提高玻璃澄清質(zhì)量的途徑

    提高玻璃液澄清質(zhì)量始終是玻璃制造技術(shù)的永恒主題。影響玻璃澄清質(zhì)量的因素是多方面的，有物理方面的，化學(xué)方面的，以及物理化學(xué)方面的，而這三者之間還存在復(fù)雜的內(nèi)在聯(lián)系，使得解決澄清問題不能過于簡單化。為了確保玻璃液質(zhì)量，減少和避免生產(chǎn)中的質(zhì)量事故，企業(yè)應(yīng)該逐步建立一套切實(shí)可行的比較規(guī)范的生產(chǎn)作業(yè)管理制度，優(yōu)化生產(chǎn)工藝要素，才能生產(chǎn)出質(zhì)量好，成本低的玻璃產(chǎn)品。
    本文系統(tǒng)地回顧氣泡中氣體的來源，氣泡產(chǎn)生和消失機(jī)理，以及玻璃氣泡與原料和窯爐各生產(chǎn)要素之間的聯(lián)系，為清理玻璃氣泡，提高澄清質(zhì)量尋找可行的線索。
    1玻璃氣泡產(chǎn)生和消失機(jī)理
    研究玻璃氣泡，首先要分析氣泡中氣體的來源，氣體與玻璃液的相互作用，玻璃液物理化學(xué)性能對氣泡產(chǎn)生或消失過程產(chǎn)生的影響。
    玻璃氣泡中的氣體，通常來源于以下幾個(gè)方面:
    (1)原料顆粒間隙中的氣體以及原料表面吸附的氣體
    在配合料熔制初期，這類氣體就不斷揮發(fā)或蒸發(fā)，在上升過程中形成大氣泡上浮而逸出玻璃液，一般不會(huì)直接導(dǎo)致玻璃產(chǎn)品中出現(xiàn)可見氣泡。除非原料粒度控制不當(dāng)，配合料結(jié)團(tuán)沒有熔化充分，氣體無法排出。
    (2)鹽類分解放出的氣體
    配合料中存在大量的碳酸鹽，硫酸鹽和硝酸鹽，這些鹽類受熱分解，產(chǎn)生大量的微小氣泡，由于鹽類分解產(chǎn)生的氣體數(shù)量多，約占配合料重量的15一20%，與形成的玻璃液相比，體積大出許多倍，這些氣體的大量釋放和不斷移動(dòng)，促進(jìn)了熱交換效率的提高，加速了配合料的熔化，改善了玻璃成分的均勻性和溫度的均勻性，但是，這類氣體形成的氣泡得不到及時(shí)的清理將形成玻璃氣泡。
    (3)外界因素產(chǎn)生的氣體
    耐火材料中析出氣體，有害雜質(zhì)成分與玻璃液作用產(chǎn)生的氣體，這些氣體形成的玻璃氣泡在正常生產(chǎn)中消失時(shí)間長，消失難度大，但這種情況比較少見。
    玻璃液降溫太快或溫度發(fā)生大的波動(dòng)，或者由于種種原因，玻璃的氧化還原狀態(tài)發(fā)生大的波動(dòng)，這些因素綜合作用，使玻璃液中各種氣體的溶解度發(fā)生波動(dòng)，釋放出大量的微小的二次氣泡。這種氣泡的特征是直徑小而數(shù)量多。
    有時(shí)由于料方計(jì)算錯(cuò)誤或料方執(zhí)行過程中發(fā)生加料錯(cuò)誤，引起池窯內(nèi)玻璃成分大幅度波動(dòng)，玻璃中氣體的溶解度發(fā)生波動(dòng)，產(chǎn)生大量的玻璃氣泡。
    玻璃氣泡在澄清過程中的較終消失有兩種方式:一種是小氣泡不斷長大變成大氣泡，由于密度差異氣泡不斷上浮，較終逸出玻璃液而消失。另一種是微小氣泡，隨著溫度的降低，氣體在玻璃中的溶解度增加，由于表面張力作用，氣泡中存在幾種成分的氣體，由于氣泡直徑小，壓力高，氣體迅速被玻璃吸收，隨著直徑變小，氣泡壓力不斷升高，較終氣泡中的氣體全部溶入玻璃液中。小氣泡完全消失。
    2玻璃氣泡的影響要素
    2.1溫度
    玻璃溫度的高低，直接影響著玻璃液的粘度，表面張力，以及氣體在玻璃液中的溶解度。
    在玻璃熔窯內(nèi)，玻璃澄清過程是在熱點(diǎn)高溫區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的，大的氣泡不斷長大而上浮，小的氣泡不斷縮小而被玻璃液吸收。玻璃熱點(diǎn)的控制方法很多，在熔窯的縱向形成縱向溫度分布曲線，使玻璃液形成兩個(gè)大的循環(huán)對流，熔化率的大小，出料量的波動(dòng)，燃料的分布和燃燒火焰的籌備，玻璃氧化還原狀態(tài)等因素都會(huì)顯著地影響到熱點(diǎn)區(qū)域的溫度高低和溫度的穩(wěn)定。此外，鼓泡技術(shù)或電助熔技術(shù)的使用都能明顯改善玻璃的熱點(diǎn)狀態(tài)，促進(jìn)玻璃液的澄清。
    2.2時(shí)間
    玻璃中大氣泡的長大上浮消失過程以及玻璃液對小氣泡的吸收過程，都必須在特定的溫度范圍和特定的時(shí)間范圍內(nèi)才能完成。
    熔化過程中的一些因素，如熔化池玻璃液高層度，池底玻璃液溫度，熔化率，玻璃液對流情況，玻璃的氧化還原狀態(tài)，池底電助熔或池底鼓泡等因素，能明顯影響玻璃氣泡的消失過程。如果氣泡消失時(shí)間不夠，較終將殘留于玻璃液中形成玻璃氣泡。
    2.3玻璃的氧化還原狀態(tài)
    澄清劑的選用對玻璃氧化還原狀態(tài)影響非常大，澄清劑在1300℃以上促進(jìn)玻璃氣泡的消失過程。
    近年來隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，玻璃產(chǎn)品檔次的提高，開發(fā)出很多復(fù)合型澄清劑，由于作用和價(jià)格不同，企業(yè)對澄清劑的選擇多樣化。
    玻璃配合料COD值的日常檢驗(yàn)和控制，玻璃液中變價(jià)金屬價(jià)態(tài)的穩(wěn)定性控制，影響到池底溫度的高低以及玻璃的氧化還原狀態(tài)，較終影響到氣體在玻璃中的溶解度。
    3原料質(zhì)量的控制
    加強(qiáng)對配合料成分，水分，COD值，配合料均勻性的日常檢驗(yàn)和管理，是穩(wěn)定玻璃澄清質(zhì)量的有效途徑之一，一旦生產(chǎn)中出現(xiàn)問題，這項(xiàng)工作能及時(shí)找到產(chǎn)生問題的線索。
    加強(qiáng)對玻璃密度進(jìn)行日常的檢驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理，是生產(chǎn)過程控制的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)之一。玻璃密度數(shù)據(jù)中隱藏著許多技術(shù)信息。根據(jù)玻璃密度的生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)分析，玻璃的密度不僅與玻璃成分有關(guān)，而且與玻璃的熱歷史有關(guān)，窯爐的結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)規(guī)模，熔化率的大小等因素，都影響著玻璃產(chǎn)品的熱歷史。此外，澄清劑的種類和用量不同，在玻璃密度數(shù)據(jù)上也能反映出來。有人曾經(jīng)作過生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)分析，在相同的生產(chǎn)工藝條件下，采用鼓泡與不采用鼓泡兩種情況，在玻璃的密度值上能有所反映。由此可見，玻璃密度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果能直接指導(dǎo)生產(chǎn)工藝參數(shù)的調(diào)整。
    如果配合料中含有硫酸鹽，玻璃中鐵含量及價(jià)態(tài)的變化能直接影響SO3在玻璃中的溶解度，因此，對玻璃中氧化鐵及鐵價(jià)態(tài)的日常檢驗(yàn)與控制，對穩(wěn)定玻璃的澄清質(zhì)量有明顯的積較作用。
    加強(qiáng)原料粒度的控制。玻璃原料中除了原料成分，晶相結(jié)構(gòu)，水分和雜質(zhì)含量控制以外，原料顆粒的平均直徑和顆粒級配對配合料的均勻性，熔制速度和澄清速度有著直接影響。過粗的原料不利于熔化和混合均化，但過細(xì)的原料將提高原料成本，還會(huì)引起原料結(jié)團(tuán)，影響熔制和澄清，此外，粉料飛揚(yáng)揮發(fā)和粘附現(xiàn)象將直接導(dǎo)致玻璃成分的波動(dòng)以及成分均勻性的變化。
    加強(qiáng)原料氧化還原狀態(tài)的控制。玻璃原料主要采用礦物原料，少量采用化工原料，這些原料中含有一些雜質(zhì)成分，這些雜質(zhì)成分對玻璃液的氧化還原狀態(tài)，玻璃顏色，池底溫度，熔化速度和澄清速度產(chǎn)生直接影響。目前，有些企業(yè)開始正視這個(gè)問題，對各種原料進(jìn)行原料COD值測試和控制，把COD值與玻璃液的澄清質(zhì)量進(jìn)行相關(guān)性控制。
    對于某種玻璃產(chǎn)品，由于生產(chǎn)規(guī)模，窯爐結(jié)構(gòu)，以及熔制過程的不同，配合料在熔制過程的揮發(fā)，以及氧化物的價(jià)態(tài)會(huì)有所變化，原料的控制要求也有所變化。
    玻璃的氧化還原狀態(tài)對池底溫度和玻璃中氣體的溶解度的影響，這些因素都較終影響玻璃的澄清質(zhì)量。因此，有些企業(yè)開始重視加強(qiáng)對玻璃中變價(jià)氧化物的含量及價(jià)態(tài)變化數(shù)據(jù)的控制和管理。
    4窯爐熔制工藝參數(shù)的控制
    加強(qiáng)熱點(diǎn)的控制。強(qiáng)化縱向玻璃液循環(huán)對流，通常采取以下幾項(xiàng)工藝措施:一是控制爐內(nèi)的燃料分布和燃燒過程，控制窯爐縱向的溫度梯度，促進(jìn)循環(huán)對流。二是保證玻璃液有一定高層度，形成穩(wěn)定的循環(huán)對流。三是對于熔化面積不變的情況下提高出料量。四是在熱點(diǎn)位置采用鼓泡或電助熔，特出熱點(diǎn)位置的溫度。玻璃液縱向的循環(huán)對流能促進(jìn)玻璃成分和溫度的均化，提高熱交換效率，降低火焰空間的溫度。節(jié)約燃料消耗。
    加強(qiáng)燃料在窯爐內(nèi)的合理分布管理和燃燒過程的控制。燃料在窯內(nèi)的分布狀況和燃燒狀況，影響窯內(nèi)的溫度和溫度分布。如果燃料燃燒不充分，還原性的碳黑被玻璃吸收后將形成大量的微氣泡或褐色條紋。由于熔窯結(jié)構(gòu)和燃燒火焰的籌備方式不同，即使相同成分的玻璃，配合料中的氧化物的揮發(fā)飛散損失也不同。
    窯爐池底鼓泡在熔制工藝中起著特殊的作用。鼓泡點(diǎn)分布位置不同，所起的作用也不同。鼓泡點(diǎn)分布在熱點(diǎn)位置，可以起到特出熱點(diǎn)的作用。均勻分布在加料口和熱點(diǎn)之間，可以起到提高池底玻璃液溫度和均化作用，促進(jìn)配合料的熔化和玻璃液的澄清過程。在鼓泡方式上，有連續(xù)鼓泡和脈沖鼓泡兩種，顯然，后者所起的調(diào)節(jié)作用更合理，泡頻可控制在每分鐘5個(gè)至10個(gè)。鼓泡材料可以采用價(jià)格昂貴的鉑鍺合金，也可采用耐高溫和耐侵蝕的陶瓷材料。
    除了原料因素以外，玻璃成分和溫度的均勻性與窯爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，燃料在窯爐內(nèi)的分布方式和燃燒下況，料道的結(jié)構(gòu)和長度，熔制工藝管理水平是分不開的。這些因素較終反映在產(chǎn)品質(zhì)量，成本，以及成形效率上。
    5窯爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)
    眾所周知，玻璃熔窯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對熱交換效率，能源消耗以及玻璃液質(zhì)量影響很大，由于設(shè)計(jì)方案的不同，能耗消耗可以相差30%。熱交換效率的提高，不僅降低能源消耗，節(jié)約生產(chǎn)成本，而且還能促進(jìn)玻璃液形成合理的循環(huán)對流，提高玻璃液的澄清質(zhì)量。
    近年來，人們對玻璃熔制工藝有了更深的理解和認(rèn)識(shí)，環(huán)保意識(shí)在不斷增強(qiáng)。世界各國加強(qiáng)環(huán)保立法，限制玻璃窯爐煙氣中粉塵，NO-SO:和F:的排放量。為了達(dá)到這些環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，有些企業(yè)對傳統(tǒng)窯爐采用煙氣處理的方法，降低粉塵和有害成分的濃度，達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。有些企業(yè)采用新的藝技術(shù)，如改進(jìn)玻璃配方和玻璃成分，限制燃料中的硫含量，采用低NOx的燃燒技術(shù)，采用純氧燃燒技術(shù)，采用全電熔技術(shù)或電助熔技術(shù)等，采用這些先進(jìn)的工藝方法在一定程度上推動(dòng)了玻璃技術(shù)的提高。
    近年來，國外出現(xiàn)一種新型的池爐結(jié)構(gòu)，將熔制過程和澄清過程分隔開來，配合料進(jìn)入冷頂全電熔池爐中熔化，配合料熔融成玻璃后進(jìn)入火焰熔窯進(jìn)行高溫澄清均化，把全電熔窯和火焰窯的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起。這種窯型使配合料避免與火焰接觸，粉塵和揮發(fā)成分減少，格子體堵塞減輕，熔制過程和澄清過程相互影響減小到較小程度。
     玻璃纖維池窯上，先進(jìn)的池底電助熔技術(shù)和各種池底鼓泡技術(shù)的應(yīng)用，先進(jìn)的燃燒技術(shù)的應(yīng)用，無硼無氟玻璃配方的應(yīng)用，這些技術(shù)都直接或間接地提高了玻璃液成分的穩(wěn)定性和均勻性，推動(dòng)玻璃液質(zhì)w+的提高。
    玻璃液溫度的均勻性與料道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及溫度調(diào)節(jié)方式是分不開的。為了把澄清的玻璃液均勻地降低到所需的成形L:藝溫度，上部空間采用燃?xì)忸A(yù)混燃燒調(diào)一溫度，使玻璃液溫度均勻性達(dá)到較佳狀態(tài)，料道K度通常在s米以上。目前，很多玻璃纖維料道，玻璃棉料道，玻璃管料道，以及一些玻璃制品料道均采用這種溫度調(diào)節(jié)方式。

    綜上所述，提高玻璃液澄清質(zhì)量途徑是多方面的。原料和配合料的質(zhì)量控制，窯爐熔制工藝參數(shù)的控制，窯爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)以及燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)，對這些方面加強(qiáng)探索和總結(jié)，推動(dòng)玻璃制造成本的降低和產(chǎn)品質(zhì)量的提高。