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玻璃生产工艺

作者:admin 时间:2019-09-16

  玻璃生产工艺_材料科学_工程科技_专业资料。玻璃生产工艺 第一节 玻璃生产基本流程 成 分 设 计 原 料 加 工 配 合 料 制 备 概述 熔 化 成 型 退 火 缺 陷 检 验 一 次 制 品 深 加 工 检 验 二

  玻璃生产工艺 第一节 玻璃生产基本流程 成 分 设 计 原 料 加 工 配 合 料 制 备 概述 熔 化 成 型 退 火 缺 陷 检 验 一 次 制 品 深 加 工 检 验 二 次 制 品 第二节 原 1、种类 料 主要原料:在一般玻璃中,它的主要成分有 SiO2 、 Na2O 、 CaO 、 Al203 、 MgO 等五种成分,为引入上述成分而使用的原料称主要 原料。 辅助原料:为使玻璃获得某种必要的性质,或为加速玻璃熔制过 程而引入的原料通称为辅助原料。 2、原料的选择原则 (1) 原料的质量应符合玻璃制品的技术要求,其中包括化学成分 稳定、含水量稳定、颗粒组成稳定、有害杂质少(主要指Fe2O3) 等。 (2) 便于在日常生产中调整成分; (3) 适于熔化与澄清,挥发与分解的气体无毒性; (4) 对耐火材料的侵蚀要小; (5) 原料应易加工、矿藏量大、分布广、运输方便、价格低等。 一、引人SiO2的原料 作用: SiO2是玻璃中最主要的成分,它使玻璃具有高的 化学稳定性、力学性能、电学性能、热学性能,但含 量过多时使熔制的玻璃液粘度过大。 (一)硅砂 常用硅砂 纯净硅砂 硅砂矿 硅砂颗粒放大图 硅砂性能 1、外观:质地纯净的硅砂为白色,一般硅砂因含有铁的氧化 物和有机质而呈淡黄色、红褐色。 2 、化学组成:它的主要成分是 SiO2 ,另含有少量的 Al2O3 、 Na2O、K2O、CaO等无害杂质。主要的有害杂质为氧化铁,它 能使玻璃着成蓝绿色而影响玻璃透明度。有些硅砂中尚含 有 Cr203 ,它的着色能力比 Fe2O3 大 3-5 倍,使玻璃着成绿色; TiO2 使玻璃着成黄色,若与氧化铁同时存在可使玻璃着成 黄褐色。 3、颗粒组成:通常颗粒度越细,其铝铁含量也越大,玻璃生 产要求的粒径应在0.15~O.8mm之间。 4、矿物组成:与其伴生的无害矿物有长石、高岭石、白云石、 方解石等;与其伴生的有害矿物主要有赤铁矿、磁铁矿、 钛铁矿等。 (二)砂岩 是由石英颗粒和粘性物质在地质高压下胶结而成的坚实致密 的岩石。根据粘性物质的性质可分为粘土质砂岩、长石质 砂岩和钙质砂岩。所以砂岩成分不仅取决于石英颗粒,而 且与粘性物质的种类和含量有关。砂岩中的有害杂质是氧 化铁。 硅质原料的成分范围(%) SiO2 硅砂 砂岩 90-98 Al2O3 1-5 Fe2O3 0.1-0.2 0.1-0.3 CaO 0.1-1 0.05-0.15 MgO 0-0.2 0.1-0.15 H 2O 1-3 0.2-0.5 95-98 0.3-0.5 二、引人Al203的原料 作用:降低玻璃的析晶倾向,提高化学稳定性、热稳定性、 机械强度、硬度和折射率,减弱玻璃的脆性,减轻玻璃液 对耐火材料的侵蚀,有助于氟化物的浮浊。 1.长石 质量要求是:A12O3>16%;Fe203<0.3%;R20>12% 钾长石 钠长石 钙长石 钾长石矿 钠长石矿 2.高岭土 质量要求是:A1203>25%;Fe2O3<O.4%。表 2—3—2为长石和高岭土的成分范围。 高龄土 高龄土粉 煅烧高龄土 3、腊石 玻璃成分中需要存在碱金属氧化物时,引入A1203 叶腊石 叶腊石 叶腊石 黄腊石 彩腊石 作用:提供游离氧,从而降低玻璃粘度,使玻璃易于熔 融,是良好的助溶剂。Na2O可增加玻璃的热膨胀系 数,降低热稳定性、化学稳定性和机械强度。 (一)纯碱 纯碱是微细白色粉末,易溶于水,它是一种含杂质少的工业 产品,主要杂质有NaCl(不大于1%)。 纯碱易潮解、结块,它的水含量通常波动在 9 %~ 10 %之间, 应储存在通风干燥的库房内。 质 量 要 求: Na2C03 > 98 % ; NaCl < 1 % ; Na2SO4 < 0.1 % ; Fe203<O.1%。 三、引人Na2O的原料 纯碱 纯碱库 重碱 轻碱 2.芒硝(Na2SO4) 有无水芒硝和含水芒硝(Na2SO4·10H20)两类。 使用芒硝不仅可以代碱,而且又是常用的澄清剂,为降 低芒硝的分解温度常加入还原剂 ( 主要为碳粉、煤粉 等)。 使用芒硝缺点:热耗大、对耐火材料的侵蚀大、易产生 芒硝泡,当还原剂使用过多时, Fe2O3 还原成 FeS 而使 玻璃着成棕色。 质量要求是:Na2SO4>85%;NaCl<2%; CaSO4<4%; Fe203<O.3%;H20<5% 天然芒硝 无水芒硝 袋装无水芒硝 芒硝矿 四、引人CaO的原料 石灰石、方解石 两原料均为CaCO3,后者的纯度比前者高。 对含钙原料的质量要求是:CaO≥50%;Fe203<0.15%。 石灰石矿山 天然石灰石 方解石 透明方解石 方解石矿山 五、引人MgO的原料 主要为白云石(MgCO3·CaCO3),呈蓝白色、浅灰色、黑灰色。 质量要求:MgO≥20%;CaO≤32%;Fe203<0.15%。 白云石 白云石 白云石粉 白云石粉 通常采用石灰石和白云石共同引入MgO和CaO。 六、澄清剂 1.氧化砷和氧化锑 均为白色粉末。与硝酸盐组合作用时,它低温吸收氧气, 在高温放出氧气而起澄清作用。 由于As203的粉状和蒸气都是极毒物质,目前已很少使用。 氧化锑颗粒 纯氧化锑粉 纯氧化砷粉 2.硫酸盐原料 主要有硫酸钠,它在高温时分解逸出气体而起澄清作用。 3.氟化物类原料 以降低玻璃液粘度而起澄清作用。对耐火材料侵蚀大, 产生的气体(HF、SiF4)污染环境,目前已限制使用。 萤石:天然矿物,是由白、绿、蓝、紫色组成的微透明 的岩石。 氟硅酸钠是工业副产品。 萤石 萤石晶体 萤石块料 萤石矿山一角 氟硅酸钠 氟硅酸钠 七、着色剂 1.离子着色剂 常用有 ( 1)锰化合物的原料:软锰矿(MnO2)、氧化锰 (Mn203) 、 高锰酸钾 (KMnO4) 。 Mn2O3 使玻璃着成紫色,若还原 成MnO则为无色。 ( 2 )钴化合物的原料:绿色粉末的氧化亚钴 (C0O) 、深 紫色的Co2O3和灰色的C0304。热分解后的CoO使玻璃 着成天蓝色。 ( 3 ) 铬 化 合 物 的 原料: 重铬 酸钾 (K2Cr2O7) 、铬酸 钾 (K2CrO4)。热分解后的Cr203使玻璃着成绿色。 ( 4 )铜化合物的原料:蓝绿色晶体的硫酸铜 (CuSO4)、 黑色粉末的氧化铜 (CuO) 、红色结晶粉末的氧化亚铜 (Cu2O)。热分解后的CuO使玻璃着成湖蓝色。 软锰矿 氧化锰矿山 氧化锰矿石 氧化钴 三氧化二铬 硫酸铜 2.胶体着色剂 (1)金化合物的原料:主要是三氯化金(AuCl3)的溶 液,为得到稳定的红色玻璃,应在配合料中加入Sn02。 (2)银化合物的原料有:硝酸银(AgNO3)、氧化银(Ag20)、 碳酸银 (Ag2CO3) 。其中以 AgN03 所得的颜色最为均匀, 添加Sn02能改善玻璃的银黄着色。 (3)铜化合物的原料有:Cu2O及CuSO4,添加SnO2能改善 铜红着色。 铜红盘 金红玻璃 3.化合物着色剂 硒与硫化镉:常用原料有金属硒粉、硫化镉、硒化镉。 单体硒使玻璃着成肉红色;CdSe着成红色;CdS使玻 璃着成黄色;Se与CdS的不同比例可使玻璃着成由黄 到红的系列颜色。 镉红-镉黄玻璃棒 硒镉黄 硒镉红 八、脱色剂 按脱色机理可分为化学脱色剂和物理脱色剂两类。 常用物理脱色剂有Se、MnO2、NiO、C0203等 常用的化学脱色剂有As203、Sb203、Na2S、硝酸盐等。 九、氧化剂和还原剂 在熔制玻璃时能释出氧的原料称氧化剂,能吸收氧的原料称 还原剂。 属氧化剂的原料主要有硝酸盐、氧化铈、As205、Sb205等。 属还原剂的原料主要有碳、酒石酸钾、氧化锡等。 十、乳浊剂 使玻璃产生乳白不透明的原料称乳浊剂。 最常用的原料有氟化物、磷酸盐等。 十一、其他 天然碱、珍珠岩、钽铌尾矿、碎玻璃 第三节 原料的加工 概述 1、原料加工的意义 (1)有利于物料流动 (2)有利于均匀混合 (3)加快熔化速度 (4)有利于物料精选 2、原料加工工艺流程 二、原料的破碎与粉碎 (一)选择设备 1、原则:根据原料块度、硬度、粉碎程度、设备性能 等选择。 2、破、粉碎设备性能特征 (1) 颚式破碎机 构造简单、维修方 便、机体坚固,能 处理粒度范围大和 硬度大的矿物。因 此,至今它仍是广 泛使用的粗碎设备。 其不足之处是破碎 比不大,一般为4~ 6。它不宜用于片状 岩石和湿的塑性物 料的破碎。 动颚靠近定颚, 压碎物料,动颚 远离定颚,则进 料和出料。 (2) 反击式破碎机 适宜对硬脆矿物进行中碎,具有破碎比大、效率高、 电耗小、生产能力大、产物粒度均匀、构造简单等优 点,其不足之处是板锤和反击板磨损大,须经常更换。 它主要用来进行砂岩的中碎。 物料在打击 板与反击板 之间反复受 到打击、碰 撞而破碎 (3) 对辊粉碎机 相对转动的 主动辊和从 动辊,将物 料拽入两辊 之间,压碎 物料。 优点:过粉碎的物料 少,能破碎坚硬的物 料,设备的磨损小, 常用作中块砂岩的细 碎设备。 缺点:入料粒度不能 过大、产量偏低、噪 声和震动大。 (4)锤式破碎机 适于中等硬度物料的中、细 碎,具有较高的粉碎比 (10~50),产品粒度较细、 机体紧凑,但锤子的磨损较 大,不适合潮湿、粘性物料。 物料经受锤头冲击、 衬板碰撞,合格物料 从蓖条缝排除。 3、选用设备: 砂岩——颚式破碎机、对辊、自磨机等; 石灰石、白云石——颚式破碎机、锤式破碎 机、反击式破碎机等; 长石——颚式破碎机、反击式破碎机等; 纯碱、芒硝——笼形碾等。 (二)选择流程: 1、间歇破碎 2、开路破碎 3、闭路破碎 三、原料的筛分 (一)筛分作用:控制物料粒度 (二)筛分设备 1、六角筛 适用于筛分砂岩、 白云石、长石、 石灰石、纯碱、 芒硝等粉料,但 不适用于含水量 高的物料。其优 点是运转平稳、 密闭性好、振动 小、噪声小,其 缺点是筛面利用 率仅为整个筛面 的1/6,因而产量 工作原理 2、机械振动筛 主要用来筛分砂岩。其 优点是筛分效率高、构 造简单、维修方便、密 闭性好,能分出多种粒 级的物料,电耗低。其 缺点是振动和噪声大, 若筛与筛间分隔不当易 蹦大颗粒。 3、平面摇筛 用于硅 砂筛分 倾斜安装的筛面 被传动系统带动 而摇动,砂粒从 筛孔漏出,杂物 从筛低端排除。 四、配合料的制备 (一)质量要求 1、正确性、稳定性 2、均匀性 3、恰当的颗粒度与颗粒组成 4、一定的气体含率 5、一定的水分含率 (二)称量 1、要求:快、准 2、称量设备: (1)电子自动秤 PCS型电子自动配料秤 失重微机配料控制系统 自动化程度高, 称量速度快,价 格较高 (2)台秤 自动化程度低, 称量速度慢, 价格相对便宜 (三)混合 1、混合机理 目前浮法玻璃生产企业更多用艾 对流混合 立赫式混合机,不仅机内桨叶转动, 扩散混合 混合机下底盘也转动,使物料运动轨 剪切混合 迹更加复杂,混合效果更好。 2、混合设备 (1)种类:重力混合机 强制混合机 (2)常用混合机 QH式 混合机 V型混 合机 双锥混 合机 桨叶式 混合机 鼓形混 合机 (四) 影响因素 1、物料的物理性质(密度、颗粒组成、表面形 状等):越接近越容易混合; 2、加料顺序:常用顺序如 砂岩、硅砂→水→纯碱→长石→石灰石、 白云石→芒硝煤粉混合物 3、加水量:占总水量5%左右 4、加水方式:水雾 水蒸气 5、混合时间:太长、太短都影响均匀度 6、碎玻璃的加入:破坏料蛋,减少分料,但 减小混合机有效利用率。 第四节 玻璃的熔制 一、玻璃熔制过程概述 配合料加热时的各种过程 物理过程 1.配合料加热 2.配合料脱水 化学过程 1.固相反应 2.各种盐类分解 物理化学过程 1.共熔体的生成 2.固态溶解、液态 互溶 3.各个组分熔化 4.晶相转化 3.水化物分解 4.结晶水分解 3.玻璃液、炉气、 气泡间的相互作用 4.玻璃液与耐火材 料间的作用 5.个别组分的挥发 5.硅酸盐的形成与 相互作用 二、玻璃的熔制 (一)硅酸盐的形成 1、阶段作用、特点 (1)作用:形成硅酸盐; (2)产物:SiO2和硅酸盐形成的不透明烧结物 (3)特点:温度——900℃左右;速度——快, 2、影响因素 (1)熔化温度:随着温度的升高,其反应速度也随着提高; 当温度不变时,反应速度也逐渐减慢; 温度每升高10℃,反应速度约增加10%。 (2)反应物量:量↑,速度↑ (3)物料颗粒度:颗粒度↓,速度↑ (4)配合料均匀度:均匀度↑,速度↑ (5)原料的种类、形式: (二)玻璃的形成 1、机理 (1)砂粒表面SiO2断键、溶解 (2)溶解的SiO2向熔体扩散 2、作用、特点: (1)作用:生产含气泡、不均匀的玻璃液; (2)特点:温度——1200℃左右;速度——较快; 在熔窑中几十分钟可以完成(28-29分)。 3、影响因素 (1)玻璃成分 (2)熔制温度 (3)颗粒度 (4)助熔剂 (5)碎玻璃 (三)澄清 1、概述 (1)概念:除去玻璃液中可见气泡的过程 (2)气体来源 配合料料粒空隙、配合料水分分解与蒸发、挥发分的 挥发、氧化物的氧化还原、耐火材料的孔隙及被侵蚀分 解、窑炉气体的孔隙及被侵蚀分解 (3)气体存在形式 A、可见气泡 1% B、溶解:物理溶解、化学溶解 (4)澄清的两种方法 A、气泡长大 B、气泡变小、溶解 澄清与去气的区别 2、澄清过程 (1)气泡的形成和长大 (2)气体的转化与平衡 炉气中气体 炉 液 PA ? PA P ?P 炉 A 液 A 玻璃液中气体 漂浮排出 泡 液 PA ? PA 气泡中气体 影响因素: 温度、炉内压力与气氛、气泡中气体分压与种类、玻 璃成分与气体在玻璃液中的扩散速度。 泡 液 PA ? PA (3)气体与玻璃液的相互作用 ? 氧气与熔融液的相互作用 ? SO2与熔融液的相互作用 ? CO2与熔融液的相互作用 ? H2O与熔融液的相互作用 3、影响玻璃澄清的因素 (1)配合料中气体含率 (2)澄清温度、时间 (3)窑压窑内气体组成或压力及是否稳定 (4)气泡尺寸、玻璃液粘度影响上升速度 (5)炉气组成和压力 (6)玻璃成分 4、加速澄清的措施 (1)延长澄清时间 (2)提高澄清温度 (3)玻璃液沸腾搅拌、鼓泡 (4)高压或线)加澄清剂 (四)玻璃液的均化 1、概念:成分、温度 2、产生不均质体的原因 (1)配合料的不均匀性 (2)耐火材料被侵蚀 (3)熔化制度不稳定 (4)玻璃液导热性差 (5)熔窑的加热和冷却 3、均化过程 (1)不均质体扩散:从高浓度到低浓度 (2)玻璃液对流均化:纵向、横向、深向 (3)因气泡上升而引起的搅拌均化作用 4、影响均化的因素 粘度、表面张力、液流、机械搅拌、鼓泡、 辅助电加热、配合料的均匀度、配合料的预 处理、熔窑结构 (五)冷却 1、目的:→104Pa· S左右 2、要求 适合成型的温度、不破坏玻璃液的均匀性、 不产生二次气泡 3、二次气泡 (1)特点 均匀分布、直径小于 0.1 毫米、数量多、不 容易消除 (2)产生原因 A、溶解气体的析出 B、碳酸盐、硫酸盐的分解 C、流股间的化学作用 D、耐火材料的作用 E、含钡玻璃高温分解 F、电化学反应 4、冷却方法:自然、强制 三 影响熔制过程的因素 一、玻璃的化学组成 二、配合料的物理状态 (一)原料的选择 (二)配合料的均匀性、粒度、颗粒组成 三、加速剂、澄清剂的应用 四、加料方式:配合料是否与碎玻璃均匀混合、 料层厚度、投料机 五、熔制制度 (一)T (二)气氛、窑压(含高压与真空冶炼) (三)液面 (四)泡界线 六、耐火材料质量 七、机械搅拌、鼓泡、浸没式燃烧 (一)浸没式燃烧作用特点 1、热利用率高 2、熔化率高,熔化面积小 3、燃烧生成物使玻璃液充分混合 4、玻璃液承受最高温度而非砌体 (二)浸没式燃烧器安装方式:池底、池壁 (三)使用注意事项 1、燃烧器空气和煤气压力须大于玻璃液静压力 2、在一定温度加料时,首先应当加入碎玻璃 3、生料和碎玻璃应在两燃烧器之间较冷的地方加入 4、若所加料是粉料,应加到液面以下 5、燃烧器与壁联结处玻璃液粘度大,可以防止泄露 6、燃烧器中燃料应该完全燃烧 7、气泡排除:熔化池、炉坎、澄清部 八、电辅助加热 (一)电热元件:电极、电阻 1、电极材料:石墨、钼、氧化锡、铁 2、特点:熔化率高、玻璃质量好、热效率高、减轻对窑 体的损坏、自动控制,操作条件好 3、电极的布臵:垂直、水平 4、辅助电加热部位:宜在澄清带、引上室、工作口;不 宜在冷却部、投料口(若料层厚,流动困难,可设在 投料口) 四 玻璃熔窑 一、作用:把合格的配合料熔制成无气泡、条纹、 析晶的透明玻璃液,并使其冷却到所需的成型 温度。 二、分类: 按使用的热源分 按熔制过程的连续性分 火焰窑 电热窑 火焰-电热窑 连续式窑 间歇式窑 按废气余热回收设备分 按窑内火焰流动走向分 蓄热式窑 换热式窑 纵火焰窑 横火焰窑 马蹄焰窑 三、熔窑构成 (一)熔制部分 包括:投料口、熔化部、卡脖、冷却部 (二)燃料燃烧部分 包括:小炉、喷枪 (三)余热回收部分 包括:蓄热室或换热器 (四)排烟供气部分 包括:分支烟道、支烟道、总烟道以及分 支烟道闸板、总烟道闸板、空气交换器、 助燃风机、风管等 四、熔窑工作过程 横 截 面 图 平面图 浮法生产用横焰窑工作 原理图 配合料由投料口进入熔化部,由窑的一侧的小炉喷焰加热,火焰 把热量传给配合料,熔化与澄清后的玻璃液进入冷却部,经流槽 口进入锡槽。燃烧后的废气进入另一侧的小炉,经蓄热室、烟道、 烟囱排出, 五、熔窑作业制度 (一)温度制度 两种温度曲线、山型温度曲线 热点突出,泡界线明显,各处液流轨迹稳定,但 投料口温度偏低,熔化用时较长。 2、桥型温度曲线 热点不明显,位臵部稳定液流轨迹也不稳定,燃 料消耗量大。 温 度 温 度 投料口 山型温度曲线 卡脖 投料口 卡脖 桥型温度曲线 (二)窑压 概念:液面附近的气压 要求:零压微正压。 正压过大:燃料人少困难而降低熔化部温度;泡界线 模糊;冷却部温度上升;耐火材料损坏加快。 负压:冷空气入窑降低火焰温度;影响传热;影响澄 清和均化 测压点:大碹内表面,或近液面处 (三)泡界线 概念:熔化好的与没有熔化好的玻璃液之间的分界线,是生 产流与热对流达到平衡的结果 影响因素:投料量与拉引量;料堆宽度与厚度;热点与投料 口温度差;温度制度;配合料熔化难易程度等 (四)液面 1、要求 做到投料量与玻璃拉引量相适应,保持稳定。 2、投料 (1)要求 A、投料量与玻璃拉引量适应; B、料堆薄而小,不跑偏; C、振动小,落差小 (2)投料设备 A、垄式投料机 B、毯式投料机 C、辊式投料机 D、螺旋投料机 E、振动喂料机 3、液面监控设备 (1)铁钩; (2)液面镜; (3)固定式铂探针; (4)移动式铂探针 (5)核子液面仪 (6)气压液面控制仪 六、耐火材料的选用 常见配臵方案: 火焰空间(大碹、胸墙)—— 硅砖; 池壁——电熔锆刚玉砖+电熔莫来石砖+粘土 砖,或整块电熔锆刚玉砖; 池底——粘土砖,或保温砖+粘土砖+锆质捣 打料+刚玉砖; 小炉口——电熔锆刚玉砖; 蓄热室——硅砖、粘土砖、高铝砖、碱性耐 火材料; 烟道——粘土砖 七、熔窑的节能 通常采用以下措施: 1、高温熔化制度 2、熔窑保温 3、废气余热利用 4、改进玻璃的熔化工艺 5、改进燃烧技术 6、采用鼓泡与机械搅拌技术 7、改进熔窑结构 8、采用辅助电熔及实现生产自动化。 第六节 玻璃的成型 成型方法分类 成型 冷成型 物 理 成 型 化 学 成 型 吹 制 成 型 拉 制 成 型 压 制 成 型 压 延 成 型 热塑成型 浇 铸 成 型 离 心 成 型 喷 吹 成 型 浮 法 成 型 一、浮法成型 成型过程 1150℃左右的玻璃液,通过熔窑与锡槽相连接的流道、流 槽,流入熔融的锡液面上,在自身重力、表面张力以及 拉引力的作用下,玻璃液摊开成为玻璃带,在锡槽中完 成抛光与拉薄,在锡槽末端的玻璃带已冷却到600℃左 右,辊道的拉引把即将硬化的玻璃带引出锡槽,通过过 渡辊台进入退火窑。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1-玻璃液 2-流槽 3-闸板 4-碹顶 5-玻璃带 6-锡液 7-槽底 8-保护气体管道 9-过渡辊台 1、浮法成型的特点 ? 成型时不需克服玻璃自身的重力 ? 可以充分发挥玻璃表面张力的作用 ? 玻璃带横向温度均匀 ? 可以比较容易地生产特薄和特厚的玻璃 ? 成型过程中温度降落慢、拉引速度快 ? 避免了玻璃结晶缺陷、作业周期长 ? 板宽加大比较容易 ? 可以在线生产镀膜玻璃 ? 容易实现切装机械化自动化 ? 可以比较容易地生产特大片玻璃 2、浮法玻璃的成型机理 (1)玻璃液在锡液面上的浮起高度 h1 ? (1 ? dg d? )?h 式中,h1、h、dg、dτ、分别 为浮起高度、玻璃自然厚度、 玻璃密度、锡液密度。 (2)浮法玻璃自然厚度 概念: 浮在锡液面上的玻璃液不受到任何外力作用 时所显示的厚度。 影响因素:玻璃液的表面张力σg、锡液的表面张力 σt、玻璃液与锡液界面上的表面张力σg、σt 以及 玻璃液与锡液的密度dg、dτ。 H ? 2 2d t (? g ? ? gt ? ? t ) gdg (d t ? d g ) (3)抛光原理 抛光的概念 一般的抛光是指对物件进行机械加 工,使它的表面变得十分光滑。 浮法玻璃的抛光过程主要是依赖于玻璃液表 面张力的作用——一种内力的作用实现的。 玻璃的表面张力 不同成分的玻璃液,其表面张力 不同,一般变化在(2.20—3.80) ×10-1N/m范围内。 对于钠钙硅玻璃,表面 ? i ai 张力与组成的关系为: ? ? ? ? i——各种氧化物的表面张力系数 ai——氧化物的含量 锡液的表面张力 锡液的表面张力>玻璃液的表面张力 锡槽中的锡液是一种复杂的溶液,其杂质 对表面张力的影响很小,可以用纯锡液的 表面张力来代替。 玻璃与锡液界面上的表面张力 高温下,玻璃液和锡液是两种不相容的液 体,在它们的界面上存在表面张力。 两相界面上表面张力与两相的密度差有关。 气相密度<液相密度,液-气界面的表面张 力>液-液界面的表面张力 (4)拉薄原理 在重力和表面张力平衡时,玻璃液在锡液面上 形成约7mm厚的玻璃带。在拉引略小于平衡厚度 的玻璃时,如6-6.5mm,只要适当增大拉引速度, 对玻璃带产生一定的拉力就可以了。 难点 拉引更薄的玻璃 在拉薄过程中,拉力使玻璃变薄, 而表面张力有使玻璃增厚的趋势, 使带宽有收缩的趋势。 拉薄的适宜粘度 解决办法 拉薄的方法 适宜粘度:106Pa·s ,常用范围是105.25-106.75 Pa·s 拉薄的方法: ☆ 重新加热法 ☆ 徐冷法 ☆ 拉薄的措施 高速拉引 施加横向拉力 (5)拉边器的配臵 A、原理:通过调节拉边器安装位臵、角度、运转速 度、压入深度等方法调节玻璃带的厚度。 B、数量:与厚度有关。 玻璃厚度(mm) 拉边器配用台数(台) 5 1 4 2-3 3 3-4 2 4-5 1.6 7 使用中的拉边器 (6)厚玻璃生产原理 厚玻璃是指大于平衡厚度的玻璃 当玻璃液厚度大于平衡厚度时,重力和侧向 力的合力大于表面张力的合力,合力方向使 玻璃展薄,合力Fc称为展薄力。 玻璃愈厚,展薄力愈大。要获得厚玻璃,必 须有一个阻挡力F0来平衡展薄力Fc,即 F0 ? Fc 3、锡的物理性质 向锡槽中所加的锡为锡锭, 易氧化成氧化亚锡、氧化 锡,储存温度不当会发生 晶体转变而粉化。 性 质 密度 熔点 沸点 导热率 (200℃) 波长 单 位 数值 性 质 锡锭 单 位 J/g J/g % N/m 7 81 10 84 数值 60.3 3018 2.7 531×10-3 12 85 g/cm3 7.298 熔化潜热 231.96 ℃ 蒸发潜热 2270 ℃ 固-液相体积变化 W/(m·K) 65.73 表面张力(232℃) μm % 1 54 2 61 4 72 反光能力 4.保护气体 作用:防止锡的氧化以保持玻璃的抛光度, 减少产生虹彩、沾锡、光畸变等缺陷,减少 锡的损失等。 组成:一般,保护气体由N2+H2组成。 部位 H2 (%) N2 (%) 中部 4~6 96~94 首部 6~7 94~93 尾部 8~9 92~91 5.超薄玻璃的生产 (1)概念:3mm以下的平板玻璃称为薄玻璃,而厚度 在1. 5mm以下的称为超薄玻璃。 (2)主要生产难点 A、玻璃板厚薄差小,对玻璃原片的厚薄差要求小于 0.05mm; B、有波纹度的特别要求,一般要求是0. 15Um/20 mm; C、玻璃质量要求极高,几乎要求无气泡、杂物、铅锡等; D、包装要求质量高,不能有任何细小划伤,贮存周期要求 长,对包装纸等都有特殊要求。 (3)生产方法 A、电极法 B、挡墙拉边机法 挡墙拉边 机法法 电极法 6、厚玻璃的生产方法 (1)拉边机法(简 称RADS法,也叫 倒八字拉边机积 厚法) (2)挡墙拉边机法 (简称DT法) 7、浮法成型的几种缺陷 (1)“彩虹”:SnO+1/2O2=SnO2 (2)沾锡 Sn2+对金属锡的粘附力,通常沾锡呈细粒的点状,严重 时则呈片状。 (3)“斑点”(或光畸变点) 玻璃表面的微笑凹陷,其形状呈平滑的圆形。这种斑 点缺陷损害了玻璃的光学质量,使观察到的物象发生畸变。 产生的原因:SnO和SnS蒸汽的聚集冷凝。 (4)“小波纹” 玻璃表面的微细不平整缺陷。产生的原因:①高温区 温度不均匀;②锡液中的氧被氧化为氧化锡,体积局部膨 胀而产生应力,当玻璃温度低时,应力来不及消失,在玻 璃的继续冷却过程中产生不均匀收缩,从而促进了小波纹 的形成。 8、锡槽的工艺分区 (1)抛光区 功能:使从流槽流入锡槽的玻璃液在这里摊平抛光。 温度:不低于1000℃,η不大于103Pa· S。 停留时间:不得少于1.7min。此区不能采用强制冷却。 (2)预冷区 功能:为了满足成型时的温度和粘度,需有个冷却过程。 温度:1100 ℃ →900 ℃左右, η大于104Pa· S 为了防止玻璃带的摆动,常在此区的两侧安臵拉边机。 一般此区的长度为5~6m。此区可以采用强制冷却。 (3)拉薄(或增厚)区 温度:大约为900 ~780 ℃,适宜的展薄粘度为 104.25 ~5.75Pa· S。 此区的长度为锡槽宽度长度的3/5 ~2/3。 (4)冷却区 温度:降至600 ~650 ℃ 目的:增大玻璃粘度,使之足以在保持原状的情况下拉出 锡槽进入退火区。 二、平拉成型 (一)原理 1、板根形成 玻璃液被引砖分流,在引砖上的液面由两块“硬皮”合成 板根。 2、边子形成 依靠拉边辊和边部冷却形成稳定边子。 3、板面拉伸 向上拉力需要克服转向辊摩擦力、玻璃液表面张力、粘滞 力、重力等的作用。 4、转向 玻璃呈粘弹性状态时转向。 (二) 成型过程 与引上法相比:成型速度快,生产周期 长,产品质量高;与浮法相比:便于控制 厚度,易生产1mm以下的薄玻璃。 从成型室浅层 玻璃液的自由 液面引出原板 ,经过转向辊 转向90°由垂 直拉引变为水 平拉引,经过 退火后切割成 原片。 (三)几个部件作用 1、C型砖 分隔空间,阻挡浮渣。 2、引砖 分流、挡热,稳定板根。 3、主水包 稳定气流,冷却板根。 4、唇砖(或L型砖) 稳定气流,平衡板根内外冷却强度,便于 打炉。 5、转向辊 使玻璃带转向 三、垂直成型 ? 有槽引上法 主要成型设备:槽子砖、 冷却机、引上机 玻璃液从唇形 的槽口引出, 经过冷却水包 的硬化,在引 上机机膛内退 火后切割成原 片。 ? 无槽引上法 生产控制难度较大,不 易生产2mm以下的薄玻璃 用一块沉在 玻璃液中引砖与上 面的冷却水包一起 形成板根。 四、 压延法 用来制造刻花玻璃、夹丝玻璃及少量 特殊用途的平板玻璃。 间歇压延法:将玻璃液倒在浇铸台的金属板上, 然后用沉重的金属辊压延使之变为平板玻璃。 半连续压延法:从池窑或坩埚窑中取出一定量的玻 璃液,倾倒在两根直径相同的压辊之间,两个压辊 相向转动,使玻璃液从辊间辊压成板状。 连续压延法:玻璃液由池窑的溢流槽连续流出,流 入压延机被辊压成一定厚度的玻璃带,经辊道输送进 入连续式退火窑中退火。 第七节 玻璃缺陷 缺陷种类:气泡、条纹、结石 一、气泡 (一)一次气泡(也叫残留气泡) ? 产生的原因:玻璃液澄清不良,没有将配合 料中分解放出的气体全部排除。 ? 防止措施: ① 严格遵守配料与熔制制度; ② 调整熔制制度、改变澄清剂种类和用量; ③ 适当改变玻璃成分,使熔体的粘度和表面 张力降低。 (二)二次气泡 ? 产生的原因:澄清好的玻璃液由于温度、气氛 或压力波动而重新析出的微小气泡。 (三)耐火材料气泡 ? 概念:玻璃液与耐火材料间的物理化学作用产 生 的气泡。 ? 产生的原因:①毛细管作用,玻璃液进入缝隙 而 将气体挤出而成气泡。②耐火材料所含Fe 的氧化物对玻璃液中残留的盐类的分解起 着 催化作用,这使玻璃液产生气泡。③由还 原 焰烧成的耐火材料,在其表面上或缝隙中 ? 防止措施: ① 提高耐火材料的质量降低气孔率; ② 在熔制工艺操作上严格遵守作业制度; ③ 减少温度的波动。 (四)铁器引起的铁泡 ? 产生的原因:金属铁进入玻璃液将受到氧化而 溶解,使玻璃变成褐色。与此同时,铁中的 碳素被氧化成CO或CO2气泡。 (五)外界空气气泡 ? 产生的原因:在玻璃成型时,由于挑料操作不 当,容易产生气泡。 ? 特点:气泡比较大,一般在2mm以上,并且常出 现在制品的固定部位,但分布不规则。 二、条纹与节瘤 1、概念:玻璃中存在的、与主体玻璃成分、性能不同的 部分。 条纹——条状、纤维状 节瘤——块状、片状、颗粒状 2、产生原因: (1)玻璃液化学成分不均匀、熔化不均匀、熔制制度不 稳定 (2)窑旋液滴引起条纹和节瘤 (3)耐火材料被侵蚀 (4)结石熔化 (5)气氛:还原气氛使表面张力增大20%,熔体中心表 面张力较小的部分翻到表面。 3、分类 ? 硅质玻璃状夹杂物 由富硅质玻璃产生的线道、结节和条纹。 主要原因是原料配制和熔制不当及耐火材料的 侵蚀而引起的。 ? 铝硅质玻璃状夹杂物 大部分来自电容砖、粘土砖、高铝砖等耐火材 料的侵蚀,或玻璃配合料中混入高铝质的 粘土所致。 三、结石 (一)配合料结石:配合料中未熔 化的颗粒 1、特征:大多为石英颗粒,色泽 呈白色,棱角模糊,表面常有沟 槽,周围有一层SiO2含量较高的 无色圈,边缘往往会出现方石英 和鳞石英的晶体。 2、原因:配合料结石的产生不仅 与配合料的制备质量有关,也与 熔制的加料方式、熔制温度的高 低与波动等有关 。 扫描电镜 下的结石 (二)耐火材料结石 1、概念:当耐火材料受到侵蚀剥落,或在高温下 玻璃液与耐火材料相互作用后有些碎屑就可能夹 杂到玻璃制品中而形成耐火材料结石。 2、原因: (1)硅质结石:窑碹、胸墙常用硅砖砌成,在高 温下或者在碱性飞料的影响下会产生蚀变,有时 形成熔溜物淌下,或以碹滴落入玻璃液中。 (2)铝硅质结石:池壁等硅酸铝质耐火材料被玻 璃液冲刷、侵蚀。 (三)析晶结石 1、来源:玻璃析晶 2、常见产生部位:玻璃液中界面 处、熔窑池底、死角等 3、常见析晶结石: 通常有鳞石英与方石英(SiO2)、 硅灰石(CaO· SiO2)、失透石 (Na2O· 3CaO· 6Si02)、透辉石 (CaO· MgO· 2Si02)及二硅酸钡 (BaO· 2Si02)等。 玻璃球中的析晶结石 四、防止玻璃缺陷的措施 ? 优化玻璃料方 ? 提高配合料质量和投料质量 ? 改进作业制度 ? 使用优质耐火材料 ? 改进熔窑结构和筑炉质量 第八节 玻璃的退火工艺 一、概念 退火温度:为了消除玻璃中的永久应力,必须把玻璃加 热到低于玻璃转变温度Tg附近某一温度进行保温均 热,以消除玻璃各部分的温度梯度,使应力松弛, 这个选定的保温均热温度称玻璃的退火温度 。 退火下限温度和退火上限温度:经过3min能消除95% 的应力的保温温度为退火上限温度;经3min只能消 除5%的应力的温度为退火下限温度。 退火温度范围:退火下限温度~退火上限温度。 不同玻璃退火上限:大部分器皿玻璃——550±20℃, 平板玻璃——550~570℃,瓶罐玻璃——550~ 600℃。 二、退火过程 1、概念:将玻璃制品重新 加热退火消除或减小永久 应力的过程。 2、过程 (1)加热阶段: 玻璃表面产生压应力,速 度可以较快。如果玻璃制 品厚度的一半为acm,则 加热速度为20/a2~ 30/a2℃/min,如果是光 学玻璃则应5/a2 。 退火温度曲线)保温阶段: 消除应力的关键阶段,一般把比退火上限温度低20~ 30℃作为退火温度。保温时间可按70a2~120a2进行 计算,或者按应力容许值△n进行计算: a2 t ? 52 ?n (3)慢冷阶段: 慢冷的目的在于避免在冷却过程中因玻璃中温度梯度 过大而重新产生过大的永久应力。 ?t ) 慢冷的终了温度应低于应变点,慢冷速度为 ht ? h0 (1 ? 300 (4)快冷阶段 因处于应变点以下,不产生永久应力,只要暂时应力 不超过机械强度,冷却速度可以尽量快。 最大冷却速度为: hc=65/a2 ,一般技术玻璃采用该 值的15~20%,有的玻璃冷却速度控制为hc=2/a2 三、玻璃一次退火过程 ? 与二次退火相类似,但玻璃不需要加热,在应变 点以上,应该缓慢降温,避免产生过大的永久应 力,应变点以下,冷却速度逐渐加快。 ? 玻璃退火过程分五个阶段: (1)加热均热阶段:段末温度570℃左右; (2)重要冷却带:段末温度450℃左右; (3)缓慢冷却带:段末温度270℃左右; (4)快速冷却带:段末温度180℃左右; (5)急速冷却带:段末温度60℃左右。 浮法玻璃退火窑 作业 1、简述玻璃的成型工艺流程。 2、生产玻璃的主要原料有哪些? 3、熔制过程分哪几个阶段?每个阶段结束时的温 度是多少? 4、成型过程分哪几个阶段?每个阶段结束时的温 度是多少? 5、退火过程有哪几个阶段?退火的目的是什么? 6、玻璃的缺陷有哪几种?

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