玻璃熔制一教材

“玻璃熔制”课程任务书系：材料工程系班级：玻璃132部门：一任务：一目录任务题目：300t/d浮法玻璃熔窑熔制制度的确定二、主要内容：确定玻璃熔制过程的温度-粘度曲线确定玻璃熔制的各种熔制制度分析熔制制度对玻璃质量的影响基本要求：玻璃熔制制度应符合实际生产情况要求，便于组织生产熔制制度参数选择合理、先进熟悉玻璃熔制制度对玻璃质量的影响提交一份打印的任务说明书与电子文档提交本小组成员的成绩表一、确定玻璃熔制过程的温度-粘度曲线玻璃熔制是按照玻璃配方混合好配合料，经过高温加热形成均匀透明的、无缺陷的并符合成型要求的玻璃液的过程。影响玻璃熔制过程的因素熔化温度：温度增加，反应速度加快，温度每升高10℃，反应速度也上升10%。物料颗粒度：粒度减小，速度上升，粒度过小，结团速度下降。配合料均匀度：均匀度上升，速度加快。原料的种类、形成：块、粒状速度快。投料方法与质量：正面投料，料层薄，熔化快黏度：速度梯度为1时单位接触面积上的内摩擦力。黏度的工艺意义影响玻璃的熔制质量，黏度大，石英熔化困难，气泡排除困难。决定玻璃的产量。决定玻璃制品的成型质量，不同的制品和成型方法，其成型黏度也不同。决定制品退火温度和热处理温度。黏度与温度的关系由于结构特性的不同，玻璃熔体与晶体的黏度随温度的变化趋势有显著的差别。晶体在高于熔点时，熔化变化很小，当达到凝固点时，由于熔融态转变成晶态的缘故，黏度呈直线上升。玻璃的黏度则随温度下降而增大，从玻璃液到固态，玻璃的黏度是连续变化的，其间没有数值上的突变。所以实用硅酸盐玻璃，其黏度随温度的变化都属于同一类型，只是黏度随温度变化的速度以及对应于某给定黏度的温度有所不同。随着温度的变化，玻璃的黏度变化速率不同，这被称为具有不同的料性。分为长性玻璃和短性玻璃。随温度降低长性玻璃的硬化速度较慢，被称为慢凝玻璃，而短性玻璃的硬化速度较快，又被称为快凝玻璃。黏度与玻璃组成的关系玻璃组成与黏度之间存在复杂的关系，加入某种氧化物后所引起的黏度的改变，不仅取决于该氧化物的性质，而且还取决于玻璃本身的成分。一般来说，当引入SiO2、Al2O3、ZrO2等氧化物时，因这些阳离子电荷多、离子半径小，故作用力大，总是倾向于形成更为复杂且巨大的阴离子团，黏滞活化能变大，玻璃的黏度增加。当引入碱金属氧化物时，因能提供“游离氧”，使原来复杂的硅氧阴离子团解离，黏滞活化能变小，玻璃的黏度降低。当引入二价氧化物时对黏度的影响较为复杂，它们一方面与碱金属离子一样，放出游离氧使复杂的硅氧阴离子团解离，使黏度减小，另一方面这些阳离子电价较高、离子半径又不大，可能夺取原来复合硅氧阴离子团中的氧离子以致使复合阴离子团“缔合”而使黏度增大。而CaO、B2O3、ZnO、Li2O对黏度的影响较为复杂，低温时ZnO、Li2O能增加黏度，高温时则能降低黏度；低温时CaO能增加黏度，高温且含量小于10%~12%时能降低黏度，含量大于10%~12%时又能增加黏度；低温且含量小于15%时，B2O3能增加黏度，含量大于15%时能降低黏度，高温时B2O3又能增加黏度。黏度参考点鉴于玻璃生产的需要，一般把生产控制常用的黏度点同黏度—温度曲线上对应的点联系起来应变点大致相当于黏度为1013.6帕的温度，即应力能在几小时内消除的温度，也称退火下限温度。在此次任务中取应变点黏度为1013帕。转变点相当于黏度为1012帕的温度。高于此点脆性消失，并开始出现塑性变形，物理性能开始迅速变化。在此次任务中取转变点黏度为1012帕。退火点大致相当于黏度为1012帕的温度，也称退火上限温度。通常比转变点温度高哦5~10℃。在此次任务中取退火点黏度为1012帕。变形点相当于黏度为1010帕~1011帕的温度范围。在此次任务中取变形点黏度为1011帕。软化点它与玻璃的密度和表面张力有关，对于密度约等于2.5的玻璃，它相当于黏度为106.6帕的温度，也即退火下限温度。在此次任务中取软化点黏度为107帕。操作范围相当于成型时玻璃液表面的温度范围。相当于黏度为102帕~103帕的温度。在此次任务中取操作范围黏度为102帕。黏度在玻璃熔制中的作用在生产实际中，玻璃的熔化、澄清、均化、供料、成型、退火等工艺过程的温度制度，一般都是以其对应的黏度为依据制定的，因此掌握黏度的变化规律对控制并提高制品产量、质量是非常有利的。在熔化过程中，石英颗粒是最后进入玻璃熔体的物质，它的溶解、扩散关系到整个熔化过程的进程，随之而来的澄清、均化等过程又都与玻璃液的黏度有关。在工艺上通常引入少量助溶剂来降低玻璃液的黏度，以达到加速玻璃澄清和均化的目的。黏度的计算在实际生产中，需要根据玻璃成分对黏度进行近视计算。奥霍琴法奥霍琴法适用于含有MgO、Al2O3的钠钙硅酸盐玻璃。当Na2O含量为12%~16%、CaO+MgO含量为5%~12%、Al2O3含量为0~5%、SiO2含量为64%~80%时，用下列公式计算T=Ax+By+Cz+DT某黏度值对应的温度x、y、z分别是Na2O、CaO+MgO3%、Al2O3的质量百分数B、C、D分别为Na2O、CaO+MgO3%、Al2O3、SiO2的特性常数，它随黏度值变化ŋ根据玻璃黏度值计算相应温度的常数表玻璃黏度（帕）系数数值以1%MgO取代1%CaO时所引起的温度提高ABCD102—22.87—16.106.501700.409.0107—8.710.474.24815.891.41011—7.463.215.52632.902.01012—7.323.495.37603.402.5103—6.295.245.24651.503.0操作范围的温度计算T=－22.78×14－16.10×（7+4）+6.5×2+1700.40≈1216℃校正：MgO实际含量为4%，比3%高1%，据表可知，温度将提高9℃T=1216+9=1225℃同理计算可知应变点温度632℃校正635℃转变点温度578℃校正580℃退火点温度578℃校正580℃变形点温度575℃校正577℃软化点温度707.6℃校正709℃

1gŋ131197531500600700800900100011001200温度确定玻璃熔制的各种熔制制度熔制制度有温度制度、泡界线制度、压力制度、液面制度、气氛制度、换向制度。其作用是提高熔窑产量保证玻璃液的质量降低能源消耗延长熔窑的使用寿命1、温度制度沿熔化部窑长方向的温度分布制度分为全窑温度和熔化部温度制度。1)测温点的选择：小炉腿温度挂钩砖温度胸墙温度玻璃液温度大宣顶温度2)测温方法：热电偶、光线高温计工厂常用光线高温计测小炉腿温度与大宣顶温度，热电偶温度作比较来控制熔化温度。3)温度曲线类型a)山型温度曲线特点：热点突出，泡界线清晰稳定，窑内液流轨迹稳定，热点与小炉的温差大，投料口温度偏低，顶熔和澄清能力弱，熔化熔化用时较长。b)桥型温度曲线特点：热点不明显，高温区大熔化能力强，热点前后温差小，玻璃液流轨迹不稳定。c)双高型温度曲线特点：传热效率高，燃料分布合理，热耗低，玻璃熔化和澄清质量好，泡界线不易波动，对窑体耐火材料质量要求高。温度制度的制度热点温度影响因素为玻璃的种类、成分、质量要求、生产规模、耐火材料种类和窑龄。普通器皿(1420—1450)℃±（5—10）℃在此次任务中取热点温度为1440℃热点位置影响因素为小炉对数与布置（横焰或马蹄焰）、温度曲线5对小炉：热点在3—4小炉之间6对小炉：热点在4小炉或稍后在此次任务中取热点位置在3—4小炉之间4)泡界线制度泡界线：覆盖在玻璃液上的未熔化的硅酸盐烧结物(泡沫区）与熔融玻璃液间的分界线。泡界线的成因：窑内配合料的作用力投料机的推力：向后热点与投料口间的对流回流力：向前料堆在高温下的熔化作用：向前5)泡界线的压制形状：向澄清区突出，两边对称的弧线位置：热点位置或稍前要求：边缘清晰，位置稳定，线外无沫子影响泡界线的因素：熔化部温度、投料量及料堆形状、拉引量、燃料质量与流量、风火配比、配合料配比、窑炉结构等。压力制度窑内气体系统所具有的静压力分布，用气流压力分布图表示，分为纵向、横向压力。窑压波动的危害窑压过小，吸入冷空气，降低温度，改变气氛，破坏窑内温度均匀性，增加能耗。窑压过大，燃料燃烧过程速度慢，温度低，产量低，澄清慢，质量差，窑体烧损严重，散热损失大，耗热高。6)窑压控制液面处微正压5~10帕±1帕夏季比冬季低2~4帕在此次任务中取窑压8帕造成窑压过大的原因窑系统的阻力增大：格子体堵塞与倒塌，烟道漏风，烟道积水。烟囱抽力不足：烟气温度低，闸板开度小，烟气量大。风火配合不合理：烟气温度低，烟气量低。7)液面制度液面波动的危害影响成型作业的稳定加速池壁耐火砖的侵蚀，窑寿命缩短，玻璃质量下降。8)液面控制一般为±0.5㎜要求高时±0.2㎜在此次任务中取液面为±0.5㎜控制点位置，澄清部耳池控制方式：与投料机连锁控制铂探针式控制精度高，可达±0.2㎜常用激光式（光电式）核子液位计（放射性同位素）9)气氛制度窑内气体或火焰的气氛性质的控制气氛性质类型氧化气氛：烟气中含有氧气的气体，α>1还原气氛：烟气中含有氧气的气体，α<1中性气氛：烟气中无氧无还原性气体，α=1气氛控制的温度由玻璃的品种、澄清剂种类、配合料组成、玻璃颜色及熔制要求确定。芒硝配合料的气氛制度1—2对小炉为还原气氛，防止C粉过早燃烧3—4对小炉为中性气氛，保证燃烧温度5—6对小炉为氧化气氛，烧掉多余的C粉，防止出现铁离子，降低玻璃透光率。10)换向制度目的：针对蓄热室熔窑保证蓄热室的正常工作减少窑内温度的波动换向时间：20~30min一般为20min换向时间过长，离开蓄热室烟气温度高，加热空气温度低，窑内温度低，波动大，热效率低。在此次任务中取换向时间为20min分析熔制制度对玻璃质量的影响玻璃的熔制温度是影响玻璃熔制过程的重要因素，随着温度的升高与玻璃熔制有关的一切过程，如盐类的分解、硅酸盐的形成、已生成化合物的互溶、玻璃液的澄清和均化等这一系列的过程都能加快。提高玻璃的熔化温度以强化玻璃熔制，是增加熔窑的生产能力的有效措施。但提高熔化温度应在条件允许的情况下，温度越高对耐火材料的侵蚀性亦越强烈，这将会缩短熔窑的使用周期，同时由于耐火材料的侵蚀转移到玻璃液中影响玻璃液的质量，因此，必须根据耐火材料的质量，确定合理的熔制温度，才能取得较好的效果。泡界线是投料和料堆前进的力与投料回流相平衡的结果，窑内温度分布、玻璃液流状况、成型作业和投料情况等稍有变化，都会在泡界线上有所反映。因此，根据泡界线形状、位置和清晰程度可判断出熔化作业的好坏，并据此予以调节。从泡界线的形成来看，要保持清晰稳定的泡界线，最主要的是要明确热点，并维持热点到投料口的投料回流，热点位置前移或后移都会使泡界线位置变动。若泡界线与投料口过近，则料层面积小，接受的热辐射面积减小，熔化速度会减慢，在投料量不变的情况下，熔化就不充分。相反，若泡界线远移，使料堆占据面积加大，虽然料堆上层熔化速度可加快，但料堆下层熔化并未跟上，含有未熔化完的石英砂粒的泡沫区就会变远，热点就会很模糊，容易发生跑料事故，并且回流温度因泡沫覆盖面积过大而降低，对生产不利。维持必要的从热点到投料口的回流，就是要在明确热点的同时，适当降低投料口的温度，增大热点到投料口的温差，使对流作用加强。但投料口温度也不可过低，以免造成冻料，影响料堆熔化。熔窑窑压的控制也是熔化工艺控制的一个重要指标，不管窑是大小如何，均要求使窑内的压力能保持稳定和微正压，这对制作高质量的玻璃制品有重要作用。在规模不同的熔窑的生产过程中，其工艺参数的确定，还需要根据窑内压力的测量方式和测量位置而定。一般的熔窑均采用碹顶取压，它远离玻璃液的表面，其测量值受到窑内火焰空间热气流和外界大气变化的影响很大，不能真实反映玻璃液面处的窑压。新设计的熔窑均从胸墙两侧取压，取压的要求是使窑内玻璃液表面的压力为“零压”。由于是靠近玻璃液的表面取压，窑内的温度和热气对窑内压力测量的影响较小，测量的精度因此得到提高。为确保窑内压力控制的正确性，更有一些熔窑在冷却部胸墙两侧也设置有测量装置，通过对其压