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1、玻璃原料窗玻璃：又称钠钙硅玻璃，主要成分Na2O-CaO-SiO2还有MgO等。玻璃的原料：石灰石（CaCO3）、白云石（MgCO3-CaCO3）、纯碱（Na2CO3）、芒硝（Na2SO4）、 石英砂（SiO2）等。用上述原料，粉磨，并按一定的比例混合均匀后（加一部分水，提高均匀度及其他工艺上的 要求），然后入玻璃窑熔制。玻璃熔制过程包括：硅酸盐的形成，玻璃体的形成，澄清，均化及冷却。 石灰石、白云石、纯碱、芒硝都会产生气体，这样不仅对玻璃形成无害，而且有利于玻璃的 澄清与均化，工厂一般还要加入一部分澄清剂，生成大量的气泡，气泡在上浮的过程中，复 合小气泡，这就是玻璃澄清的机理。Na2CO3+
2、SiO2 =（高温）Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2=（高温）CaSiO3+CO2玻璃熔制概论1. 原料熔化1.1 硅酸盐形成1.1.1 原料本身的加热变化1.1.2 原料间相互加热反应1.1.3 原料加热之挥发损失1.2 玻璃液形成1.3 影响熔化因素2. 玻璃液澄清2.1 气体间之转化与平衡2.2 气体与玻璃液相互作用2.3 澄清剂之化学作用2.4 澄清之物理作用3. 玻璃液均化3.1 不均物的熔解与扩散均化3.2 玻璃液的对流均化3.3 气泡上升搅拌均化4. 玻璃液冷却4.1 硫酸盐的热分解4.2 溶解气体析出4.3 玻璃液流股间的化学反应4.4 含钡玻璃产生二次气泡4.5 电
3、化学反应5.玻璃熔制之影响因素5.1 玻璃组成5.2 原料物理状态5.2.1 原料的选择5.2.2 颗粒的粗细5.2.3 原料的水分5.2.4 碎玻璃影响5.3 投料方式5.4 澄清剂5.5 助熔剂5.5.1 氧化锂5.5.2 霞石5.5.3 高炉炉渣5.6 熔解控制5.6.1 温度控制5.6.2 压力控制5.6.3 气氛控制5.6.4 液面控制5.6.5 泡界线控制5.7 玻璃液流5.8 熔制技术改良的影响玻璃熔制概论：玻璃熔制包含许多复杂的过程，为一系列之物理、化学、物理化学变化；在加热过程中发生之变化如下表： 物理变化 化学变化 物理化学变化原料加热 固相反应 共熔体形成原料脱水 碳酸盐
4、、硫酸盐、硝酸盐分解 固态的熔解与液态互熔成分熔化 水化合物分解 玻璃液、火焰、气泡间作用晶相转化 化学结合水的分解 玻璃液与耐火材料作用成分挥发 硅酸盐的形成与相互作用从加热原料到熔制成玻璃液，根据熔制过程的不同分为以下五种阶段：1. 硅酸盐形成：在加热过程中，原料中各种组成经化学、物理变化后，大部分之气体产物皆 已挥发，此阶段完成了玻璃熔解主要反应过程，玻璃原料转化成硅酸盐和SiO2组成的不透 明烧结物；以 容 所生产之钠钙硅玻璃而言，此阶段温度约在800900 C完成。2. 玻璃之形成：持续加热后，烧结物开始熔融，原先的硅酸盐和 SiO2 相互扩散与熔解，烧 结物将转变透明的玻璃液，但玻
5、璃液中还含大量气泡，其化学成分尚未均匀；以钠钙硅玻璃而言，此阶段温度约在12001250C左右。3. 玻璃液澄清：继续加热后，玻璃黏度进一步降低；并释放出玻璃液内之可见气泡，直到气泡全部排除；就钠钙硅玻璃而言，此阶段温度约14001500C，而玻璃黏度在10Pa. s左 右。4. 玻璃液均化：玻璃液长时间处于高温下，通过对流、扩散等作用，其化学组成逐渐趋于均 匀，玻璃液中的节瘤与条纹由于扩散、熔解、对流等作用而消失，化学组成与折射率趋于一 致；均化温度可在低于澄清温度下完成。5玻璃液冷却：通过上述四个阶段后，玻璃质量符合了要求，将玻璃液的温度冷却200300C 左右，使玻璃黏度达到成形所需的数
6、值，约在102103 Pa. s左右。以上述五个阶段顺序，是在逐步加热的状况下进行研究，而实际上熔制过程并不严格按照以 上顺序进行；玻璃熔制设备通常分为坩埚窑与池窑两种，在坩埚窑中五个阶段于同一空间不 同时间内完成，而云玻熔解设备属池窑，在池窑中熔制过程五个阶段在不同空间同一时 间完成；池窑玻璃熔解的五个阶段间之相互关系如下图1： （以云玻窑炉为图例）图 1 ：玻璃液熔制过程现代窑炉投料口温度约在1350C以上，硅酸盐和玻璃形成两个阶段几乎同时完成，而澄 清与均化亦同步进行，故也将熔制过程简分两阶段，即原料熔化、玻璃液精练；熔化阶段把 原料熔成玻璃液，精练阶段将不均质玻璃液进一歨改善成均质玻璃
7、，并使冷却到成形所需黏 度。1原料熔化：1.1硅酸盐形成： 玻璃原料主要由硅砂和碳酸盐（碳酸钙、碳酸钠、碳酸镁）组成，其他原料还有霞石、硼砂等， 以及芒硝、碳粉等辅助原料；在硅酸盐形成阶段，各原料本身、各原料相互间发生多样反应 变化，最后成硅酸盐与SiO2不透明烧结物。1.1.1 原料本身的加热变化： 原料本身加热过程中历经各种变化，如表1 所示；这些变化可归类为以下四类： l 多晶转变：具有多晶型之原料在一定温度下转化晶型。l 盐类分解：各种碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐在一定温度下发生分解放出气体。l 脱水：排除结晶水、结构水和化学结合水。l 熔融：由固态转化为液态。表 1：主要原料在加热过程中之
8、变化类别成分加热反应/温度C多晶转变石英B -石英一a -石英575a -石英一a -鳞石英870芒硝斜方一单斜235盐类分解硝酸钠NaNO3一 Na2O+1/2O2+NOf350菱镁矿MgCO3一MgO+CO2 f300C开始，700C完成石灰石CaCO3 一-CaO+CO2f500C#始，894C激烈纯碱Na2CO3一 Na2O+CO2 f700白云石MgCO3CaCO3 一MgO+CaO+CO2 f 700芒硝Na2SO4一Na2O+ SO3 f 1200脱水硼酸H3SO3一HBO2+H2O f1004HBO2一H2B4O7+H2O f140五水硼砂Na2B4O7.5H2O一2B2O3+
9、Na2O+5H2O f 400500熔融硝石固态一液态306C硼酸固态一液态577C五水硼砂固态一液态741C纯碱固态一液态855C芒硝固态一液态885C霞石固态一液态1170C1.1.2 原料间相互加热反应：各原料相互复杂反应，这些反映主要形成复盐、固相反应、形成硅酸盐及生成低共熔物如表2所示，表中所列过程为实验室中，从低温逐渐上升到高温情况下进行的，约在8001100C间结束硅酸盐形成反应，而在实际生产上往往把原料直接加热到1300C的区域内，因此各 种反应同时进行，极短时间内就完成了硅酸盐反应阶段。表二：各原料间相互加热反应类别加热反应温度C多晶转变MgCO3+Na2CO3-Na2Mg(
10、CO3)2300CaC03+ Na2CO3 -Na2Ca (CO3)2400CaSiO3+MgSiO3 - CaSiO3.MgSiO36001280固相反应Na2SO4+2C-Na2S+2CO2 f400C开始，500C激烈反应Na2S +CaCO3 -Na2CO3+CaS500C形成硅酸盐 Na2Mg(CO3)2+SiO2 -Na2SiO3+MgSiO3+2CO2f340620MgCO3+SiO2 -MgSiO3+CO2f450700，620 C速度最快Na2Ca(CO3)2+2SiO2 -Na2SiO3+CaSiO3+2CO2f 600830CaCO3+SiO2 -CaSiO3+CO2f6
11、00920Na2CO3+SiO2 -Na2SiO3+CO2f720900MgO+SiO2 -MgSiO39801150CaO+SiO2 -CaSiO310101150生成低共熔物 Na2SO4-Na2S740Na2CO3-Na2S756Na2CO3-Na2Ca(CO3)2780Na2SO4-Na2CO3795Na2SO4 -Na2SO3865石英颗粒、低共熔物、硅酸盐熔融12001300表2 所述，乃是以反应型态作为类别区分主轴，为更方便了解硅酸盐形成和玻璃液形成过程， 将以容所生产之钠钙硅玻璃为例，分以主原料(SiO2+CaCO3+Na2CO3)、澄清剂 (SiO2+CaCO3+Na2CO3
12、+Na2SO4+C)两项过程，依温度递增之过程细说如下：l主原料(SiO2+CaCO3+Na2CO3)的硅酸盐形成和玻璃液形成过程：O1100120C原料水分蒸发。02低于600C时，由固相反应生成碳酸钠-碳酸钙复盐。CaCO3+ Na2CO3 - Na2Ca(CO3)203 575 C发生石英多晶转变，因体积变化产生裂痕，利于硅酸盐形成。B -石英a -石英0 4 600C左右时，开始逸出C02；是由02所形成的复盐与Si02作用的结果；此反应在600830C范围内进行。Na2Ca(CO3)2+2SiO2 - Na2SiO+CaSiO3+2CO2 f05 720900C时，碳酸钠与SiO2反
13、应。Na2C03+Si02 - Na2Si03+C02f0 6 740800C时，Na2Ca(CO3)2-Na2CO3低温共熔物形成并熔化，开始与SiO2反应。Na2Ca(C03)2+ Na2C03+3Si02 - 2Na2Si03+CaSi03+2C02f07 813C时，Na2Ca(CO3)2 复盐熔融。08 855C时，Na2CO3 熔融。09 912C时，CaC03 分解。CaC03 - Ca0+C02f0 10 960C时，Na2Ca(CO3)2 分解。Na2Ca(C03)2 - Na20+Ca0+2C02f0111010C时，CaO与Si02形成硅酸盐。Ca0+Si02 - CaS
14、i030 12 1200C1300C形成玻璃，并进行玻璃熔液的均化。l澄清剂(SiO2+CaCO3+Na2CO3+Na2SO4+C)的硅酸盐形成和玻璃液形成过程：01100120C时，排出吸附水分。0 2 235239C时，芒硝(Na2SO4)发生多晶转变。Na2SO4(斜方晶体)-Na2S0 4(单斜晶体)03 260C时，焦炭开始分解，部分物质挥发出来。0 4 400C时，芒硝与焦炭开始固相反应。Na2SO4 +2C - Na2S+ 2CO2f05 500C时，开始有硫化钠生成并与碳酸钠产生固相反应。Na2S +CaCO3 - Na2CO3+CaS0 6 500C以上，有偏硅酸钠和偏硅酸钙开始生成。Na2S+Na2SO4+2SiO2 - 2Na2SiO3+S+SO2fCaS+Na2SO4+2SiO2 - Na2SiO3+ CaSiO3+S+SO2f上述反应在700900C时加速进行。0 7 575 C左右，B-石英转变为a-石英。08 740C时，由于出现Na2SO4 -Na2S低温共熔物，玻璃的形成开始。0 9 740880时，玻璃的形成过程加速进行。010 800C时，CaCO3的分解过程完成。011 855C 时，Na2CO3 熔融。012 885C时，Na2SO4 熔融。013
