攪拌器軸管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種攪拌器軸管，構(gòu)成由軸和突出設置于所述軸上的攪拌翼構(gòu)成的玻璃制造用攪拌器的所述軸，所述攪拌器軸管的特征在于，所述攪拌器軸管具有將n層(n＝2～5)的多個管層疊而成的多層結(jié)構(gòu)，關(guān)于構(gòu)成多層結(jié)構(gòu)的所述多層管中的至少1層的管，長度方向截面的材料組織中的晶?？v橫比(長度方向/徑向)為10～100，并且，圓周方向截面的材料組織中的晶?？v橫比(圓周方向/截面方向)為5～100。
【專利說明】攪拌器軸管及其制造方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及攪拌器軸管及其制造方法，所述攪拌器軸管構(gòu)成用于在各種玻璃制品 的制造工序中對熔融狀態(tài)的玻璃進行攪拌并使其均質(zhì)化的玻璃制造用攪拌器。

【背景技術(shù)】
[0002] 在各種玻璃制品的制造工序中，使調(diào)整、混合后的玻璃原料溶融，并對溶融狀態(tài)的 玻璃進行攪拌，由此進行其成分的均質(zhì)化和折射率的均勻化，然后進行成型，形成為玻璃制 品。因此，為了制造出質(zhì)量優(yōu)異的玻璃，攪拌工序特別重要。
[0003] 在熔融玻璃的攪拌工序中，通常通過將玻璃制造用攪拌器插入熔融玻璃槽中并使 其旋轉(zhuǎn)，來進行該攪拌工序。該玻璃制造用攪拌器在成為旋轉(zhuǎn)軸的軸上突出設置有攪拌 翼。另外，關(guān)于這些用于玻璃制造的設備（熔融玻璃槽、制造用攪拌器），由氧化物分散強化 型鉬合金或鉬-銠合金等鉬材料（一般來說，存在被稱作強化鉬的情況）構(gòu)成的設備成為 主流。這是因為，鉬材料在高溫下的機械特性、特別是高溫蠕變強度方面優(yōu)異。另外，這是 因為，鉬材料在化學方面也比較穩(wěn)定，熔融玻璃造成的侵蝕也較少，適合于高質(zhì)量的玻璃制 造。
[0004] 在先技術(shù)文獻
[0005] 專利文獻
[0006] 專利文獻1 :日本特開平2004-149338號公報
[0007] 圖6是對一般的玻璃制造用攪拌器的制造工序進行說明的圖。首先，對合金錠塊 進行軋制加工等來準備長方形的板材，對該板材進行卷繞，將兩端部的對接部接合形成為 管形狀。接下來，通過拉拔機等對該管進行拉拔加工，從而制造出規(guī)定的尺寸、壁厚的軸。然 后，使規(guī)定的形狀的攪拌翼接合于該軸，由此形成攪拌器。
[0008] 玻璃制造用攪拌器是這樣的結(jié)構(gòu)體：暴露于在高溫下具有粘性的熔融玻璃中，并 且進行長時間的旋轉(zhuǎn)運動。因此，關(guān)于玻璃制造用攪拌器，在上述的制造工序中，其部件尺 寸當然關(guān)于材料組織進行了充分的設計。關(guān)于這一點，成為旋轉(zhuǎn)軸的攪拌器軸會受到在高 溫下支承攪拌翼的重量、或在工作中攪拌翼所受到的應力這樣大的載荷。因此，以相應的厚 度進行設計，并且如上述那樣使用鉬系材料這樣的高強度的材料，并且進行了該材料組織 的調(diào)整。
[0009] 可是，即使對于如上述這樣充分地進行了考慮而制造出的玻璃制造用攪拌器，也 存在因長期使用而發(fā)生變形、破損這樣的情況。特別是，達到在設計上假設的耐用期間之前 的變形是一個問題。該變形也會在攪拌翼上產(chǎn)生，但是，攪拌器軸處的發(fā)生頻率也較高，可 以看到彎曲、扭曲這樣的變形。在此，對于提高攪拌器軸的強度來說，增加其壁厚是有效的， 但是，從裝置尺寸的觀點出發(fā)，難以進行應對，另外，需要大量的材料，從成本方面出發(fā)也不 是優(yōu)選的應對。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 發(fā)明要解決的課題
[0011] 因此，本發(fā)明的目的在于，關(guān)于構(gòu)成玻璃制造用攪拌器的攪拌器軸的管，提供一種 強度比以往高且對變形的擔憂較少的管。
[0012] 用于解決問題的手段
[0013] 如上所述，在以往的攪拌器軸管的設計中，除了尺寸設計外，還進行了材料組織的 研究。攪拌器軸受到的應力除了攪拌翼的重量外就是攪拌器工作時的熔融玻璃的粘性力 等。這些應力被認為是主要沿著垂直方向（攪拌器軸的長度方向）作用。因此，以往的攪 拌器軸管著眼于提高長度方向的強度。因此，關(guān)于材料組織，也是長度方向的截面受到了重 視，進行了通過加工組織來調(diào)整晶?？v橫比（長度方向/徑向）這樣的研究。并且，對長度 方向上的材料組織的關(guān)心較高，相應地，對圓周方向的材料組織的關(guān)心較少，僅以調(diào)整壁厚 的程度進行了該方向的強度上的設計。因此，本發(fā)明人等認為，對于攪拌器軸的強度提高來 說，優(yōu)選的是，不僅進行管的長度方向的材料組織的調(diào)整，還進行圓周方向的材料組織的調(diào) 整，平衡性良好地對雙向的晶粒縱橫比進行強化。
[0014] 在此，晶粒縱橫比的調(diào)整一般通過材料加工來進行，通過在一定方向上進行加工 并提高其加工率，由此能夠形成沿加工方向細長的高縱橫比的結(jié)晶組織。關(guān)于這一點，在制 造以往的攪拌器軸管時，當通過軋制加工等制造成形為管之前的板材時，僅進行了關(guān)于管 加工后的長度方向的晶粒縱橫比的調(diào)整，提高了該方向上的加工率。這是因為，如上所述， 以往，僅注意到了長度方向上的材料組織。
[0015] 另一方面，如本發(fā)明人等所研究的這樣，為了提高攪拌器軸管的強度，對其長度方 向和圓周方向雙方的晶粒縱橫比進行調(diào)整是優(yōu)選的?？墒牵瑢τ谂c以往相同的結(jié)構(gòu)的管來 說，難以進行這樣的處理。這是因為，為了提高圓周方向的晶?？v橫比，需要在管成形前的 板材的制造工序中提高圓周方向的加工率，但是，如果在提高長度方向的加工率的基礎上 還要提高圓周方向的加工率，則制造出的板材變薄，管的壁厚不足。關(guān)于這一點，能夠以下 述方式進行應對：為了確保加工率而增大錠塊的尺寸，并在確保了需要的加工率后，以需要 的尺寸將板材切斷來使用，但是，這在與加工設備的關(guān)系上可以說很困難。
[0016] 因此，本發(fā)明人等在本發(fā)明中想到：關(guān)于攪拌器軸管的結(jié)構(gòu)，采用使多個管層疊而 成的多層結(jié)構(gòu)，并且，將調(diào)整了其長度方向和圓周方向雙方的晶?？v橫比的部件組合起來， 作為構(gòu)成所述多層結(jié)構(gòu)的管，由此，能夠滿足上述的相反的要求。
[0017] 用于解決上述課題的本發(fā)明是一種攪拌器軸管，構(gòu)成由軸和突出設置于所述軸上 的攪拌翼構(gòu)成的玻璃制造用攪拌器的所述軸，所述攪拌器軸管的特征在于，所述攪拌器軸 管具有將η層（n = 2?5)的多個管層疊而成的多層結(jié)構(gòu)，關(guān)于構(gòu)成多層結(jié)構(gòu)的所述多個管 中的至少1層的管，長度方向截面的材料組織中的晶?？v橫比（長度方向/徑向）為10? 100,并且，圓周方向截面的材料組織中的晶粒縱橫比（圓周方向/截面方向）為5?100。
[0018] 以下，對本發(fā)明詳細地進行說明。并且，在本發(fā)明中，為了明確用于求取管的各截 面上的晶粒縱橫比的各方向（長度方向、徑向、圓周方向、截面方向）的意思，如圖1所示這 樣進行定義。
[0019] 在本發(fā)明中，通過將薄壁的管組合起來，由此確保所需要的壁厚，設定其層數(shù)為 2?5。在單層的情況下，難以在維持管的厚度的同時將圓周方向的晶粒縱橫比設定在合適 的范圍。另外，即使以過多的層來構(gòu)成，效果也不好，這是因為，如果要制造超過5層的管， 則工序變多，會對制造成本產(chǎn)生影響。
[0020] 根據(jù)以上內(nèi)容，在本發(fā)明中，將對至少1層的管調(diào)整了長度方向和圓周方向雙方 的晶?？v橫比的管組合起來。在此，將長度方向截面的材料組織中的晶?？v橫比（長度方 向/徑向）設定為10?100,這是用于經(jīng)受攪拌翼的重量等攪拌器軸主要受到的應力的范 圍，并且是即使在現(xiàn)有技術(shù)中也進行了考慮的范圍。另一方面，將圓周方向截面的材料組織 中的晶?？v橫比（圓周方向/截面方向）設定為5?100,這是考慮了以往的攪拌器軸的圓 周方向截面的晶粒縱橫比且為了提高強度而設定的。即，在不足5時，與現(xiàn)有技術(shù)幾乎沒什 么差別。另外，關(guān)于圓周方向，也可以說，晶?？v橫比越高則越是優(yōu)選的，但是，從制造上的 觀點出發(fā)，將100設定為上限。關(guān)于這些晶?？v橫比，更優(yōu)選的范圍是將雙方設定為10? 60 〇
[0021] 對至少1層的管，應用如上述這樣調(diào)整了長度方向和圓周方向雙方的晶?？v橫比 的管。通過像這樣應用于至少1層的管，能夠期待比以往高的強度。但是，在攪拌器軸上， 在熱量、結(jié)構(gòu)方面作用有最大的載荷的是與熔融玻璃直接接觸且接合有攪拌翼等的最外層 的管。因此，特別優(yōu)選的是，將調(diào)整了上述晶?？v橫比的管應用于最外層。
[0022] 但是，優(yōu)選的是，晶?？v橫比在整體上處于上述的優(yōu)選范圍。在攪拌器軸管整體上 具有優(yōu)選的強度是因為，能夠確保長期的耐久性。即，優(yōu)選的是，構(gòu)成各層的管的、長度方向 和圓周方向的晶粒縱橫比的平均值在長度方向截面上是10?100,并且，圓周方向截面的 晶?？v橫比的平均值是5?100。并且，此處的平均是考慮了各層的厚度后的厚度加權(quán)平 均。作為具體的計算方法，是以下述這樣的方法得到的值：將各層的管的厚度和晶粒縱橫比 相乘所得到的值的所有層的合計值，除以攪拌器軸管整體的厚度。
[0023] 并且，最優(yōu)選的是，構(gòu)成各層的所有管的長度方向的晶?？v橫比是10?100,并 且，圓周方向截面的晶?？v橫比是5?100。這是因為，在攪拌器軸管整體上具有大致均勻 的強度。
[0024] 關(guān)于各管的厚度，無需使各管的厚度都相同，可以將多個厚度的管組合并層疊。并 且，作為組合在一起的各管的、在實用性上優(yōu)選的厚度，1.5mm以下是優(yōu)選的。另外，為了最 終的攪拌器軸管的壁厚調(diào)整，可以組合1mm以下的管。
[0025] 而且，作為各管的構(gòu)成材料，可以應用與以往的玻璃制造用攪拌器相同的材料。優(yōu) 選的是各種鉬材料（氧化物分散型鉬合金、鉬合金（鉬-銠合金等））。另外，構(gòu)成各層的管 的材質(zhì)無需是完全相同的組分，但相同的組分的材質(zhì)是優(yōu)選的。這是因為，如果各管的構(gòu)成 材料不同，則由于熱膨脹量的不同等而存在發(fā)生變形的擔憂。
[0026] 另外，關(guān)于本發(fā)明涉及的攪拌器軸管，為了實現(xiàn)考慮了玻璃侵蝕性或耐熱性等的 保護，可以在最外層的管的外側(cè)（與熔融玻璃接觸的面）具備金屬層。例如，可以應用氧化 物分散型鉬合金作為各管的構(gòu)成材料，并在其外側(cè)形成純鉬的層。在這種情況下，在攪拌器 軸管的強度方面，由本發(fā)明的多層結(jié)構(gòu)的管承擔，保護金屬層承擔耐腐蝕性等。作為保護金 屬層，除了純鉬外，鉬-銠合金、鉬-金合金、純金等是優(yōu)選的，關(guān)于這些材料，也可以是沒有 進行縱橫比的調(diào)整。另外，其厚度并不特別限定，可以是與構(gòu)成本發(fā)明的管同等的厚度。
[0027] 關(guān)于是否需要進行構(gòu)成本發(fā)明涉及的攪拌器軸管的各管之間的接合，通過精密地 設置各管的尺寸配合，由此能夠不需要進行接合。即，如果內(nèi)側(cè)的管的外徑和外側(cè)的管的內(nèi) 徑大致相等而使得重合時的間隙細小，則能夠在不進行釬焊或焊接等接合的情況下應用。 但是，即使尺寸配合比較精密，也可以對各管進行接合。作為各管的接合，基于擴散接合和 鍛造接合實現(xiàn)的接合是優(yōu)選的，通過這些接合而實現(xiàn)一體化是優(yōu)選的。
[0028] 另外，如后所述，關(guān)于各管，能夠應用將板材卷繞成管狀并將抵接的板材兩端部接 合而制造出的管，但是，優(yōu)選的是，在使各管層疊時，在軸管截面上，將軸中心軸線和各管的 接合線連接的線不相互重疊。接合部是熱履歷相對于其他部位局部地不同的部位。在形成 攪拌器后以高溫加熱的情況下，由于發(fā)生的熱變形的不均勻性，存在發(fā)生變形的可能性。例 如，在制造攪拌器并進行了軸的定心后進行退火的情況下、或者在玻璃攪拌工序中被熔融 玻璃加熱的情況等下，存在發(fā)生熱變形的情況。因此，通過設置成使各管的接合線不重疊， 由此，能夠使整體的變形抵消，另外，即使在一部分的管上產(chǎn)生裂紋等，也能夠防止整體上 的破損。
[0029] 作為本發(fā)明涉及的攪拌器軸管的制造工序，根據(jù)以往的工序，對錠塊進行軋制加 工等來準備長方形的板材，對該板材進行卷繞，將兩端部的對接部接合形成為管形狀，并對 該管形狀適當?shù)剡M行拉拔加工。但是，在本發(fā)明中，在下述方面不同：至少在1個板材的制 造中，對形成為管時的長度方向和圓周方向這兩個方向施加75?95%的加工率，來制造板 材。并且，多次重復進行板材制造工序，制造多個板材并制造管，使各管層疊。并且，關(guān)于板 材的加工方向，如圖2所示，形成為管時的長度方向和圓周方向是設想使板材成形為管的 狀態(tài)時的加工方向。
[0030] 在板材制造中，將加工率設定為75?95%，是為了調(diào)整板材的長度方向和圓周方 向這兩個方向的截面的結(jié)晶組織，以使晶?？v橫比形成為優(yōu)選范圍。該加工應用了軋制加 工?？梢愿鶕?jù)加工率或作為目標的板厚多次進行軋制加工。并且，在該板材加工的工序中， 可以根據(jù)加工裝置適當?shù)剡M行卻斷。要制造的板材的數(shù)量與所使用的管的數(shù)量相對應，但 是，無需對每個管制造板材的種類（板厚），能夠使用相同的板厚的板材。在管的制造中，以 成為預先設置的目標直徑的方式，調(diào)整板材的尺寸，對板材進行卷繞，并將板材的兩端部接 合形成為管。用于管成形的接合能夠應用熱擴散接合、焊接、鍛造接合。
[0031] 另外，作為在板材制造后制造管的方法，除了上述的內(nèi)容外，可以對板材進行深拉 深加工。這在下述方面是有用的：在基于深拉深加工進行的管制造中，各層的管成為沒有接 合線的無縫管，能夠抑制因接合線的存在而導致的強度、耐腐蝕性的降低。
[0032] 在制造了要層疊的管（2?5根）后，依次將小徑的管插入大徑的管，形成多層結(jié) 構(gòu)的管。然后，根據(jù)需要，利用拔管機等對該多層結(jié)構(gòu)的管進行拉拔加工，形成攪拌器軸管。 進行拉拔加工是為了進行攪拌器軸管的最終的尺寸配合、并使各層的管更加緊密地貼合。 將該拉拔加工的加工率設定為5?20%是優(yōu)選的。但是，拉拔加工不是必須的工序。
[0033] 在多層結(jié)構(gòu)的管的制造中，可以使各層的管相互接合。這種情況下的接合可以是 焊接，但擴散接合是優(yōu)選的。這是因為能夠使各管的重合部分均勻地接合。在進行擴散接 合的情況下，作為擴散接合的條件，優(yōu)選將加熱溫度設定為1400?1600°C并加熱0. 5?5 小時。
[0034] 通過以上說明的制造工序制造出的攪拌器軸管可以根據(jù)需要通過拉拔加工等進 行尺寸調(diào)整。并且，然后，使攪拌翼接合，由此能夠形成玻璃攪拌用攪拌器。并且，關(guān)于要進 行接合的攪拌翼，并不特別限定，可以設置與用途相對應的形狀和材質(zhì)的攪拌翼。
[0035] 發(fā)明效果
[0036] 如以上所說明，本發(fā)明涉及的攪拌器軸管是比以往的攪拌器軸管高的強度，且具 有對抗因使用中受到的應力而引起的變形的耐力。另外，對于要求強度相同的攪拌器軸管， 能夠使攪拌器軸管變薄，還具有降低材料費的效果。而且，關(guān)于本發(fā)明涉及的攪拌器軸管， 制造比較容易，對于其尺寸來說也比較靈活，因此還能夠應對大規(guī)模的玻璃制造裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037] 圖1是對本發(fā)明中的晶?？v橫比的測量方向進行說明的圖。
[0038] 圖2是對本發(fā)明中的加工方向進行說明的圖。
[0039] 圖3是對在本實施方式中制造出的板材的制造條件進行說明的圖。
[0040] 圖4是蠕變試驗片的概要圖。
[0041] 圖5是示出實施例3和比較例的長度方向和圓周方向的截面組織的照片。
[0042] 圖6是對以往的玻璃攪拌用攪拌器的制造工序進行說明的概要圖。

【具體實施方式】
[0043] 以下，對本發(fā)明的優(yōu)選的實施例進行說明。
[0044] 第1實施方式:在此，從1種錠塊制造出經(jīng)過了多種加工工序的多個板材，對該板 材進行加工使其形成為管，然后，制造出了具有多層結(jié)構(gòu)的攪拌器軸管。在此使用的錠塊是 強化鉬合金（田中貴金屬工業(yè)制商品名：Nan〇-Plat-BPR)的錠塊（尺寸：寬度170mmX長 度130mmX厚度50mm)。并且，以該錠塊為原料制造了表1的5種板材。板材的尺寸是寬度 200_X長度900_，厚度根據(jù)每個板材而不同。各板材的加工履歷的詳細情況在圖3中示 出，在表1中示出了其最終加工率和截面晶?？v橫比。
[0045] [表 1]
[0046]

【權(quán)利要求】
1. 一種攪拌器軸管，構(gòu)成由軸和突出設置于所述軸上的攪拌翼構(gòu)成的玻璃制造用攪拌 器的所述軸， 所述攪拌器軸管的特征在于， 所述攪拌器軸管具有將η層（η = 2?5)的多個管層疊而成的多層結(jié)構(gòu)， 關(guān)于構(gòu)成多層結(jié)構(gòu)的所述多層管中的至少1層的管，長度方向截面的材料組織中的晶 ?？v橫比（長度方向/徑向）為10?100,并且，圓周方向截面的材料組織中的晶?？v橫比 (圓周方向/截面方向）為5?100。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌器軸管，其中， 關(guān)于構(gòu)成多層結(jié)構(gòu)的多個管，長度方向截面的材料組織中的晶?？v橫比（長度方向/ 徑向）的厚度加權(quán)平均為10?100,并且，圓周方向截面的材料組織中的晶?？v橫比（圓周 方向/截面方向）的厚度加權(quán)平均為5?100。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的攪拌器軸管，其中， 在構(gòu)成多層結(jié)構(gòu)的所有的多個管中，長度方向截面的材料組織中的晶?？v橫比（長度 方向/徑向）為10?1〇〇,并且，圓周方向截面的材料組織中的晶?？v橫比（圓周方向/截 面方向）為5?100。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1?權(quán)利要求3中的任意一項所述的攪拌器軸管，其中， 在處于最外層的管的外側(cè)具備保護金屬層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1?權(quán)利要求4中的任意一項所述的攪拌器軸管，其中， 構(gòu)成多層結(jié)構(gòu)的多個管通過擴散接合或鍛造接合成為一體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1?權(quán)利要求5中的任意一項所述的攪拌器軸管，其中， 構(gòu)成多層結(jié)構(gòu)的多個管是通過將板材卷繞成管狀并將抵接的板材兩端部接合而成形 的管， 所述攪拌器軸管是以下述方式層疊各管而成：在軸截面上，將軸中心軸線和各管的接 合線連接的線不互相重疊。
7. -種攪拌器軸管的制造方法，是權(quán)利要求1?權(quán)利要求6中的任意一項所述的攪拌 器軸管的制造方法，其中， 所述攪拌器軸管的制造方法包括： 利用錠塊制造多個板材的工序；將所述板材卷繞成管狀并將抵接的板材兩端部接合來 制造多個管的工序；以及將制造出的多個管層疊而形成具有多層結(jié)構(gòu)的管的工序， 在制造所述多個板材的工序中，對于至少一個板材，對形成為管時的長度方向和圓周 方向這兩個方向提供75?95%的加工率，來制造板材。
8. -種攪拌器軸管的制造方法，是權(quán)利要求1?權(quán)利要求5中的任意一項所述的攪拌 器軸管的制造方法，其中， 所述攪拌器軸管的制造方法包括： 利用錠塊制造多個板材的工序；對所述板材進行深拉深加工來制造多個管的工序；以 及將制造出的多個管層疊而形成具有多層結(jié)構(gòu)的管的工序， 在制造所述多個板材的工序中，對于至少一個板材，對形成為管時的長度方向和圓周 方向這兩個方向提供75?95%的加工率，來制造板材。
【文檔編號】B21K1/10GK104159854SQ201380012980
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月7日
【發(fā)明者】高木美和, 鈴木敏也 申請人:田中貴金屬工業(yè)株式會社