Свойства и разработка новых оптических стекол - Царевский Е.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Наконец, еще одним подтверждением возникновения в перемешиваемой стекломассе нескольких зон служат картины распределения свилей в стекле, остывшем в горшке.
При так называемом классическом способе варки оптического стекла горшок со стеклом вывозится из печи и студится.
Вязкость стекломассы при вывозе должна быть достаточно большой для того, чтобы в ней не могли возникнуть конвекционные потоки после прекращения мешки, которые могут исказить, получившееся в конце перемешивания распределение свилей. Для выполнения этого условия горшки емкостью 100 л нужно
175-
вывозить при вязкости стекломассы порядка 250 нс/м2, а большие производственные горшки — при вязкости стекломассы 500 нс'м2. При этом полученную картину свилей в остывшем стекле можно сопоставить с режимом мешки в последнем периоде варки.
Для составления картины распределения свилей в остывшем горшке автором статьи еще в 1940 г. была разработана соответствующая методика. При студке стекло растрескивается на бесформенные куски. Расположение кусков зарисовывается, они нумеруются, и стекло разбирается на отдельные куски, которые просматриваются на свили на точечной иммерсионной установке. Контуры кусков, расположение и характер имеющихся в них свилей зарисовываются и затем в соответствии с расположением кусков в горшке восстанавливается картина распределения в нем свилей.
Распределение свилей по объему горшка симметрично по отношению к его вертикальной оси (оси вращения мешалки), поэтому достаточно иметь рисунок распределения свилей в одном из вертикальных сечений горшка (распределение свилей по объему получится поворотом ее на 180° вокруг вертикаль-Рис. 4. Свили в остывшем НОЙ ОСИ).
горшке со стеклом, ха- Таким образом, в объеме горшка
рактерные для стекла, пе- в стекле свили образуют слои, симмет-ремешанного лопастной ме-
шалкой рично расположенные по отношению
к мешалке (или оси горшка) и по строению подобные строению луковиц.
За прошедшие годы по этой методике было просмотрено в институте и на заводах оптического стекла большое число варок как опытных, так и производственных, сваренных в горшках различной емкости от литровых тиглей до больших производственных.
В этой работе, кроме автора статьи, принимали участие А. В. Дюдюкина, Е. А. Богданова, Е. Э. Данюшевский, М. С. Гомельский и Е. А. Попова.
В большинстве варок независимо от емкости стекловаренного сосуда получаются картины свилей вида, представленного на рис. 4. Ясно, что в момент вывоза в стекле имелась одна зона перемешивания.
Среди просмотренных варок были случаи, когда картина распределения свилей имела такой же вид, как на рис. 2, а, т. е. что в стекле в момент вывоза еще имели место две зоны перемешивания. Очевидно, что в режиме перемешивания произошли какие-то нарушения, приведшие к тому, что времени перемешивания оказалось недостаточно для того, чтобы в стекле установилась одна зона перемешивания. Во всяком случае из этих варок следует, что
176
в процессе перемешивания в какой-то период в стекломассе существовали две зоны.
В верхней зоне во всех случаях свили бывают более резкими, чем в нижней зоне. Это показывает, что в верхней зоне перемешивание действительно идет медленнее, чем в нижней зоне. Кроме того, опыты с замешиванием красителя, внесенного на поверхность стекломассы, показали, что он в основном остается в верхней зоне; это подтверждает представление о том, что при наличии двух зон поверхностная пленка попадает в верхнюю зону, засви-ливая ее и изменяя состав находящейся в ней стекломассы по отношению к стекломассе в нижней зоне.
Из всего вышеизложенного следует, что окончательная гомогенизация стекломассы может быть получена только после того, как в ней установится одна зона перемешивания, т. е. при довольно больших вязкостях. К этому моменту стекломасса в отдельных зонах должна быть размешана возможно лучше.
По условиям подобия, исходя из результатов, полученных при перемешивании модельных жидкостей, можно определить, при каких вязкостях в стекломассе в процессе варки в горшках данной емкости следует ожидать установления одной зоны перемешивания. Так, в горшках емкостью 100 л при скоростях вращения мешалки 60 об/мин это может произойти при вязкостях 50—60 нс/м2, а в больших производственных горшках при таких же скоростях перемешивания — при вязкостях 100—120 нс/м2, т. е. в нижней части снижения.
Установление того, при каких вязкостях в стекломассе при данных условиях варки появляется то или иное количество зон, особенно важно при выработке стекломассы в области настолько малых вязкостей, что в ней может существовать не одна зона перемешивания, из-за чего она не будет полностью размешана.
Кроме изучения качественной картины движения потоков-в перемешиваемой жидкости были проведены и количественные измерения скорости движения потоков.
Необходимость таких измерений стала ясна из следующего: на основе большого числа картин распределения свилей в меридиональной плоскости горшка, полученных при просмотре как производственных, так и опытных варок, и наблюдений за перемешиванием модельных жидкостей, была составлена типовая картина распределения свилей в остывшем горшке. Эта картина, изображенная на рис. 5, относится к концу варки, когда в стекломассе устанавливается одна зона перемешивания и распределение свилей не нарушено при вынимании мешалки. Свили изображены в соответствии с их строением и относительной резкостью в различных участках горшка. Штрихпунктирной линией обведены участки с неразмешанными и размешанными, но наиболее резкими свилями, т. е. застойные или менее интенсивно размешивающиеся участки. Такой же характер резкости свилей наблюдался при перемешивании модельных жидкостей. Во всех варках в пристенных-
