浮法玻璃熔制技術(shù)

1、 浮法玻璃熔制技術(shù)1、浮法玻璃熔制技術(shù)工藝流程浮法玻璃的熔制過程是將合格的配合料經(jīng)過高溫加熱形成均勻、純潔、透明并符合成型要求的玻璃液的過程，是浮法玻璃制造過程中的主要過程之一。熔制速度和熔制的合理性對玻璃的產(chǎn)量、質(zhì)量、合格率、生產(chǎn)本錢、燃料消耗和池窯壽命等影響很大。 浮法玻璃熔制技術(shù)工藝流程示意圖：2、玻璃熔制工藝原理 浮法玻璃的熔制過程是一個很復(fù)雜的過程，包括一系列的物理、化學(xué)、物理化學(xué)反響，而這些反響的進行與玻璃的產(chǎn)量和質(zhì)量有密切關(guān)系。各種不同配合料在熔制過程中發(fā)生的反響見下表：各種不同配合料在熔制過程中發(fā)生的反響物理反響化學(xué)反響物理化學(xué)反響配合料加熱配合料脫水各個組分的熔化晶相轉(zhuǎn)化個別

2、組分的揮發(fā)固相反響碳酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽分解水化合物的分解化學(xué)結(jié)合水的分解硅酸鹽的形成與相互作用共熔體的形成固態(tài)的溶解與液態(tài)間互溶玻璃液、爐氣、氣泡間的相互作用玻璃液與耐火材料間的作用根據(jù)熔制過程中的不同特點，從加熱配合料到最終成為符合成型要求玻璃液的過程，可分為五個階段，即硅酸鹽形成階段、玻璃液形成階段、玻璃液澄清階段、玻璃液均化階段和玻璃液冷卻階段。直觀地，也可分為配合料堆的反響燒結(jié)階段；硅酸鹽形成及其熔化物熔化階段，主要是剩余石英砂溶解于已形成的硅酸鹽中；澄清消除氣泡階段，主要是降低各種氣體在玻璃液中的過飽和程度；逐漸冷卻至成型溫度階段。1硅酸鹽形成階段 配合料入窯后，在8001000溫

3、度范圍發(fā)生一系列物理的、化學(xué)的和物理-化學(xué)的反響，如粉料受熱、水分蒸發(fā)、鹽類分解、多晶轉(zhuǎn)變、組分熔化以及石英砂與其他組分之間進行的固相反響。這個階段結(jié)束時，大局部氣態(tài)產(chǎn)物從配合料中逸出,配合料最后變成由硅酸鹽和二氧化硅組成的不透明燒結(jié)物。硅酸鹽形成速度取決于配合料性質(zhì)和加料方式。 2玻璃形成階段 當溫度升到1200 時，燒結(jié)物中的低共熔物開始熔化，出現(xiàn)了一些熔融體，同時硅酸鹽與未反響的石英砂粒反響，相互熔解。伴隨著溫度的繼續(xù)升高，硅酸鹽和石英砂粒完全熔解于熔融體中，成為含大量可見氣泡、條紋、在溫度上和化學(xué)成分上不夠均勻的透明的玻璃液。在浮法玻璃生產(chǎn)過程中，硅酸鹽形成階段與玻璃形成階段之間沒有明

4、顯的界限，即在硅酸鹽階段尚未結(jié)束時，玻璃液形成階段已經(jīng)開始，并且硅酸鹽形成進行得極為迅速，而玻璃液形成卻很緩慢。這是由于在實際生產(chǎn)中，配合料被直接投入到1300 左右的投料池中,硅酸鹽形成極快約35min ，而玻璃液的形成必須等待石英砂粒的完全熔解。因此要劃分這兩個階段很困難，所以生產(chǎn)上把這兩個階段視作一個階段，稱為配合料熔化階段。3玻璃液澄清階段 隨著溫度繼續(xù)升高，到達14001500時，玻璃液的粘度約為10Pas ，玻璃液在形成階段存在的可見氣泡和溶解氣體，由于溫度升高，體積增大，玻璃液粘度降低而大量逸出，直到氣泡全部排出。 4玻璃液均化階段 當玻璃液長時間處于高溫下，由于對流、擴散、溶解

5、等作用，玻璃液中的條紋逐漸消除，化學(xué)組成和溫度逐漸趨向均一。此階段結(jié)束時的溫度略低于澄清溫度。玻璃液的均化過程早在玻璃液形成階段時已開始，然而主要的還是在澄清后期進行。它與澄清過程混在一起，沒有明顯的界限，可以看作一面澄清，一面均化，且澄清加速了均化的進程，均化的結(jié)束在澄清之后，并一直延續(xù)到冷卻階段。此外，攪拌是提高均勻性的一個很好的方法。 5玻璃液冷卻階段 將澄清和均化了的玻璃液均勻降溫，使玻璃液具有成型所需的粘度。在冷卻階段應(yīng)不破壞玻璃液的質(zhì)量。浮法玻璃冷卻階段結(jié)束的溫度在1100 1050左右。配合料化學(xué)組成。它對玻璃熔制速度有決定性影響，配合料化學(xué)組成不同所需熔化溫度就不相同，配合料中

6、堿金屬氧化物等氧化物的總量對SiO2和Al2O3總量比值越高，那么配合料越容易熔化。 原料性質(zhì)。原料性質(zhì)及其種類選擇對熔制影響很大，如石英砂顆粒大小、形狀及所含雜質(zhì)的難熔性；配合料氣體含率，所含氣體的化學(xué)組成；為引入同一氧化物而到達最有利于熔制的礦物及化工原料的合理選擇等，都影響玻璃熔制速度和熔化質(zhì)量。配合料的調(diào)制，包括配合料的均勻性、含水量、碎玻璃用量的控制等。其中，配合料的均勻性是一項主要的工藝指標，是否混合均勻?qū)ΣＡз|(zhì)量和熔制速度有極大關(guān)系，因此，應(yīng)盡可能地將配合料混合均勻，并注意在輸送和儲存過程中不受到較大振動，以免引起分層現(xiàn)象。 加料方式。加料方式的不同會影響熔化速度、熔化區(qū)的溫度、

7、液面狀態(tài)和液面高度的穩(wěn)定，從而影響玻璃產(chǎn)量和質(zhì)量。3、影響浮法玻璃熔制的因素 熔制的溫度制度。熔制溫度決定玻璃的熔化速度，溫度越高，硅酸鹽生成反響越劇烈，配合料顆粒熔解越快，玻璃液形成速度也越快。提高熔化溫度是強化玻璃熔制、增加熔窯生產(chǎn)能力的有效措施，在條件允許的情況下應(yīng)盡可能提高熔化溫度，以強化熔制過程。窯內(nèi)壓力、氣氛、玻璃液面以及泡界線是否穩(wěn)定。熔窯耐火材料、加熱燃料的種類及質(zhì)量。窯爐結(jié)構(gòu)及攪拌器等輔助設(shè)施的應(yīng)用。 熔窯的自動化程度等。4、浮法玻璃的形成1玻璃形成過程 在玻璃形成階段，配合料的熔化過程中，由于石英砂粒的溶解和擴散速度比各種硅酸鹽的溶解和擴散速度慢得多，所以玻璃形成過程的速度

8、實際上取決于石英砂粒的溶解和擴散速度。2玻璃液的澄清 由于配合料的分解、局部組分的揮發(fā)、氧化物的氧化復(fù)原反響、玻璃與耐火材料的相互作用等原因而析出大量氣體，其中大局部氣體將逸散于空間，剩余氣體的大局部將溶解于玻璃液中，而少局部那么以氣泡的形式存在于玻璃液中。玻璃的澄清過程就是消除玻璃液中氣泡的過程。值得指出的是，玻璃澄清的排泡與去氣是兩個不同的概念，前者是排除玻璃液中的可見氣泡，后者那么是要全部排除玻璃液中的氣體，包括化學(xué)結(jié)合的氣體。 玻璃中氣體的存在形式 存在于玻璃液中的氣體主要有三種狀態(tài)，即可見氣泡、溶解的氣體、化學(xué)結(jié)合的氣體。此外，還有吸附在玻璃熔體外表上的氣體。常見的氣體有CO2、SO

9、2、SO3、N2、O2、H2O、H2等氣體，N2以物理狀態(tài)存在于玻璃中，其他氣體大局部以化學(xué)結(jié)合狀態(tài)存在。 a.碳酸鹽分解產(chǎn)物和燃燒產(chǎn)物CO2 它在玻璃熔液中的溶解度，取決于能生成比擬穩(wěn)定的碳酸鹽的含量，如果堿性氧化物濃度增加，玻璃液吸收CO2的能力也隨之增大。而CO2的物理溶解卻隨溫度的升高、過飽和程度的增加而降低。 b.硫酸鹽分解產(chǎn)物和燃燒產(chǎn)物SO2 它能與配合料、玻璃液相互作用形成硫酸鹽或再次分解為SO2或SO3。澄清劑芒硝在高溫下受熱分解放出SO2和O2或SO3。隨著玻璃中含堿量的增加，玻璃液中的SO2再次與一價、二價金屬氧化物生成硫酸鹽而增多。 c. O2 O2在玻璃中的溶解度是微小

10、的。只有當玻璃液中存在變價氧化物時，因在低溫時變價氧化物吸收O2由低價轉(zhuǎn)變?yōu)楦邇r，使其溶解度增加，而在高溫時高價氧化物分解放出O2變?yōu)榈蛢r氧化物，其溶解度又降低。這也是變價氧化物能成為玻璃澄清劑的原因。 澄清過程中氣體間的轉(zhuǎn)化與平衡 玻璃的澄清過程，就是如何利用玻璃液中溶解的氣體、氣泡中的氣體以及爐氣三者的平衡關(guān)系，即氣泡中包含多種氣體，其分壓各不相同，但應(yīng)與各自在玻璃液中的氣體分壓、窯氣中的氣體分壓相同，彼此到達一個動態(tài)平衡。并且氣體總是由分壓高的相進入分壓低的相。氣體間的轉(zhuǎn)化與平衡除了與上述氣體的分壓有關(guān)系，還與氣泡中所含的氣體種類有密切的關(guān)系。根據(jù)道爾頓分壓定律，當一種A氣體進入到有B氣

11、體的氣泡中時，氣泡的總壓將增加，B氣體的分壓卻減小，原有的平衡被打破，就將會從周圍玻璃液中吸收B氣體，直到兩相中B氣體的分壓相等為止。這就是澄清劑的作用機理。 氣體在玻璃中的溶解度與溫度有關(guān)，溫度越高，氣體的溶解度越小。 影響玻璃澄清的因素 a.配合料中的氣體率 氣體率過大，那么熔制時泡沫多，延長了澄清時間，而且氣泡難以消除；氣體率過小，那么玻璃液難以形成強烈的翻滾，氣泡也難以消除。 b.澄清溫度 澄清溫度的過低或過高，澄清時間的缺乏或過長，都不利于澄清。一般澄清溫度比熔化溫度要高一些，但溫度過高，也會帶來相反的結(jié)果，主要由于玻璃液在高溫時粘度降低，容易滲透到耐火材料的微小孔道里，將其中所含氣

12、體排出，使玻璃液中容易產(chǎn)生微小氣泡，此外也會加劇玻璃液對耐火材料的侵蝕，使耐火材料中的Al2O3溶于玻璃液中，局部增加了玻璃液的粘度，不利于澄清 c.窯壓 窯內(nèi)氣體組成或壓力保持穩(wěn)定是很重要的，否那么會破壞已建立的平衡狀態(tài)，不利于玻璃液的澄清。窯內(nèi)必須保持微正壓，正壓過大，不利于氣體的排除。溫度升高，粘度降低，有利于氣泡的排除，但要考慮到耐火材料的使用壽命。加速澄清的措施 延長澄清時間、提高澄清溫度、玻璃液沸騰攪拌、鼓泡、加澄清劑等。在配合料中引入適量的澄清劑是一種最常見的方法。3玻璃液的均化玻璃液的均化目的是要到達化學(xué)均一性和熱均一性。當玻璃液存在化學(xué)不均時，就是主體玻璃與不均體兩者的性質(zhì)不

13、同，這將對玻璃制品產(chǎn)生不利影響，如因膨脹系數(shù)不同將會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)應(yīng)力；光學(xué)性質(zhì)不同將會產(chǎn)生光畸變；粘度和外表張力不同將會產(chǎn)生波筋、條紋等缺陷；化學(xué)成分不同還可能產(chǎn)生析晶、析泡等傾向等。由此可知，不均勻的玻璃液對浮法玻璃制品的產(chǎn)量和質(zhì)量將有重大的影響。 玻璃液的均勻性與配合料的均勻性、熔制作業(yè)的穩(wěn)定性及耐火材料的質(zhì)量等有關(guān)。玻璃形成和澄清階段玻璃液中不均體的溶解和擴散是主要的均化過程。玻璃液中不均體的溶解與擴散 玻璃液中的不均質(zhì)體，即玻璃組分的濃度差引起的分子擴散，由玻璃液中某組分較多的局部向該組分較少的局部轉(zhuǎn)移。在靜止的玻璃液中不均體的擴散速度是非常緩慢的，提高擴散速度的方法是提高熔制溫度和減小玻

14、璃液粘度。同時溫度升高也降低玻璃液的外表張力，有利于玻璃液的均化。 玻璃液的外表張力 降低玻璃液外表張力產(chǎn)生的均化效果比降低玻璃液粘度更有效。外表張力小的條紋和不均體，容易被均化；外表張力大的條紋和不均體，即使受到剪切力作用也很難伸長和消失，因此降低玻璃熔體的外表張力，有助于玻璃均化。玻璃液的對流 玻璃液在玻璃熔窯內(nèi)所處位置不同，其溫度也不同，因此導(dǎo)致玻璃液產(chǎn)生對流。由于在液流斷面上存在著速度梯度，因此玻璃液中的不均體被拉長。其結(jié)果不僅增加了擴散面積，而且會增加濃度梯度，加強了玻璃液的擴散均化作用。但是玻璃液在浮法熔窯中的流動屬層流而不是湍流，故對流均化過程的作用是有限的。增加玻璃液的對流雖然

15、能夠強化均化作用，但對耐火材料的侵蝕作用也增強。 玻璃液中氣泡上升 當氣泡由玻璃液深處向上浮升時，一方面由于氣泡上升的翻騰作用，帶動氣泡附近的玻璃液流動，在其斷面形成速度梯度，促使不均體均化；另一方面假設(shè)氣泡上升時遇到不均質(zhì)體，由于氣泡的上升力給予不均體以拉力，使它拉成線條，有利于均化進行。 玻璃液的強制均化技術(shù) 強制均化技術(shù)主要包括攪拌、鼓泡等。 a.攪拌 它是利用設(shè)置攪拌器對玻璃液進行強制均化的有效措施。攪拌器的形式有垂直攪拌器和水平攪拌器兩種，浮法玻璃生產(chǎn)使用的攪拌器一般設(shè)置在卡脖上。b.鼓泡 鼓泡是將凈化的壓縮空氣，從窯底鼓泡管鼓入玻璃液中，使它在熔窯深層的玻璃液中產(chǎn)生一定壓力的氣泡，

16、并迅速上升到玻璃液的外表而破裂。在上升過程中能吸收玻璃液中的小氣泡，使其自身迅速長大，并攪動四周玻璃液，起到強制均化和促進澄清的作用。如在熔化部熱點附近適當位置設(shè)置一排鼓泡點，鼓出的氣泡上升時，在熔窯的寬度方向形成一排“氣幕，將熔化池沿縱向分成兩個循環(huán)流動區(qū)域，并推動兩股循環(huán)流向前后兩個方向運動，前面的環(huán)流有著阻擋玻璃液回流的作用，后邊的環(huán)流迫使配合料較長時間滯留在熔化區(qū)域中，得以充分熔化，并不會越出鼓泡帶進入澄清區(qū)，即不會跑料。4玻璃液的冷卻 即便是澄清均化很好的玻璃液，也不能馬上成型制成產(chǎn)品，這是因為不同產(chǎn)品其成型溫度不相同或要求玻璃液的粘度不相同。浮法玻璃的成型溫度在1100左右，因此必

17、須將熔化并澄清均化好的玻璃液的溫度由1350，均勻降至1100左右，然后進入錫槽成型。 冷卻過程中影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的有兩個因素，玻璃液的熱均勻程度和是否產(chǎn)生二次氣泡。在玻璃液的冷卻過程中，不同位置的玻璃液之間多少總會存在一定溫差，即熱不均勻性。熱不均勻性超過一定范圍時，將對生產(chǎn)帶來不利影響。因此在實際生產(chǎn)過程中，冷卻部一般不采用強烈的冷卻措施，而且嚴格采取保溫措施，盡可能使玻璃液的降溫均勻一致。 二次氣泡的特點是直徑小、數(shù)量多、分布均，又稱為再生泡或灰泡。不同玻璃產(chǎn)生二次氣泡的原因不同，一般產(chǎn)生的原因有鹽類的繼續(xù)分解、溶解氣體的析出、耐火材料氣泡作用、其他化學(xué)反響。5、浮法玻璃熔制工藝制度合

18、理的熔制工藝制度是正常生產(chǎn)的保證。熔窯熔制四穩(wěn)作業(yè)即溫度穩(wěn)、壓力穩(wěn)、泡界線穩(wěn)、液面穩(wěn)對于獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗、長窯齡起了重要作用。在配合料熔制過程中，熔化操作的根本原那么就是保證“四小穩(wěn)，即保證熔化溫度穩(wěn)定、保證窯壓穩(wěn)定、保證玻璃液面穩(wěn)定和保證泡界線穩(wěn)定。 池窯的工藝制度包括溫度、壓力、泡界線、液面、氣氛和換向等。1玻璃熔制的溫度制度這里的溫度制度是指熔化部的溫度制度，而非全窯的溫度制度。溫度制度是指沿熔化部窯長方向的溫度分布。 溫度制度對玻璃熔化速度、玻璃液對流情況、成型作業(yè)、燃料消耗、窯齡等都有影響。 對于浮法玻璃熔窯內(nèi)的溫度要求橫向溫差越小越好，縱向溫度要嚴格執(zhí)行工藝制度。2玻璃熔制的

19、壓力制度 池窯壓力制度用壓力分布曲線表示。窯內(nèi)壓力是指氣體系統(tǒng)所具有的靜壓。玻璃液面處的壓力為零壓或微正壓，該處的壓力統(tǒng)稱為窯壓。窯壓不能為負壓，因為負壓狀態(tài)火焰空間將吸入冷空氣，改變窯內(nèi)氣氛，降低窯溫，增加能耗，還會使窯內(nèi)溫度分布不均勻。但也不能過大，窯壓過大將使熔窯冒火嚴重，不僅增加燃料消耗，而且加劇窯體燒損，并不利于玻璃液澄清和冷卻。3玻璃熔制的泡界線制度 在正常作業(yè)條件下，進入熔窯的配合料受到3 方面的作用，一是投料機將料堆向前推進的力，另一是從熱點向投料口的對流對料堆施加的阻止其前進的反方向的力，第三是高溫熔化作用，在三者的作用平衡時，料堆就固定在熔窯的某一位置消失。此后未熔粉料顆粒

20、和反響放出的氣體形成泡沫稠密區(qū)，并在三者作用下完全熔融，形成清凈的玻璃液。泡沫稠密區(qū)與清凈玻璃液之間就形成了一條整齊明晰的分界線，在線的里面，玻璃形成反響劇烈進行，液面有很多泡沫。而在線的外面，液面像鏡子一樣明亮，這條分界線就是泡界線。通常按照泡界線的位置、形狀、清晰度來判斷熔化作業(yè)的正常與否。 泡界線的形狀、位置的穩(wěn)定是熔化作業(yè)正常與否的重要標志，也影響到窯的產(chǎn)量和玻璃液質(zhì)量。從泡界線的成因來看，其位置應(yīng)與玻璃液熱點一致。在實際操作過程中，有些廠為了防止跑料，將泡界線向投料口方向適當移一些，以便控制，但移動不能過多，以免由于熔化面積過多減小，而影響產(chǎn)量和質(zhì)量。泡界線應(yīng)向澄清區(qū)凸出，兩邊對稱，

21、最好不能偏斜。泡界線應(yīng)整齊清楚，線外液面清亮，無沫子。4玻璃熔制的液面控制 玻璃液面穩(wěn)定是到達整個窯作業(yè)穩(wěn)定的主要條件，是熔窯系統(tǒng)平衡最有決定性的標志。玻璃液面波動，一方面會造成成型部玻璃流的變化，從而影響玻璃成型的質(zhì)量，另一方面也會加劇玻璃液對熔窯池壁耐火材料的侵蝕，波動劇烈時還會產(chǎn)生溢料現(xiàn)象，蝕損胸墻磚和小爐底板磚，大大減少熔窯的使用壽命，因此控制窯內(nèi)玻璃液面高度的穩(wěn)定是尤為重要的。5玻璃熔制的氣氛控制 玻璃窯內(nèi)氣體或火焰按其化學(xué)組成成分以及具有的氧化或復(fù)原能力分為氧化氣氛、中性氣氛、復(fù)原氣氛三種。理論上，當窯內(nèi)空氣過剩系數(shù) 1 時，燃燒產(chǎn)物中有多余的O2，具有氧化能力，此時的氣氛稱為氧化

22、氣氛或氧化焰; 當= 1 時，燃燒產(chǎn)物中無多余的O2和未燃燒完全的CO，此時的氣氛稱為中性氣氛或中性焰; 當 1 時，燃燒產(chǎn)物中含有一定量的CO，具有復(fù)原能力，此時的氣氛稱為復(fù)原氣氛或復(fù)原焰。 氣氛制度的制定主要與配合料組成、澄清劑種類、生產(chǎn)玻璃顏色等有關(guān)。6玻璃熔制的換向控制 玻璃熔化過程中，通常要按一定的時間間隔進行火焰的換向操作。這主要是為了穩(wěn)定熔化溫度，不讓蓄熱室的格子體上部溫度過高不超過該種格子磚所允許的工作溫度，同時也為了減少窯體耐火材料的燒損。如果不進行換向，那么就會造成配合料一邊熔化好，一邊熔化不好，出現(xiàn)橫向溫差過大，從而影響玻璃的質(zhì)量。通常間隔的時間為20min一次，即通過換

23、向閘板，使氣流廢氣與助燃空氣的流向相反。6、浮法玻璃熔窯 浮法玻璃熔窯屬于橫火焰蓄熱式池窯。浮法玻璃熔窯根據(jù)各部功能，其構(gòu)造分為投料、玻璃熔制、熱源供應(yīng)、廢氣余熱回收、排煙供氣等局部。1投料系統(tǒng) 投料系統(tǒng)由投料機和投料池組成。投料作業(yè)是熔制過程中最重要的工藝環(huán)節(jié)之一，影響配合料的熔化速度、熔化區(qū)的位置、熔化溫度及液面的穩(wěn)定，從而影響熔化率、玻璃質(zhì)量和燃料消耗量等指標。2玻璃熔制系統(tǒng)玻璃熔制系統(tǒng)主要由前臉墻、熔化部、卡脖、冷卻部組成。浮法玻璃熔窯窯體沿長度方向分成熔化部包括熔化帶、澄清帶、卡脖、冷卻部。熔化部是進行配合料熔化和玻璃液澄清、均化的局部，由于采用火焰外表加熱的熔化方式，熔化局部為上下兩局部，上部稱為火焰空間，下部稱為窯池。 前臉墻是橫跨在投料池上方，阻止窯內(nèi)熱氣體向窯外逸出和熱輻射的正面擋墻，其開度應(yīng)盡可能小，但不能影響下方配合料