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1、第三章第三章玻璃生产工艺玻璃生产工艺硅酸盐工艺学硅酸盐工艺学2021/5/211玻璃制备的一般工艺流程玻璃制备的一般工艺流程原料加工原料加工配料配料配合料制备配合料制备熔制熔制成型成型退火退火检验检验玻璃深加工玻璃深加工工艺过程工艺过程2021/5/2122021/5/213第一节第一节玻璃原料玻璃原料一、常见氧化物按作用分类：一、常见氧化物按作用分类：硅酸盐工艺学硅酸盐工艺学2021/5/214二、原料的选择二、原料的选择1.原料的质量要符合要求，且成分稳定；原料的质量要符合要求，且成分稳定；包包括括原原料料的的化化学学、矿矿物物、颗颗粒粒组组成成符符合合要要求求；原原料料的纯度；化学成分、
2、水分要求稳定。的纯度；化学成分、水分要求稳定。2.原料要易于加工处理；原料要易于加工处理；3.成本低、能大量供应；成本低、能大量供应；4.少用质量过轻以及对人体有害的原料；少用质量过轻以及对人体有害的原料；5.对耐火材料的侵蚀要小。对耐火材料的侵蚀要小。硅酸盐工艺学硅酸盐工艺学2021/5/215第二节第二节原原料料主要原料：主要成分主要原料：主要成分SiO2Na2OCaOAl2O3MgO辅助原料：使玻璃获得某种必要性质、或加速玻辅助原料：使玻璃获得某种必要性质、或加速玻璃熔制过程而引入的原料。璃熔制过程而引入的原料。2021/5/216一、引入一、引入SiO2的原料的原料硅硅酸酸盐盐玻玻璃璃
3、的的主主要要成成分分，构构成成玻玻璃璃结结构构网网络络骨骨架架，赋赋予予玻玻璃璃优优良良的的性性质质。如如好好的的化化学学稳稳定定性性、机机械械强强度度、硬硬度度、增增加加透透明明性性。但但过过多多，玻玻璃璃熔熔融融粘粘度度大大，熔熔制制温温度度高高，不不利利于于生生产产。一一般般工工业业玻玻璃璃中中SiO2占占6075%，钠钙硅玻璃，钠钙硅玻璃70%，光学玻璃，光学玻璃4080%。主要原料：硅砂（石英砂）、砂岩主要原料：硅砂（石英砂）、砂岩硅酸盐工艺学硅酸盐工艺学2021/5/217二、引入二、引入Al2O3原料原料少少量量的的Al2O3可可以以降降低低析析晶晶倾倾向向，提提高高化化学学稳稳
4、定定性性、热热稳稳定定性性、机机械械强强度度。量量多多引引起起玻玻璃璃粘粘度度增增大大，一一般般用量用量810%。主要原料：长石、高岭土主要原料：长石、高岭土硅酸盐工艺学硅酸盐工艺学2021/5/218三、引入三、引入Na2O的原料的原料助助熔熔剂剂，降降低低玻玻璃璃粘粘度度、化化学学稳稳定定性性、热热稳稳定定性性、机械强度。一般用量机械强度。一般用量16%。主要原料：纯碱（主要原料：纯碱（Na2CO3）、）、芒硝（芒硝（Na2SO4）硅酸盐工艺学硅酸盐工艺学2021/5/219四、引入四、引入CaO的原料的原料CaO：增增加加玻玻璃璃的的化化学学稳稳定定性性、机机械械强强度度和和电电绝绝缘缘
5、性性。但但是是析析晶晶性性强强，且且硬硬化化速速度度快快，使使成成形形温温度度范范围围变窄。平板玻璃中变窄。平板玻璃中CaO含量含量10%。主要原料：石灰石、方解石等主要原料：石灰石、方解石等硅酸盐工艺学硅酸盐工艺学2021/5/2110五、引入五、引入MgO的原料的原料MgO:提提高高玻玻璃璃的的化化学学稳稳定定性性、热热稳稳定定性性和和机机械械强强度度用用MgO取取代代部部分分的的CaO，能能改改善善玻玻璃璃的的成成形形性性能能，降降低析晶倾向；平板玻璃，瓶罐玻璃中一般用量低析晶倾向；平板玻璃，瓶罐玻璃中一般用量34%主要原料：白云石、菱镁矿主要原料：白云石、菱镁矿硅酸盐工艺学硅酸盐工艺学
6、2021/5/2111六、澄清剂六、澄清剂 高高温温放放出出气气体体，或或能能降降低低玻玻璃璃液液粘粘度度以以促促进进排排除除气泡的物质。气泡的物质。硅酸盐工艺学硅酸盐工艺学1.硫酸盐：硫酸盐：Na2SO4、BaSO4、CaSO4Na2SO4比较普遍，在钠钙硅玻璃如平板、瓶罐玻璃比较普遍，在钠钙硅玻璃如平板、瓶罐玻璃中，用量为配合料的中，用量为配合料的11.5%，日用玻璃采用，日用玻璃采用BaSO4，用量用量0.5%，低碱或无碱的玻璃用，低碱或无碱的玻璃用CaSO4，用量用量0.5%。2021/5/21122.氧化砷（氧化砷（As2O3）氧化锑（氧化锑（Sb2O3）与与NaNO3或或NH3NO
7、3等共用。低温时，吸收硝酸等共用。低温时，吸收硝酸盐放出的氧，高温分解放出氧气而起澄清作用。盐放出的氧，高温分解放出氧气而起澄清作用。As2O3+O2As2O5As2O3用量用量0.20.6%，硝酸盐，硝酸盐1.55%。有毒，。有毒，改用改用Sb2O3，作用一样。作用一样。硅酸盐工艺学硅酸盐工艺学2021/5/21133.硝酸盐硝酸盐Ba(NO3)、NaNO3Ba(NO3)比比NaNO3分解温度高，澄清效果好，常分解温度高，澄清效果好，常用于钡质光学玻璃用于钡质光学玻璃4.氟化物（降低熔体粘度），氟化物（降低熔体粘度），氯化物（高温气化挥发）氯化物（高温气化挥发）2021/5/2114七、着色
8、剂七、着色剂玻玻璃璃的的颜颜色色取取决决于于可可见见光光线线内内的的选选择择吸吸收收。被被吸吸收收光光的的颜颜色与观察到的颜色互称补色。色与观察到的颜色互称补色。1.离离子子着着色色剂剂：离离子子或或分分子子状状态态存存在在于于玻玻璃璃中中，离离子子或或分分子子对对光光线线有有选选择择性性吸吸收收的的作作用用。如如Mn化化合合物物呈呈紫紫色色（35%），CoO呈天蓝色（呈天蓝色（0.0010.01%）镍紫（）镍紫（0.0030.03%）2.胶胶体体着着色色剂剂：原原子子或或分分子子以以胶胶粒粒（1100m）存存在在于于玻玻璃璃中中。胶胶粒粒性性质质、大大小小、浓浓度度对对着着色色有有影影响响。
9、有有金金(红红）、银银（黄）、铜（红）、锑等。（黄）、铜（红）、锑等。3.化合物着色剂：化合物着色剂：硫化镉（黄色）、硒化镉（红）硫化镉（黄色）、硒化镉（红）硅酸盐工艺学硅酸盐工艺学2021/5/2115八、脱色剂八、脱色剂无无色色玻玻璃璃有有良良好好的的透透明明性性。过过渡渡金金属属离离子子使使玻玻璃璃着着色色。脱脱色色的的实实质质就就是是消消除除或或减减弱弱铁铁氧氧化化物物等等的的着着色色作作用。用。硅酸盐工艺学硅酸盐工艺学1.物理脱色：物理脱色：中和，使玻璃变白或灰色，利用颜色的中和，使玻璃变白或灰色，利用颜色的互补关系，有害杂质呈黄、黄绿色由兰、紫色与其互互补关系，有害杂质呈黄、黄绿色
10、由兰、紫色与其互补，所以，常用的物理脱色剂有：硒、氧化亚钴、氧补，所以，常用的物理脱色剂有：硒、氧化亚钴、氧化亚镍、氧化锰、氧化钕化亚镍、氧化锰、氧化钕2021/5/21162.化学脱色：化学脱色：通过化学反应使着色氧化物着色程度通过化学反应使着色氧化物着色程度减弱以提高透光度。减弱以提高透光度。 Fe2+着色能力大于着色能力大于Fe3+，所以熔制时保持氧化气氛，所以熔制时保持氧化气氛，再加入氧化剂如再加入氧化剂如NaNO3、 As2O5等，效果较好。等，效果较好。 低温时，硝酸盐放出氧，低温时，硝酸盐放出氧，As2O3吸收变成吸收变成As2O5， 高温时，高温时，As2O54FeOAs2O3
11、+2Fe2O32021/5/2117九、氧化剂和还原剂九、氧化剂和还原剂玻玻璃璃熔熔制制时时能能分分解解放放出出氧氧的的物物质质成成为为氧氧化化剂剂；反之，成为还原剂。反之，成为还原剂。氧氧化化剂剂的的原原料料有有：硝硝酸酸盐盐、As2O5、氧氧化化铈铈等等。还还原原剂剂的的原原料料有有：煤煤粉粉、木木屑屑、焦焦炭炭、氧氧化化锡锡、铝铝粉等。粉等。硅酸盐工艺学硅酸盐工艺学2021/5/2118十、乳浊剂十、乳浊剂:使玻璃产生乳白不透明的原料。使玻璃产生乳白不透明的原料。机理：机理：玻璃中析出的晶体、气体或分散粒子与基础玻璃中析出的晶体、气体或分散粒子与基础玻璃间出现折射率差，引起光线散色而产生
12、乳浊效果玻璃间出现折射率差，引起光线散色而产生乳浊效果2021/5/2119不溶或难溶的化合物：不溶或难溶的化合物：以细粒状态悬浮于玻璃中，如以细粒状态悬浮于玻璃中，如SnO2、ZrO2、Sb2O3；析出式乳浊剂：析出式乳浊剂：玻璃液冷却时析出微晶（玻璃液冷却时析出微晶（0.110m）如如ZrO2、TiO2、SiO2；胶体乳浊剂：胶体乳浊剂：碳、硫、磷、氟等以胶体状态存在，使玻璃乳浊。碳、硫、磷、氟等以胶体状态存在，使玻璃乳浊。微小液滴：微小液滴：根据折射率的不同，使玻璃产生乳浊效果根据折射率的不同，使玻璃产生乳浊效果玻璃工业中常用的乳浊剂有：氟化物、磷酸盐、锆玻璃工业中常用的乳浊剂有：氟化物
13、、磷酸盐、锆化合物、砷化合物、锡化合物、氧化锑等。化合物、砷化合物、锡化合物、氧化锑等。2021/5/2120一一、作作用用：将将大大块块原原料料破破粉粉碎碎、过过筛筛使使之之成成为为一一定定大大小小的的颗颗粒，提高熔化速度和玻璃液的均匀度。粒，提高熔化速度和玻璃液的均匀度。根根据据原原料料性性质质、加加工工处处理理的的数数量量选选择择适适当当的的机机械械设设备备，尽尽量量实现自动化、技术先进可靠、经济合理、流程顺畅。实现自动化、技术先进可靠、经济合理、流程顺畅。二二、工工艺艺流流程程：有有单单系系统统、多多系系统统和和混混合合系系统统三三种种。多多采采用用混混合合系系统统，用用量量较较多多的
14、的原原料料单单独独采采用用一一个个原原料料加加工工处处理理系系统统，用量小、性质相近的原料共用一个系统。用量小、性质相近的原料共用一个系统。硅酸盐工艺学硅酸盐工艺学第三节第三节原料的加工原料的加工2021/5/2121举举 例例硅砂：硅砂由汽车运输进厂砂库码垛。由翻斗车装运硅砂：硅砂由汽车运输进厂砂库码垛。由翻斗车装运到原料车间硅砂仓，经担升机提升，平面摇筛筛分，到原料车间硅砂仓，经担升机提升，平面摇筛筛分，合格硅砂入称量排库仓。合格硅砂入称量排库仓。硅石：采用硅石：采用1台鄂式破碎机粗碎，台鄂式破碎机粗碎，1台圆锥破碎机中台圆锥破碎机中碎，碎，3台对辊破碎机细碎，台对辊破碎机细碎，3台斗式提
15、升机输送，台斗式提升机输送，2台台六角筛筛分，合格粉料进入称量排库仓。六角筛筛分，合格粉料进入称量排库仓。2021/5/2122白云石：采用白云石：采用1台鄂式破碎机，台鄂式破碎机，2台对辊破碎机破碎，台对辊破碎机破碎，3台斗式提升机提升输送，台斗式提升机提升输送，2台六角筛筛分。合格粉台六角筛筛分。合格粉料进入称量排库仓。料进入称量排库仓。纯碱：采用纯碱：采用1台笼型碾和台笼型碾和1台六角筛破碎筛分，用半台六角筛破碎筛分，用半式提升机输送。合格粉料进入称量排库仓。式提升机输送。合格粉料进入称量排库仓。芒硝：采用芒硝：采用1台双齿辊破碎机，台双齿辊破碎机，1台六角筛加工，斗台六角筛加工，斗式提
16、升机输送。合格粉料进入称量排库仓。式提升机输送。合格粉料进入称量排库仓。2021/5/2123三、玻璃组成的设计和确定（补充）三、玻璃组成的设计和确定（补充）1.列出所设计玻璃的性能要求；列出所设计玻璃的性能要求；2.参考相关相图和玻璃形成图，拟出玻璃组成；参考相关相图和玻璃形成图，拟出玻璃组成；3.试验、测试、调整、确定组成。试验、测试、调整、确定组成。2021/5/2124基本要求：熔化良好、均匀，尽可能避免各种玻璃缺陷；满足基本要求：熔化良好、均匀，尽可能避免各种玻璃缺陷；满足成形要求；具有一定的化学稳定性，避免与盛装物发生作用；制成形要求；具有一定的化学稳定性，避免与盛装物发生作用；制
17、品有一定的热稳定性和一定的机械强度。品有一定的热稳定性和一定的机械强度。组成：采用组成：采用NaOCaOSiO为基础，引入适量的为基础，引入适量的AlO，MgO改善玻璃的析晶倾向、增强化学稳定性、机械强度和改善改善玻璃的析晶倾向、增强化学稳定性、机械强度和改善成形性质。医用玻璃和化工用瓶采用硼硅酸盐玻璃。成形性质。医用玻璃和化工用瓶采用硼硅酸盐玻璃。（一）瓶罐玻璃（一）瓶罐玻璃2021/5/2125绿色啤酒瓶其组成：绿色啤酒瓶其组成：SiO268.0Al2O33.6CaO8.5MgO2.3Na2OK2O1.57BaO1.0Cr2O30.07MnO0.09Fe2O30.51汽水瓶：汽水瓶：SiO
18、265.0Al2O38.0CaO11.0MgO1.0Na2OK2O1.57BaO0.3Cr2O30.07MnO0.09Fe2O30.50（一）瓶罐玻璃（一）瓶罐玻璃2021/5/2126（二）器皿玻璃（二）器皿玻璃性性能能要要求求：高高的的透透明明度度、白白度度或或鲜鲜艳艳的的颜颜色色、具具有有一一定的热稳定性、化学稳定性和机械强度。定的热稳定性、化学稳定性和机械强度。组组成成：派派来来克克斯斯玻玻璃璃NaOBaOSiO系系统统或或铅铅硅硅酸盐无碱玻璃酸盐无碱玻璃2021/5/2127（二）器皿玻璃（二）器皿玻璃中国吹制杯的组成中国吹制杯的组成SiO274.3Al2O31.4B2O30.3Ca
19、O6.5MgO1.4Na2O15.3ZnO0.6机制高脚酒杯机制高脚酒杯SiO22.21Al2O31.7BaO3.77CaO6.6Na2O14.99K2O1.35中铅晶质玻璃中铅晶质玻璃SiO258.40PbO25.3CaO6.6Na2O2.41K2O14.052021/5/2128（三）平板玻璃（三）平板玻璃要要求求：易易于于熔熔化化和和澄澄清清、制制品品有有良良好好的的化化学学稳稳定定性性、成形温度范围析晶倾向小、玻璃料性短。成形温度范围析晶倾向小、玻璃料性短。组成：组成：如浮法玻璃：如浮法玻璃：SiO27272.2Al2O31.31.5Na2OK2O13.414.6CaO8.28.9Mg
20、O2.94.0Fe2O30.172021/5/2129四、配合料的计算（补充）四、配合料的计算（补充）根据玻璃的重量百分比及原料的化学成分，计算熔化根据玻璃的重量百分比及原料的化学成分，计算熔化1000Kg玻璃所需的各种原料用量。注意：各组成氧化物挥玻璃所需的各种原料用量。注意：各组成氧化物挥发损失、飞扬损失及溶入耐火材料对成分的改变，在计算发损失、飞扬损失及溶入耐火材料对成分的改变，在计算时对某些组分作适当的增减以保证设计成分。时对某些组分作适当的增减以保证设计成分。2021/5/2130（一）配合料计算中的几个工艺参数（一）配合料计算中的几个工艺参数1.纯碱挥散率纯碱挥散率：挥发、飞散量与
21、总量的比值，一般：挥发、飞散量与总量的比值，一般0.23.5%2.芒芒硝硝含含率率：芒芒硝硝引引入入的的Na2O与与芒芒硝硝和和纯纯碱碱引引入入的的Na2O重重量量之比，一般之比，一般58%。3.煤煤粉粉含含量量：煤煤粉粉引引入入的的固固定定C与与芒芒硝硝引引入入的的Na2SO4之之比比，煤煤粉的理论含率为粉的理论含率为4.2%，生产上一般控制在，生产上一般控制在35%.4.萤萤石石含含率率：由由萤萤石石引引入入的的CaF2量量与与原原料料重重量量之之比比，一一般般1826%。2021/5/2131（二）计算实例（二）计算实例已知：已知：1.玻璃的设计成分玻璃的设计成分SiO2Al2O3Fe2
22、O3CaOMgONa2OSO3总计总计72.42.10.26.44.214.50.21002021/5/21322.各种原料的化学成分（各种原料的化学成分（%） 煤粉煤粉含含C84.11%原料原料含水率含水率SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2ONa2SO4CaF2硅砂硅砂砂岩砂岩菱镁矿菱镁矿白云石白云石纯碱纯碱芒硝芒硝萤石萤石4.51.00.31.84.289.7098.761.730.691.1024.625.120.560.290.150.292.080.340.100.420.130.120.430.440.140.7131.570.5051.560.160.0246.292
23、0.470.373.660.1957.9441.4795.0370.282021/5/21333.配料的工艺参数与数据配料的工艺参数与数据纯碱挥散率纯碱挥散率3.10%玻璃获得率玻璃获得率82.5%碎玻璃掺入率碎玻璃掺入率20%萤石含量萤石含量0.85%芒硝含量芒硝含量15%计算基础计算基础100kg玻璃液玻璃液煤粉含量煤粉含量4.7%计算精度计算精度0.012021/5/2134第四节第四节配合料的制备配合料的制备一、质量要求：一、质量要求：1.具有正确性和稳定性；具有正确性和稳定性；2.有一定的颗粒组成（防止分层现象）；有一定的颗粒组成（防止分层现象）；3.具有一定水分；具有一定水分；4.
24、具有一定气体率；具有一定气体率；气体率气体率=逸出气体量配合料总量逸出气体量配合料总量100%钠钙硅酸盐玻璃，气体率为钠钙硅酸盐玻璃，气体率为1520%。5.混合均匀。混合均匀。6.加入一定量的碎玻璃。一般在加入一定量的碎玻璃。一般在1826%硅酸盐工艺学硅酸盐工艺学2021/5/2135二、配合料的称量二、配合料的称量按配合料计算计算结果确定配料单，进行原料的称量。按配合料计算计算结果确定配料单，进行原料的称量。称量设备：称量设备：电子称：特点是快速准确电子称：特点是快速准确精度：精度：1/1000配合料称量混合生产系统使用减量法计算机在线控制全自动生配合料称量混合生产系统使用减量法计算机在
25、线控制全自动生产线产线 2021/5/2136三、配合料的混合三、配合料的混合1.混合设备的结构和性能；混合设备的结构和性能；2.加加料料顺顺序序；先先加加石石英英，同同时时加加水水进进行行混混合合，再再加纯碱、长石、石灰石、白云石。加纯碱、长石、石灰石、白云石。3.加加水水量量及及方方式式；配配合合料料细细，加加水水量量多多；水水应应加加在石英原料的表面而不能直接加在配合料中。在石英原料的表面而不能直接加在配合料中。4.原料的物性原料的物性(比重、颗粒组成、表面性质等比重、颗粒组成、表面性质等)。硅酸盐工艺学硅酸盐工艺学2021/5/21371.名词解释：名词解释： 澄清剂、物理脱色、化学脱色、乳浊剂澄清剂、物理脱色、化学脱色、乳浊剂2.简述配合料的质量要求。简述配合料的质量要求。2021/5/2138
