玻璃工艺基础原料概述及分类

第2篇玻璃工艺基础第6章原料及原料的选择第7章配合料制备第8章玻璃熔制第9章玻璃体的缺陷第10章玻璃的成形第11章玻璃的退火第6章原料及原料的选择（掌握）6.1原料概述及分类6.2原料的选择6.3主要原料6.4辅助原料6.5碎玻璃6.6原料均匀技术（自学）6.1原料概述及分类用于制备玻璃配合料的各类物质→玻璃原料分类主要原料：在玻璃中引入各种组成氧化物的原料。辅助原料：为使玻璃获得某些必要的性能或加速熔制过程而使用的原料。用量和作用主要原料酸性氧化物：SiO2、Al2O3、B2O3等碱性氧化物：K2O、Na2O、Li2O等二价金属氧化物：BeO、MgO、CaO等碱土金属氧化物：ZnO、PbO、CdO等多价金属氧化物：TiO2、ZrO2等辅助原料澄清剂：As2O3、Sb2O3、硝酸盐等着色剂：Mn2O3、Cr2O3等脱色剂：硝酸钠、CeO2等乳浊剂：氟化合物、磷酸盐等氧化剂：硝酸盐、As2O3、CeO2等还原剂：碳粉等助熔剂：萤石、硼化合物等熟料原料天然原料化工原料引入的组成→碎玻璃6.1原料概述及分类6.2原料的选择选择原则1原料的质量要符合要求2易于加工3成本低，储量丰富，供应可靠4对耐火材料的侵蚀要小5尽量采用适于熔制和无害的原料6.3主要原料1引入SiO2的原料SiO2在玻璃中的作用引入SiO2的原料石英砂（硅砂）、砂岩、石英岩等。表10－3注意（1）石英砂的颗粒度与颗粒组成最适宜的颗粒尺寸一般为0.15～0.8㎜(40－0.6目）。其中：0.25～0.5㎜（60目）的颗粒≮90%，0.1㎜（20目）以下的颗粒≯5%（2）有害杂质的含量（表10－2）2引入B2O3的原料B2O3在玻璃中的作用引入B2O3的原料硼砂、硼酸和含硼的矿物（硼镁石2MgO·B2O3·H2O、钠硼解石NaCaB5O9·8H2O、硅钙硼石）等3引入Al2O3的原料Al2O3在玻璃中的作用引入Al2O3的原料长石、高岭土（粘土）、瓷土、蜡石、氧化铝、氢氧化铝和含铝的矿渣和含长石的尾矿。还可引入Na2O、K2O、SiO26.3主要原料说明（1）长石有淡红色的钾长石（K2O·Al2O3·6SiO2)、呈白色的的钠长石（Na2O·Al2O3·6SiO2)和钙长石（CaO·Al2O3·6SiO2)三种。（2）对长石的质量要求：Al2O3>16%;Fe2O3<0.3%;R2O>12%（3）瓷土（Al2O3·2SiO2·2H2O)主要矿物组成是高岭石,其Fe2O3杂质较多。6.3主要原料4引入Na2O的原料Na2O在玻璃中的作用引入Na2O的原料纯碱和芒硝，还有部分的氢氧化钠和硝酸钠说明（1）纯碱分为轻质和重质两种。其重质有助于配合料的均匀混合。（2）芒硝使用须在还原剂（一般用煤粉）的作用下降低分解温度，由1120－1220℃降低到500－700℃。（3）芒硝除引入Na2O外，还有澄清作用。（4）芒硝蒸汽对耐火材料腐蚀很厉害。6.3主要原料5引入K2O的原料K2O在玻璃中的作用引入K2O的原料钾碱（碳酸钾）和硝酸钾。还是氧化剂、澄清剂和脱色剂6引入CaO的原料CaO在玻璃中的作用引入CaO的原料石灰石、方解石、白垩以及工业碳酸钙6.3主要原料7引入MgO的原料MgO在玻璃中的作用引入MgO的原料白云石（苦灰石）、菱镁矿。说明菱镁矿含Fe2O3较高，在用白云石引入MgO不足时才用。8引入BaO的原料BaO在玻璃中的作用引入BaO的原料重晶石（BaSO4)和毒晶石（BaCO2)说明钡的化合物都是有毒原料，使用时应注意。6.3主要原料9引入ZnO的原料ZnO在玻璃中的作用引入ZnO的原料锌氧粉（氧化锌）和菱锌矿（碳酸粉）10引入PbO的原料引入Na2O的原料PbO在玻璃中的作用铅丹（四氧化三铅Pb3O4)黄丹（PbO)说明红丹和黄丹都是有毒原料。6.3主要原料6.4辅助原料辅助原料澄清剂：As2O3、Sb2O3、硝酸盐等着色剂：Mn2O3、Cr2O3等脱色剂：硝酸钠、CeO2等乳浊剂：氟化合物、磷酸盐等氧化剂：硝酸盐、As2O3、CeO2等还原剂：碳粉等助熔剂：萤石、硼化合物等常用的澄清剂白砒（As2O3）：用量为配合料的0.2－0.6%三氧化锑（Sb2O3）：与白砒混合使用效果好硫酸盐（Na2SO4):为配合料的1－1.5%氟化物、食盐、二氧化铈、铵盐等1澄清剂概念往玻璃配合料或熔体中加入高温时本身能气化或分解放出气体，以促进玻璃中气泡排除的物质。6.4辅助原料2着色剂概念使玻璃着色的物质。常用的着色剂锰化合物：用量为配合料的3－5%铁化合物：铬化合物：用量为配合料的0.2－1%硫化物：0.02－0.17%铜化合物：用量为玻璃的1－2%钴化合物：浅蓝色为玻璃的0.002%，深蓝色0.1%金化合物：0.01－0.03%银化合物：0.06－0.2%铜化合物：1.5－5%6.4辅助原料3脱色剂

制造无色玻璃使用的一种消除颜色的物质。（1）化学脱色剂：借助于脱色剂的氧化作用，使玻璃被有机物沾染的黄色消除，还可使Fe2+→Fe3+,以增加玻璃的透光度。常用的化学脱色剂硝酸钠、硝酸钾、硝酸钡、白砒、三氧化二锑、氧化铈等。（2）物理脱色剂：往玻璃中加入一定量的能产生互补色的着色剂。常用的物理脱色剂二氧化锰、硒、氧化钴、氧化钕、氧化镍等概念6.4辅助原料4助熔剂（加速剂）概念能促使玻璃熔制过程加速的原料。常用的助熔剂类型氟化合物、硼化合物、钡化合物和硝酸盐5乳浊剂概念使玻璃产生不透明的乳白色的物质。常用的助熔剂类型氟化合物、磷酸盐、锡化合物、氧化砷和氧化锑等。6.4辅助原料6碎玻璃目的节约原料、降低成本和能耗，加速玻璃熔制过程，提高产质量。用量一般钠钙硅玻璃中，为配合料的25－30%碎玻璃粒度2.0－20㎜加料方式可与配合料共同混合加入熔窑中可以和配合料分别加入窑内。在分别加料时，可将碎玻璃垫在配合料下面，一起送入窑中说明：使用碎玻璃要补充挥发物。6.4辅助原料第7章配合料制备（掌握）7.1玻璃组成的设计和确定7.2配合料的计算7.3配合料的制备7.1玻璃组成的设计和确定(熟悉）设计依据根据玻璃产品的功能（用途）、性质和成本来进行的。玻璃组成的表示以组成玻璃的化合物的质量分数玻璃成分体系稳定可靠玻璃性能达到要求符合绿色制造理念必须考虑工艺要求考虑原料质量的稳定和供应7.1玻璃组成的设计和确定(熟悉）玻璃成分设计方法玻璃成分的经验设计玻璃成分的计算机辅助设计：利用计算机对真实玻璃成分系统进行模拟实验，提供实验结果，以指导成分设计。玻璃成分的计算机优化设计确定玻璃组分数、优选范围和摸索步长；制定要求的玻璃性能指标；建立数学模型；根据确定优选成分数目进行打印；优选成分的实际性能测试；最佳玻璃成分的确定；利用数据库进行玻璃成分设计7.2配合料的计算（掌握）依据以玻璃的组成和原料的化学成分为基础，计算出熔化100kg玻璃液所需各种原料的用量，再算出每副配合料中，即500kg或1000kg玻璃配合料各种原料的用量。方法预算法和联立方程式法。参教材P221－225计算过程步骤先进行粗算进行校正把计算结果换算成实际料单作业：设计一平板玻璃成分，自己选料进行配料计算配合料计算过程中的几个工艺参数（1）纯碱（芒硝）挥发率指纯碱中未参与反应而挥发、飞散量与总量之比。即纯碱挥散率＝纯碱挥散量纯碱用量×100%是一个经验值，与加料方式、熔化方法、熔制温度、纯碱的特性等有关。一般为0.2－3.5%（2）碳粉含率由碳粉引入的固定碳与芒硝引入的Na2SO4之比。即碳粉含率＝碳粉×C含量芒硝×Na2SO4含量×100%生产上一般控制在3－5%7.2配合料的计算（熟悉）（3）芒硝含率由芒硝引入的Na2O与芒硝和纯碱引入的Na2O总重量比。即芒硝含率＝芒硝引入的Na2O芒硝和纯碱引入的Na2O×100%一般掌握在5－8%（4）萤石含率由萤石引入的CaF2量与玻璃总量之比。萤石含率＝萤石×CaF2玻璃总量×100%一般在1%以下7.2配合料的计算（熟悉）（5）碎玻璃掺入率指配合料中碎玻璃用量与配合料量之比碎玻璃掺入量＝碎玻璃量生料量＋碎玻璃量×100%一般控制在25－30%7.2配合料的计算（熟悉）7.3配合料的制备（掌握）7.3.1配合料的质量要求7.3.2原料的运输和贮存7.3.3原料的加工处理7.3.4配合料的称量7.3.5配合料的混合7.3.6配合料的输送与贮存7.3.7配合料的质量检验与粒化7.3.1配合料的质量要求1必须具有正确性和稳定性2具有一定的水份：用水润湿配合料，加水量随颗粒不同而不同。越细加水量越多。纯碱配合料加水量3－5%，芒硝配合料加水量5－7%。注意水温＞35℃,否则，Na2CO3将转化为Na2CO3·7H2O和Na2CO3·10H2O，使配合料产生胶结作用。3要有一定的颗粒组成：可减少配合料的分层和提高混合质量。纯碱的颗粒度应比石英大一个筛号。7.3配合料的制备（掌握）4具有一定的气体率：易于澄清和均化。一般钠钙硅玻璃的气体率为16－20%。气体率＝逸出气体量配合料×100%5必须混合均匀：配合料混合不均匀，会使玻璃产生结石、条纹、气泡等缺陷，易熔物较多的还会侵蚀耐火材料。一般玻璃制品对配合料均匀度要求水不溶物：允许误差小于±0.1%酸不溶物：允许误差小于±0.1%含碱量：允许误差小于±0.6%水分：允许误差小于±0.6%7.3配合料的制备（掌握）7.3.2原料的运输和贮存原料在运输进厂前，要经过有关部门的化验和鉴定。原料运输分厂内和厂外两种。运输时应尽量减少粉尘，不使原料彼此污染，要注意除铁。2原料的储存1原料的运输要满足一定的数量，考虑一定的储存期，分块状、粉状、化工、有毒原料的储存。各种原料容重硅砂、砂岩、长石为1.8；石灰石、白云石为1.7；纯碱0.9；硫酸钠1.0；7.3配合料的制备（掌握）7.3.3原料的加工处理原料的加工处理包括破碎、粉碎、过筛等过程。1工艺流程单系统流程：各种矿物原料共同使用一个破碎、粉碎、过筛系统。多系统流程：每种原料各有一套破碎、粉碎、过筛系统。小型玻璃工厂大中型玻璃工厂混合系统：用量较多的原料单独为一个加工系统，用量小的性质相近的共用一个系统。大中型玻璃工厂教材P2287.3配合料的制备（掌握）2原料的干燥目的：为了介于过筛、贮存和干法配料，须将水分含量的原料进行干燥。方法：离心脱水、蒸汽加热、回转干燥筒、热风炉干燥器等。3原料的破碎的粉碎破粉碎方法选择依据：依原料的粒度、硬度和需要粉碎的程度。硬度高的预先煅烧，可在原料内部产生许多裂纹，提高破碎比；减少机械铁的引入。砂岩粗碎前预先在1000℃以上进行煅烧。7.3配合料的制备（掌握）破粉碎方法石灰石、白云石、长石、萤石常用鄂式破碎机粗破，锤式破碎机进行粉碎。化工原料用锤式破碎机或笼形碾。4原料的过筛目的：满足一定的颗粒组成以保证配合料的均匀混合和避免分层。过筛设备：六角筛、振动筛、摇筛等控制硅砂：36～49孔/厘米2；砂岩、石英岩、长石：81孔/厘米2；纯碱、芒硝、石灰石、白云石：64孔/厘米27.3配合料的制备（掌握）5原料的除铁目的：保证玻璃的含铁量符合规定要求。方法物理除铁筛分、淘洗、水力分级、超声波浮选和磁选等。化学除铁（湿法、干法）除去石英原料中的铁化合物。常用磁选法（悬挂式电磁铁）6粉状原料的输送与料仓分层用溜管、皮带机、斗式提升机等机械设备和气力输送设备进行输送入仓。加料与卸料方式会影响颗粒发生分层。7.3配合料的制备（掌握）7.3.4配合料的称量1要求：快速、准确。2称量方法：分别称量、累计称量。分别称量：在每个粉料仓下面各设一称，原料称量后分别卸到皮带机上送入混合机中。累计称量：用一个称依次称量各种原料，每次累计计算重量，称后直接送入混合机。适用于排仓适用于排仓和塔仓3称：自动称和台称（磅称）。精度一般为1/500(1/1000)。要定期校正、维修。7.3配合料的制备（掌握）7.3.5配合料的混合1配合料的加料顺序石英（喷水）、长石、石灰石、白云石、纯碱和澄清剂、脱色剂；石英（喷水）、纯碱、长石、石灰石、小料；加料为设备容积的30－50%，混合时间2～5分2混合设备重力式（鼓形混合机、滚筒式混合机）强制式（浆叶式、艾立赫式等）7.3配合料的制备（掌握）3小料予混合芒硝、燃料予混合机MH80（搅拌容积80升、混合时间1分钟）或V型混合机。4碎玻璃的混合依混合机不同。一般在配合料混合终了将近卸料时再加入；直接加入在配合料内。5注意选择混料机的混料时，应考虑秤量和混合周期，一般前一付料混合时，后一付料开始称量，可缩短配料车间的每日工作班数7.3配合料的制备（掌握）7.3.6配合料的输送与贮存1要求保证生产的连续性和均衡性，避免分层结块和飞料。2工艺布置：配料车尽量靠近熔制车间，输送时应避免震动和减少卸料落差。3输送设备皮带机：有分层现象，大型厂使用。单元料：用单轨电葫芦用垂直和水平输送。小型厂采用。4配合料贮存用窑头料仓，＜8小时7.3配合料的制备（掌握）7.3.7配合料的质量检验与粒化评定配合料质量的标准有哪些？配合料粒化的目的和意义何在？思考题7.3配合料的制备（掌握）第8章玻璃的熔制（掌握）8.1玻璃的熔制过程8.2硅酸盐形成和玻璃形成8.3玻璃的澄清8.4玻璃液的均匀8.5玻璃液的冷却8.6影响玻璃熔制过程的工艺因素8.7玻璃熔制的温度制度8.8玻璃池窑用耐火材料的选用和蚀变（熟悉）8.1玻璃的熔制过程8.2硅酸盐形成和玻璃形成8.3玻璃的澄清思考问题1何谓玻璃的熔制？其熔制包括哪几个过程？2简述硅酸盐形成反应和玻璃形成过程？3影响玻璃形成阶段的因素有哪些？4玻璃中的气泡是如何形成的？玻璃澄清的目的是什么？简述气泡的排除方法和过程。8.1玻璃的熔制过程8.2硅酸盐形成和玻璃形成8.3玻璃的澄清思考题解答1何谓玻璃的熔制？其熔制包括哪几个过程？把配合料经过高温加热形成均匀的、无气泡的、并符合成形要求的玻璃液的过程称～。硅酸盐形成阶段：800－900℃，由硅酸盐和二氧化硅组成的不透明烧结物。玻璃液形成阶段：1200－1250℃，硅酸盐和二氧化硅互熔，烧结物变成了透明体。有气泡存在，成分不均匀。玻璃液澄清：1400－1500℃，黏度降低，消除可见气泡。玻璃液均化：长时间高温下，不均匀成分相互扩散趋于均匀一致。玻璃液冷却：将玻璃液的温度冷却降低200－300℃，使玻璃液达到成形黏度（102－103Pa·s）配合料的熔化阶段：将配合料熔化成玻璃液；玻璃液的精炼阶段：将不均匀的玻璃液进一步改善成均匀的玻璃液，并冷却至成形所需的黏度。五个过程交替进行，如图12－1结论2简述硅酸盐形成反应和玻璃形成过程？（1）配合料中各个组分的加热变化：多晶转变－具有多种晶型的组分在一定的温度下由一种晶型转变为另一种晶型；盐类分解－各种碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐在一定温度下发生分解并放出气体；脱水－排出结晶水、结构水和化学结合水；熔融－由固态转变为液态。（2）配合料各组分之间的加热反应：还包括形成复盐、固相反应、形成硅酸盐和生成低共熔物（3）配合料组分在加热时的挥发损失：挥发率很大的配合料是氟化合物、硒，依次是B2O3、PbO、As2O3、Sb2O3、氯化物和Li2O、Na2O、K2O、ZnO等。玻璃形成过程如下硅酸盐形成阶段后期，随温度升高，易熔物和低共熔物逐渐熔融，系统中液相量不断增大，进入玻璃形成阶段。配合料中难熔的石英颗粒在各种硅酸盐和液相的作用下，逐渐溶解、扩散而消失，由不透明的烧结物转变为透