玻璃生產(chǎn)中炭粉的應用分析

0引言在平板玻璃的配合料中，常需要引入一定數(shù)量的芒硝和炭粉。芒硝中的主要成分是硫酸鈉，在無還原劑時的熱分解溫度1120～1220℃；加入碳還原劑后，其分解溫度降低到500～780℃，反應速度相應加快。為此，在使用芒硝時必須加入炭粉作為還原劑。經(jīng)資料顯示：炭粉的用量為芒硝量的4%。但考慮到炭粉在與芒硝反應前的燃燒損失，以及熔窯氣氛的不同性質(zhì)，通常實際調(diào)整到4%～6%，有時甚至達到6.5%以上。炭粉用量不足時，芒硝不能充分分解，會產(chǎn)生過量“硝水”，侵蝕熔窯耐火材料，用量過多時使玻璃中的三氧化二鐵還原成硫化鐵而呈棕色，所以芒硝引入量要有一定的限度，炭粉量要使芒硝能夠充分分解。那么對小料炭粉也需尤為關注，下面重點對炭粉的粒度、成分及配合料中炭粉含率進行分析探討。1浮法玻璃配合料中炭粉粒度的研究原料的顆粒度對浮法玻璃的熔化有很重要的影響。硅砂、純堿、白云石和石灰石等原料的顆粒組成在浮法玻璃中的影響專業(yè)人士也討論較多，而炭粉的粒度在浮法玻璃的生產(chǎn)中也有非常重要的影響。在浮法玻璃生產(chǎn)中一般都采用炭粉作還原劑，主要用來還原硫酸鈉，加速其分解過程，從而促進玻璃液的澄清過程。為了促使硫酸鈉的充分分解，應保證芒硝炭粉有充分的接觸，因此在加入配合料之前，最好是先將它們預先混合。在玻璃制造過程中，一般對炭粉用量比較重視，炭粉的加入使芒硝在配合料和玻璃體中除了澄清作用外還起到一部分的助熔所用。如果炭粉加入量不足，使芒硝在前區(qū)分解量減少，起不到應有的助熔作用，還會使后期的芒硝量增加，最終會在玻璃表面出現(xiàn)芒硝泡。如果炭粉（還原劑）加入量過剩，芒硝在前區(qū)分解過多，不利于澄清。另外，炭粉加入量過剩還可能使玻璃液中的三氧化二鐵還原成氧化鐵，或形成硫碳著色，影響玻璃的光學質(zhì)量。所以炭粉的用量在浮法玻璃生產(chǎn)中起著至關重要的作用。炭粉作為還原劑，在玻璃中用量很小，其粒度的合適與否，直接影響它在玻璃中的還原能力。顆粒度太大時，容易引起過還原，影響前區(qū)硫的溶解度，造成局部過還原泡；顆粒度太小時，容易使炭粉過早燒掉，起不到應有的還原作用，從而造成澄清不良。因此合理控制炭粉顆粒度對穩(wěn)定生產(chǎn)和提高玻璃質(zhì)量有很大作用。有關資料顯示：通過對具有不同顆粒級配的原料配制成所需的配合料進行TGA（失重）分析，根據(jù)TGA曲線探討不同粒度的炭粉對玻璃熔制進程的影響。通過對硅砂、炭粉、芒硝三組分的燒失量和玻璃相進行燒成試驗結果如下：（1）炭粉上限粒度高溫澄清試驗結果見表1。表1炭粉上限粒度高溫澄清情況從單位面積的氣泡數(shù)判斷，上限粒度為1.19mm炭粉的澄清情況比較好。（2）通過熱重分析，進一步比較了上限為1.19mm的炭粉和1.41mm、1.00mm的反應情況：依據(jù)熱重曲線制作了炭粉反應之前和反應之后的失重曲線，可以看出，炭粉反應之前，上限為1.19mm的配合料失重較少，而炭粉反應之后的失重較多。因此，綜合失重分析和澄清實驗，可以確定出炭粉上限在1.19mm左右比較合適。（3）炭粉下限及細粉含量：分別把炭粉下限控制在0.125mm、0.105mm、0.088mm、0.074mm進行熱重分析：依據(jù)熱重原始數(shù)據(jù)，制作了燒失量圖，可以看出炭粉粒度下限小于0.105mm，反應之前炭粉大量燒損，而下限為0.105mm、0.088mm、0.074mm時燒失量差不多，這說明我們要嚴格控制小于0.0105mm的炭粉存在。（4）對炭粉細粉含量的研究：按0.105mm為細粉的界限進行劃分，把細粉含量控制在20%、15%、10%、5%進行劃分，按此分組對硅砂、炭粉和芒硝三組分的燒失量和熔化試驗，不同炭細粉含量在800℃時的燒失量和900℃時的不熔物含量見表2。

從結果可以看出：在800℃之前，隨著細粉含量的增加，炭粉燒損增加，而用于與芒硝反應的炭粉的量減少，因此，炭粉的細粉含量少時有利于生產(chǎn)。但細粉含量為10%和5%時，燒失量相差不大，熔化情況也明顯改善，因此，可以把細粉的含量控制在10%以下。也有資料顯示：一些國內(nèi)外廠家將炭粉顆粒級配按表3控制。表3國內(nèi)外廠家對炭粉顆粒級配的控制結合資料認為：炭粉上限粒度控制為1.19mm（17目～16目），下限粒度控制0.105mm，細粉含量控制在10%以下為好。2炭粉成份及比例炭粉的作用之前已介紹清楚，除了粒度控制外，成份穩(wěn)定也至關重要，到底多少的成份、多少比例是合適呢？對此，查找了大量資料，其中《浮法玻璃原料》一書中介紹到：炭粉的化學成份控制及理論的比例為：C≥70%，波動范圍不超過±3%，灰分12%，連續(xù)兩批之間，成份波動不能超過允許波動范圍的一半。近年來考慮到環(huán)保的要求、熔窯的壽命等因素，芒硝的用量在逐步減少，一般控制在2.6%～4.0%之間，對無色透明玻璃，芒硝含量通常在3.0%左右，視澄清略做調(diào)整。炭粉含量的確定需要與芒硝含率、熔窯火焰性質(zhì)、配合料的REDOX值因素綜合考慮，一般控制在3%～5%的范圍內(nèi)。那么，結合我公司四線料表（2013-4-13）計算得出：芒硝含量3%、4%固定炭70%時，炭粉含量4%、5%時每噸玻璃液生料配合料干基（公斤）中的炭粉用量見表4。某廠一：平板玻璃料表中每噸玻璃液炭粉干基用量：0.49kg（芒硝含率3.2%、炭粉含率4%、固定碳80）某廠二：平板玻璃料表中每噸玻璃液炭粉干基用量：0.65kg（芒硝含率6.0%、炭粉含率3.6%）還有一些2mm資料顯示：C≥80%±0.1。日用干基量0.23t/d，450t/d拉引量，計算得出每噸玻璃液炭粉干基用量0.53kg。表4不同芒硝和炭粉含量時炭粉用量結合資料認為：炭粉用量不是越多越好，每噸玻璃液生料干基量基本控制在0.49～0.90kg為宜。

3案例（1）某廠案例某廠曾出現(xiàn)過一起罕見的、造成連續(xù)一個多月生產(chǎn)不出合格成品玻璃的生產(chǎn)質(zhì)量事故。這起事故起初的情況表現(xiàn)為，位于窯內(nèi)泡界線前段的料堆熔化變緩慢、難熔，致使泡界線后移；整個窯內(nèi)火焰空間呈黑狀，而成品玻璃板表面則出現(xiàn)許多熔融或未熔石英疙瘩。當時的處理措施是直接降低配合料中的硅砂用量，以減輕熔化難的現(xiàn)象。在每付料先后降低硅砂用量2kg到10kg多后，玻璃質(zhì)量仍未改觀，窯內(nèi)的氣氛和火焰空間依然是陰沉沉的。當時還有一個另外的現(xiàn)象就是，減少硅砂用量后，玻璃中的二氧化硅含量比配方值高，這種現(xiàn)象令人費解，于是將玻璃表面磨去一層，通過檢測發(fā)現(xiàn)，玻璃內(nèi)部二氧化硅含量比表層低得多，且接近降低硅砂用量后的料方值，這種狀況持續(xù)影響生產(chǎn)一個多月，成品率減到了前所未有的程度。在此情況下，有關人員對生產(chǎn)工序進行徹底排查，尋找原因。巡檢過程中發(fā)現(xiàn)，最近一段時間，配合料在混合機排料斗堵塞的情況頻繁發(fā)生，這是以前很少出現(xiàn)的。再觀察配合料的外觀，發(fā)現(xiàn)顏色明顯比以往深、而配合料化驗的數(shù)據(jù)卻均為正常。接著從原料庫取樣發(fā)現(xiàn)，硅砂顏色比以往的明顯偏黑。通過對現(xiàn)在原料和以往原料的燒失量對比，發(fā)現(xiàn)目前使用的硅砂原料的燒失量是以往使用硅砂原料的燒失量的2倍。緊接著在當天中班開始配料時，有的放矢地調(diào)低配方中的炭粉含量，根據(jù)時間推算，當天中班調(diào)整后的配合料應該在5～6h后開始進窯，經(jīng)跟蹤后，從當天晚上20時開始，調(diào)整后的配合料進入窯內(nèi)，大約在零時窯內(nèi)的情況即逐漸開始了好轉(zhuǎn)，到凌晨1時左右，窯內(nèi)的狀況開始了明顯的變化，熔化變的劇烈、料堆熔化加快、泡界線開始前移，變化之快，出乎所有人的預料，至當天夜班后期，玻璃板質(zhì)量逐步恢復正常，至第二天白班生產(chǎn)全部恢復。（2）公司案例公司三線于2010年4月3日放水冷修，放水前期，拉引量正常，但是，到了3月31日放水前幾天，板面出現(xiàn)大量的白色不熔物，最大的有拳頭那么大，不熔物的成份，硅含量約80%，當時認為是窯內(nèi)的玻璃液液流變化引起的。直到放水前，板面的未熔硅質(zhì)結石也沒有減少而且越來越多，被迫4月3日放玻璃水開始冷修（比預期提前）。這事情來得很意外，公司領導和有關技術人員經(jīng)仔細分析研究認為好像不應該是窯內(nèi)的東西，窯上操作什么也沒動的情況下，玻璃液液流變化怎么就如此之大呢？窯底也不應該有這么多的不熔物。在懷疑之際，開始了放玻璃水，發(fā)現(xiàn)放水期間也沒有這么多的不熔物，前后仔細回憶，認為應該是原料環(huán)節(jié)的問題，基本認為是煤粉還原劑可能出現(xiàn)了多加的現(xiàn)象，出現(xiàn)了游離的二氧化硅不熔物所致。分析原因所在：放玻璃水之前制定的方案中安排原料分廠所有配料倉最終空倉，除煤粉外的其它原料的成份基本穩(wěn)定，而一直以來由于煤粉的加入量較少，對其成分重視不夠，成分這塊基本沒有控制過，僅僅控制的是煤粉的粒度，平日就根據(jù)熔化的狀況采用直覺的方式來增加或減少，放水前一年來炭粉含率大部分時間段維持到了9%左右及之上，之前最早是炭粉比例為3%左右，通過觀察了窯內(nèi)情況選個最佳炭粉含率即可。一直以來，同樣的煤粉含量也在四線使用，有了對三線不熔物的初步原因判定后，也怕出現(xiàn)類似的板面缺陷，技術科及時安排中心化驗室做了煤粉的成份分析：其中煤粉中C含量為26%（比廠內(nèi)要求低的多），這也說明確實是當時的炭粉固定碳很低，不得不將四線料表中的炭粉含率提高才能真正起到助熔的效果，幸好當時四線正常生產(chǎn)下，煤粉配料倉一直保持在2/3左右，及時調(diào)整炭粉含率后板面質(zhì)量影響不大。那么，在三線放水前原料將煤粉配料倉空倉，很可能在最后幾天就將最早的高固定碳炭粉從倉壁邊部下來，進入三線窯內(nèi)，而沒有及時降低料表中的炭粉含率，變相的增加了不少的炭粉用量，致使板面缺陷增多。以上案例中都證明了當還原劑過多時，且還原劑多到澄清部的氧化焰已不足以能燒掉過剩的炭粉時，可見此種情況對玻璃熔制的影響程度。所以在實際生產(chǎn)中還原劑過多或過少對玻璃生產(chǎn)造成的影響遠比使玻璃著色或出現(xiàn)“硝水”更復雜更嚴重的多?？芍?，當還原劑過多時，即在500～780℃時，硫酸鈉已完全反應分解，其與二氧化硅及其它組分反應，產(chǎn)生的氣泡，使得其對玻璃的澄清作用提前發(fā)生；然而玻璃的澄清溫度在1120～1400℃，真正需要對玻璃起高溫澄清作用時，硫酸鈉已經(jīng)完全消耗殆盡。實際上，玻璃生產(chǎn)過程中最重要的反應是熔化速度最慢的石英砂顆粒的熔解過程，待進行到玻璃的澄清階段時，玻璃原料中其他組分的基本反應已大體完成。而本案中由于原料中還原劑增加，使得在澄清階段之前，芒硝已被完全分解。澄清時所需的芒硝高溫澄清作用消失了，游離二氧化硅組成的不透明燒結物和未熔融的石英顆粒得不到有效的溶解，不能向其他組分的液相中有效擴散和均化，而是浮在玻璃液流表面，這也就證實了二氧化硅含量高的原因。4

公司炭粉現(xiàn)狀有了以上的經(jīng)驗教訓，公司重點對進廠煤粉和電子秤上煤粉做了詳細技術指標，并對每車來料進行分析，同時制定了不合格品的處置辦法，電子秤上每天增測固定碳變化。加大對煤粉的監(jiān)督管理后，再無出現(xiàn)過煤粉