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【中玻網(wǎng)】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,促進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,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,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,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。
有時由于料方計算錯誤或料方執(zhí)行過程中發(fā)生加料錯誤,引起池窯內(nèi)玻璃成分大幅度波動,玻璃中氣體的溶解度發(fā)生波動,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高溫區(qū)域內(nèi)進行的,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,使玻璃液形成兩個大的循環(huán)對流,熔化率的大小,出料量的波動,燃料的分布和燃燒火焰的籌備,玻璃氧化還原狀態(tài)等因素都會顯著地影響到熱點區(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狀態(tài),促進玻璃液的澄清。
2.2、時間
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℃以上促進玻璃氣泡的消失過程。
近年來隨著人們環(huán)保意識的增強,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值的日常檢驗和控制,玻璃液中變價金屬價態(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
加強對配合料成分,水分,COD值,配合料均勻性的日常檢驗和管理,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,這項工作能及時找到產(chǎn)生問題的線索。
加強對玻璃密度進行日常的檢驗和數(shù)據(jù)處理,是生產(chǎn)過程控制的一項重要環(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態(tài)的日常檢驗與控制,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,還會引起原料結(jié)團,影響熔制和澄清,此外,粉料飛揚揮發(fā)和粘附現(xiàn)象將直接導(dǎo)致玻璃成分的波動以及成分均勻性的變化。
加強原料氧化還原狀態(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)開始正視這個問題,對各種原料進行原料COD值測試和控制,把COD值與玻璃液的澄清質(zhì)量進行相關(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),以及氧化物的價態(tài)會有所變化,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)開始重視加強對玻璃中變價氧化物的含量及價態(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
加強熱點的控制。強化縱向玻璃液循環(huán)對流,通常采取以下幾項工藝措施: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。四是在熱點位置采用鼓泡或電助熔,特出熱點位置的溫度。玻璃液縱向的循環(huán)對流能促進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。鼓泡點分布位置不同,所起的作用也不同。鼓泡點分布在熱點位置,可以起到特出熱點的作用。均勻分布在加料口和熱點之間,可以起到提高池底玻璃液溫度和均化作用,促進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個至10個。鼓泡材料可以采用價格昂貴的鉑鍺合金,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,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)計的改進
眾所周知,玻璃熔窯的結(jié)構(gòu)設(shè)計對熱交換效率,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,環(huán)保意識在不斷增強。世界各國加強環(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,采用這些先進的工藝方法在一定程度上推動了玻璃技術(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,配合料進入冷頂全電熔池爐中熔化,配合料熔融成玻璃后進入火焰熔窯進行高溫澄清均化,把全電熔窯和火焰窯的優(yōu)點結(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)計的改進以及燃燒系統(tǒng)的設(shè)計改進,對這些方面加強探索和總結(jié),推動玻璃制造成本的降低和產(chǎn)品質(zhì)量的提高。
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