浮法玻璃熔制技术.doc

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1、 浮法玻璃熔制技术1、浮法玻璃熔制技术工艺流程浮法玻璃的熔制过程是将合格的配合料经过高温加热形成均匀、纯净、透明并符合成型要求的玻璃液的过程，是浮法玻璃制造过程中的主要过程之一。熔制速度和熔制的合理性对玻璃的产量、质量、合格率、生产成本、燃料消耗和池窑寿命等影响很大。 浮法玻璃熔制技术工艺流程示意图：2、玻璃熔制工艺原理 浮法玻璃的熔制过程是一个很复杂的过程，包括一系列的物理、化学、物理化学反应，而这些反应的进行与玻璃的产量和质量有密切关系。各种不同配合料在熔制过程中发生的反应见下表：各种不同配合料在熔制过程中发生的反应物理反应化学反应物理化学反应配合料加热配合料脱水各个组分的熔化晶相转化个别

2、组分的挥发固相反应碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐分解水化合物的分解化学结合水的分解硅酸盐的形成与相互作用共熔体的形成固态的溶解与液态间互溶玻璃液、炉气、气泡间的相互作用玻璃液与耐火材料间的作用根据熔制过程中的不同特点，从加热配合料到最终成为符合成型要求玻璃液的过程，可分为五个阶段，即硅酸盐形成阶段、玻璃液形成阶段、玻璃液澄清阶段、玻璃液均化阶段和玻璃液冷却阶段。直观地，也可分为配合料堆的反应烧结阶段；硅酸盐形成及其熔化物熔化阶段，主要是残余石英砂溶解于已形成的硅酸盐中；澄清消除气泡阶段，主要是降低各种气体在玻璃液中的过饱和程度；逐渐冷却至成型温度阶段。（1）硅酸盐形成阶段 配合料入窑后，在800100

3、0温度范围发生一系列物理的、化学的和物理-化学的反应，如粉料受热、水分蒸发、盐类分解、多晶转变、组分熔化以及石英砂与其他组分之间进行的固相反应。这个阶段结束时，大部分气态产物从配合料中逸出,配合料最后变成由硅酸盐和二氧化硅组成的不透明烧结物。硅酸盐形成速度取决于配合料性质和加料方式。 （2）玻璃形成阶段 当温度升到1200 时，烧结物中的低共熔物开始熔化，出现了一些熔融体，同时硅酸盐与未反应的石英砂粒反应，相互熔解。伴随着温度的继续升高，硅酸盐和石英砂粒完全熔解于熔融体中，成为含大量可见气泡、条纹、在温度上和化学成分上不够均匀的透明的玻璃液。在浮法玻璃生产过程中，硅酸盐形成阶段与玻璃形成阶段之

4、间没有明显的界限，即在硅酸盐阶段尚未结束时，玻璃液形成阶段已经开始，并且硅酸盐形成进行得极为迅速，而玻璃液形成却很缓慢。这是由于在实际生产中，配合料被直接投入到1300 左右的投料池中,硅酸盐形成极快（约35min ），而玻璃液的形成必须等待石英砂粒的完全熔解。因此要划分这两个阶段很困难，所以生产上把这两个阶段视作一个阶段，称为配合料熔化阶段。（3）玻璃液澄清阶段 随着温度继续升高，达到14001500时，玻璃液的粘度约为10Pas ，玻璃液在形成阶段存在的可见气泡和溶解气体，由于温度升高，体积增大，玻璃液粘度降低而大量逸出，直到气泡全部排出。 （4）玻璃液均化阶段 当玻璃液长时间处于高温下，

5、由于对流、扩散、溶解等作用，玻璃液中的条纹逐渐消除，化学组成和温度逐渐趋向均一。此阶段结束时的温度略低于澄清温度。玻璃液的均化过程早在玻璃液形成阶段时已开始，然而主要的还是在澄清后期进行。它与澄清过程混在一起，没有明显的界限，可以看作一面澄清，一面均化，且澄清加速了均化的进程，均化的结束在澄清之后，并一直延续到冷却阶段。此外，搅拌是提高均匀性的一个很好的方法。 （5）玻璃液冷却阶段 将澄清和均化了的玻璃液均匀降温，使玻璃液具有成型所需的粘度。在冷却阶段应不破坏玻璃液的质量。浮法玻璃冷却阶段结束的温度在1100 1050左右。配合料化学组成。它对玻璃熔制速度有决定性影响，配合料化学组成不同所需熔

6、化温度就不相同，配合料中碱金属氧化物等氧化物的总量对SiO2和Al2O3总量比值越高，则配合料越容易熔化。 原料性质。原料性质及其种类选择对熔制影响很大，如石英砂颗粒大小、形状及所含杂质的难熔性；配合料气体含率，所含气体的化学组成；为引入同一氧化物而达到最有利于熔制的矿物及化工原料的合理选择等，都影响玻璃熔制速度和熔化质量。配合料的调制，包括配合料的均匀性、含水量、碎玻璃用量的控制等。其中，配合料的均匀性是一项主要的工艺指标，是否混合均匀对玻璃质量和熔制速度有极大关系，因此，应尽可能地将配合料混合均匀，并注意在输送和储存过程中不受到较大振动，以免引起分层现象。 加料方式。加料方式的不同会影响熔

7、化速度、熔化区的温度、液面状态和液面高度的稳定，从而影响玻璃产量和质量。3、影响浮法玻璃熔制的因素 熔制的温度制度。熔制温度决定玻璃的熔化速度，温度越高，硅酸盐生成反应越剧烈，配合料颗粒熔解越快，玻璃液形成速度也越快。提高熔化温度是强化玻璃熔制、增加熔窑生产能力的有效措施，在条件允许的情况下应尽可能提高熔化温度，以强化熔制过程。窑内压力、气氛、玻璃液面以及泡界线是否稳定。熔窑耐火材料、加热燃料的种类及质量。窑炉结构及搅拌器等辅助设施的应用。 熔窑的自动化程度等。4、浮法玻璃的形成（1）玻璃形成过程 在玻璃形成阶段，配合料的熔化过程中，由于石英砂粒的溶解和扩散速度比各种硅酸盐的溶解和扩散速度慢得

8、多，所以玻璃形成过程的速度实际上取决于石英砂粒的溶解和扩散速度。（2）玻璃液的澄清 由于配合料的分解、部分组分的挥发、氧化物的氧化还原反应、玻璃与耐火材料的相互作用等原因而析出大量气体，其中大部分气体将逸散于空间，剩余气体的大部分将溶解于玻璃液中，而少部分则以气泡的形式存在于玻璃液中。玻璃的澄清过程就是消除玻璃液中气泡的过程。值得指出的是，玻璃澄清的排泡与去气是两个不同的概念，前者是排除玻璃液中的可见气泡，后者则是要全部排除玻璃液中的气体，包括化学结合的气体。 玻璃中气体的存在形式 存在于玻璃液中的气体主要有三种状态，即可见气泡、溶解的气体、化学结合的气体。此外，还有吸附在玻璃熔体表面上的气体

9、。常见的气体有CO2、SO2、SO3、N2、O2、H2O、H2等气体，N2以物理状态存在于玻璃中，其他气体大部分以化学结合状态存在。 a.碳酸盐分解产物和燃烧产物CO2 它在玻璃熔液中的溶解度，取决于能生成比较稳定的碳酸盐的含量，如果碱性氧化物浓度增加，玻璃液吸收CO2的能力也随之增大。而CO2的物理溶解却随温度的升高、过饱和程度的增加而降低。 b.硫酸盐分解产物和燃烧产物SO2 它能与配合料、玻璃液相互作用形成硫酸盐或再次分解为SO2或SO3。澄清剂芒硝在高温下受热分解放出SO2和O2或SO3。随着玻璃中含碱量的增加，玻璃液中的SO2再次与一价、二价金属氧化物生成硫酸盐而增多。 c. O2

10、O2在玻璃中的溶解度是微小的。只有当玻璃液中存在变价氧化物时，因在低温时变价氧化物吸收O2由低价转变为高价，使其溶解度增加，而在高温时高价氧化物分解放出O2变为低价氧化物，其溶解度又降低。这也是变价氧化物能成为玻璃澄清剂的原因。 澄清过程中气体间的转化与平衡 玻璃的澄清过程，就是如何利用玻璃液中溶解的气体、气泡中的气体以及炉气三者的平衡关系，即气泡中包含多种气体，其分压各不相同，但应与各自在玻璃液中的气体分压、窑气中的气体分压相同，彼此达到一个动态平衡。并且气体总是由分压高的相进入分压低的相。气体间的转化与平衡除了与上述气体的分压有关系，还与气泡中所含的气体种类有密切的关系。根据道尔顿分压定律

11、，当一种A气体进入到有B气体的气泡中时，气泡的总压将增加，B气体的分压却减小，原有的平衡被打破，就将会从周围玻璃液中吸收B气体，直到两相中B气体的分压相等为止。这就是澄清剂的作用机理。 气体在玻璃中的溶解度与温度有关，温度越高，气体的溶解度越小。 影响玻璃澄清的因素 a.配合料中的气体率 气体率过大，则熔制时泡沫多，延长了澄清时间，而且气泡难以消除；气体率过小，则玻璃液难以形成强烈的翻滚，气泡也难以消除。 b.澄清温度 澄清温度的过低或过高，澄清时间的不足或过长，都不利于澄清。一般澄清温度比熔化温度要高一些，但温度过高，也会带来相反的结果，主要由于玻璃液在高温时粘度降低，容易渗透到耐火材料的微

12、小孔道里，将其中所含气体排出，使玻璃液中容易产生微小气泡，此外也会加剧玻璃液对耐火材料的侵蚀，使耐火材料中的Al2O3溶于玻璃液中，局部增加了玻璃液的粘度，不利于澄清 c.窑压 窑内气体组成或压力保持稳定是很重要的，否则会破坏已建立的平衡状态，不利于玻璃液的澄清。窑内必须保持微正压，正压过大，不利于气体的排除。温度升高，粘度降低，有利于气泡的排除，但要考虑到耐火材料的使用寿命。加速澄清的措施 延长澄清时间、提高澄清温度、玻璃液沸腾搅拌、鼓泡、加澄清剂等。在配合料中引入适量的澄清剂是一种最常见的方法。（3）玻璃液的均化玻璃液的均化目的是要达到化学均一性和热均一性。当玻璃液存在化学不均时，就是主体

13、玻璃与不均体两者的性质不同，这将对玻璃制品产生不利影响，如因膨胀系数不同将会产生结构应力；光学性质不同将会产生光畸变；粘度和表面张力不同将会产生波筋、条纹等缺陷；化学成分不同还可能产生析晶、析泡等倾向等。由此可知，不均匀的玻璃液对浮法玻璃制品的产量和质量将有重大的影响。 玻璃液的均匀性与配合料的均匀性、熔制作业的稳定性及耐火材料的质量等有关。玻璃形成和澄清阶段玻璃液中不均体的溶解和扩散是主要的均化过程。玻璃液中不均体的溶解与扩散 玻璃液中的不均质体，即玻璃组分的浓度差引起的分子扩散，由玻璃液中某组分较多的部分向该组分较少的部分转移。在静止的玻璃液中不均体的扩散速度是非常缓慢的，提高扩散速度的方

14、法是提高熔制温度和减小玻璃液粘度。同时温度升高也降低玻璃液的表面张力，有利于玻璃液的均化。 玻璃液的表面张力 降低玻璃液表面张力产生的均化效果比降低玻璃液粘度更有效。表面张力小的条纹和不均体，容易被均化；表面张力大的条纹和不均体，即使受到剪切力作用也很难伸长和消失，因此降低玻璃熔体的表面张力，有助于玻璃均化。玻璃液的对流 玻璃液在玻璃熔窑内所处位置不同，其温度也不同，因此导致玻璃液产生对流。由于在液流断面上存在着速度梯度，因此玻璃液中的不均体被拉长。其结果不仅增加了扩散面积，而且会增加浓度梯度，加强了玻璃液的扩散均化作用。但是玻璃液在浮法熔窑中的流动属层流而不是湍流，故对流均化过程的作用是有限

15、的。增加玻璃液的对流虽然能够强化均化作用，但对耐火材料的侵蚀作用也增强。 玻璃液中气泡上升 当气泡由玻璃液深处向上浮升时，一方面由于气泡上升的翻腾作用，带动气泡附近的玻璃液流动，在其断面形成速度梯度，促使不均体均化；另一方面若气泡上升时遇到不均质体，由于气泡的上升力给予不均体以拉力，使它拉成线条，有利于均化进行。 玻璃液的强制均化技术 强制均化技术主要包括搅拌、鼓泡等。 a.搅拌 它是利用设置搅拌器对玻璃液进行强制均化的有效措施。搅拌器的形式有垂直搅拌器和水平搅拌器两种，浮法玻璃生产使用的搅拌器一般设置在卡脖上。b.鼓泡 鼓泡是将净化的压缩空气，从窑底鼓泡管鼓入玻璃液中，使它在熔窑深层的玻璃液中产生一定压力的气泡，并迅速上升到玻璃液的表面而破裂。在上升过程中能吸收玻璃液中的小气泡，使其自身迅速长大，并搅动四周玻璃液，起到强制均化和促进澄清的作用。如在熔化部热点附近适当位置设置一排鼓泡点，鼓出的气泡上升时，在熔窑的宽度方向形成一排“气幕”，将熔化池沿纵向分成两个循环流动区域，并推动两股循环流向前后两个方向运动，前面的环流有着阻挡玻璃液回流的作用，后边的