搅拌器轴管及其制造方法
【专利摘要】本发明是一种搅拌器轴管，构成由轴和突出设置于所述轴上的搅拌翼构成的玻璃制造用搅拌器的所述轴，所述搅拌器轴管的特征在于，所述搅拌器轴管具有将n层(n＝2～5)的多个管层叠而成的多层结构，关于构成多层结构的所述多层管中的至少1层的管，长度方向截面的材料组织中的晶粒纵横比(长度方向/径向)为10～100，并且，圆周方向截面的材料组织中的晶粒纵横比(圆周方向/截面方向)为5～100。
【专利说明】搅拌器轴管及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及搅拌器轴管及其制造方法，所述搅拌器轴管构成用于在各种玻璃制品 的制造工序中对熔融状态的玻璃进行搅拌并使其均质化的玻璃制造用搅拌器。
【背景技术】
[0002] 在各种玻璃制品的制造工序中，使调整、混合后的玻璃原料溶融，并对溶融状态的 玻璃进行搅拌，由此进行其成分的均质化和折射率的均匀化，然后进行成型，形成为玻璃制 品。因此，为了制造出质量优异的玻璃，搅拌工序特别重要。
[0003] 在熔融玻璃的搅拌工序中，通常通过将玻璃制造用搅拌器插入熔融玻璃槽中并使 其旋转，来进行该搅拌工序。该玻璃制造用搅拌器在成为旋转轴的轴上突出设置有搅拌 翼。另外，关于这些用于玻璃制造的设备（熔融玻璃槽、制造用搅拌器），由氧化物分散强化 型钼合金或钼-铑合金等钼材料（一般来说，存在被称作强化钼的情况）构成的设备成为 主流。这是因为，钼材料在高温下的机械特性、特别是高温蠕变强度方面优异。另外，这是 因为，钼材料在化学方面也比较稳定，熔融玻璃造成的侵蚀也较少，适合于高质量的玻璃制 造。
[0004] 在先技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1 :日本特开平2004-149338号公报
[0007] 图6是对一般的玻璃制造用搅拌器的制造工序进行说明的图。首先，对合金锭块 进行轧制加工等来准备长方形的板材，对该板材进行卷绕，将两端部的对接部接合形成为 管形状。接下来，通过拉拔机等对该管进行拉拔加工，从而制造出规定的尺寸、壁厚的轴。然 后，使规定的形状的搅拌翼接合于该轴，由此形成搅拌器。
[0008] 玻璃制造用搅拌器是这样的结构体：暴露于在高温下具有粘性的熔融玻璃中，并 且进行长时间的旋转运动。因此，关于玻璃制造用搅拌器，在上述的制造工序中，其部件尺 寸当然关于材料组织进行了充分的设计。关于这一点，成为旋转轴的搅拌器轴会受到在高 温下支承搅拌翼的重量、或在工作中搅拌翼所受到的应力这样大的载荷。因此，以相应的厚 度进行设计，并且如上述那样使用钼系材料这样的高强度的材料，并且进行了该材料组织 的调整。
[0009] 可是，即使对于如上述这样充分地进行了考虑而制造出的玻璃制造用搅拌器，也 存在因长期使用而发生变形、破损这样的情况。特别是，达到在设计上假设的耐用期间之前 的变形是一个问题。该变形也会在搅拌翼上产生，但是，搅拌器轴处的发生频率也较高，可 以看到弯曲、扭曲这样的变形。在此，对于提高搅拌器轴的强度来说，增加其壁厚是有效的， 但是，从装置尺寸的观点出发，难以进行应对，另外，需要大量的材料，从成本方面出发也不 是优选的应对。
【发明内容】
[0010] 发明要解决的课题
[0011] 因此，本发明的目的在于，关于构成玻璃制造用搅拌器的搅拌器轴的管，提供一种 强度比以往高且对变形的担忧较少的管。
[0012] 用于解决问题的手段
[0013] 如上所述，在以往的搅拌器轴管的设计中，除了尺寸设计外，还进行了材料组织的 研究。搅拌器轴受到的应力除了搅拌翼的重量外就是搅拌器工作时的熔融玻璃的粘性力 等。这些应力被认为是主要沿着垂直方向（搅拌器轴的长度方向）作用。因此，以往的搅 拌器轴管着眼于提高长度方向的强度。因此，关于材料组织，也是长度方向的截面受到了重 视，进行了通过加工组织来调整晶粒纵横比（长度方向/径向）这样的研究。并且，对长度 方向上的材料组织的关心较高，相应地，对圆周方向的材料组织的关心较少，仅以调整壁厚 的程度进行了该方向的强度上的设计。因此，本发明人等认为，对于搅拌器轴的强度提高来 说，优选的是，不仅进行管的长度方向的材料组织的调整，还进行圆周方向的材料组织的调 整，平衡性良好地对双向的晶粒纵横比进行强化。
[0014] 在此，晶粒纵横比的调整一般通过材料加工来进行，通过在一定方向上进行加工 并提高其加工率，由此能够形成沿加工方向细长的高纵横比的结晶组织。关于这一点，在制 造以往的搅拌器轴管时，当通过轧制加工等制造成形为管之前的板材时，仅进行了关于管 加工后的长度方向的晶粒纵横比的调整，提高了该方向上的加工率。这是因为，如上所述， 以往，仅注意到了长度方向上的材料组织。
[0015] 另一方面，如本发明人等所研究的这样，为了提高搅拌器轴管的强度，对其长度方 向和圆周方向双方的晶粒纵横比进行调整是优选的。可是，对于与以往相同的结构的管来 说，难以进行这样的处理。这是因为，为了提高圆周方向的晶粒纵横比，需要在管成形前的 板材的制造工序中提高圆周方向的加工率，但是，如果在提高长度方向的加工率的基础上 还要提高圆周方向的加工率，则制造出的板材变薄，管的壁厚不足。关于这一点，能够以下 述方式进行应对：为了确保加工率而增大锭块的尺寸，并在确保了需要的加工率后，以需要 的尺寸将板材切断来使用，但是，这在与加工设备的关系上可以说很困难。
[0016] 因此，本发明人等在本发明中想到：关于搅拌器轴管的结构，采用使多个管层叠而 成的多层结构，并且，将调整了其长度方向和圆周方向双方的晶粒纵横比的部件组合起来， 作为构成所述多层结构的管，由此，能够满足上述的相反的要求。
[0017] 用于解决上述课题的本发明是一种搅拌器轴管，构成由轴和突出设置于所述轴上 的搅拌翼构成的玻璃制造用搅拌器的所述轴，所述搅拌器轴管的特征在于，所述搅拌器轴 管具有将η层（n = 2?5)的多个管层叠而成的多层结构，关于构成多层结构的所述多个管 中的至少1层的管，长度方向截面的材料组织中的晶粒纵横比（长度方向/径向）为10? 100,并且，圆周方向截面的材料组织中的晶粒纵横比（圆周方向/截面方向）为5?100。
[0018] 以下，对本发明详细地进行说明。并且，在本发明中，为了明确用于求取管的各截 面上的晶粒纵横比的各方向（长度方向、径向、圆周方向、截面方向）的意思，如图1所示这 样进行定义。
[0019] 在本发明中，通过将薄壁的管组合起来，由此确保所需要的壁厚，设定其层数为 2?5。在单层的情况下，难以在维持管的厚度的同时将圆周方向的晶粒纵横比设定在合适 的范围。另外，即使以过多的层来构成，效果也不好，这是因为，如果要制造超过5层的管， 则工序变多，会对制造成本产生影响。
[0020] 根据以上内容，在本发明中，将对至少1层的管调整了长度方向和圆周方向双方 的晶粒纵横比的管组合起来。在此，将长度方向截面的材料组织中的晶粒纵横比（长度方 向/径向）设定为10?100,这是用于经受搅拌翼的重量等搅拌器轴主要受到的应力的范 围，并且是即使在现有技术中也进行了考虑的范围。另一方面，将圆周方向截面的材料组织 中的晶粒纵横比（圆周方向/截面方向）设定为5?100,这是考虑了以往的搅拌器轴的圆 周方向截面的晶粒纵横比且为了提高强度而设定的。即，在不足5时，与现有技术几乎没什 么差别。另外，关于圆周方向，也可以说，晶粒纵横比越高则越是优选的，但是，从制造上的 观点出发，将100设定为上限。关于这些晶粒纵横比，更优选的范围是将双方设定为10? 60 〇
[0021] 对至少1层的管，应用如上述这样调整了长度方向和圆周方向双方的晶粒纵横比 的管。通过像这样应用于至少1层的管，能够期待比以往高的强度。但是，在搅拌器轴上， 在热量、结构方面作用有最大的载荷的是与熔融玻璃直接接触且接合有搅拌翼等的最外层 的管。因此，特别优选的是，将调整了上述晶粒纵横比的管应用于最外层。
[0022] 但是，优选的是，晶粒纵横比在整体上处于上述的优选范围。在搅拌器轴管整体上 具有优选的强度是因为，能够确保长期的耐久性。即，优选的是，构成各层的管的、长度方向 和圆周方向的晶粒纵横比的平均值在长度方向截面上是10?100,并且，圆周方向截面的 晶粒纵横比的平均值是5?100。并且，此处的平均是考虑了各层的厚度后的厚度加权平 均。作为具体的计算方法，是以下述这样的方法得到的值：将各层的管的厚度和晶粒纵横比 相乘所得到的值的所有层的合计值，除以搅拌器轴管整体的厚度。
[0023] 并且，最优选的是，构成各层的所有管的长度方向的晶粒纵横比是10?100,并 且，圆周方向截面的晶粒纵横比是5?100。这是因为，在搅拌器轴管整体上具有大致均匀 的强度。
[0024] 关于各管的厚度，无需使各管的厚度都相同，可以将多个厚度的管组合并层叠。并 且，作为组合在一起的各管的、在实用性上优选的厚度，1.5mm以下是优选的。另外，为了最 终的搅拌器轴管的壁厚调整，可以组合1mm以下的管。
[0025] 而且，作为各管的构成材料，可以应用与以往的玻璃制造用搅拌器相同的材料。优 选的是各种钼材料（氧化物分散型钼合金、钼合金（钼-铑合金等））。另外，构成各层的管 的材质无需是完全相同的组分，但相同的组分的材质是优选的。这是因为，如果各管的构成 材料不同，则由于热膨胀量的不同等而存在发生变形的担忧。
[0026] 另外，关于本发明涉及的搅拌器轴管，为了实现考虑了玻璃侵蚀性或耐热性等的 保护，可以在最外层的管的外侧（与熔融玻璃接触的面）具备金属层。例如，可以应用氧化 物分散型钼合金作为各管的构成材料，并在其外侧形成纯钼的层。在这种情况下，在搅拌器 轴管的强度方面，由本发明的多层结构的管承担，保护金属层承担耐腐蚀性等。作为保护金 属层，除了纯钼外，钼-铑合金、钼-金合金、纯金等是优选的，关于这些材料，也可以是没有 进行纵横比的调整。另外，其厚度并不特别限定，可以是与构成本发明的管同等的厚度。
[0027] 关于是否需要进行构成本发明涉及的搅拌器轴管的各管之间的接合，通过精密地 设置各管的尺寸配合，由此能够不需要进行接合。即，如果内侧的管的外径和外侧的管的内 径大致相等而使得重合时的间隙细小，则能够在不进行钎焊或焊接等接合的情况下应用。 但是，即使尺寸配合比较精密，也可以对各管进行接合。作为各管的接合，基于扩散接合和 锻造接合实现的接合是优选的，通过这些接合而实现一体化是优选的。
[0028] 另外，如后所述，关于各管，能够应用将板材卷绕成管状并将抵接的板材两端部接 合而制造出的管，但是，优选的是，在使各管层叠时，在轴管截面上，将轴中心轴线和各管的 接合线连接的线不相互重叠。接合部是热履历相对于其他部位局部地不同的部位。在形成 搅拌器后以高温加热的情况下，由于发生的热变形的不均匀性，存在发生变形的可能性。例 如，在制造搅拌器并进行了轴的定心后进行退火的情况下、或者在玻璃搅拌工序中被熔融 玻璃加热的情况等下，存在发生热变形的情况。因此，通过设置成使各管的接合线不重叠， 由此，能够使整体的变形抵消，另外，即使在一部分的管上产生裂纹等，也能够防止整体上 的破损。
[0029] 作为本发明涉及的搅拌器轴管的制造工序，根据以往的工序，对锭块进行轧制加 工等来准备长方形的板材，对该板材进行卷绕，将两端部的对接部接合形成为管形状，并对 该管形状适当地进行拉拔加工。但是，在本发明中，在下述方面不同：至少在1个板材的制 造中，对形成为管时的长度方向和圆周方向这两个方向施加75?95%的加工率，来制造板 材。并且，多次重复进行板材制造工序，制造多个板材并制造管，使各管层叠。并且，关于板 材的加工方向，如图2所示，形成为管时的长度方向和圆周方向是设想使板材成形为管的 状态时的加工方向。
[0030] 在板材制造中，将加工率设定为75?95%，是为了调整板材的长度方向和圆周方 向这两个方向的截面的结晶组织，以使晶粒纵横比形成为优选范围。该加工应用了轧制加 工。可以根据加工率或作为目标的板厚多次进行轧制加工。并且，在该板材加工的工序中， 可以根据加工装置适当地进行却断。要制造的板材的数量与所使用的管的数量相对应，但 是，无需对每个管制造板材的种类（板厚），能够使用相同的板厚的板材。在管的制造中，以 成为预先设置的目标直径的方式，调整板材的尺寸，对板材进行卷绕，并将板材的两端部接 合形成为管。用于管成形的接合能够应用热扩散接合、焊接、锻造接合。
[0031] 另外，作为在板材制造后制造管的方法，除了上述的内容外，可以对板材进行深拉 深加工。这在下述方面是有用的：在基于深拉深加工进行的管制造中，各层的管成为没有接 合线的无缝管，能够抑制因接合线的存在而导致的强度、耐腐蚀性的降低。
[0032] 在制造了要层叠的管（2?5根）后，依次将小径的管插入大径的管，形成多层结 构的管。然后，根据需要，利用拔管机等对该多层结构的管进行拉拔加工，形成搅拌器轴管。 进行拉拔加工是为了进行搅拌器轴管的最终的尺寸配合、并使各层的管更加紧密地贴合。 将该拉拔加工的加工率设定为5?20%是优选的。但是，拉拔加工不是必须的工序。
[0033] 在多层结构的管的制造中，可以使各层的管相互接合。这种情况下的接合可以是 焊接，但扩散接合是优选的。这是因为能够使各管的重合部分均匀地接合。在进行扩散接 合的情况下，作为扩散接合的条件，优选将加热温度设定为1400?1600°C并加热0. 5?5 小时。
[0034] 通过以上说明的制造工序制造出的搅拌器轴管可以根据需要通过拉拔加工等进 行尺寸调整。并且，然后，使搅拌翼接合，由此能够形成玻璃搅拌用搅拌器。并且，关于要进 行接合的搅拌翼，并不特别限定，可以设置与用途相对应的形状和材质的搅拌翼。
[0035] 发明效果
[0036] 如以上所说明，本发明涉及的搅拌器轴管是比以往的搅拌器轴管高的强度，且具 有对抗因使用中受到的应力而引起的变形的耐力。另外，对于要求强度相同的搅拌器轴管， 能够使搅拌器轴管变薄，还具有降低材料费的效果。而且，关于本发明涉及的搅拌器轴管， 制造比较容易，对于其尺寸来说也比较灵活，因此还能够应对大规模的玻璃制造装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0037] 图1是对本发明中的晶粒纵横比的测量方向进行说明的图。
[0038] 图2是对本发明中的加工方向进行说明的图。
[0039] 图3是对在本实施方式中制造出的板材的制造条件进行说明的图。
[0040] 图4是蠕变试验片的概要图。
[0041] 图5是示出实施例3和比较例的长度方向和圆周方向的截面组织的照片。
[0042] 图6是对以往的玻璃搅拌用搅拌器的制造工序进行说明的概要图。
【具体实施方式】
[0043] 以下，对本发明的优选的实施例进行说明。
[0044] 第1实施方式:在此，从1种锭块制造出经过了多种加工工序的多个板材，对该板 材进行加工使其形成为管，然后，制造出了具有多层结构的搅拌器轴管。在此使用的锭块是 强化钼合金（田中贵金属工业制商品名：Nan〇-Plat-BPR)的锭块（尺寸：宽度170mmX长 度130mmX厚度50mm)。并且，以该锭块为原料制造了表1的5种板材。板材的尺寸是宽度 200_X长度900_，厚度根据每个板材而不同。各板材的加工履历的详细情况在图3中示 出，在表1中示出了其最终加工率和截面晶粒纵横比。
[0045] [表 1]
[0046]
【权利要求】
1. 一种搅拌器轴管，构成由轴和突出设置于所述轴上的搅拌翼构成的玻璃制造用搅拌 器的所述轴， 所述搅拌器轴管的特征在于， 所述搅拌器轴管具有将η层（η = 2?5)的多个管层叠而成的多层结构， 关于构成多层结构的所述多层管中的至少1层的管，长度方向截面的材料组织中的晶 粒纵横比（长度方向/径向）为10?100,并且，圆周方向截面的材料组织中的晶粒纵横比 (圆周方向/截面方向）为5?100。
2. 根据权利要求1所述的搅拌器轴管，其中， 关于构成多层结构的多个管，长度方向截面的材料组织中的晶粒纵横比（长度方向/ 径向）的厚度加权平均为10?100,并且，圆周方向截面的材料组织中的晶粒纵横比（圆周 方向/截面方向）的厚度加权平均为5?100。
3. 根据权利要求1或权利要求2所述的搅拌器轴管，其中， 在构成多层结构的所有的多个管中，长度方向截面的材料组织中的晶粒纵横比（长度 方向/径向）为10?1〇〇,并且，圆周方向截面的材料组织中的晶粒纵横比（圆周方向/截 面方向）为5?100。
4. 根据权利要求1?权利要求3中的任意一项所述的搅拌器轴管，其中， 在处于最外层的管的外侧具备保护金属层。
5. 根据权利要求1?权利要求4中的任意一项所述的搅拌器轴管，其中， 构成多层结构的多个管通过扩散接合或锻造接合成为一体。
6. 根据权利要求1?权利要求5中的任意一项所述的搅拌器轴管，其中， 构成多层结构的多个管是通过将板材卷绕成管状并将抵接的板材两端部接合而成形 的管， 所述搅拌器轴管是以下述方式层叠各管而成：在轴截面上，将轴中心轴线和各管的接 合线连接的线不互相重叠。
7. -种搅拌器轴管的制造方法，是权利要求1?权利要求6中的任意一项所述的搅拌 器轴管的制造方法，其中， 所述搅拌器轴管的制造方法包括： 利用锭块制造多个板材的工序；将所述板材卷绕成管状并将抵接的板材两端部接合来 制造多个管的工序；以及将制造出的多个管层叠而形成具有多层结构的管的工序， 在制造所述多个板材的工序中，对于至少一个板材，对形成为管时的长度方向和圆周 方向这两个方向提供75?95%的加工率，来制造板材。
8. -种搅拌器轴管的制造方法，是权利要求1?权利要求5中的任意一项所述的搅拌 器轴管的制造方法，其中， 所述搅拌器轴管的制造方法包括： 利用锭块制造多个板材的工序；对所述板材进行深拉深加工来制造多个管的工序；以 及将制造出的多个管层叠而形成具有多层结构的管的工序， 在制造所述多个板材的工序中，对于至少一个板材，对形成为管时的长度方向和圆周 方向这两个方向提供75?95%的加工率，来制造板材。
【文档编号】B21K1/10GK104159854SQ201380012980
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年2月26日 优先权日:2012年3月7日
【发明者】高木美和, 铃木敏也 申请人:田中贵金属工业株式会社