碳粉在玻璃生产中的作用

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1、“碳粉”在玻璃生产中的作用国玻璃碳粉在玻璃生产中的作用段谦25 中国建材国际工程有限公司广东深圳 518054 摘要 :本文通过实际发生的生产实例 .重新阐述了碳粉对玻璃生产的影响机理 ,从 另一个角度进一步说明了碳粉在玻璃生产中的作用 ,对实际生产可以起到很好的指导作用 . 关簟词 :澄清刺;还原荆 ;玻璃澄清和均化ApplicationofcarbonpowderinglassproductionDuanOianChinaTriumphInternationalEngineeringCo.,LtdShenzhenGuangdong518054 Abstract:Thispaperexpou

2、ndstheinfluencemechanismofcarbonpowderinglassproductio nbasedonactualproduction examples,andfurtherexplainsthefunctionofcarbonpowderinglassproduction,so 髂 toprovidetheguidanceforactualproduction.Keywords:refiningagent;tlucingagent;glassrefiningandhomogenizingl 实例介绍 某浮法玻璃厂在 2000 年,曾出现过一起罕见 的,造成连续一个多月

3、生产不出合格成品玻璃的生 产质量事故 ,这起事故起初的情况表现为 ,位于窑内 泡界线前端的料堆熔化变缓慢 ,难熔 ,致使泡界线后5 小结移 ;整个窑内火焰空间呈暗黑状 ,而成品玻璃板表面 则出现许多熔融或未熔石英疙瘩 .类似情况之前在该厂也曾出现过 ,当时的处理 措施是直接降低配料中的硅砂用量 ,以减轻熔化难 的现象 .因此出现这种状况后 ,值班经理凭直觉认 为可以采取同样的方式处理 ,于是当即通知当班配 采用库尔曼图解法计算主动土压力时 ,选定的 任意破坏面越密 ,墙后土体被分割的越多 ,得到的主 动土压力越准确 . 采用库尔曼图解法确定了墙后土体的实际破坏 面后,应根据理论力学中质心运动定

4、理求解破坏土 体的质心 ;同样在计算挡墙各部分重心到墙趾板顶 点 C 的距离 x 时 ,也须运用质心运动定理求解 . 计算挡墙的抗倾覆 ,抗滑移系数时必须使用荷 载标准值 ,配筋计算中必须使用设计值 . 在初步设计时 ,玻璃厂家一般总是要求扶壁设 置在挡墙的外侧这样可以使挡墙内部有足够的使用 空间 ,但这种做法会使挡墙的造价大大增加 .而把 扶壁设置在内侧 ,利用扶壁式挡墙的墙板作为挡墙 计算单元的受压翼缘可使挡墙扶壁的纵向受拉钢筋 大大减小 ,从而降低结构造价 ,虽然牺牲了部分使用 空间 ,但仍可满足使用要求 .为使扶壁柱的纵向配 筋有一定的安全储备 ,将挡墙扶壁的受压翼缘取为 2m.初步设

5、计时 ,挡墙基底采用直线式底面 ,利用抗 滑键来满足抗滑移要求 ,考虑到现场施工的方便与 经济 ,改用仰角式底面 ,利用竖向力的分力平衡部分 水平土压力的分力 ,由于竖向力较大 ,故仰角在不太 大的情况下即可满足设计要求 .施工开挖要求开挖 到仰角最低点 ,超挖部分采用 C20 素混凝土回填至 设计标高 ,这样可使施工更加的方便快捷 .关于墙踵板的配筋计算 ,只是近似认为如图 5 所示 ,按最不利情况初步估算出踵板在一个方向的种配筋 ,考虑到整个底板的共同工作 ,尤其在扶壁 范围内的底板 ,在工程实际中近似将其视为通体梁 设置其配筋 ,在满足计算及构造配筋的前提下 ,使底 板的配筋能够具有一定

6、的安全系数 . 挡墙下地基处理采用水泥粉煤灰碎石桩法(CFG),是当地较常用的一种地基处理方法，按建 筑地基处理技术规范 JGJ792002 要求必须设计 出具体桩的排列形式 ,桩身的直径以及桩的长度 ,当 地的专业施工单位只要求提供地基土的处理范围及 复合地基承载力特征值 ,其余均由施工单位自行解 决.国玻璃料降低硅砂用量 2 千克/每副,但第二天 ,窑内情况 并没有像预期的那样好转 .随即又在白班继续降低 硅砂用量 ,同时在熔制工艺上做了一系列调整 ,包括 提高熔制温度等手段 ,然而窑内情况仍未见好转 . 又连续数天分数次降低硅砂用量累计达十几公 斤,但生产形势仍然未见改观 ,观察窑内的气

7、氛和火 焰空间依然是阴沉沉的 ,并且奇怪的是 ,在连续降低 硅砂用量的情况下 ,x 荧光仪检测出的玻璃成分SiO含量仍然居高，远高于配方值，这种怪异现象非 常令人费解 ,于是将玻璃表面磨去一层 ,通过检测发 现，玻璃内部SiO含量比其表层要低得多，且接近 降低硅砂用量后的料方值 ,这种状况持续影响生产个多月 ,成品率降到了前所未有的程度 .在此情 况下 ,厂领导动员所有的工艺技术人员下到车间 ,对 生产工序进行彻底排查 ,寻找原因 . 笔者作为原料工艺技术人员 ,主要对原料车间 的工序进行排查 .在连续数天的排查中 ,对配料的 误差和原料成分等生产报表及化验数据进行详细分 析 ,均未发现异常情

8、况 .后通过与配料操作人员的 深入交谈 ,他们反映的一个情况引起了笔者的重视 , 他们反映最近一段时期以来 ,配合料在混合机排料 斗堵塞的情况频繁发生 ,这是以前很少出现的 .再 观察配合料的外观 ,笔者发现颜色明显比以往更深 , 然而配合料化验的数据却均为正常 .接着从原料库 取样发现 ,硅砂的颜色同样比以往的硅砂颜色明显 偏黑 .据此笔者大胆提出了一种观点 ,即可能硅砂原 料中带人的可烧失杂质增加 ,从而变相的增加了碳 粉用量的看法 ,并建议对目前使用的原料和以往使 用原料进行烧失量对比 .实验室对比结果表明 ,目 前使用的硅砂原料的烧失量是以往使用硅砂原料的 烧失量的 2 倍.与此同时

9、,热端技术人员的技术分析 ,也从前期 的工艺调整记录中 ,发现在一个多月以前 ,为了进一 步减少玻璃中的微气泡 ,曾多次增加配合料中碳粉 的用量.针对这一情况 ,工艺人员查阅了有关技术 书资料 ,通过反复多次技术分析论证 ,症结逐渐显 露.紧接着在当天中班开始配料时 ,有点放矢的调 低配方中的碳粉含量 .根据时间推算 ,当天中班调 整后的配合料应该在 5 6h 后开始进入窑炉 .于是 进行跟踪观察 ,从当天晚二十时开始 ,调整后的配合2oo9 军曩 5 用 _-_一料进入窑内 ,大约在零时窑内情况即逐渐开始了好 转 ,到凌晨一时左右 ,窑内的状况开始了明显的变 好 ,熔化变得剧烈 ,料堆熔化加

10、快 ,泡界线开始前移 , 并且窑内气氛逐渐变得明亮起来 .调料后窑内情况 变化之快 ,出乎所有人的预料 ,至当天夜班后期 ,玻 璃板质量逐步恢复正常 ,并开始玻璃正常采板装箱 , 至第二天白班 ,生产已完全恢复正常 .2 碳粉作用机理分析众所周知 ,玻璃配合料中加入少量芒硝 ,主要是 作为高温澄清剂使用的 .这在现有的专业理论书籍 中早已阐述过 ,即芒硝的热分解温度通常较高 ,为 11201220C,其在还原剂的作用下,分解温度可降 到了 500700t2.因此，还原剂用量的多少,对玻璃 生产将产生不同的影响，当用量不足时，NaaSO4不 能充分分解 ,会产生过量的 硝水,对熔炉耐火材料 的侵

11、蚀加大 ,并使玻璃产生白色的芒硝泡 ;当用量过 多时,会使玻璃中的FeO还原成FeS和Fe2S3与多 硫化钠反应形成棕色的着色团一硫铁化钠 ,从而使 玻璃呈现棕色 .在熔制纯碱一芒硝配合料时 ,通常 为了芒硝得到完全分解 ,熔化部内需要保持还原气 氛,而在最后的小炉区域 ,即澄清部又必须维持氧化 焰,以烧掉过剩的碳粉 .但上述理论应用到本文案 例中,就很难得到科学合理的解释 因此,随着玻璃生产过程中新情况新问题的不 断出现,对玻璃熔制的理论需要进一步完善 .具体 就芒硝与碳粉对玻璃生产的作用需要进一步诠释 . 尤其当还原剂过多时 ,且还原剂多到在澄清部的氧 化焰已不足以能烧掉过剩的碳粉时 ,此

12、种情况对玻 璃熔制产生的影响 ,在以往的理论中尚未找到准确 的阐述,即使提及 ,也只是泛泛带过 ,对实际生产没 有准确的指导意义 . 但实际生产中还原剂过多或过少对玻璃生产造 成的影响远比使玻璃着色或出现 硝水 更复杂更严 重的多 .由本文的案例可知 ,当还原剂过多时 ,即在 500 700C时,Na2SO4已完全反应分解，其与SiOz 及其它组分反应 ,产生的气泡 ,使得其对玻璃的澄清 作用提前发生；然而对于玻璃的澄清带即在1120 1400%时,真正需要对玻璃起高温澄清作用时 , NaSO已经完全消耗殆尽.实际上，玻璃生产过程 中最重要的反应是熔化速度最慢的石英砂颗粒的溶 国玻璃臻鄹黼_-

13、 - 20O9军曩5翔 解过程,待进行到玻璃的澄清阶段时 ,玻璃原料中其 它组分的基本反应已大体完成 .此阶段的玻璃液变 成了由硅酸盐和大量游离siO:组成的不透明烧结 物以及残留的未熔解SiO颗粒.在澄清段,这些游 离SiO不透明烧结物和残留的未熔解 SiO颗粒，本 该借助未完全分解的残余NaSO在高温时分解，释 放出Na和SO,0:气体，并通过这些气体在玻璃液 中的上升排出过程 ,带动玻璃液翻腾 .硫酸盐分解 排气的过程具有三个非常重要的作用 :作用之一是 表面活性剂作用 ,芒硝基本不溶于熔融钠一钙一硅 玻璃 ,在高于永久性的初生硅酸盐液相生成温度 (约 10381093 C)时，它集聚在

14、玻璃熔体中的所有界面 上,即未熔化的配合料粒子 ,气泡和熔体表面本身彼 此间的界面 .这样,芒硝大大增加了熔体的流动性 以及这些界面处的 润滑能力 ,使气体容易排出 ,是 硅酸盐反应速率加快 ;作用二是界面湍动作用 , NaSO在高温时，分解释放出Na和SO,0气体，它 们在玻璃熔体中溶解 ,在为分解的液态硫酸盐和玻 璃之间的界面上被传输到玻璃中 ,这种传输搅乱了 界面张力 ,使熔体在界面处翻腾搅拌 ,使得游离 SiO: 不透明烧结物和未熔融石英颗粒的熔融和溶解速度 加速,并且在玻璃液流表层SiO:含量高的组分获得 向其它组分中加速扩散 ,从而使玻璃熔体得到了均 化,最终得到溶质均匀的玻璃液

15、;作用之三是排气作 用,大约在1428C时，芒硝分解的SO,0气体部分 分压达到了一个大气压 ,在玻璃中,产生了气泡 .这 些气泡在上升过程中把含钠高的玻璃液传输到玻璃 液上表面含钠低的玻璃液中 ,又进一步使玻璃得到 均化,并对玻璃液起到高温澄清 ,排除玻璃液中的气 泡;总而言之，熔窑中温度高于1428oC的澄清区，只 有熔体中还有未分解的芒硝存在 ,才会有这 3个作 用对玻璃液起到澄清和均化作用 .就本案例而言 ,由于原料中还原剂增加 ,使得在 澄清阶段之前 ,芒硝已被完全分解 .澄清时所需的 芒硝高温澄清作用消失了，游离SiO组成的不透明 烧结物和未熔融石英颗粒得不到有效的溶解 ,不能 向

16、其它组分的液相中有效扩撒和均化 ,而是浮在玻 璃液流表面 ,这也解释了为什么上述事故发生时 ,玻 璃板表面 SiO 含量远高于板内层的原因 .随着生产好转 ,再对成品玻璃的表层和内层玻 璃成分分别做 x 荧光仪检测 ,结果表明在生产正常 情况下，玻璃的SiO:含量就基本上表里如一. 27通过对上述案例分析 ,碳粉用量在玻璃生产中 的作用非常微妙 ,多与少对生产都会起到很大的影 响 ,难怪此次事件后 ,槽窑部的工人们戏称碳粉是玻 璃生产的兴奋剂 ,可见其在生产中的重要性可见一 斑d值得提及的是 ,曾经在该厂生产中 ,为了减少玻 璃中的微气泡 ,人为增加碳粉的用量 ,造成不该发生 的质量事故 ,是值得同行生产厂家很好地吸取经验 教训的.3 合理设定配合料中芒硝和碳粉的比例从本文发生的案例说明 ,玻璃生产必须有效 ,合 理控制配合料中的芒硝和碳粉的比例 ,根据有关文 献 ,目