玻璃生产过程中容易产生条纹的环节及原因分析

条纹的危害与来源条纹是玻璃主体内存在的异类玻璃态夹杂物，它是一种普遍的玻璃不均匀性的缺陷，它在化学组成与物理性能上与主体玻璃不同。条纹可理解为几种掺合在一起的玻璃液之间通过化学反应、物理变化、物理化学反应，而进行各种组分之间的相互扩散、组织结构之间的互相渗透和融合，在达到完全均匀之前，被冷却形成玻璃，其内部存在着不均匀的结构组织。它具有与主体玻璃不同的化学组成，结构状态以及可以产生不同的理化性能。表1不同条纹对玻璃折射率的影响从产品的外观上看，条纹分布在产品的不同部位，有的在玻璃制品的内部，有的在玻璃制品的表面。条纹与主体玻璃的交界面呈现出不同的形状。以瓶罐玻璃为例，条纹大部分呈现弯曲条状、扭曲线状以及纤维状。大部分条纹从瓶脖开始，经过瓶肩、瓶身一直到瓶底。明显的条纹比较粗、比较宽，宽度在10mm以上;不明显的比较细，像细线一样，宽度在0.5mm以下。较为明显的条纹在玻璃表面凸出来，用手可以感觉到，不明显的条纹，肉眼在光线的照射下隐约可见，有的甚至肉眼看不到，必须借助光学仪器才能够观测到。条纹在许多厂家称呼不同，有的称作“线道”、有的称作“螺丝线”、有的称作“猫爪印”等等。条纹是一种玻璃产品较普遍存在的不均匀性缺陷。从条纹的危害性上看，条纹出现后，首先影响产品的美观，严重地影响产品的外观质量，是一项比较明显的外观缺陷，从而大幅度地影响产品的合格率。根据不同产品对条纹缺陷要求的标准不同，对产品的合格率影响的程度也有所不同。对于一些高档的日用玻璃产品，当条纹出现时几乎是百分之百地影响着产品的合格率。当有些条纹出现时，在产品内部产生不同大小的特征应力，通常称为结构应力，此应力在产品退火时不能消除，并且能够使产品自行破裂。该应力的出现对产品的理化性能产生很大的影响，如玻璃的机械强度、热稳定性和化学稳定性等，对于一些要求比较高的产品，这些理化性能的降低将大幅度地降低产品的合格率，如对耐压强度和抗冲击强度要求比较高的啤酒瓶。玻璃中产生的结构应力与条纹的成分组成有关，当条纹的成分组成与主体玻璃的成分组成相差越大时，其热膨胀系数相差得也越大，产生的特征应力也就越大。图1玻璃中产生的应力条纹和主体玻璃热膨胀系数差值(△α)的关系条纹在玻璃熔窑内产生的区域通过对玻璃容器生产的熔制工艺过程分析，可以不难发现条纹产生的过程应该在两个区域内，一个区域是玻璃液在通过玻璃熔窑流液洞之前熔化池内的区域，该部位称作熔制区域;另外一个区域是玻璃液已经通过流液洞进入工作池内(或分配料道内)的区域以及供料道内的区域，该部位称作冷却区域。2.1在熔制区域内产生条纹的原因(1)玻璃液熔制不良产生的条纹;(2)窑碹碹滴落入玻璃熔池内没有充分均化而产生的条纹;(3)耐火材料被侵蚀后部分耐火材料的组分溶入玻璃内而产生的条纹;(4)各种结石熔化后溶入玻璃液内产生的条纹。对玻璃在熔制区域内熔制过程的分析，玻璃熔制过程首先是由石英砂、纯碱、石灰石、碎玻璃等组成的配合料投入到玻璃熔窑内，在高温的作用下，部分原料立即分解产生气体，同时进行着各种固相反应，形成硅酸盐体。随后部分硅酸盐体熔化出现了液相，继而转变为组分不同、黏度不同的熔体，这就是最初阶段的玻璃液。初熔阶段产生的玻璃液，富含着组分不同、黏度不同的熔体，该熔体是夹杂着未熔化的残余石英砂颗粒和大量的气泡。各个组分和黏度不同的熔体，它们不容易互相融合，其边界层是相对稳定的。其中一些富含二氧化硅或氧化铝的玻璃体，其黏度以及表面张力都很大，夹杂在整个玻璃熔体中，如果此玻璃体原来是球形的，在没有其他外力的作用时就会保持不变，会在整个玻璃熔体中形成一个富含二氧化硅或氧化铝的区域，这就是条纹最初的区域。通过上面对玻璃熔制过程的分析，不难发现在熔制区域内产生条纹的原因。(1)配合料方面，配合料的质量是确保在玻璃熔制阶段顺利消除条纹的前提，当下面因素出现时，都会造成条纹的产生甚至比较严重。首先是配合料混合的不均匀、配合料在输送过程中产生的分层、配合料中部分原料的颗粒度过大、石英砂等原料的水份不稳定变化较大、加料方式不合理或配合料水份偏低引起某些组分原料的飞扬。其次，碎玻璃在配合料中所占的比例较多，选用的碎玻璃与主体玻璃成分之间的差异较大，碎玻璃与粉料之间混合的均匀程度较差。另外，配合料称量系统出现故障时将会产生严重的条纹。(2)熔制工艺方面，通过对熔制过程的分析，我们不难看出配合料在熔制过程中各项工艺参数的重要性，必须制定出正确合理的工艺参数并严格控制。首先是熔制温度、熔制期熔窑的压力、燃烧时火焰的长短、火焰氧化与还原的气氛，都会对澄清带玻璃液的黏度、表面张力产生影响。凡是对玻璃液黏度、表面张力能够产生影响的因素，都会影响到玻璃液的均化而产生条纹。另外，熔池内玻璃液流动状态变化引起的条纹，当熔窑整体出料量、熔窑温度、玻璃液面、鼓泡搅动等工艺发生大的变化时，整体玻璃液流动状态就会发生大的变化，会引起熔窑池底部位或者死角部位不动层的玻璃液参与流动，这样就会引起条纹的产生。(3)碹滴、耐火材料被侵蚀，结石熔化产生的条纹，这3方面产生的条纹都是由于玻璃熔窑在高温状态下，将与玻璃配合料组分无关的其他异类材料(如砌筑熔窑使用的耐火材料)通过烧损、侵蚀、熔化，形成组分、黏度、表面张力严重与主体玻璃不同的熔体，并掺杂熔入主体玻璃液内形成条纹。碹滴产生条纹时，往往还伴着结瘤的产生。2.2在冷却区域产生条纹的原因对全分隔、半分隔的冷却部结构的分析，在玻璃形成的5个阶段中，当玻璃液通过流液洞进入工作池(分配料道)时，也就是进入了玻璃液形成的最后一个阶段———冷却阶段。根据熔窑结构不同，工作部火焰分隔形式可分为半分隔形式和全分隔形式。采用半分隔形式的工作部，其产品是需要比较高的成型温度，工作部内的玻璃液的温度，完全是利用熔化部火焰空间的辐射热量进行加热。另外工作池一般呈半圆形，熔窑同时供应的几个供料道直接从半圆形的工作池不同部位开口出料。玻璃液从流液洞出来，进入工作池后马上流入供料道，在这样的冷却过程阶段，很少会产生条纹。这种熔窑结构，国内在90年代前使用的比较多，在生产相应的酒瓶和饮料瓶时，很少发现在工作池内产生条纹。现在在生产电灯泡泡壳的产品时，仍然采用此种工作池的熔窑结构，也很少看到产品上出现条纹。90年代之后，由于大量成型设备的引进、更新换代，出现了对成型温度要求比较严格的双滴式行列机，同时也引进了国外熔窑的先进技术。在玻璃液的冷却阶段，便出现了分配料道式的工作部结构。这种工作部火焰完全是全分隔，工作池内的玻璃液温度不受熔化部火焰空间温度的影响，同时在此工作部火焰空间内部，根据供料道的出口位置情况，将工作部分割成不同的几个火焰空间，在每个火焰空间内配备有完善的、先进的温度控制系统。玻璃液在进入每条供料道之前，根据每条供料道的成型温度要求，通过分配料道内的温控系统，将温度控制在所要求的指标上。同样每条供料道上也分成几个区域，每个区域内都有完善的、先进的温度控制系统，以保证进入料盆内玻璃液的成型温度。对于这样完善的分配料道、供料道的冷却结构，也很难出现条纹缺陷。如90年代后国内相继引进的许多家外资、合资玻璃企业，几乎很少发现由于其分配料道和供料道原因产生的条纹。以上是对熔窑工作部结构的分析，在此基础上，针对国内一些自行设计的冷却区域(以分配料道结构形式的工作池)，玻璃液冷却过程中的一些情况进行分析，也不难发现在此阶段过程中条纹产生的原因。(1)温度方面产生的条纹分配料道、供料道里玻璃液的温度，玻璃液从流液洞出来通过上升道进入分配料道之前，其温度一般在1270～1320℃范围内。玻璃液在分配料道内需要通过降温和保温控制，然后进入供料道内，进入供料道内玻璃液的温度一般在1210～1250℃范围内。玻璃液在供料道内，同样要进行降温、保温以及加热控制，然后进入料盆，玻璃液在料盆内其温度一般在1100℃左右。在料盆内同样更需要温度控制系统的控制，以便调整到能够满足产品要求的滴料温度。在正常生产过程中，分配料道、供料道里的玻璃液在流动时总是要残存一部分玻璃液，该部分玻璃液的温度与刚流进来的玻璃液温度相比较要低，甚至低得多。分配料道、供料道中间部位流淌着刚流进来的、温度比较高的玻璃液，四周流动着料道里残存的、温度较低的玻璃液。因此玻璃液在流经分配料道、供料道期间始终要经历一个高温玻璃液与低温玻璃液混合、渗透、均化的过程。由于温度对玻璃液的黏度影响很大，因此在分配料道、供料道里不同黏度的玻璃液总是混杂在一起，如果其黏度相差比较大时，就会产生条纹。温度相差得越大，产生的条纹就越明显，严重时将会很粗、很宽，用手都能够感觉到。由于产品的种类不同，各类产品的成型滴料温度也不相同，相差比较大。为了保证来料温度能够满足产品的滴料温度———既不很高也不很低，经过简单的温度控制调整就能够达到和满足成型要求的温度，各生产厂在分配料道、供料道上采取了各不相同的措施，有些效果较好，有些办法虽然成型温度达到了，却给产品带来许多其他缺陷。如当来料玻璃液温度比较高时，有些生产厂通过在供料道的某些位置集中地进行吹冷风或压缩空气进行降温，虽然勉强满足了成型温度的要求，但结果造成产品出现较严重的条纹。影响分配料道、供料道玻璃液温度的因素很多。首先是在最初的分配料道、供料道的设计上要合理。根据不同种类的产品以及每条分配料道、供料道出料量的不同，对每条分配料道和供料道的取料比要进行优化设计，以保证新流进来的玻璃液温度与残存的玻璃液温度之间相差不大。其次是分配料道、供料道的长度、深度、宽度以及坡度设计要合理，以保证玻璃液随着生产流在分配料道、供料道里流动时，在加热系统的辅助下，其整体流动速度基本相同，其上下左右玻璃液的温度基本一致、不分层。另外，对于分配料道、供料道的底部、侧面的保温系统在最初的设计时也要合理，防止因保温不当出现料道3个方位的残存玻璃液与主体玻璃液温度相差较大。再者是在分配料道、供料道上需要配备完善的温度控制系统，保证玻璃液在分配料道、供料道里各个阶段所需要的温度，同时根据实际生产变化情况，通过温控系统进行合理的调整，以确保各部分玻璃液基本上保持均匀一致。(2)其他方面原因产生的条纹①在分配料道式的工作池内其砖结构存在一些边角部位，在此部位经常凝积着一些不流动的玻璃料，一般称为“死料”，该部分料由于长期凝积，其组分和黏度与正常流动的玻璃液有所不同。其次玻璃液在长期流经分配料道、供料道时，随着时间的积累，其底部沉积着一些黏度比较大的玻璃液，当生产上出现出料量、玻璃液的温度发生大的变化时，这些部位的不动料、沉积料会参与流动，而形成条纹。另外，当分配料道、供料道等边角部位沉积着一些铁质杂物时，会在产品上形成带有黄色、褐色的条纹。②在还原性条件下，玻璃液黏度高于氧化性条件下玻璃黏度两个数量级，同时表面张力也比在氧化性条件下大。表面张力小的物质倾向于在表面张力大的物质表面扩散开并形成薄膜。因此对于燃烧气体、液体燃料的分配料道、供料道，当玻璃液表面处于还原性气氛时，表面张力将增大，表面玻璃会立即被排挤开而让下层物料翻到上面，这样便出现两种不同表面张力和黏度的玻璃料掺合在一起，而形成条纹。③在分配料道、供料道里，由于玻璃液表