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1、玻璃制品上条纹产生的原因及解决方法的探讨陈兴孝 杜楷重庆莱弗窑炉工程有限公司 贵州六枝矿务局玻璃厂重庆：400700 贵州：气泡、条纹、结石是玻璃制品生产过程中，容易产生的三大缺陷。特别是条纹，由于其来源较多，条纹分析鉴别要难得多，因而解决难度更大。在高档玻璃制品的生产过程中（例如五粮液酒瓶的生产），就因为产品上痕量的条纹，造成大量的人力、物力的浪费，严重制约生产及产品质量，我们结合国内外经验以及我们三十多年在玻璃工厂工作的体会，就玻璃制品上条纹的产生原因、解决方法及预防的措施作如下探讨：一、条纹的基本概念条纹是一种比较普遍的玻璃均匀性的缺陷，表面看它的性质与玻璃很相近，实际上在化学组成和物理
2、性质上（折射率、密度、粒度、表面张力、热膨胀、机械强度，有时包括颜色）与玻璃主体不同，美国材料试验标准（ASTMC16252）简单规定为“玻璃制品中的条纹为细长的玻璃夹杂物，它具有与主体玻璃不相同的化学性质及其他性质”。条纹可理解为玻璃熔体，通过化学、物理以及结构方面的互相渗透以达到完全均匀之前的过渡阶段,如果条件许可，它们是可以在熔融温度下与周围的物质完全混合而一同冻结的。P295国外从统计学上考虑，要想得到大面积没有缺陷的玻璃，这种机率是比较小的，只要玻璃熔体的状态能满足所制的单件制品规定的要求时，也是在这种条件下，就可说玻璃熔体已经“足够均匀”了。二、玻璃原料粒度不合理以及配合料处理不当
3、造成的条纹1 玻璃原料的粒度不合理造成的条纹原料粒度分布是参加反应的物质互相接触面积大小的决定因素。接触面积（同时也是反应面积）应尽可能大些，原料粒度越小表面积越大，物质之间的反应越快，在我们常规制造玻璃的方法中并非越细越好。如粉尘飞扬，澄清过程的顺利，以及生产成本等因素不得不考虑下面就容易产生条纹的原料进行探讨。1-1 石英砂由于石英砂（SiO2）熔点高，若颗粒太粗，石英砂与其他原料的接触面积太少，则熔化时间长，在熔制的过程中SiO2扩散溶解、均化不及时，因而产生结石或条纹。若石英砂太细，在吸潮或水分较高的状况下，在其表面亲和力的作用下容易结团，结团的石英砂在配合料中不容易混合均匀，结团的石
4、英砂团中没混有助熔剂，因而熔化缓慢，从而造成结石和条纹，并且在一般状况下石英砂中粒度较细部份氧化铝含量特别高，在熔制过程中扩散溶解慢易产生条纹。1-2 长石（包括霞石）为了降低生产成本，在普通钠钙硅玻璃中大多引入长石（或霞石）来代替纯碱及氧化铝，由于长石（或霞石）中氧化铝含量特别高，一般都大于15%，有的高达18，而氧化铝熔体的表面张力特别大，扩散性溶解性差，扩散溶解速度慢。因此长石（或霞石）过粗，过细（水份较高时）结团都容易产生条纹。1-3 配合料处理不当造成的条纹由于配合料混合不均或石英砂特别湿，助熔剂及易吸潮原料，如：（纯碱、碳酸钾、碳酸钡、硝酸钾等）易吸湿潮解，潮解的助溶剂易富集在一起
5、，从而造成配合料成份上的不均匀，严重时形成浮渣，二氧化硅浮渣其隔热性会严重妨碍热传导，并且浮渣也会很缓慢熔解，严重时会形成条纹。1-4 上述原因产生条纹结石的解决方法：1-4-1 控制石英砂粒度及水分，普通钠钙玻璃的石英砂粒度控制在20100目之间，器皿玻璃应控制在40100目之间，高硼硅玻璃控制在60100目之间，国外玻璃制品厂不但对石英砂粒度过粗、过细都不用。而且对粒度的分布还有要求。另外在窑炉结构上增设耳池，通过玻璃液的自然对流将玻璃液表面的浮渣及不均质的玻璃态物质富集在耳池内，然后定期清除掉。石英砂的水分应控制在6%以下，即配合料的水份不超过4左右，并应多建几个石英砂库，先来先用让其自
6、然干燥。1-4-2 长石的粒度控制在80-120目左右，长石的水份也应控制。1-4-3 严格控制配合料的均匀度及水分。我们有的厂原料结团没加工或加工过粗。在配合料中肉眼可见有纯碱、硼砂、硝酸钠等原料的颗粒。配合料从宏观上就明显不均匀，更谈不上微观的均匀性（化学分析）。我们拌混的目的，就是要让石英砂颗粒表面都裹上一层助熔剂及其它氧化物。从统计学的观点，即各组份的分布应在空间和时间上尽可能达到均一，在任何部分的配合料中取样各组份都占相同的机率这样既能提高熔化速度及熔化质量，产品的均匀性也好。根据国外资料介绍配合料水分控制在3.54%左右时。1，既避免粉尘飞扬又提高熔化速度，降低能耗。另外对配合料的
7、监测要随时进行，这是非常重要的，也是行之有效的措施之一。1-5 料仓设计不合理，运输过程振动大造成原料分层而导致的条纹（或玻璃的不均质）我们在订购原材料时不但有化学成份要求还有粒度要求及粒度分布要求，由于受生产成本的影响，对原料的均一性的要求不可能完全一致，再加上各种原料之间不但有粒度差，还有密度差，因此在储存或搬运的过程难免不造成分层或失混。“如果在搬运和储存干燥的、自由流动的粒状原料过程中不采取适当措施，就会发生严重的颗粒分层现象”，“当进仓的混合的颗粒流从顶端向下流动时，较细的颗粒迅速穿过较粗颗粒之间的空隙，并顺势集聚在料堆的顶部。较粗颗粒由于其粒度较大和能级较高，容易越过较细颗粒，并滚
8、过该料锥的锥面而达到料仓壁旁”。“当料仓开始放料时，首先放出来的料就是那个由细颗粒形成的料蕊，粗颗粒仍旧停留在料仓壁旁，直到形成一个倒锥形为止。”2，这种料仓及进出料方式会造成原料粒度均一性的变化从而失混。这些原料粒组的周期变化常常造成玻璃质量或熔窑作业的周期性变化，因为随着粒度和密度的分层还会发生化学组成方面的分层，严重时产生条纹。国外解决的办法有“多点装料法”和“多点放料法”以及改料料仓设计上采用改流档板和其他给料装置来帮助料仓放料。在配合料往熔窑的输送这一问题上，应本着以下两个原则混料机离加料机越近越好；应避免使用长输送带和过多转运点。另外原料混淆，称量失误也可造成条纹，象这类违返玻璃制
9、造中正常的事，我们在这里不作重要讨论。但是国外的经验值得供鉴：即无论所发现的条纹严重程度如何，都应着手核查全部的原料和料房操作。（P9.539）三、玻璃成份不当造成的条纹1 原因有的玻璃由于要求有较高的化学稳定性及热稳定性，（抗热震性）玻璃配方中二氧化硅和氧化铝含量较高，特别是盐水瓶等“中性玻璃”前几年氧化硅和氧化铝含量的合量一般在7879，因而生产各家生产的盐水瓶几乎90%以上的瓶身上都有条纹，只是轻重不同而已，分析其原因是三氧化二铝含量较高(长石或霞石用量大)、熔制均化不好，以及各种氧化物重度不一致而分层所致。2 解决方法由于瓶内酸化处理的设备及原料的普及，为降低配方中的硅铝含量提供了可能
10、。现在盐水瓶配方中硅铝含量大辐度降低，钠钙含量提高。这样即提高了玻璃的易熔性，氧化钙在高温时降低粘度，粘度降低有利于玻璃熔体的均化，在低温时氧化钙能提高粘度，从而提高玻璃的固化速度。固化机速加快可以适当提高机速，从而提高产量。现在输液瓶（盐水瓶）采用型玻璃后，条纹产生的量及严重程度大幅降低，现在大多数厂几乎都看不到明显的条纹。即使平板玻璃也有许多厂通过降低三氧化二铝的含量来提高产量、质量。三、熔制不当造成的条纹1 加料方法不当有的厂由于加料机太窄或由于加料机安装不合理等原因，造成料堆太厚甚至跑料，由于配合料本身疏松，导热性差，因而熔化慢，再有料堆太厚，表面易熔原料熔融下流，从而形成富硅层，造成
11、配合料在炉内熔制均化不好而产生条纹。上述缺陷可以采用以下措施加以改善及解决：加宽、加长加料池（预熔池），增加加料机的宽度，真正做到薄层加料，有条件的厂可以将配合料压成球或块，增加导热性，提高熔化速度及熔制质量。另外加料机安装时其推料板离液面不超过10mm，加料机推料方向靠小炉方向偏移23度左右，这样可防配合料层太厚及跑料现象。2 熔制温度不合理2-1 有的厂由于熔炉较大或出料量较低，熔制温度控制得太低，纯碱等助熔剂在达到熔点时熔融流失，形成富硅（或浮渣）层。富硅层虽难熔化，但还是要熔化，熔融的富硅层因扩散时间短，加之温度低、玻璃液粘度大扩散慢而产生条纹。2-2 有的厂熔制温度偏高，或窑炉长宽比
12、太小造成耐火材料烧损而产生条纹，特别是配合料中硫酸盐含量较高时，硫酸盐在高温时对与耐火材料的腐蚀特别大，因而易产生结石和条纹。上述问题的解决方法是优选一个适合的熔制温度，一个简单可行的办法是观察配合料是否超过窑长的2/5,若超过可以适当提高熔化温度；反之则适当降低熔制温度。（上述方法也应结合窑炉结构来考虑，若采用深澄清池或偏心式流液洞等结构配合料在炉内的行程可适当延长）采取上述措施也必须结合熔制常数来综合考虑熔制温度；另外提高耐火材料的档次或类型，或降低配合料中硫酸盐等对耐火材料腐蚀较严重原料的含量，也可减少结石和条纹。再有根据各种燃料的燃烧特性及二次风预热程度的高低，选择一个合适的窑炉长宽比
13、，为玻璃的熔制创造一个好的环境是十分重要的。2-3 在高硼硅玻璃的熔制过程中，一般都要控制靠加料口附近的熔化温度，若温度过高，硼的氧化物挥发厉害，因为硼氧化物的挥发性在形成玻璃之前其挥发性要比形成玻璃后的挥发性大得多。这种原因的解决办法是适当加长预熔池，小炉喷枪往前移，从而让火焰的火根往前移，因为火焰的火根温度较低。另外是在熔化池增设耳池结构，在工作池及料道上增设表面溢料装置，将表面因硼的挥发而产生的变质层溢掉。3 窑炉工况制度不稳定玻璃熔窑在运行过程中，由于耐火材料受玻璃液的侵蚀，侵蚀物一般来说体积密度大于普通玻璃的体积密度，因而一般都富集在窑炉的底部，另外配合料在炉内熔制的过程中，因重度的
14、不均匀性，重度较大的氧化物一般在玻璃对流的过程中往下沉，富集在窑炉的底部，这些玻璃态物质与玻璃的平均成份有较大差异的，即使在相同的温度条件下，其粘度也与玻璃主体的粘度不一样，再加上窑内玻璃液的温度随着窑池深度增加而降低，(降低的幅度与玻璃的种类及透热性不一致而发生变化，也与窑炉保温状况不同而不同)，池底本身的温度就低，从而在玻璃窑内形成不动层或缓动层，当窑炉工况制度不稳定发生变化时，这层不动层或缓动层也会发生变化。3-1 窑炉炉温不稳定，时高时低，当温度升高时原池底的不动层（或缓动层）变动，由于成分及粘度上的差异，也可能形成条纹，此种条纹呈板块。在硼硅酸盐玻璃吹吹法生产的产品中特别明显。3-2
15、 由于出料量不稳定造成的条纹当出料量较大时，特别是玻璃液面有较大波动时，两侧池墙被腐蚀下来的高粘度熔融物向熔化池中间流动，较快的进入生产流，从而形成条纹；当出料量较大时,由于受玻璃自身粘滞性的影响,原池底流动较缓或不动层的流速变快或变动，从而形成条纹。其解决方法是：加强自动控制手段，周密安排生产,稳定炉温、稳定进出料量。(也包括稳定熔制气氛,稳定窑炉压力)四、耐火材料产生的条纹玻璃在熔制过程中，不可避免要与耐火材料接触，耐火材料与玻璃液接触会产生化学作用，被侵蚀下来的熔融物随玻璃液的自动对流进入玻璃，由于氧化锆、氧化铝等熔融物表面张力大，不易扩散开，因而形成条纹。根据前苏联在配合料中加入放射性
16、同位素研究玻璃窑炉中玻璃液流动得出的结论，由于温度差造成体积密差，密度大的往下沉，密度小的往上浮动。从而形成玻璃流的自然对流。减小温差让被侵蚀物流动慢，既有利于耐火材料的保护，也有利于熔融物的扩散。因此，我们设计的窑炉前23年池壁一般都不冷却（流液洞除外），到窑炉后期，池壁较薄了，冷却风能将内壁的熔融物冷却，使其附着在池壁上，流动较慢时才对池壁有冷却保护作用。并且也不一定要全面都冷却，哪个部位薄弱了就用小鼓风机冷却，为了不让被侵蚀下来的耐火材料熔融物污染玻璃。火焰空间的材料，若氧化铁含量较高，受炉气的影响，特别是燃煤炉，炉气中含大量的SO2及碱性氧化物蒸汽与氧化铁反应，形成硫化铁，从而降低熔点，形成碹滴，碹滴掉
