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      低鐵硅砂對浮法玻璃熔化工藝的影響

      2022-03-03 09:13:50魏娜娜谷彥儒
      玻璃 2022年2期
      關(guān)鍵詞:熔窯玻璃板氣泡

      魏娜娜 谷彥儒

      (1. 建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所 北京 100024;2. 秦皇島奧格集團(tuán)有限公司 秦皇島 066202)

      0 引言

      低鐵浮法玻璃與普通浮法玻璃相比,在熔化過程中更容易出現(xiàn)諸如氣泡、玻筋、夾雜物、線道等缺陷[1-4],給玻璃生產(chǎn)者造成低鐵硅砂在浮法玻璃生產(chǎn)中很難熔的心理陰影。為了弄清使用低鐵硅砂在玻璃熔化中出現(xiàn)上述缺陷的原因,本文從玻璃熔化基本原理出發(fā),結(jié)合其鐵含量低的特性對熔制工藝進(jìn)行分析和研究。

      1 浮法玻璃熔制工藝

      配合料經(jīng)投料機(jī)進(jìn)入熔窯內(nèi),其上表面為熔窯的空間高溫火焰,下表面為熔窯內(nèi)的高溫玻璃液,在這種高溫氣氛下配合料發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng),放出氣泡,形成混有氣泡的、結(jié)構(gòu)不均勻的初始玻璃液。這些玻璃液因溫度低、黏度大,與未熔的配合料粘在一起,隨著配合料在投料機(jī)的作用下繼續(xù)前移,繼續(xù)被熔化。同時(shí),粘在配合料上的初始玻璃液同步被高溫加熱,隨著溫度的升高,初始玻璃液內(nèi)的氣泡由小變大,氣泡的上浮力增加,玻璃液的黏度也因溫度升高而下降,當(dāng)氣泡的上浮力大于玻璃液的粘滯力時(shí),氣泡脫離玻璃液的包裹,排到玻璃液之外,隨著越來越多的氣泡逐步從玻璃液中排出,玻璃液比重逐漸增加,在重力作用下向下流動(dòng),與熔窯內(nèi)原有的玻璃液混合,進(jìn)行均化。

      在熔窯內(nèi)所有玻璃液的循環(huán)對流中,玻璃液的實(shí)際溫度起著關(guān)鍵作用,玻璃液溫度高則循環(huán)對流強(qiáng)度大,熔化效果好。

      2 浮法玻璃澄清工藝

      2.1 澄清過程中氣體間的轉(zhuǎn)化與平衡

      在高溫澄清過程中,玻璃液內(nèi)所溶解的氣體、氣泡中的氣體以及爐氣三者之間的平衡關(guān)系,是由某種氣體在各相中的分壓所決定,氣體總是由分壓高的相進(jìn)入分壓低的相。

      2.2 澄清過程與溫度的關(guān)系

      氣體在玻璃液中的溶解度與溫度有關(guān),玻璃液溫度為1400~1500 ℃時(shí)氣體的溶解度低于1100~1200 ℃時(shí)的氣體溶解度,也就是隨著溫度升高,氣體在玻璃液中的溶解度降低,有利于氣泡的排出。

      2.3 玻璃液的橫向均化

      在澄清過程中,利用熔窯熱點(diǎn)的高溫作用,對玻璃液內(nèi)的大氣泡進(jìn)行進(jìn)一步的排放,利用熔窯溫度降低過程,對小氣泡進(jìn)行吸收,使氣泡數(shù)量及大小達(dá)到浮法玻璃質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí),利用熔窯內(nèi)中部玻璃液溫度高于兩側(cè)玻璃液的溫度所產(chǎn)生的橫向流動(dòng)進(jìn)行橫向均化過程。

      玻璃液的澄清除了與窯壓有關(guān)系之外,與玻璃液的實(shí)際溫度有直接關(guān)系,玻璃液的實(shí)際溫度高,澄清效果就好。

      3 低鐵玻璃特性

      低鐵玻璃與普通浮法玻璃相比有其特殊性,因其鐵含量低,玻璃透光率高,經(jīng)深加工制成鍍膜玻璃后,深受客戶喜愛。低鐵玻璃對硅砂、白云石的鐵含量要求見表1。

      表1 低鐵玻璃配方中硅砂及白云石鐵含量要求 %

      3.1 低鐵玻璃熔窯碹頂溫度

      低鐵玻璃中Fe2O3含量較低,玻璃液對火焰空間的紅外輻射的吸收能力較弱[2,3],造成玻璃液的實(shí)際溫度與熔窯的火焰空間溫度(碹頂溫度)相差較大,即相對于普通浮法玻璃熔窯的碹頂溫度高,而玻璃液的實(shí)際溫度低。所以,碹頂溫度標(biāo)準(zhǔn)的制定應(yīng)高于普通浮法玻璃。

      3.2 低鐵玻璃液的貯熱能力

      低鐵玻璃中Fe2O3含量較低,其導(dǎo)熱系數(shù)高于普通玻璃[4],造成窯底玻璃液整體溫度升高。從另一角度來講,低鐵玻璃液的貯存熱量能力較普通浮法玻璃差。

      低鐵玻璃在熔窯中的最大特點(diǎn)是,熔窯碹頂溫度、窯底溫度升高,而表層玻璃液的實(shí)際溫度低。目前還沒有鐵含量降低量與碹頂溫度、窯底溫度的升高值相互之間的數(shù)學(xué)關(guān)系,給生產(chǎn)帶來較大難度。

      3.3 生產(chǎn)實(shí)例

      2003年某500 t/d浮法玻璃生產(chǎn)線上曾單獨(dú)使用過低鐵硅砂,生產(chǎn)中出現(xiàn)了各種各樣的問題,雖然采取了各種措施,但是效果不佳,最后被迫放棄單獨(dú)使用這種低鐵硅砂而采用兩種硅砂混用的辦法來維持生產(chǎn)。本文以單獨(dú)使用此低鐵硅砂為例,說明低鐵硅砂對浮法玻璃生產(chǎn)的影響。

      玻璃配方中使用兩種硅砂作為玻璃硅質(zhì)原料,其各自成分見表2。

      表2 兩種硅砂成分 %

      在使用1#硅砂過程中,出現(xiàn)了料堆遠(yuǎn)且厚,玻璃板面玻筋、夾雜物、氣泡見多,但以玻筋為主的現(xiàn)象。增加碎玻璃含量,增加熔化溫度,同時(shí)采用一部分2#硅質(zhì)料,減少1#硅砂的使用量,生產(chǎn)才趨于穩(wěn)定。該線硅砂的使用情況見表3。

      經(jīng)過一年多的生產(chǎn),每次單獨(dú)使用1#硅砂時(shí),均在玻璃板面上出現(xiàn)了玻筋的現(xiàn)象,而當(dāng)兩種硅砂混合使用時(shí),玻璃板面缺陷基本正常。而1#硅砂在其他浮法玻璃企業(yè)使用時(shí),玻璃板面缺陷正常,說明1#硅砂是可以使用的。

      造成這種現(xiàn)象的根本原因是兩種硅砂的鐵含量不同,1#硅砂鐵含量在0.035%,2#硅砂的鐵含量是0.065%,導(dǎo)致熔化后玻璃中鐵含量不同。

      (1)當(dāng)使用1#硅砂時(shí),玻璃中鐵含量降低,玻璃液吸收火焰輻射熱的能力下降,玻璃液實(shí)際溫度與碹頂空間溫度差值增加,也就是講,相同的碹頂溫度時(shí),鐵含量低的表層玻璃液的實(shí)際溫度降低。

      (2)使用1#硅砂導(dǎo)致玻璃中鐵含量降低,表層玻璃液對窯底玻璃液的熱傳導(dǎo)能力增加,玻璃液的蓄熱能力下降,熱量損失加快,表層玻璃液的實(shí)際溫度進(jìn)一步下降。

      玻璃液實(shí)際溫度的降低,造成玻璃液的循環(huán)對流動(dòng)力不足,料堆下表面的熔化能力下降,玻璃液的縱向均化能力下降。同時(shí),在循環(huán)對流二中,由于玻璃液的實(shí)際溫度下降,澄清(排泡及均化)能力下降,氣泡增加,玻璃液的橫向均化能力下降,造成玻璃板面玻筋增加。使用1#硅砂時(shí),在澄清區(qū)域玻璃液表面發(fā)現(xiàn)有一條或數(shù)條與周圍玻璃液顏色明顯不同的暗線。

      在生產(chǎn)過程中,首先使用2#硅砂,一切溫度制度是按2#硅砂建立的,此溫度制度不適應(yīng)1#硅砂。而1#硅砂鐵含量低,玻璃液實(shí)際溫度低,為了使玻璃較好地熔化澄清,生產(chǎn)中需要提高碹頂溫度。

      4 結(jié)語

      低鐵硅砂的使用,降低了浮法玻璃中鐵含量,降低了玻璃液對輻射熱的吸收能力,增加了玻璃液的熱傳導(dǎo)能力,使得在同樣的碹頂溫度下,玻璃液實(shí)際溫度降低,玻璃配合料下表面熔化能力相應(yīng)下降,玻璃液均化、排泡能力下降,最終導(dǎo)致玻璃板面的玻筋、氣泡、夾雜物等缺陷增加。

      玻璃中鐵含量的大小對于浮法玻璃來講,沒有明確的數(shù)值要求,只有一個(gè)范圍值,對于硅砂、白云石這些大宗原料,多數(shù)企業(yè)采用兩家供貨的原則。因此,為了確保玻璃中鐵含量的相對穩(wěn)定,建議原料的鐵含量也納入控制指標(biāo)之內(nèi),以避免鐵含量變化對生產(chǎn)造成的影響。

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