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怎样提高玻璃的澄清质量呢?

 

提高玻璃液澄清质量始终是玻璃制造技术的永恒主题。影响玻璃澄清质量的因素是多方面的,有物理方面的,化学方面的,以及物理化学方面的,而这三者之间还存 在复杂的内在联系,使得解决澄清问题不能过于简单化。为了确保玻璃液质量,减少和避免生产中的质量事故,企业应该逐步建立一套切实可行的比较规范的生产作 业管理制度,优化生产工艺要素,才能生产出质量好,成本低的玻璃产品。
本文系统地回顾气泡中气体的来源,气泡产生和消失机理,以及玻璃气泡与原料和窑炉各生产要素之间的联系,为消除玻璃气泡,提高澄清质量寻找可行的线索。
1玻璃气泡产生和消失机理
研究玻璃气泡,首先要分析气泡中气体的来源,气体与玻璃液的相互作用,玻璃液物理化学性能对气泡产生或消失过程产生的影响。
玻璃气泡中的气体,通常来源于以下几个方面:
(1)原料颗粒间隙中的气体以及原料表面吸附的气体
在配合料熔制初期,这类气体就不断挥发或蒸发,在上升过程中形成大气泡上浮而逸出玻璃液,一般不会直接导致玻璃产品中出现可见气泡。除非原料粒度控制不当,配合料结团没有熔化充分,气体无法排出。
(2)盐类分解放出的气体
配合料中存在大量的碳酸盐,硫酸盐和硝酸盐,这些盐类受热分解,产生大量的微小气泡,由于盐类分解产生的气体数量多,约占配合料重量的15一20%,与形 成的玻璃液相比,体积大出许多倍,这些气体的大量释放和不断移动,促进了热交换效率的提高,加速了配合料的熔化,改善了玻璃成分的均匀性和温度的均匀性, 但是,这类气体形成的气泡得不到及时的消除将形成玻璃气泡。
(3)外界因素产生的气体
耐火材料中析出气体,有害杂质成分与玻璃液作用产生的气体,这些气体形成的玻璃气泡在正常生产中消失时间长,消失难度大,但这种情况比较少见。
玻璃液降温太快或温度发生大的波动,或者由于种种原因,玻璃的氧化还原状态发生大的波动,这些因素综合作用,使玻璃液中各种气体的溶解度发生波动,释放出大量的微小的二次气泡。这种气泡的特征是直径小而数量多。
有时由于料方计算错误或料方执行过程中发生加料错误,引起池窑内玻璃成分大幅度波动,玻璃中气体的溶解度发生波动,产生大量的玻璃气泡。
玻璃气泡在澄清过程中的最终消失有两种方式:一种是小气泡不断长大变成大气泡,由于密度差异气泡不断上浮,最终逸出玻璃液而消失。另一种是微小气泡,随着 温度的降低,气体在玻璃中的溶解度增加,由于表面张力作用,气泡中存在几种成分的气体,由于气泡直径小,压力高,气体迅速被玻璃吸收,随着直径变小,气泡 压力不断升高,最终气泡中的气体全部溶入玻璃液中。小气泡完全消失。
2玻璃气泡的影响要素
2.1温度
玻璃温度的高低,直接影响着玻璃液的粘度,表面张力,以及气体在玻璃液中的溶解度。
在玻璃熔窑内,玻璃澄清过程是在热点高温区域内进行的,大的气泡不断长大而上浮,小的气泡不断缩小而被玻璃液吸收。玻璃热点的控制方法很多,在熔窑的纵向 形成纵向温度分布曲线,使玻璃液形成两个大的循环对流,熔化率的大小,出料量的波动,燃料的分布和燃烧火焰的组织,玻璃氧化还原状态等因素都会显著地影响 到热点区域的温度高低和温度的稳定。此外,鼓泡技术或电助熔技术的使用都能明显改善玻璃的热点状态,促进玻璃液的澄清。
2.2时间
玻璃中大气泡的长大上浮消失过程以及玻璃液对小气泡的吸收过程,都必须在特定的温度范围和特定的时间范围内才能完成。
熔化过程中的一些因素,如熔化池玻璃液深度,池底玻璃液温度,熔化率,玻璃液对流情况,玻璃的氧化还原状态,池底电助熔或池底鼓泡等因素,能明显影响玻璃气泡的消失过程。如果气泡消失时间不够,最终将残留于玻璃液中形成玻璃气泡。
2.3玻璃的氧化还原状态
澄清剂的选用对玻璃氧化还原状态影响较大,澄清剂在1300℃以上促进玻璃气泡的消失过程。
近年来随着人们环保意识的增强,玻璃产品档次的提高,开发出很多复合型澄清剂,由于作用和价格不同,企业对澄清剂的选择多样化。
玻璃配合料COD值的日常检测和控制,玻璃液中变价金属价态的稳定性控制,影响到池底温度的高低以及玻璃的氧化还原状态,最终影响到气体在玻璃中的溶解度。
3原料质量的控制
加强对配合料成分,水分,COD值,配合料均匀性的日常检测和管理,是稳定玻璃澄清质量的有效途径之一,一旦生产中出现问题,这项工作能及时找到产生问题的线索。
加强对玻璃密度进行日常的检测和数据处理,是生产过程控制的一项重要环节之一。玻璃密度数据中隐藏着许多技术信息。根据玻璃密度的生产统计分析,玻璃的密 度不仅与玻璃成分有关,而且与玻璃的热历史有关,窑炉的结构,生产规模,熔化率的大小等因素,都影响着玻璃产品的热历史。此外,澄清剂的种类和用量不同, 在玻璃密度数据上也能反映出来。有人曾经作过生产统计分析,在相同的生产工艺条件下,采用鼓泡与不采用鼓泡两种情况,在玻璃的密度值上能有所反映。由此可 见,玻璃密度数据的统计分析结果能直接指导生产工艺参数的调整。
如果配合料中含有硫酸盐,玻璃中铁含量及价态的变化能直接影响SO3在玻璃中的溶解度,因此,对玻璃中氧化铁及铁价态的日常检测与控制,对稳定玻璃的澄清质量有明显的积极作用。
加强原料粒度的控制。玻璃原料中除了原料成分,晶相结构,水分和杂质含量控制以外,原料颗粒的平均直径和颗粒级配对配合料的均匀性,熔制速度和澄清速度有 着直接影响。过粗的原料不利于熔化和混合均化,但过细的原料将提高原料成本,还会引起原料结团,影响熔制和澄清,此外,粉料飞扬挥发和粘附现象将直接导致 玻璃成分的波动以及成分均匀性的变化。
加强原料氧化还原状态的控制。玻璃原料主要采用矿物原料,少量采用化工原料,这些原料中含有一些杂质成分,这些杂质成分对玻璃液的氧化还原状态,玻璃颜 色,池底温度,熔化速度和澄清速度产生直接影响。目前,有些企业开始正视这个问题,对各种原料进行原料COD值测试和控制,把COD值与玻璃液的澄清质量 进行相关性控制。
对于某种玻璃产品,由于生产规模,窑炉结构,以及熔制过程的不同,配合料在熔制过程的挥发,以及氧化物的价态会有所变化,原料的控制要求也有所变化。
玻璃的氧化还原状态对池底温度和玻璃中气体的溶解度的影响,这些因素都最终影响玻璃的澄清质量。因此,有些企业开始重视加强对玻璃中变价氧化物的含量及价态变化数据的控制和管理。
4窑炉熔制工艺参数的控制
加强热点的控制。强化纵向玻璃液循环对流,通常采取以下几项工艺措施:一是控制炉内的燃料分布和燃烧过程,控制窑炉纵向的温度梯度,促进循环对流。二是保 证玻璃液有一定深度,形成稳定的循环对流。三是对于熔化面积不变的情况下提高出料量。四是在热点位置采用鼓泡或电助熔,特出热点位置的温度。玻璃液纵向的 循环对流能促进玻璃成分和温度的均化,提高热交换效率,降低火焰空间的温度。节约燃料消耗。

加强燃料在窑炉内的合理分布管理和燃烧过程的控制。燃料在窑内的分布状况和燃烧状况,影响窑内的温度和温度分布。如果燃料燃烧不充分,还原性的碳黑被玻璃 吸收后将形成大量的微气泡或褐色条纹。由于熔窑结构和燃烧火焰的组织方式不同,即使相同成分的玻璃,配合料中的氧化物的挥发飞散损失也不同。

窑炉池底鼓泡在熔制工艺中起着特殊的作用。鼓泡点分布位置不同,所起的作用也不同。鼓泡点分布在热点位置,可以起到特出热点的作用。均匀分布在加料口和热 点之间,可以起到提高池底玻璃液温度和均化作用,促进配合料的熔化和玻璃液的澄清过程。在鼓泡方式上,有连续鼓泡和脉冲鼓泡两种,显然,后者所起的调节作 用更合理,泡频可控制在每分钟5个至10个。鼓泡材料可以采用价格昂贵的铂锗合金,也可采用耐高温和耐侵蚀的陶瓷材料。
除了原料因素以外,玻璃成分和温度的均匀性与窑炉结构设计,燃料在窑炉内的分布方式和燃烧下况,料道的结构和长度,熔制工艺管理水平是分不开的。这些因素最终反映在产品质量,成本,以及成形效率上。
5窑炉结构设计的改进

众所周知,玻璃熔窑的结构设计对热交换效率,能源消耗以及玻璃液质量影响很大,由于设计方案的不同,能耗消耗可以相差30%。热交换效率的提高,不仅降低能源消耗,节约生产成本,而且还能促进玻璃液形成合理的循环对流,提高玻璃液的澄清质量。

近年来,人们对玻璃熔制工艺有了更深的理解和认识,环保意识在不断增强。世界各国加强环保立法,限制玻璃窑炉烟气中粉尘,NO-SO:和F:的排放量。为 了达到这些环保标准,有些企业对传统窑炉采用烟气处理的方法,降低粉尘和有害成分的浓度,达到环保排放标准。有些企业采用新的艺技术,如改进玻璃配方和玻 璃成分,限制燃料中的硫含量,采用低NOx的燃烧技术,采用纯氧燃烧技术,采用全电熔技术或电助熔技术等,采用这些先进的工艺方法在一定程度上推动了玻璃 技术的提高。

近年来,国外出现一种新型的池炉结构,将熔制过程和澄清过程分隔开来,配合料进入冷顶全电熔池炉中熔化,配合料熔融成玻璃后进入火焰熔窑进行高温澄清均 化,把全电熔窑和火焰窑的优点结合在一起。这种窑型使配合料避免与火焰接触,粉尘和挥发成分减少,格子体堵塞减轻,熔制过程和澄清过程相互影响减小到最小 程度。
玻璃纤维池窑上,先进的池底电助熔技术和各种池底鼓泡技术的应用,先进的燃烧技术的应用,无硼无氟玻璃配方的应用,这些技术都直接或间接地提高了玻璃液成分的稳定性和均匀性,推动玻璃液质w+的提高。
玻璃液温度的均匀性与料道的结构设计及温度调节方式是分不开的。为了把澄清的玻璃液均匀地降低到所需的成形L:艺温度,上部空间采用燃气预混燃烧调一温 度,使玻璃液温度均匀性达到最佳状态,料道K度通常在s米以上。目前,很多玻璃纤维料道,玻璃棉料道,玻璃管料道,以及一些玻璃制品料道均采用这种温度调 节方式。

综上所述,提高玻璃液澄清质量途径是多方面的。原料和配合料的质量控制,窑炉熔制工艺参数的控制,窑炉结构设计的改进以及燃烧系统的设计改进,对这些方面加强探索和总结,推动玻璃制造成本的降低和产品质量的提高。