biegnie po wejściowym walcu 16, i w kierunku transportu (strzałka 17), poziomo i prostoliniowo przebiega przez piec 14, opuszczając go po prawej stronie (według rysunku), na jego końcu, gdzie za pomocą walca 18 zostaje odprowadzony. Na przenośnik taśmowy 15 w postaci taśmy z członów drucianych, można nakładać wyroby szklane zgodnie z życzeniem, w różnych układach, np. na głębokości 1.40 m i szerokości 2.50 m. Takie pakiety lub grupy wyrobów przemieszcza się z przerwami przez podłużny piec 14, za pomocą przenośnika taśmowego 15.

Linia przerywana przechodząca przez poszczególne strefy 1 do 12 przedstawia przebieg temperatury pieca dla normalnego wypalania wzorów. Linia 19 stanowi linię przebiegu temperatury. Stopnie 1 do 6 są stopniami nagrzewania których temperatura różni się o 100°C od temperatury stopni sąsiednich. Tak więc nie przedstawione wyroby szklane przy wejściu do strefy pierwszej nagrzewania 1 zostają nagrzane do około 200°C, przy wejściu do drugiej strefy 2 nagrzewają się do około 280°C, do trzeciej strefy 3, do około 380°C, do czwartej strefy 4, do około 480°C, a przy wejściu do piątej strefy 5 zostają nagrzane do około 580°C, natomiast w ostatniej strefie nagrzewania 6 zapewnia się dalsze oddziaływanie temperatury końcowej, ażeby zapewnić równomierne nagrzanie wyrobów szklanych i pozbawienie ich naprężeń.

Przy końcu ostatniej strefy nagrzewania 6, powyżej jej ściany końcowej pokazana jest schematycznie śluza temperaturowa 20 zaznaczona grubą kreską, stanowiąca np. klapę poruszaną pionowo w kierunku podwójnej strzałki 21.

Grupy wyrobów w kierunku transportu 17 znajdują się względem siebie w takich odstępach, że pomiędzy kolejnymi grupami pozostaje 30 cm do 50 cm przestrzeni na przenośniku, w której nie ma żadnych wyrobów. W przestrzeń tą może wchodzić śluza termiczna 20, to znaczy jej klapa tak, że przy zamkniętej śluzie termicznej ciepło pochodzące

175 468 z ostatniej strefy nagrzewania 6 powstrzymywane jest przed wnikaniem do pierwszej strefy chłodzenia 7.

Chłodzenie dokonuje się przez dostarczanie powietrza chłodzącego, które w obszarze pierwszej strefy chłodzenia przedstawione jest przez dwie strzałki 22. Rozumie się, że do tego celu konieczne są odpowiednie doprowadzenia. Przemieszczanie się powietrza od prawego końca pieca 14 na lewo nie jest tu przedstawione. Widać jednak przyłącza powietrza odlotowego 23 znajdujące się na przednim końcu pieca 14, to znaczy u góry, w obszarze stref nagrzewania 1 i 2. Farby nanoszonych wzorów zawierają określone ilości żywicy lub fenolu, tak aby farby trzymały się na szkle, przy czym te fenole odparowują w pierwszej i drugiej strefie nagrzewania i odsysane są poprzez przyłącza powietrza odlotowego 23.

W ten sposób odsysany jest również nadmiar powietrza. Można wskutek tego utrzymywać dobrą równowagę powietrza dopływającego i odpływającego przy jednoczesnym zachowaniu odpowiedniego przebiegu temperatury.

W środkowym obszarze stref chłodzenia, np. ponad strefą chłodzenia 10, znajduje się dalsze przyłącze 24 dla powietrza odlotowego.

Doprowadzanie chłodzącego powietrza w miejscu oznaczonym strzałkami 22, które przebiega z góry do pierwszej strefy chłodzenia 7 i dalej do dołu, stanowi istotną różnicę w budowie pieca 14, w stosunku do znanych urządzeń tego rodzaju tak, że uzyskuje się odchylenie od przerywanej linii krzywej temperaturowej 19.

Pomiędzy ostatnią strefą nagrzewania 6 i pierwszą strefą chłodzenia 7, w korzystnym przykładzie wykonania urządzenia znajduje się śluza termiczna w postaci pionowo ruchomej klapy, zgodnie z podwójną strzałką 21. Klapa ta w powiązaniu z przyłączami 22 chłodzącego powietrza znajdującymi się u góry pierwszej strefy chłodzenia 7, pozwala na drastyczny spadek temperatury tak, że powstaje przebieg temperatury 25 pieca przedstawiony za pomocą linii zawierającej punkty otoczone okręgiem, przebiegającej na rysunku poniżej przerywanej linii 19.

Dla przeprowadzenia opisanego powyżej sposobu, umieszczone pod piecem 14 i nie pokazane palniki, reguluje się tak, że powietrze grzewcze w strefach nagrzewania 1 do 6 powoduje narastanie temperatury, tak jak w przypadku wypalania wzorów. W obu przypadkach temperatura wzrasta od około 200°C w pierwszej strefie, do 280°C w drugiej strefie itd. aż do około 600°C w piątej i szóstej strefie nagrzewania. Przenośnik taśmowy 15 porusza się z przerwami, przy czym czasy postoju są dłuższe od czasów ruchu przenośnika 15. Podczas każdego czasu postoju klapa śluzy termicznej 20 przesunięta jest do dołu pieca dla izolacji cieplnej tak, że ciepło z ostatniej strefy nagrzewania 6 nie może wnikać niepohamowanie do pierwszej strefy chłodzenia. Jednocześnie przez zaznaczone schematycznie u góry doprowadzenia 22 chłodzącego powietrza, wdmuchiwane jest powietrze chłodzące w takich ilościach, że w pierwszej strefie chłodzenia 7 uzyskuje się spadek temperatury z 600°C do 125°C lub niżej. W tym momencie materiał (wyroby szklane) znajdujący się w pierwszej strefie chłodzenia 7 ochładza się przy różnicy temperatur wynoszącej około 475°C, co można określić jako szok temperaturowy. Wskutek tego powstaje działanie zwiększające trwałość. Następnie, w kolejnych strefach chłodzenia 8 do 10 lub 11 temperatura ma w praktyce swobodny przebieg i zmniejsza się do wspomnianych 125°C do temperatury pokojowej w strefie chłodzenia 11, a najpóźniej w strefie chłodzenia 12.

Po każdym dalszym włączaniu przenośnika taśmowego 15 poruszanego ruchem przerywanym, klapa śluzy termicznej 20 zostaje najpierw wysunięta z drogi ruchu wyrobów szklanych, po czym następuje przesunięcie i potem śluza 20 ponownie zostaje uruchomiona tak, że w czasie postoju zapewnione jest zawsze oddzielenie ostatniej strefy nagrzewania 6 od pierwszej strefy chłodzenia 7.

Claims (5)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób zwiększania trwałości wyrobów szklanych, które nagrzewa się a następnie ochładza, znamienny tym, że wyrób szklany z naniesionym wzorem nagrzewa się w co najmniej trzech stopniach (1^3) w sposób przerywany, a następnie w jednym stopniu (7) ochładza się ten wyrób szklany o różnicę temperatur znajdującą się w zakresie 200°C do 600°C, korzystnie 300°C do 500°C, a szczególnie korzystnie 420°C do 480°C.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wyrób szklany z wzorem nagrzewa się do takiej temperatury, znajdującej się w zakresie 400°C do 800°C, korzystnie 500°C do 700°C, a szczególnie korzystnie 550°C do 650°C, że ceramiczna farba lub farba sitodrukowa wzoru łączy się jednorodnie ze szkłem, a szkło korzystnie pozbawione jest naprężeń, przy czym chłodzenie następuje jako szok termiczny trwający najwyżej 30 minut, korzystnie najwyżej 20 minut.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wyroby szklane, grupami w kierunku transportu (17) z zachowaniem odstępów pomiędzy grupami, z prędkością wynoszącą 20 cm/min. do 120 cm/min., korzystnie 40 cm/min. i 80 cm/min., przemieszcza się przez strefy nagrzewania (1-^6) i strefy chłodzenia (7^12).

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że wyrób szklany, w sześciu następujących kolejno strefach nagrzewania (1^ 6) nagrzewa się przez gorące powietrze do temperatury 600°C, a w głównej strefie chłodzenia (7) ochładza się w ciągu 15 minut do temperatury z zakresu 120°C do 150°C, natomiast w kolejnych pięciu strefach chłodzenia (8-^12), ochładza się stopniowo, korzystnie za pomocą chłodzącego powietrza, do temperatury pokojowej.

5. Urządzenie do zwiększania, trwałości wyrobów szklanych, które nagrzewa się a następnie ochładza, posiadające przenośnik taśmowy przechodzący przez podłużny piec do wypalania zawierający co najmniej trzy kolejno umieszczone strefy nagrzewania, a następnie kolejno umieszczone strefy chłodzenia, oraz posiadające urządzenia dla doprowadzania gorącego powietrza i/lub chłodzącego powietrza, a także posiadające przyłącza powietrza odlotowego, znamienne tym, że pomiędzy ostatnią strefą nagrzewania (6) i pierwszą strefą chłodzenia (7) znajduje się śluza termiczna (20), która posiada termoizolacyjną ruchomą klapę i co najmniej jedno doprowadzenie (22) chłodzącego powietrza, a przenośnik taśmowy (15) napędzany jest z przerwami.