Uprawniony z patentu: Pilkington Brothers Limited, Liverpool (Wielka Brytania) Sposób hartowania szkla oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób hartowania szkla, zwlaszcza hartowania wyrobów ze szkla plaskie¬ go i wygietego na przyklad szkla na szyby przednie pojazdów mechanicznych, swiatla boczne i tylne oraz szkla do okien samolotowych, oraz urzadzenie do sto¬ sowania tego sposobu.Znane sposoby hartowania szkla polegaja na szyb¬ kim chlodzeniu szkla z temperatury hartowania w ce¬ lu wytworzenia wyrobu szklanego majacego zwiekszo¬ na wytrzymalosc na rozciaganie przez wywolanie na¬ prezenia sciskajacego na powierzchni szkla i napreze¬ nia rozciagajacego w jego srodku. Zazwyczaj chlodze¬ nie jest przeprowadzane przez skierowanie gazowego czynnika chlodzacego na powierzchnie szkla. Wada znanego sposobu hartowania szkla jest to, ze nie¬ mozliwe jest uzyskanie wysokiego stopnia zahartowania szkla, szczególnie przy hartowaniu cienszego szkla, to jest o grubosci 3 mm i ponizej, poniewaz szybkosc od¬ prowadzania ciepla z powierzchni szkla przez konwen¬ cjonalne chlodzenie powietrzem jest niewystarczajaca do wytworzenia zadowalajacego naprezenia sciskajacego.Natomiast chlodzenie szkla w osrodku intensywnie chlodzacym, jak ciecz, powoduje pekanie szkla.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu harto¬ wania szkla, z zastosowaniem duzej predkosci odpro¬ wadzania ciepla ze szkla poprzez intensywne chlodze¬ nie, na przyklad w osrodku cieklym.Zadaniem, które nalezalo rozwiazac dla osiagniecia tego celu jest unikniecie, przy duzej szybkosci chlo- 10 15 20 25 30 dzenia szkla w osrodku cieklym, nieodlacznie zwiaza¬ nego z tym zjawiska pekania szkla.Zadanie to zostalo rozwiazane przez opracowanie sposobu hartowania szkla, zgodnie z którym szklo chlodzi sie w cieczy po uprzednim chlodzeniu go za pomoca strumieni chlodzacego gazu. Przed ciaglym, postepowym zanurzaniem arkusza szkla w cieczy ozie¬ biajacej, strumienie wspomnianego gazu chlodzacego kieruje sie na przeciwlegle powierzchnie arkusza, a in¬ tensywnosc wstepnego chlodzenia ustala sie tak, aby zapewnic powstanie gradientu temperatury miedzy po¬ wierzchnia szkla i jego srodkiem przy jednoczesnym zachowaniu temperatury szkla wyzszej od temperatury, przy której wystepuja w szkle naprezenia.Zaleta powyzszego sposobu hartowania w kolejno dwu osrodkach chlodzacych: gazie i cieczy, jest to, ze uzyskuje sie wyroby o wysokich wlasciwosciach wytrzymalosciowych a jednoczesnie unika sie niebez¬ pieczenstwa pekania, szkla, co zachodzi zwykle przy bezposrednim zanurzeniu arkusza szkla w cieklym osrodku chlodzacym.Przy hartowaniu artykulów ze szkla sodowo-wapnio- wo-krzemowego, szklo jest ogrzewane do poczatkowej temperatury w zakresie 620°C do 760°C, a poczatkowe oziebianie obniza temperature powierzchni szkla do temperatury w zakresie 560° do 640°C, przy utrzymy¬ waniu rdzenia szkla w temperaturze bliskiej tempera¬ tury poczatkowej szkla.Proces moze przebiegac pionowo, przy czym szklo przechodzi wówczas przez pionowy piec, uklad dmu- 6982969829 chaw i wanne hartownicza ulozone pionowo, a bezpo¬ srednio pod obszarem, gdzie pary zimnego gazu wy¬ woluja wstepnie oziebienie powierzchni szkla, usytuo¬ wana jest kapiel hartownicza z plynu chlodzacego.Gdy do wstepnego oziebiania szkla stosuje sie pary zimnego gazu, pierwszym osrodkiem oziebiajacym mo¬ ze byc struga rozpylonej cieczy, kierowana symetrycz¬ nie na powierzchnie szkla na przyklad struga rozpy¬ lonej wody.Wynalazek ma zastosowanie zwlaszcza do hartowa¬ nia szkla sodowojwapniowo^krzemowego o grubosci w zakresie 0,75 mm do 10 mm, sposobem zawierajacym ogrzewanie szkla do temperatury bliskiej jego tempe¬ ratury mieknienia, przejscie szkla ze stala predkoscia pomiedzy zimnymi parami gazu w ciagu czasu odpo¬ wiedniego dla oziebienia powierzchni szkla do tempe¬ ratury w zakresie 560° do 640°C oraz bezposrednie zanurzenie szkla z ta predkoscia w chlodzacym plynie w celu zahartowania szkla.Przy kapieli hartowniczej, która jest uzywana w dru¬ gim etapie intensywnego hartowania, zazwyczaj wspól¬ czynnik przenoszenia ciepla od kapieli do szkla wyno¬ si 0,0035 do 0,06. Kapiel te moze stanowic olej, na przyklad olej smarowy lub olej roslinny. W pewnych przypadkach moze byc uzywany roztopiony metal, na przyklad roztopiona cyna lub roztopiony stop cynowy.Arkusze wygietego, hartowanego szkla moga byc wy¬ twarzane sposobem wedlug wynalazku przez ogrzewa¬ nie arkusza plaskiego szkla do temperatury bliskiej je¬ go temperatury mieknienia oraz wyginanie arkusza do pozadanej krzywizny przed poddaniem arkusza wstep¬ nemu oziebianiu.Stwierdzono, ze wewnetrzne naprezenia rozciagajace w hartowanym szkle moga byc w pewnym zakresie z góry okreslone przez poczatkowa temperature szkla przy danym zespole warunków wstepnego oziebiania oraz przy danej predkosci przesuwu szkla w czasie wstepnego chlodzenia i podczas hartowanaia. Odkryto, ze wytwarzane w szkle naprezenia rozciagajace moga byc zmieniane od 70 kG/cm2—90 kG/cm2 na kazde 10°C róznicy poczatkowej temperatury szkla.Wynalazek obejmuje równiez urzadzenie do harto¬ wania szkla, zawierajace elementy do przenoszenia szkla ze stanowiska ogrzewania poprzez stanowisko wstepnego oziebiania do stanowiska hartowania, w którym szklo jest hartowane w cieczy hartowniczej, oraz zawierajace pionowy piec z otwartym dnem i szczypce do zaczepiania szkla zawieszone w piecu na poprzeczce. Istota wynalazku polega na tym, ze urza¬ dzenie zawiera prowadnice do prowadzenia elementów podtrzymujacych szklo, laczace piec z wanna hartowni¬ cza i dmuchawami umieszczonymi pomiedzy piecem i wanna hartownicza w bezposrednim jej poblizu.Urzadzenie zawiera elementy napedowe do porusza¬ nia elementów podtrzymujacych szklo wzdluz prowad¬ nic ze stala predkoscia, w celu przesuwania goracego szkla z kontrolowana, stala predkoscia pomiedzy dmu¬ chawami i nastepnie w kapieli hartowniczej.Urzadzenie wedlug wynalazku korzystnie zawiera slizgi umieszczone na poprzeczce, które sa przesuwane po prowadnicach, oraz elementy opuszczania polaczo¬ ne z poprzeczka, w celu opuszczania tej poprzeczki ze stala predkoscia wzdluz prowadnic.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykla¬ dzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przed¬ lo 15 20 30 35 40 45 50 55 60 65 stawia schematycznie urzadzenie do hartowania arku¬ szy szkla, w przekroju pionowym, fig. 2 — wciagarke w przekroju pionowym, fig. 3 — wciagarke w prze¬ kroju wzdluz linii III—III na fig. 2, fig. 4 roz¬ mieszczenie dysz na jednej z dmuchaw zastosowanych we wciagarce z fig. 2 i 3, fig. 5 — schematycznie wy¬ ginanie arkuszy plaskiego szkla przed hartowaniem.Na fig. 1 jest pokazany schematycznie poziomy prze¬ nosnik 1 do przenoszenia plaskich arkuszy szkla 2, po¬ ziomo przez boczny otwór do pionowego pieca 3, po¬ siadajacego pionowe sciany boczne, w których zamon¬ towane sa elektryczne grzejne elementy 4. Arkusz szkla 2 jest zawieszony w poblizu jego górnej krawedzi za pomoca szczypiec 6 w znany sposób, a szczypce 6 sa podwieszone do przenosnika linami 5, z których zosta¬ la pokazana tylko jedna, przy czym liny te sa dola¬ czone do wciagarki pokazanej dokladniej na fig. 2 i 3.Praca wciagarki jest stosowana w ten sposób, ze arkusz szkla moze byc szybko opuszczany z kontrolowana stala predkoscia.W pionowym piecu 3 grzejny element 4 ogrzewa ar¬ kusze szkla do podwyzszonej temperatury bliskiej tem¬ peratury mieknienia szkla. Zazwyczaj przy hartowaniu plaskiego arkusza szkla z mieszaniny sodowo-wapnio- wojkrzemowej, szkk jest ogrzewane do temperatury okolo 690°C. Moga tez byc stosowane wyzsze tempe¬ ratury, na przyklad temperatura szkla moze byc pod¬ niesiona do 760°C. W niektórych przypadkach, gdzie wymagany jest nizszy stopien zahartowania wystarcza podgrzanie szkla do temperatury poczatkowej zaledwie 620°C.Dno pieca 3 jest otwarte, tak ze ogrzane szklo moze byc szybko opuszczane z pieca. W dnie pieca moga byc w znany sposób zamontowane drzwi. W dolnej czesci pieca stosuje sie zageszczenie grzejnych elemen¬ tów 4 dla umozliwienia równomiernego ogrzania szkla na calej jego wysokosci oraz dla wytworzenia uszczel¬ nienia goracego gazu w otwartym dolnym wylocie pie¬ ca, który to gaz ma wyzsza temperature niz gaz wy¬ pelniajacy reszte pieca. Zazwyczaj temperatura w dol¬ nym otwartym koncu pieca jest rzedu 790°C. Jezeli to uszczelnienie goracym gazem jest skuteczne, nie jest konieczne zamykanie dolu pieca.Bezposrednio pod dolnym wylotem pieca 3 sa zain¬ stalowane dwie pionowe dmuchawy. Dmuchawy te sa identyczne i umieszczone równolegle po obu stronach pionowej drogi opuszczania z pieca, arkusza szkla 2.Kazda z dmuchaw posiada zlozone w szachownice wy¬ lotowe dysze 8, a dysze obu dmuchaw sa ustawione przemiennie w stosunku do siebie, tak ze dysze jednej dmuchawy nie sa ustawione naprzeciw dysz drugiej dmuchawy. Oba uklady dysz sa dolaczone do zródla oziebiajacego gaz, zazwyczaj sprezonego powietrza o temperaturze otoczenia.W przykladzie rozwiazania zilustrowanym na fig. 1 wysokosc dmuchaw jest nieco wieksza niz wysokosc arkusza szkla 2 i jest tak dobrana do predkosci obni¬ zania arkusza szkla, ze arkusz goracego szkla jest poddawany dokladnie kontrolowanemu wstepnemu ozie¬ bianiu podczas opisanego ponizej obnizania ze stala predkoscia pomiedzy dmuchawami 7.Podczas przejscia szkla pomiedzy dmuchawami tem¬ peratura jego powierzchni jest obnizana do takiej war¬ tosci, przy której nie wystepuje deformacja powierzen-5 ni szkla ani jego pekniecia podczas kolejnego inten¬ sywnego chlodzenia w kontakcie z plynem chlodzacym.Na przyklad przy hartowaniu zwyklego szkla sodo- wo-wapniowo-krzemowego powierzchnie szkla sa ozie¬ biane do temperatury w zakresie 560° do 640°C. Szyb¬ kie przejscie pomiedzy dmuchawami powoduje znaczne oziebienie powierzchni szkla oraz pozostawienie srod¬ ka arkusza sizkla w temperaturze bliskiej temperatury uzyskiwanej w piecu 3 talk, ze gdy szklo przechodzi ponizej dolnej krawedzi dmuchaw wystepuje w nim okreslona róznica temperatur pomiedzy srodkiem a po¬ wierzchnia szkla. Wystepuje wiec spadek temperatury w obszarach powierzchniowych szkla.Hartownicza wanna 10 zawierajaca kapiel 11 cieczy hartowniczej jest umieszczona bezposrednio pod dmu¬ chawami. Urzadzenie jest skonstruowane w ten sposób, ze dolne dysze 8 dmuchaw 7 sa polozone jak najbli¬ zej powierzchni 12 kapieli plynu chlodzacego, tak, ze gdy szklo opuszcza otoczenie chlodzace powietrza kie¬ rowanego na jego powierzchnie przez dmuchawy 7, jest ono natychmiast zanurzane w chlodzaoej kapieli 11.Glebokosc kapieli 11 jest wieksza niz wysokosc arku¬ sza szkla 2.Chlodzacy plyn w kapieli 11 posiada wspólczynnik przenikania ciepla w stosunku do szkla w zakresie 0,0035 do 0,06 kalorii.cm—2.0°C—!-sek—i. Jak wiado¬ mo, ten wspólczynnik wymiany ciepla okresla szyb¬ kosc wymiany ciepla pomiedzy szklem a plynnym osrodkiem chlodzacym na jednostke róznicy tempera¬ tur i na jednostke powierzchni.Odpowiednimi osrodkami chlodzacymi sa oleje oraz niektóre metale i stopy o niskiej temperaturze top¬ nienia. Moga byc z powodzeniem uzywane oleje ros¬ linne, olej rycynowy, olej kuchenny, olej transformato¬ rowy, olej o niskiej wymianie ciepla.Moze byc uzywana stopiona cyna i stopy cyny, na przyklad stopy•cynanolów i cyna-bizmut, az do tempe¬ ratury okolo 400°C. Przy stosowaniu stopionych me¬ tali loraz przy stosowaniu wysokiego cisnienia dmuchu jest dogodne utrzymywanie obojetnej, lub nieznacznie redukcyjnej atmosfery otaczajacej kapiel hartownicza, na przyklad azotu lub azotu z 5% wodoru. Atmosfera taka moze byc wprowadzana przez dmuchawy jako gaz oziebiajacy.Naprezenia wytwarzane w hartowanym szkle sa uza¬ leznione od temperatury kapieli, która jest utrzymy¬ wana na pozadanej wysokosci przez regulatory tempe¬ ratury. Stwierdzono, ze temperatura kapieli w przy¬ padku uzycia oleju powinna zawierac sie pomiedzy temperatura otoczenia a temperatura okolo 60°C.Arkusz sizkla 2 jest ogrzewamy W piecu 3 do tempe¬ ratury bliskiej temperatury mieknienia, ma przyklad przy szkle sodowo-wapmiowo-krzemowym, do tempera¬ tury 720°C i szklo jest nastepnie szybko opuszczane ze stala predkoscia, w zakresie na przyklad 10 do 20 cm/sekunde pomiedzy dmuchawami 7, gdzie zimny gaz padajacy na przeciwlegle strony arkusza sizkla powo¬ duje wstepne oziebianie powierzchni arkusza do tem¬ peratury w zakresie 560°C do 640°C. Stopien ochlo¬ dzenia powierzchni szkla moze byc zmieniany przez regulowanie objetosciowego natezenia wyplywu chlo¬ dzacego gazu na powierzchnie szkla i predkosci obni¬ zania szkla pomiedzy dmuchawami. 69829 6 Kazdy punkt szkla przechodzi pomiedzy dmuchawa¬ mi w przeciagu okolo 1 sekundy, przy czym szklo jest opuszczane w sposób ciagly, najlepiej ze stala predkos¬ cia, z pomiedzy dmuchaw do kapieli hartowniczej. Tym 5 niemniej predkosc opuszczania szkla moze byc równiez zmieniana skokowo po opuszczeniu dmuchaw przez górna krawedz szkla a zanim dolna jego krawedz osiagnie plyn hartowniczy tak, ze szklo podczas wstep¬ nego oziebiania przechodzi pomiedzy dmuchawami z 10 jedna stala predkoscia, a wchodzi w plyn chlodzacy z inna predkoscia.Duza predkosc przenikania ciepla ze szkla do plynu chlodzacego zapewnia natychmiastowe hartowanie po¬ wierzchniowo oziebionego szkla, gdy tylko powierzch- 15 nie szkla wchodza w kontakt z plynem.Po hartowaniu zimny arkusz szkla jest wyciagany z kapieli 11 i przenoszony na stanowisko mycia, a na¬ stepnie uwalniany ze szczypiec.^ W procesie ciaglym kolejnego hartowania arkuszy szkla kazdy arkusz hartowanego szkla jest przesuwany ze swej pionowej drogi jeszcze w kapieli hartowniczej, aby zwolnic droge dla hartowania kolejnego arkusza, a nastepnie jest wyciagany z kapieli i przenosizony na 25 stanowisko mycia.Praktyczny przyklad rozwiazania urzadzenia wedlug wynalazku jest przedstawiony na fig. 2 do 4.Jak pokazano na fig. 2 i 3 na podlodze 14 warszta¬ tu zastosowane sa naroznikowe kolumienki 13, a 30 wierzcholki kolumienek sa polaczone ze soba prosto¬ katna rama 15.Pomiedzy naroznikowymi kolumienkami na mniej wiecej polowie wysokosci urzadzenia znajduje sie ply¬ ta 16 ze szczelina, lezaca na poprzecznych belkach 17, 35 które sa zamocowane pomiedzy kolumienkami 13. Ply¬ ta 16 stanowi podstawe pionowego pieca hartownicze¬ go, majacego sciany 19, boczne sciany 18 i strop 20.Sciany 18 i 19 oraz strop 20 sa wykonane ze zwyklego ogniotrwalego materialu, a dól pieca jest otwarty. Dol- 40 ny otwór stanowi centralna wydluzona szczelina 21 w plycie podstawy. Otwór ten moze byc zamykany kla¬ pami znanej konstrukcji które nie zostaly pokazane. W omawianym przykladzie pionowy piec ma ksztalt wy¬ dluzony tak, aby ogrzewanie arkusza plaskiego szkla 45 bylo jednakowe.Arkusz szkla 2 jest podtrzymywany w piecu przez szczypce 22, które chwytaja górne obrzeza arkusza.Szczypce 22 sa zawieszone na poprzeczce 23 laczacej pólcyHndryczne slizgi 24, które przesuwaja sie po pro¬ wadnicach 25. Slizgi 24 sa zamocowane na koncach po¬ przeczki 23.W poblizu kazdego konca poprzeczki znajduje sie ucho 27. Poprzeczka jest zawieszona na stalowych li¬ nach 28 przymocowanych do uszu 27 i zwinietycti na wyciagowych bebnach 29, które sa zamocowane na koncach wspólnej osi 30. Os 30 obraca sie W lozyskach 31 przymocowanych do podpartej plyty 32 zamontowac nej na górnej ramie 15 urzadzenia. Bebny sa obraca¬ ne przez elektryczny silnik 3S, a szybkosc silnika 33 jest kontrolowana tak, aby utrzymywac stala predkosc odwijania metalowych lin 28 z bebnów 29, a tym sa¬ mym stala predkosc opuszczania arkusza poprzez piec i ponizej. Stalowe liny 28 przechodza przez otwory 34 wykonane w stropie 20 pieca. Otwory te sa tak duze,69829 aby umozliwic przechodzenie stalowych lin bez zbyt duzej stnaty ciepla w piecu.Elektryczne elementy 4 grzejne zamontowane po obu stronach pieca na fig. 1, na fig. 2 i 3 nie sa poka¬ zane.Prowadnice 25 sa pretami stalowymi o przekroju ko¬ lowym i sa przymocowane górnymi koncami do po¬ przecznych belek 55, które przebiegaja poprzez rame 15 na wierzcholku urzadzenia.Prowadnice 25 sa zamocowane w otworach 36 stropu 20 pieca i przechodza pionowo przez piec. Na swoich dolnych koncach prowadnice 25 sa przymocowane do wsporników 37, które sa przytwierdzone do boków wanny 10.Dolna czesc urzadzenia jest obudowana bocznymi plytami 38.Tuz pod dolna plyta 16 pieca jest zamontowana pa¬ ra dmuchaw 7, z których kazda jest podtrzymywana przez komore 39 sprezonego powietrza, do której do¬ laczony jest zasilajacy kanal 40. Kazda dmuchawa 7 ze swoja komora 39 jest podtrzymywana pomiedzy bocznymi wspornikami 40, które w poblizu swoich dolnych konców posiadaja przymocowane do blaszek kolo 41. Kola te poruszaja sie po szynach 42, które sa przymocowane na koncach do poprzecznych belek roz¬ ciagajacych sie pomiedzy kolumienkami. Na szynach 42 znajduje sie umieszczony w srodku dystansowy blo¬ czek 40a, który ogranicza dosrodkowe przesuwanie dmuchaw, tak, ze sa one ustawione w dokladnie rów¬ nej odleglosci po obu stronach drogi obnizania arku¬ sza szkla. Dzieki takiemu rozwiazaniu dmuchawy mo¬ ga byc indywidualnie przesuwane w ten sposób, ze sa one ustawione w dokladnie równej odleglosci po obu stronach drogi opuszczania arkusza szkla 2 okreslonej przez prowadnice 25, a wiec obie powierzchnie gorace¬ go arkusza szkla poddawane sa takiej samej obróbce wstepnego oziebiania podczas opuszczania arkusza ze stala predkoscia pomiedzy dmuchawami. Strona czolo¬ wa kazdej dmuchawy ma budowe symetrycznego ukla¬ du rozstawionych w szachownice dysz 8 dmuchowych, jak to pokazano na fig. 2 i 3, a dokladniej zilustro¬ wane na fig. 4. Kazda dysza posiada srednice wew¬ netrzna 3. mm, a srednica zewnetrzna wynosi zazwy¬ czaj 6 mm. Dysze wystaja na zewnatrz strony czolo¬ wej dmuchawy na odleglosc okolo 2,5 mm, a rzedy dysz sa oddalone od siebie o okolo 2 cm. Wskazane jest ustawienie wylotów dysz w odleglosci okolo 3,8 cm od drogi obnizania powierzchni szkla, a dmuchawy «a tak skonstruowane, ze dysze nie sa ustawione naprze¬ ciw siebie.Gaz oziebiajacy, zazwyczaj powietrze, jest dostar¬ czany przez kanal 40 pod cisnieniem w zakresie 0,030 do 0,050 kG/cm2 i to zapewnia szybkosc wyplywu chlodzacego gazu z dysz 8, która powoduje wytworze¬ nie takiego spadku temperatury od powierzchni do wnetrza szkla, to jest oziebienie powierzchni szkla do temperatury w zakresie 560° do 640°C przy jednoczes¬ nym utrzymywaniu rdzenia szkla w temperaturze bli¬ skiej jego temperatury poczatkowej, ze podczas dal¬ szego kontaktowania szkla z plynem chlodzacym nie nastepuje deformacja powierzchni ani pekniecia szkla.Górne krawedzie dmuchaw 7 sa umieszczone jak naj¬ blizej wylotu 21 pieca, dzieki czemu po wyjsciu z pie¬ ca szklo natychmiast wchodzi w strumien chlodzacego powietrza, uchodzacego z górnej czesci dmuchaw. W ten sposób oziebienie wstepne zaczyna sie bez opóz¬ nienia.Bezposrednio po opuszczeniu dmuchaw szklo jest 5 hartowane przez zanurzenie w chlodzacej kapieli 11.Wanna hartownicza ma ksztalt wydluzony o przekroju poprzecznym dobranym do wylotu 21 pieca.Chlodzacy plyn, jak opisano powyzej, zazwyczaj olej wypelnia wanne tak, ze powierzchnia 12 plynu 10 znajduje sie jak najblizej górnej krawedzi wanny, przy czym nalezy uwzglednic podnoszenie sie poziomu ply¬ nu przy zanurzeniu arkusza szkla.Temperatura plynu w wannie jest regulowana za po¬ moca nurkowego grzejnika 44 umieszczonego w dole 15 wanny oraz za pomoca cyrkulacji plynu przez, nie po¬ kazana na rysunku, zewnetrzna chlodnice znanego ro¬ dzaju. W jednej ze scian bocznych wanny jest zamon¬ towane mieszadlo 45 obracane przez silnik 46. Poka¬ zane mieszadlo jest krazkiem z promieniowymi lopat- 20 kami 42 i jest przeznaczone do mieszania plynu chlo¬ dzacego przed hartowaniem arkusza szkla.Wanna 10 jest zamontowana na podtrzymujacej ply¬ cie 48 i przymocowana do tej plyty katownikami 49.Plyta 48, jest osadzona pomiedzy bocznymi belkami 25 50, na których sa zamontowane kólka 51. Kólka 51 poruszaja sie po szynach 52 zamontowanych pomiedzy bocznymi kolumienkami 13. Uklad taki pozwala na dokladne ustawienie wanny hartowniczej w stosunku do wylotu 21 pieca, dmuchaw 7 i prowadzacych szyn 30 25 w polozeniu prawidlowym dla przyjmowania gora¬ cych arkuszy szkla.Prowadnice 25 sa umieszczone pionowo na zewnatrz dmuchaw 7 i wanny 10, a w dolnym skrajnym poloze¬ niu poprzeczki 23, szczypce 22 sa calkowicie zanurzo- 35 new plynie chlodzacym, tak, ze arkusz szkla jest cal¬ kowicie zanurzony zanim poprzeczka 23 dotknie gór¬ nej krawedzi wanny 10.Dokladne regulowanie teemperatury plynu chlodza¬ cego dokonuje sie przez selektywne dzialanie nurko- 40 wego grzejnika 44 oraz ukladu chlodzacego i kiedy uzywa sie oleju, temperatura kapieli jest zazwyczaj w zakresie pomiedzy temperature otoczenia a temperatu¬ ra 60°C.Cala dolna czesc urzadzenia pod plyta 16 podstawy pieca jest obudowana bocznymi plytami 38 w celu utworzenia komory zawierajacej dmuchawy i hartow¬ nicza wanne 10. Komore te wypelnia doprowadzany przez dmuchawy gaz wstepnie oziebiajacy, dla którego wylotowy kanal 49 stanowi czesc obudowy. Kanal 49 jest dolaczony w znany sposób do wentylatora.W ten sposób wokól wanny hartowniczej moze byc utrzymywana obojetna lub lekko redukcyjna atmosfera azotu lub mieszanki azotowo-wodorowej chociaz za¬ zwyczaj jako gaz do wstepnego oziebiania szkla uzy¬ wane jest powietrze.Naprezenia wprowadzane do arkusza szkla zaleza od grubosci szkla, temperatury poczatkowej szkla w pie¬ cu, szybkosci oziebiania szkla podczas przechodzenia 60 pomiedzy dmuchawami, predkosci obnizania szkla na calej drodze przejscia, temperatury plynu chlodzacego i wlasnosci fizycznych plynu chlodzacego.Ponizej zostanie obecnie podanych kilka przykladów hartowania szkla o róznej grubosci w zakresie od 65 0,8 mm do 6 mm. 45 50 5569829 10 W przykladach I do XI w celu otrzymania wielkosci porównawczych, arkusze szkla o powierzchni 25 cm2 i o róznych grubosciach byly ogrzewane w omówionym urzadzeniu do róznych temperatur i wszystkie byly hartowane w tym samym plynie hartowniczym. 5 Przyklad I. Arkusz szkla sodowo-wapniowo-krze- mowego o powierzchni 25 cm2 i grubosci 2 mm jest zawieszony na szczypcach 22 i ogrzewany w piecu do temperatury okolo 680°C. Temperatura scian pieca, dla osiagniecia tej temperatury szkla, wynosi okolo 750°C. 10 Mieszadlo 45 pracuje w wannie hartowniczej, a tem¬ peratura plynu chlodzacego ma wartosc okolo 45°C.Gdy arkusz szkla osiaga pozadana temperature, mie¬ szadlo jest wylaczone, a oziebiajace powietrze jest do¬ prowadzane do dmuchaw, zas silnik 33 jest wlaczony 15 dla opuszczenia arkusza szkla 2 z kontrolowana stala predkoscia 15 cm/sekunde. Ta stala predkosc jest utrzymywana podczas obnizania szkla az do calkowi¬ tego zanurzenia w plynie chlodzacym.Dmuchawy 7 maja wysokosc okolo 13 cm, a zimne 2o powietrze jest dostarczane do nich pod cisnieniem 0,035 do 0,040 kG/cm2. Koncówki dysz sa utrzymywa¬ ne w odstepie okolo 3,8 cm od powierzchni szkla, podczas przechodzenia pomiedzy dmuchawami, wywo¬ luje róznice temperatur 60°C pomiedzy srodkiem a 15 powierzchniami szkla. Temperatura powierzchni szkla wynosi okolo 620°C.Po zanurzeniu ze stala predkoscia 15 cm/sekunde w oleju chlodzacym, szklo pozostaje w wannie w ciagu okolo 30 sekund, a nastepnie jest wyciagane i myte.Ustalono, ze szklo o grubosci 2 mm ma wytrzyma¬ losc na rozciaganie 1900 kG/cm2 do 1950 kG/cm2 oraz wewnetrzne naprezenia rozciagajace 630 kG/cm2.Powierzchnie szkla byly wolne od znieksztalcen, znieksztalceniom goracego szkla podczas hartowania w oleju chlodzacym zapobiezono przez wstepne kontrolo¬ wanie oziebienia powierzchniowego dokonywanego pod¬ czas przejscia szkla ze stala predkoscia w dól pomiedzy dokladnie i symetrycznie rozmieszczonymi dmucha¬ wami. 40 Przyklad II. Podobny arkusz szkla o powierzch¬ ni 25 cm2 i grubosci 2 mm zostal podgrzany w piecu do temperatury 660°C i opuszczony z predkoscia 15 cm/sekunde przy takim samym wstepnym oziebie¬ niu pomiedzy dmuchawami i w tej samej kapieli har- 45 towniczej o temperaturze 45°C, jak w przykladzie I.Wstepne oziebianie obnizylo temperature powierzch¬ niowa szkla do 600°C, a wytrzymalosc na rozciaganie wynosila okolo 1900 kG/cm2, zas wewnetrzne napreze¬ nie rozciagajace wynosilo okolo 420 kG/cm2. 50 Przyklad III. Arkusz szkla sodowo-wapniowo- -krzemowego o powierzchni 25 cm2 i grubosci 2 mm zostal ogrzany do temperatury 690°C i oziebiony przez doprowadzenie oziebiajacego powietrza do dmuchaw pod cisnieniem 0,030 kG/cm2. Szklo bylo obnizane z 55 predkoscia 25 cm/sekunde, pomiedzy dmuchawami do kapieli hartowniczej stwierdzono, ze hartowane szklo posiada wytrzymalosc na rozciaganie 2100 kG/cm2, a wewnetrzne naprezenie rozciagajace 700 kG/cm2. -krzemowego o powierzchni 25 cm2 i grubosci 2 mm 6° Przyklad IV. Arkusz szkla sodowo-wapniowo- zostal ogrzany w piecu do temperatury 660° i obnizany z predkoscia 15 cm/sekunde pomiedzy dmuchawami, do których bylo doprowadzane oziebiajace powietrze pod cisnieniem 0,030 kG/cm2. Po hartowaniu w kapieli har- 65 towniczej stwierdzono, ze wytrzymalosc na rozciaganie szkla wynosi 1820 kG/cm2, a wewnetrzne naprezenie rozciagajace szkla wynosi 560 kG/cm2.Przyklad V. Arkusz szkla sodowo-wapniowo- -krzemowego o powierzchni 25 cm2 i grubosci 2 mm zostal ogrzany do temperatury 640°C i nastepnie obni¬ zany z predkoscia 25 cm/sekunde pomiedzy dmuchawa¬ mi, które byly zasilane zimnym powietrzem pod cis¬ nieniem 0,023 kG/cm2. Wstepne oziebienie obnizylo temperature powierzchniowa szkla do 580°C i szklo bylo bezposrednio zanurzone w kapieli hartowniczej o temperaturze 45°C. Wytrzymalosc na rozciaganie szkla wynosila 1820 kG/cm2, a wewnetrzne naprezenie roz¬ ciagajace wynosilo 560 kG/cm2.Przyklad VI. Arkusz szkla sodowo^wapniowo- -krzemowego o powierzchni 25 cm2 i grubosci 4 mm zostal ogrzany do temperatury 700°C i oziebiony pod¬ czas przechodzenia pomiedzy dmuchawami z predkos¬ cia 15 cm/sekunde, przez strumienie chlodzacego po¬ wietrza dostarczanego pod cisnieniem 0,005 kG/cm2.Temperatura powierzchniowa szkla spadla do 620°C, podczas gdy rdzen szkla pozostal w temperaturze nieco ponizej 700°C. Po wstepnym oziebieniu szklo zostalo natychmiast zahartowane w tej samej kapieli hartow¬ niczej o temperaturze 45°C i wytworzone szklo harto¬ wane mialo wytrzymalosc na rozciaganie 2250 kG/cm2, a wewnetrzne naprezenie rozciagajace 700 kG/cm2.Przyklad VII. Arkusz szkla sodowo-wapniowo- -krzemowego o powierzchni 25 cm2 i grubosci 6 mm zostal ogrzany w piecu do temperatury 700°C, a tem¬ peratura kapieli hartowniczej wynosila 40°C. Arkusz szkla byl obnizany ze stala predkoscia 10 cm/sekunde, a oziebiony azot byl dostarczany do dmuchaw pod cis¬ nieniem 0,01 kG/cm2. Po zahartowaniu stwierdzono, ze wytrzymalosc szkla na rozciaganie wynosila 2450 kG/cm2, a wewnetrzne naprezenie rozciagajace w szkle wynosilo 840 kG/cm2.Przyklad VIII. Podobny arkusz szkla sodowo- -wapniowo-krzemowego o grubosci 6 mm zostal ogrza¬ ny do temperatury 700°C i obnizany ze stala predkos¬ cia 20 cm/sekunde. Oziebiajace powietrze bylo dostar¬ czane do dmuchaw pod cisnieniem 0,007 kG/cm2, a po zahartowaniu w kapieli hartowniczej o temperaturze 30°C szklo mialo wytrzymalosc na rozciaganie 3350 kG/cm2, a wewnetrzne naprezenie rozciagajace wynosi¬ lo 840 kG/cm2.Przyklad IX. Arkusz szkla sodowo-wapniowo- -krzemowego o powierzchni 25 cm2 i grubosci 6 mm zostal ogrzany do temperatury 700°C, a temperatura kapieli hartowniczej wynosila 30°C.Szybkosc opuszczania szkla wynosila 15 cm/sekunde a oziebiajace powietrze bylo dostarczane do dmuchaw pod cisnieniem 0,007 kG/cm2. Wytrzymalosc na roz¬ ciaganie hartowanego szkla wynosila 2800 kG/cm2, a wewnetrzne naprezenie rozciagajace w szkle wynosilo 770 kG/cm2.Przyklad X. Arkusz szkla o powierzchni 25 cm2 i grubosci 6 mm zostal ogrzany do temperatury 740°C i opuszczony z predkoscia 25 cm/sekunde pomiedzy dmuchawami, które byly zasilane oziebiajacym azotem pod cisnieniem 0,015 kG/cm2. To obnizylo temperature powierzchniowa szkla do 640°C i szklo zostalo natych¬ miast zahartowane w kapieli hartowniczej. Wytrzyma¬ losc szkla na rozciaganie wynosila 4350 kG/cm2, a69829 11 wewnetrzne naprezenie rozciagajace wynosilo 1120 kG/om2.W sposób podobny do przykladu X moze byc harto¬ wane nawet grubsze szklo, ma przyklad o grubosci do 8 mm lub 10 mm w celu wytworzenia bardzo wyso¬ kiego stopnia kompresji powierzchniowej w silnie har¬ towanym szkle.Przyklad XI. Arkusz bardzo cienkiego szkla o o powierzchni 25 cm2 i grubosci 0,8 mm zostal ogrza¬ ny do temperatury 700°C i obnizany z predkoscia oko¬ lo 40 cm/sekunde pomiedzy dmuchawami, które byly zasilane oziebiajacym powietrzem pod cisnieniem 0,0014 kG/cm2. Temperatura powierzchniowa szkla spadla do 620°C podczas, gdy rdzen szkla pozostal w temperatu¬ rze bliskiej temperatury poczatkowej 700°C, a po har¬ towaniu w kapieli hartowniczej o temperaturze 45°C, cienki arkusz szkla posiadal wytrzymalosc na rozciaga¬ nie 1700 kG/cm2 i wewnetrzne naprezenie rozciagajace 560 kG/cm2.Jako plynu hartowniczego mozna równiez uzywac stopionego metalu, na przyklad stopionej cyny, jest to zazwyczaj korzystne przy hartowaniu bardzo cienkiego szkla, jak to pokazano w ponizszym przykladzie.Przyklad XII. Arkusz cienkiego szkla o po¬ wierzchni 25 cm2 i grubosci 0,8 mm zostal ogrzany do poczatkowej temperatury 700°C i nastepnie opuszczo¬ ny ze stala predkoscia 40 cm/sekunde pomiedzy dmu¬ chawami, do których byla doprowadzana mieszanina azotu i wodoru, zawierajaca okolo 5% wodoru. Cisnie¬ nie lekko redukcyjnej atmosfery wynosilo okolo 0,0013 kG/cm2. Temperatura powierzchniowa szkla spadla do okolo 630°C podczas gdy temperatura srod¬ ka szkla pozostala w poblizu temperatury poczatkowej 700°C i nastepnie szklo zostalo natychmiast zaharto¬ wane w kapieli hartowniczej z roztopionej cyny utrzy¬ mywanej w temperaturze 300°C. Wprowadzenie lekko redukcyjnej atmosfery do dmuchaw powodowalo utrzy¬ mywanie kapieli ze stopionej cyny w atmosferze ochronnej, która calkowicie wypelniala przestrzen w dolnej czesci urzadzenia.Wytworzone cienkie hartowane szklo posiadalo wy¬ trzymalosc na rozciaganie 1600 kG/cm2 i wewnetrzne naprezenie rozciagajace 500 kG/cm2.Wyniki te wskazuja, ze temperatura poczatkowa szkla jest waznym czynnikiem regulujacym i stwierdzo¬ no, ze wewnetrzne naprezenie rozciagajace wytwaizane w szkle zmienia sie o okolo 84 kG/cm2 na kazde 10° róznicy temperatury poczatkowej szkla. Dodatkowa re¬ gulacja naprezenia wytwarzanego w szkle jest osiagana przez zmiane szybkosci obnizania szkla i zmiane cis¬ nienia dmuchu w dmuchawach. Zmiana tych czynników ma pewien wplyw na naprezenia wytwarzane w szkle i brana jest pod uwage jako czynnik dokladnego regu¬ lowania procesu.W sposobie wedlug wynalazku moga byc hartowane arkusze szkla gietkiego i wtedy dmuchawy powinny byc uksztaltowane z krzywizna odpowiadajaca krzy- wiznie arkusza szkla, które ma byc hartowane. Przy omawianej konstrukcji, dmuchawy moga byc z latwos¬ cia przesuwane z ich pozycji pracy, w celu wymiany dmuchaw przy zmianie produkcji. Wanna olejowa ma takie wymiary, ze musi byc zastosowana do typowych arkuszy szkla gietkiego, na przyklad gietkich szyb ochronnych. 12 Wynalazek moze byc równiez zastosowany do wy¬ twarzania gietkich hartowanych arkuszy szkla z arku¬ szy szkla plaskiego i taki przyklad rozwiazania wyna¬ lazku jest przedstawiony na fig. 5. Pomiedzy dolem 5 pieca a góra dmuchaw 7 jest umieszczona para tlocz¬ ników ginacych usytuowanych po przeciwnych stronach drogi schodzenia goracych arkuszy szkla. Tloczniki gna¬ ce zawieraja kontaktowy blok 55 utrzymywany na su¬ waku 56 i majacy zakrzywiona czolowa powierzchnie 10 57, która okresla krzywizne wytwarzanego arkusza szkla.Po drugiej stronie drogi szkla znajduje sie gnaca ra¬ ma 58, która jest podtrzymywana przez podpórki 59, na tylnej plycie 60, zamocowanej na suwaku 61. Krzy¬ wizna ramy 58 jest dostosowana do krzywizny po- 15 wierzchni 57 bloku.Te tloczniki gnace oddzialywuja na goracy arkusz szkla 2, który w czasie schodzenia zostaje chwilowo zatrzymany pomiedzy tlocznikami i bezposrednio po zginaniu przechodzi pomiedzy dmuchawami 7. 20 Dotykajace szkla powierzchnie tloczników sa wy¬ konane z materialu, który nie powoduje uszkodzenia szkla, na przyklad wegiel lub azbest, pomimo wysokiej temperatury powierzchni szkla, na przyklad 760°C.Dmuchawy 7 maja zakrzywione powierzchnie dosto- 25 sowane do krzywizny tloczników gnacych, a poza tym maja taka sama konstrukcje jak dmuchawy przedsta¬ wione na fig. 2, 3 i sa rozmieszczone w celu jednoli¬ tego oziebiania powierzchni gietego arkusza, przed za¬ nurzeniem w kapieli hartowniczej. 30 Proces hartowania wedlug wynalazku moze byc prze¬ prowadzany poziomo przez zastosowanie gazowego trzo¬ nu dla podtrzymywania arkusza szkla podczas trwania etapów ogrzewania i wstepnego oziebiania. Kazdy ar¬ kusz szkla, plaski czy zakrzywiony, jest poczatkowo 35 podtrzymywany na poduszce gazowej, która jest wy¬ twarzana pomiedzy arkuszem szkla, a powierzchnia trzonu gazowego, przez który gaz jest dostarczany do podtrzymujacej poduszki i jest z niej odprowadzany.Powyzej sa usytuowane elementy grzejne, aby w pola- 40 czeniu z dzialaniem goracego gazu doprowadzaneigo do poduszki podgrzac jednolicie szklo do pozadanej tem¬ peratury poczatkowej.Podczas tego wstepnego ogrzewania szklo jest posu¬ wane przez styk krawedziowy i przechodzi ono wzdluz trzonu gazowego do stanowiska wstepnego oziebiania, na którym jest utworzona podtrzymujaca poduszka ga¬ zowa przez gaz oziebiajacy, a gaz oziebiajacy jest jed¬ noczesnie kierowany symetrycznie z podtrzymujaca po¬ duszka gazowa, na górna powierzchnie szkla w celu spowodowania wstepnego powierzchniowego oziebienia szkla. Nastepnie szklo jest przesuwane beezposrednio ze stanowiska oziebiania na stanowisko dokladnego kontaktowania powierzchniowego z chlodzacym osrod- 55 kiem, które moze miec postac kadluba z chlodzacym plynem, który w sposób ciagly dostarcza, dokladnego pod wzgledem wymiany ciepla kontaktu z obiema po¬ wierzchniami goracego szkla, w celu zakonczenia har¬ towania szkla. Nastepnie szklo jest przesuwane poza 60 stanowisko hartowania, na stanowisko mycia, po czym jest odprowadzane.Jak opisano wyzej, osrodek chlodzacy, który wytwa¬ rza wysoka szybkosc odprowadzania ciepla ze szkla, tworzy plyn wprowadzony w dokladny kontakt z po- 65 wierzchniami szkla, na przyklad przez zanurzenie go- 4569829 13 raoego szkla w tym plynie. Pozadane hartowanie szkla moze równiez byc osiagniete przez hartowanie kontak¬ towe powierzchni szkla z powierzchniami stalymi ma¬ terialu przewodzacego cieplo, które szybko odprowa¬ dzaja cieplo, symetrycznie z obu stron szkla. W miejsce hartowniczej wanny 10 moga byc przewidziane po¬ wierzchnie chlodzenia kontaktowego, które sa wprowa¬ dzane w kontakt jednoczesnie z obiema powierzchniami szkla, bezposrednio po przejsciu calego arkusza spod dmuchaw.Wynalazek moze byc zastosowany do hartowania artykulów szklanych innych niz plaskie lub wyginane arkusze szkla, na przyklad szklanych pojemników lub formowanych artykulów szklanych takich jak szklane izolatory, wydrazone bloki szklane lub szklane elemen¬ ty konstrukcyjne o specjalnie uksztaltowanych prze¬ krojach, jakie sa stosowane w przemysle budowlanym.Sposobem wedlug wynalazku mozna wytwarzac sil¬ niej hartowane szklo o zwyklym skladzie sodowó-wap- niowo-krzemowym niz jesit to mozliwe przy zastosowa¬ niu znanych metod hartowania. W szczególnosci harto¬ wanie cienkiego szkla o grubosci do okolo 0,75 mm do wysokiego stopnia naprezen bez narazenia na nie¬ bezpieczenstwo jakosci powierzchni szkla jest istotnym postepem, który nie byl dotad mozliwy. PL PL