Оборудование для производства стеклянных труб и трубок

Стеклянные трубы представляют собой полые, прозрачные изделия, предназначены для сооружения напорных, безнапорных и вакуумных трубопроводов, используемых для транспортировки агрессивных жидкостей и газов, пищевых продуктов, воды и других материалов при температурах от 50 до 120°С.

Стеклянные трубы могут быть тонкостенными и толстостенными. Их выпускают в соответствии с ГОСТом 8894-77. Диаметр внутреннего прохода от 40 до 200 мм, наружный диаметр от 25 до 221 мм и длиной от 1500 до 3000 мм с интервалом кратным 250 мм. Для соединения таких труб в трубопроводы стекольной промышленностью освоен выпуск фасонных изделий, таких как отводы, двойные отводы, тройники, крестовины, переходники и краны и др.

Для производства труб в отечественной стекольной промышленности используют стекло марки 13В. По многим физико-химическим свойствам это стекло удовлетворяет требованиям промышленности, однако из-за низкой термостойкости за рубежом его применение ограничено. За рубежом для производства стеклянных труб используют боросиликатные стекла с лучшими эксплуатационными характеристиками. Составы стекол для производства стеклотруб приведены в таблице 23.

В настоящее время производство стеклянных труб и трубок осуществляется механизированными способами. Производство труб и трубок в настоящее время базируется на трех основных методах формования: трубы и трубки с наружным диаметром до 50 мм вырабатывают методом горизонтального вытягивания, трубы диаметром более 50 мм вырабатывают методами вертикального вытягивания вверх или вниз.

 

Таблица 23 – Примерные химические составы стекол для труб

 

Страна	Тип	Содержание, % по массе
SiO2	Al2O3	B2O3	CaO	MgO	BaO	Na2O	K2O	F
Россия	13В	63.5	15.5	−			−		−
ФРГ	Разотерм Дюран-50	75.0	3.5		−	−		4.5	−	−
ЧССР	Симакс	80.5	2.5	12.5	0.5	−	−		−	−
Англия	Пирекс	80.8	2.2	12.6	0.1	0.1	−	4.2	−	−
США	Пирекс	80.5			0.5	−	−			−

 

В настоящее время производство стеклянных труб и трубок осуществляется механизированными способами. Производство труб и трубок в настоящее время базируется на трех основных методах формования: трубы и трубки с наружным диаметром до 50 мм вырабатывают методом горизонтального вытягивания, трубы диаметром более 50 мм вырабатывают методами вертикального вытягивания вверх или вниз.

Горизонтальное вытягивание труб (ГВТ). По этому методу получают стеклянные, прозрачные трубки с диаметром от 0.1 до 40 мм и толщиной стенки 1 – 2 мм, которые используют главным образом как полуфабрикат для изготовления химико-лабораторных и медицинских изделий, ампул, термометров, электровакуумных и других изделий. Свойства стекол для трубок, так же как и составы весьма разнообразны. Как правило, используют стекла характеризующиеся повышенной химической устойчивостью и термостойкостью и малой склонностью к кристаллизации, так как при сборке оборудования их сваривают на стеклодувной горелке.

 

Таблица 24 – Химические составы стекол для стеклянных трубок

 

Стекло	Содержание, % по массе
	Si02	Аl2О3	CaO	MgO	F	В2О3	Na2O	К20
Химико-лабораторное №23	68.8	3.8	8.4	0.8	-	2.5	9.6	6.1
Малоборнре Т28	72.8	14.5	4.4	2.5		3.3		Li20 0.5
Термометровое	72 57		- 7.5	- 4.5	- -		-	- -
Медицинское НС-3	72.8	4.5	6.1	0.8	-		8.1	1.7
Электровакуумное: ЗС-5 БД-1	66.8 73.0	3.5 BaO 5	- 5.5	- 3.5	- -	20.3 -	3.8	5.4 9.2

 

Производство стеклянных трубок, за исключением трубок конусного сечения, полностью механизировано. Выработка трубок методом ГВТ осуществляется на автоматизированных линиях АТГ-2-8 и АТГ-8-50.

Технологическая схема установки горизонтального вытягивания стеклянных трубок представлена на рис. 82.

 

 

Рисунок 82

 

Стекломасса непрерывной струёй стекает по шамотному лотку 2 из студочной части стекловаренной печи 1 на, вращающийся вокруг своей оси, шамотный или металлический мундштук 3. Количество стекломассы, стекающей на мундштук, регулируется шибером. Мундштук приводится во вращение электрическим двигателем постоянного тока через систему передаточных шестерен 5, частота вращения мундштука 0.1 – 0.16 с^-1. Мундштук расположен в отапливаемой рабочей камере 4 под углом 7 - 10° к горизонту. Благодаря вращению мундштука и подаче воздуха в его внутренний канал под давлением 580 – 981 Па стекломасса, стекающая с конца мундштука, образует луковицу 6, оттягиваемую в бесконечную горизонтальную трубку 7 тянульной машиной 8. Тянульную машину при выработке тонкостенных трубок устанавливают на расстоянии 20 – 30 м от рабочей камеры, а при выработке толстостенных трубок расстояние уменьшают до 12 – 20 м. От рабочей камеры до тянульной машины трубки транспортируют с помощью закрытого роликового конвейера, в это время происходит их охлаждение и отжиг. Тянульные машины бывают двух видов: ленточные и цепные. Ленточные тянульные машины применяют при высоких скоростях вытягивания, которые могут достигать 160 м/мин (при вытягивании трубок диаметром до 8 мм), цепные тянульные машины используют при скоростях вытягивания не выше 35 – 40 м/мин. Выходящая из тянульной машины непрерывная трубка, разрезается на отрезки заданной длины специальным приспособлением. Непосредственно после отрезки установлено устройство для калибровки трубок по диаметру и контролю качества. Качество трубок, получаемых методом ГВТ достаточно высокое.

Автоматизированную линию можно легко перенастроить на вытягивание трубок другого диаметра и толщины. Диаметр и толщина стенок трубки зависят: от скорости вытягивания; давления воздуха, подаваемого в трубку; угла наклона мундштука и числа его оборотов; температуры стекломассы и рабочей камеры; количества стекломассы, подаваемой на мундштук. Для увеличения диаметра трубки при одном и том же диаметре мундштука - уменьшают скорость вытягивания и увеличивают давление воздуха, подаваемого в мундштук. Для увеличения толщины стенки трубок - увеличивают количество стекломассы, подаваемой на мундштук, и снижают температуру луковицы.

Температура стекломассы, поступающей на мундштук, зависит от химического состава стекла. Обычно ее поддерживают в интервале 1060 -1250°С. Температура луковицы - 870 - 1050°С.

 

Таблица 25 – Технические характеристики автоматических линий по выработке трубок.

 

Показатель	Линия
	АТГ-2-8	АТГ-8-50
Диаметр трубок, мм	2-8	8-50
Длина трубок, мм	850,1200
Скорость вытягивания, м/мин	40 -160	4-80
Производительность, кг/сут	До 4000	До 4500
Частота вращения мундштука, с-1	0.03-0.2	0.03-0.16

 

Метод вертикального лодочного вытягивания трубок (ВВТ). Схема производства трубки по способу С.И. Королева, через отверстие в шамотной лодочке, заглубленной в стекломассу при помощи нажимного устройства, приведена на рис. 83. В зависимости от формы отверстия в лодочке можно вытягивать различные трубки и стеклянные прутки (дрот): круглые, овальные, треугольные, квадратные и т.д.

Лодочка 1 погружена в стекломассу 2 в подмашинной камере. В сопло лодочки подается сжатый воздух. Вытяжная машина состоит из бесконечного цепного конвейера 3 с захватами 4. Цепной конвейер движется в вертикальной шахте машины, высотой 5 м, где трубка подвергается отжигу и охлаждению. На определенной высоте, после выхода из шахты трубка режется на куски заданной длины. После поворота на верхней звездочке цепного конвейера захват раскрывается, и трубка падает на приемный лоток 5.

 

Рисунок 83

 

Диаметр трубки и толщина ее стенки зависят от скорости вытягивания, диаметра сопла, и заглубления лодочки (гидростатического напора стекломассы). При прекращении подачи воздуха в лодочку можно вытягивать сплошной дрот. По предложенному способу можно вытягивать трубки диаметром от 3 до 30 мм со скоростью от 20 до 2 м/мин соответственно. Съем стекломассы одной машиной составляет около 1 m/cym. На одной машине можно вытягивать одновременно две трубки.

Для вытягивания круглых, толстостенных трубок большого диаметра (более 50 мм) наибольшее распространение нашел способ безлодочного вертикального вытягивания (БВВТ) рис. 84 и рис 85.

 

Рисунок 84

 

Рисунок 85

а – продольный разрез выработочной части печи; б - план

 

Стекломасса из выработочной части стекловаренной печи по перешейку поступает в подмашинную камеру 5 круглой формы. В центре дна камеры вставлен мундштук 4 со сменной насадкой 8. Верхняя плоскость насадки, в зависимости от диаметра вырабатываемой трубы, может находиться выше или ниже уровня стекломассы. По центральной оси мундштука проходит металлическая труба, через которую во внутреннюю полость вырабатываемой трубы, вентилятором нагнетается воздух. Над поверхность зеркала стекломассы установлен цилиндрический холодильник 9 из двух половинок, который можно извлекать или устанавливать по мере надобности через вертикальный канал в своде. Холодильник предназначен для фиксации формы трубы и для формирования температурного поля луковицы 3. Камеру дополнительно подогревают тангенциально расположенными горелками 7.

Шахта машины 1 БВВТ, расположенная непосредственно над подмашинной камерой, имеет высоту 7800 мм. Шахта изготовлена из жаростойкой стали и внутри теплоизолирована асбестом. Для регулировки температурного режима охлаждения и отжига в ней установлены дополнительные горелки, а на боковых стенках шахты имеются рабочие окна с подвесными дверцами, которые так же используют для удаления боя. В шахте машины по высоте расположены 12 пар асбестовых валиков, приводимых во вращение электродвигателем постоянного тока.

Пуск машины похож на пуск машины БВВС. В стекломассу опускают и вдавливают на глубину 50 – 60 мм затравку в виде стального кольца, с приваренными к его нижней поверхности зубьями. Через 1 – 2 мин машину включают на режим вытягивания и поднимают затравку с прилипшей к ней стекломассой, одновременно начинают подавать воздух через мундштук. При подъеме затравки вверх вокруг мундштука образуется луковица, которая при вытягивании плавно переходит в трубу. Охлажденную, прошедшую отжиг трубу на верхней площадке при выходе из машины отрезают и отламывают специальными устройствами.

Геометрические размеры трубы, ее диаметр и толщина стенки зависят от диаметра насадки и ее расположения относительно уровня стекломассы в подмашинной камере, от температуры луковицы и стекломассы в подмашинной камере, количества воздуха, подаваемого внутрь трубы, скорости вытягивания и других параметров. Регулируя параметры процесса вытягивания можно добиться выработки труб заданных размеров, причем стабильность технологических параметров выработки, обеспечивает хорошее воспроизводство геометрических размеров труб. Скорость вытягивания труб диаметром 50, 80 и 100 мм соответственно: 150, 94 и 70 м/мин. Коэффициент использования оборудования 0.9, выход годной продукции 80%.

Выработку труб методом БВВТ осуществляют на автоматизированных линиях состоящих из: установок БВВТ, подрезчика, отломщика, перекладчика, транспортера снижателя, участка по контролю и сортировке труб, моечно-сушильной установки, устройства для обертки концов труб, устройства для упаковки труб в контейнеры или ящики.

Температурный режим работы установки: температура стекломассы в подмашинной камере при выработке труб из обычного стекла 980 - 1000°С, при выработке из малощелочного стекла - 1220 - 1250°С, температура луковицы соответственно 910 - 925°С и 1080 - 1090°С соответственно.

Стекло варят в ванных регенеративных печах непрерывного действия при температурах 1530 - 1570°С. Удельный съем стекломассы с варочной площади от 300 до 500 кг/(м^2.сут) при использовании дополнительного 8. Верхняя плоскость насадки, в зависимости от диаметра вырабатываемой трубы, может находиться выше или ниже уровня стекломассы. По центральной оси мундштука проходит металлическая труба, через которую во внутреннюю полость вырабатываемой трубы, вентилятором нагнетается воздух. Над поверхностью зеркала стекломассы установлен цилиндрический холодильник 9 из двух половинок, который можно извлекать или устанавливать по мере надобности через вертикальный канал в своде. Холодильник предназначен для фиксации формы трубы и для формирования температурного поля луковицы 3. Камеру дополнительно подогревают тангенциально расположенными горелками 7.

Шахта машины 1 БВВТ, расположенная непосредственно над подмашинной камерой, имеет высоту 7800 мм. Шахта изготовлена из жаростойкой стали и внутри теплоизолирована асбестом. Для регулировки температурного режима охлаждения и отжига в ней установлены дополнительные горелки, а на боковых стенках шахты имеются рабочие окна с подвесными дверцами, которые так же используют для удаления боя. В шахте машины по высоте расположены 12 пар асбестовых валиков, приводимых во вращение электродвигателем постоянного тока.

Пуск машины похож на пуск машины БВВС. В стекломассу опускают и вдавливают на глубину 50 - 60 мм затравку в виде стального кольца, с приваренными к его нижней поверхности зубьями. Через 1 – 2 мин машину включают на режим вытягивания и поднимают затравку с прилипшей к ней стекломассой, одновременно начинают подавать воздух через мундштук. При подъеме затравки вверх вокруг мундштука образуется луковица, которая при вытягивании плавно переходит в трубу. Охлажденную, прошедшую отжиг трубу на верхней площадке при выходе из машины отрезают и отламывают специальными устройствами.

Геометрические размеры трубы, ее диаметр и толщина стенки зависят от диаметра насадки и ее расположения относительно уровня стекломассы в подмашинной камере, от температуры луковицы и стекломассы в подмашинной камере, количества воздуха, подаваемого внутрь трубы, скорости вытягивания и других параметров. Регулируя параметры процесса вытягивания можно добиться выработки труб заданных размеров, причем стабильность технологических параметров выработки, обеспечивает хорошее воспроизводство геометрических размеров труб. Скорость вытягивания труб диаметром 50, 80 и 100 мм соответственно: 150, 94 и 70 м/мин. Коэффициент использования оборудования 0.9, выход годной продукции 80%.

Выработку труб методом БВВТ осуществляют на автоматизированных линиях состоящих из: установок БВВТ, подрезчика, отломщика, перекладчика, транспортера снижателя, участка по контролю и сортировке труб, моечно-сушильной установки, устройства для обертки концов труб, устройства для упаковки труб в контейнеры или ящики.

Температурный режим работы установки: температура стекломассы в подмашинной камере при выработке труб из обычного стекла 980 - 1000°С, при выработке из малощелочного стекла - 1220 - 1250°С, температура луковицы соответственно 910 - 925°С и 1080 - 1090°С соответственно.

Стекло варят в ванных регенеративных печах непрерывного действия при температурах 1530 - 1570°С. Удельный съем стекломассы с варочной площади от 300 до 500 кг/(м^2.сут) при использовании дополнительного электрообогрева. Съем стекломассы одной машиной 8 – 10 m/cym.

Изготовление фасонных изделий осуществляют тремя способами:

1. выдуванием изделий в формах,

2. гнутьем отрезков труб,

3. сваркой отрезков труб.

Первым способом изготавливают отводы с разными углами поворота, отступы и двойные отводы. Эти изделия формуют в раскрывающиеся графитовые формы, затем отжигают заготовки и алмазным инструментом отрезают донышко и колпачок. Вторым способом изготавливают отводы труб диаметром 38 и 50 мм различными углами поворота. По третьему способу изготавливают тройники, крестовины и переходники.

Стеклянные трубы с коническими буртиками создают при монтаже трубопроводов ряд преимуществ, так как их можно соединять без резиновых колец и фланцев, что упрощает монтаж и демонтаж, а так же повышает возможные температуры эксплуатации.

Стеклотрубы с буртиками можно изготавливать двумя способами:

разогревом конца трубы с последующим его формованием, привариванием к концу труб стеклянных наконечников с буртиками. Наконечники получают прессованием в нераскрывных чугунных формах с последующим их отжигом. Особое внимание уделяется вопросам снятия внутренних напряжений в готовом изделии, поэтому трубы с отформованными или приваренными наконечниками отжигают.

 

Оборудование для производства стекловолокна и изделий из него