玻璃的熔制及成型

第三章玻璃的熔制及成型3.1玻璃的熔制过程3.2影响玻璃熔制过程的工艺因素3.3熔窑3.4熔窑耐火材料3.5玻璃的成型

3.1玻璃的熔制过程

1、硅酸盐形成阶段2、玻璃的形成3、玻璃液的澄清4、玻璃液的均化5、玻璃液的冷却配合料加热时的各种过程物理过程化学过程物理化学过程1.配合料的加热1.固相反应1.低共熔物的生成2.吸附水分的蒸发排除2.各种盐类的分解2.组分或生成物间的互溶3.某些单独组分的熔融3.水化物的分解3.玻璃和炉气介质之间的相互作用4.某些组分的多晶转变4.化学结合水的排除4.玻璃液和耐火材料的相互作用5.个别组分的挥发（Na2O，K2O，B2O3，PbO，SiF4，BF3，F2等）5.组分间的相互反应及硅酸盐的生成5.玻璃液和其中夹杂气体的相互作用玻璃熔制过程各阶段间关系图

1、硅酸盐形成阶段

硅酸盐生成反应在很大程度上是在固体状态下进行的，配合料各组分在加热过程中，经过了一系列物理的、化学的和物理化学的变化，结束了主要反应过程。大部分气态产物逸出，到这一阶段结束时配合料变成了由硅酸盐和剩余SiO2组成的烧结物。2、玻璃的形成

烧结物继续加热时，硅酸盐形成阶段生成的硅酸钠、硅酸钙、硅酸铝、硅酸镁及反应后剩余的SiO2开始熔融，它们之间相互熔解和扩散，到这一阶段结束时烧结物变成了透明体，不存在尚未反应的配合料颗粒。但玻璃中还有大量气泡和条纹，因而玻璃体本身在化学组成上是不均匀的，玻璃性质也是不均匀的。例1：SiO2+Na2CO3+CaCO3配合料（通常称纯碱配合料）的硅酸盐和玻璃形成1、加热到100-120℃时，配合料的水分蒸发。2、低于600℃时，由于固相反应碳酸钠-碳酸钙的复盐生成（熔点813℃）3、当575℃时发生石英的多晶转变，伴随着体积变化产生裂纹，有利于硅酸盐的形成。4、到600℃左右时，CO2开始逸出，它是由于先前生成的复盐CaNa2(CO3)2与SiO2作用的结果。这个反应是在600-830℃范围内进行的。5、在720-900℃时，碳酸钠和二氧化硅反应。6、740-800℃时，CaNa2(CO3)2—Na2CO3低共熔物形成和熔化，与SiO2开始作用。7、在813℃时，CaNa2(CO3)2复盐熔融。8、在855℃时，Na2CO3熔融。9、到912℃和960℃时，CaCO3和CaNa2(CO3)2相继分解。10、约1010℃时，11、在1200-1300℃时形成玻璃，并且进行熔体的均化。例2：SiO2+Na2SO4+CaCO3配合料（通常称芒硝配合料）的硅酸盐和玻璃形成1、100-120℃排除吸附水分；2、235-239℃硫酸钠发生多晶转变：3、260℃，煤开始分解，有部分物质挥发出来；4、400℃，Na2SO4与碳之间的固相反应开始进行；5、500℃，开始有Na2S和Na2CO3生成，并有CO2放出：6、500℃以上，有偏硅酸钠和偏硅酸钙开始生成：7、575℃左右，8、740℃，由于出现了Na2SO4-Na2S低温共熔物，玻璃的形成过程开始；9、740-880℃，玻璃的形成过程加速进行；10、800℃，CaCO3的分解过程完成；11、851℃，Na2CO3熔融；12、885℃，Na2SO4熔融，同时Na2S和石英颗粒在形成的熔体中开始熔解；13、在900-1100℃时，硅酸盐生成的过程剧烈地进行，氧化钙和过剩的二氧化硅起作用，生成偏硅酸钙：3、玻璃液的澄清

澄清的过程就是：首先使气泡中的气体，窑内气体于玻璃液中物理溶解和化学结合的气体之间建立平衡，再使可见气泡漂浮于玻璃液的表面而消除。（1）在澄清过程中气体间的转化与平衡澄清过程中将发生的气体交换：1、气体从过饱和的玻璃液中分离出来，进入气泡或炉气中；2、气泡中所含的气体分离出来进入炉气或溶解于玻璃液中；3、气体从炉气中扩散到玻璃液中。加速玻璃液澄清的方法有：延长熔制时间，提高澄清温度，使玻璃液沸腾搅拌、鼓泡、施以真空或高压，采用超声波及澄清剂等。在配合料中引入适量的澄清剂是一种最常用的方法。（2）在澄清过程中气体与玻璃液的相互作用纯物理熔解，气体与玻璃成分不产生相互的化学作用；气体与玻璃成分间产生氧化还原反应，其结果是形成化合物，随后在一定条件下又析出气体，这一类在一定程度上还有少量的物理熔解。（3）澄清剂在澄清过程中的作用机理(1)变价氧化物类澄清剂

在低温下吸收氧气，而在高温下放出氧气。(2)硫酸盐类澄清剂

分解后产生O2和SO2，对气泡的长大与溶解起着重要的作用。(3)卤化物类澄清剂

降低玻璃粘度，使气泡易于上升排除。（4）玻璃性质对澄清过程的影响在澄清过程中，可见气泡的消除，按下列两种方式进行：

1、使气泡体积增大而加速上升，漂浮出玻璃表面后破裂消失；

在等温等压下，使玻璃液中气泡变大有两个因素：①多个小气泡集合为一个大气泡；②玻璃液中溶解的气体渗入气泡，使之扩大。2、使小气泡中的气体组分溶解于玻璃液中，气泡被吸收而消失。4、玻璃液的均化

玻璃液长时间处于高温下，其化学组成逐渐趋向均一，即由于扩散的作用，使玻璃中条纹、结石消除到允许限度，变成均一体。玻璃液的均化过程通常按下述三种方式进行。

1、不均体的熔解与扩散的均化过程

2、玻璃液的对流均化过程

3、因气泡上升而引起的搅拌均化作用5、玻璃液的冷却

经澄清均化后玻璃液的温度降低200-300℃，以便使玻璃液具有成型所必须的粘度。在降温冷却阶段有两个因素会影响玻璃的产量和质量，即玻璃的热均匀度和是否产生二次气泡。生产实践表明，产生二次气泡的主要情况有：

1、碳酸盐或硫酸盐的热分解

2、物理溶解的气体析出

3、玻璃中某些组分易产生二次气泡

4、电化学反应引起的二次气泡返回3.2影响玻璃熔制过程的工艺因素

1、玻璃成分2、原料及配合料的性质3、加速剂的使用4、加料方式5、玻璃的熔制制度6、辅助电熔和搅拌7、耐火材料的性质8、其它熔制新工艺1、玻璃成分玻璃的化学组成对玻璃的熔制速度有决定性的影响。不同组成的玻璃其相应配合料熔化速度不同，一般而言，玻璃中的高熔点组分(SiO2、Al2O3等)含量越多熔化速度越慢，而配合料中助熔剂含量越多熔化速度越快。也就是说，玻璃组成中碱金属氧化物和碱土金属氧化物与高熔点氧化物的比值越高，则相应的配合料熔化速度越快。2、原料及配合料的性质原料的颗粒越细，反应表面就越大，反应速度就越快。但也不益过细，否则会引起配合料分层而破坏其均匀性，同时也会产生粉料飞扬现象。配合料中加入部分碎玻璃，可以促进玻璃的熔化。配合料的润湿能改善配合料的均匀性，提高配合料的反应能力及减轻飞料现象。还有利于配合料的热传导，同时水分汽化时对玻璃液起着强烈的搅拌作用，从而促进熔化。但水分过多，会造成大量热损失，影响熔化。在湿配合料中，温度低于35℃时，纯碱的一水化合物将转变为七水化合物或十水化合物，使配合料产生胶结作用，因此必须维持在35℃以上。3、加速剂的使用

氟化物——降低玻璃液的粘度，提高玻璃液的透热性。所蒸发的SiF4气体也有助于澄清过程的进行，因此大大加速了玻璃的形成过程。B2O3——降低玻璃熔体的高温粘度，加速玻璃液的澄清和均化过程，提高玻璃质量。As2O3——使FeO转化为Fe2O3并生成无色的铁砷酸盐络合物，提高玻璃的透明度，增高透热性，并放出含氧气体，从而加速熔制过程。Li2O（如锂辉石）

——降低玻璃液的粘度和加速熔化澄清的作用，还可以提高玻璃的化学稳定性，热稳定性和机械强度等。用它代替萤石，可以减少空气污染。4、加料方式

加料方式影响到熔化速度、熔化区的温度、液面状态和液面高度的稳定，从而影响产量和产品质量。一般配合料和碎玻璃预先混合。采用薄层加料时，配合料中各组分容易保持分布均匀使硅酸盐形成和玻璃形成速度增加。配合料和碎玻璃也可不预先混合而同时按比例加入，把碎玻璃垫在配合料层的下面一起送入窑中，使配合料象在碎玻璃垫子上熔化一样。这种加料方式，可增加配合料表面的受热面积、强化玻璃的熔融过程。5、玻璃的熔制制度熔制温度熔窑压力制度窑内的气氛熔化部玻璃液面的状态玻璃液面的高度6、辅助电熔和搅拌

在用燃料加热的熔窑作业中、同时向玻璃液通入电流使之增加一部分热量，从而可以在不增加熔窑容量下增加产量，这种新的熔制方式称为辅助电熔。一般分别设在熔化部、加料口、作业部、可提高料堆下的玻璃液温度40-70℃，这就大大提高了窑炉的熔化率。在窑炉内进行机械搅拌或鼓泡是提高玻璃液澄清速度和均化速度的有效措施。7、耐火材料的性质

玻璃池窑中所用的耐火材料和坩埚的性质，对于玻璃池窑的作业和玻璃的质量和产量均有显著的影响。使用质量不高的耐火材料不但限制熔制温度，还会缩短熔窑寿命，降低熔窑的产量，而且还会使玻璃带有各种缺陷，降低玻璃的质量。此外，如玻璃池窑的结构和砌筑质量等，都对玻璃熔制过程有重大的影响。8、其它熔制新工艺为适应不同品种玻璃熔制的需要，还发展了连续熔制法、高频等离子体熔制法、激光熔制法、气相沉淀法、组合熔制法、真空常压熔制法和真空加压熔制法等。返回3.3熔窑1、池窑2、坩埚窑3、间歇式池窑4、单元式熔窑5、电熔窑1、池窑

大批量生产玻璃时是在池窑中连续熔制的。各个熔制阶段在窑的不同部位进行，各部位的温度是稳定的。配合料在池窑的一侧加入，供成型的玻璃熔融体在另一端排出。池窑分为熔化区和调温区：熔化、澄清和均化在熔化区进行，而玻璃的调温是在温度稍低的调温区中进行。燃气加热池窑，出料能力10tons/天，带有3个用于钠-钙玻璃的挑料口2、坩埚窑采用间歇作业，其优点是窑小占地少，生产灵活性大，适用于量小品种多、质量要求高或者有其它持殊要求的玻璃制品的生产。但其生产率和热效率都低，燃料消耗率和坩埚损耗率也大，而且难以实现机械花和自动化。适用于：熔制高质量的特种玻璃，如微晶玻璃、有色玻璃、光学玻璃和产量小或经常更换料种的玻璃、有三口坩埚的坩埚窑，用于器皿玻璃，采用电加热。3、间歇式池窑又称为日池窑。熔池较小，仅几平方米，可熔制1-5t玻璃。熔制完成后，从取料门取料。多采用手工或半机械化成型。采用煤气或油料燃烧加热。从装料、熔化、澄清到排出成品料整个生产周期为24h，因此取名为“日池窑”。通常用于生产乳白玻璃、颜色玻璃和晶质器皿

玻璃等等。

可更换熔池的小型日池窑4、单元式熔窑小容量的狭长池窑，采用短池体，窑池两侧设燃烧喷嘴，使用高热值燃料。火焰与玻璃液成逆向流动，热量利用较好，易于沿窑长方向调节温度。通常还进行空气预热与余热回收。结构简单，生产中便于改变玻璃品种，适用于制造各种颜色破璃、硼硅玻璃以及其它特种玻璃。5、电熔窑熔化高硼玻璃的电熔窑可用于制取难熔玻璃、深色玻璃、晶质玻璃和含有高挥发分的玻璃。返回高温电熔窑400T浮法玻璃熔窑微晶玻璃熔窑3.4熔窑耐火材料

必须具有足够的机械强度，能经受高温下的机械负荷；要有相当高的耐火度；在使用温度下要有高的化学稳定性和较强的抗熔融玻璃的侵蚀能力；对玻璃液没有污染或污染极小；有良好的抗热冲击性；在作业温度下体积固定，再烧收缩和热膨胀率应很小；式样和尺寸准确。返回3.5玻璃的成型

1、平板玻璃的成型2、平板玻璃的加工(二次加工)3、日用玻璃的成型4、日用玻璃的成型机械5、日用玻璃的加工1、平板玻璃的成型1、浮法成型2、电浮法3、有槽垂直引上法4、无槽垂直引上法5、平拉法6、格法（深池平拉法）7、连续压延法1、浮法成型浮法是指熔窑熔融的玻璃液流入锡槽后在熔融金属锡液的表面上成型平板玻璃的方法。它是由英国Pilkington公司于1959年研究成功的新方法。因玻璃液漂浮在液态锡槽上成形而得名，具有高产、优质、易操作、便于实现自动化等优点。浮法玻璃的表面质量可与机械磨光玻璃相比，而成本却低得多。是目前世界公认的最先进的方法。Pilkington浮法成型工艺示意图平板玻璃退火窑系统（传动、辊道、控制）浮法线冷端设备450吨/天浮法玻璃生产线120t/d彩色浮法玻璃生产线浮法玻璃输送辊道熔

炉锡

槽2、电浮法生产颜色浮法玻璃时，采用电浮法，如图所示。在锡槽内玻璃带的上方，以着色用的金属条为正极，锡液为负极，通入直流电，金属熔融体与玻璃表层结合而使其一面着色。金属极根据所需颜色而定，例如，黄色可用银铋合金，红色可用镍铋合金。电浮法1-金属条；2-金属熔融体；3-玻璃带；4-锡液3、有槽垂直引上法1913年由比利时E.Fourcault发明。采用的主要设备是有槽垂直引上机。优点是技术较易学握，可以生产较薄的玻璃；一座窑可以根据需要安设一台或多台引上机，不同机器可采取不同的板厚和板宽，而且窑越大，生产越平稳，玻璃质量越好，单位耗热量和玻璃成本也较低。缺点是槽子砖的耐火材料会污染玻璃，使其产生较多的气泡、砂粒和波筋。一般引上10-15天就得停下来对槽子砖进行清理或更换、而后再重新引上。有槽垂直引上室1-通路；2-小眼；3-大梁；4-槽子砖；5-主水包；6-辅助水包；7-板根；8-石棉辊；9-引上机；10-原板4、无槽垂直引上法美国Pitts-burgh公司于1925年始用此法。此法与有槽垂直引上法的主要差别在于不设槽子砖而代以耐火材料的引砖沉入玻璃液面下，从而克服了有槽垂直引上法的毛病，既提高玻璃的质量和产量，也减免了清理更换的诸多麻烦。此法的缺点是：工艺操作难度较大，不好掌握，而且不易制得3mm以下厚度的薄玻璃。无槽垂直引上室1-大梁；2-L型砖；3-玻璃液；4-引砖：5-冷却水包；6-引上机；7-石棉辊；8-板根；9-原板；10-八字水包5、平拉法又称为水平拉引法。此法由美国人Colburn于1910年发明，美国LOF公司与1916年用于工业生产。玻璃液从自由液面连续地向上垂直拉出，经冷却器冷却后形成玻璃带，当上升到一定高度（500-700mm）处，经转向辊转向水平方向，由平拉辊牵引，当玻璃扳温度冷却到退火上限温度后．进入水平辊道退火窑退火。玻璃板在转向辊处的温度约为620-690℃。平拉法成型示意图1—玻璃液；2—引砖；3—拉边器；4—转向辊；5—水冷却器；6—玻璃带平拉法平板玻璃生产线（

西安航空发动机公司机械电子设备制造厂）PL－1．5M玻璃平拉机、拉边器6、格法（深池平拉法）由比利时格拉维泊尔制造公司1961年发明，我国继1971年首次在四川引进建成第一条格法玻璃生产线。与当今世界玻璃工业占统治地位的浮法工艺相比，格法工艺将无槽法和平拉法工艺有机结合起来，采用无槽法的成型池和平拉法的转向，达到从自由液面拉制平板玻璃的目的，可以顺利地拉制厚度为0.8-12mm玻璃，其最大特点是可以长期稳定生产3mm以下的薄玻璃，并且平整度好，厚度差小，产品质量优异，格法工艺作为浮法工艺的补充，今后几十年内，在我国仍有很强的生命力。格法玻璃生产线格法玻璃生产线退火窑辊道格法玻璃长煤气发生站7、连续压延法这是美国Ford公司为大量生产汽车窗玻璃而设计的。如图，玻璃液从池窑溢流槽溢出，连续地流入压延机，通过一对水冷金属压辊间隙按压成一定厚度和宽度的玻璃带，尔后经辊道拉伸，展平进入连续式退火窑中退火。压辊间隙可调节以控制玻璃的板厚。此法还可用来生产夹丝或夹网玻璃、压花玻璃、玻璃波形瓦、槽形玻璃以及磨光玻璃毛坯。压延玻璃生产线机压延玻璃生产线香犁花PugPattern工字花I-ShapedPattern

水波纹RipplePattern

海棠花GrabapplePattern

2、平板玻璃的加工(二次加工)1、喷砂玻璃2、磨砂玻璃3、钢化玻璃4、夹层玻璃5、中空玻璃6、镀膜玻璃7、电热玻璃3、日用玻璃的成型1、人工成型（包括半手工）2、机械成型人工成型（1）空吹法（2）拉制法（3）模吹法（4）模压法（5）综合法1904年，工人们在加工玻璃阿富汗西部城市赫拉特的一座作坊中，58岁的拉赫马图拉赫正将玻璃杯吹成形。拉赫马图拉赫整个白天都在这个狭小而炽热的房子里干活，单凭手工工具不靠任何机械化装置，他一天就可吹出一百件玻璃器皿来。制造玻璃器皿玻璃熔融2、机械成型2.1、供料C型滴料式供料机（MODELCGOBFEEDER）主要用于玻璃瓶罐工业，代替人工挑料的自动输送玻璃熔料。可以配合自动制瓶机或人工机生产，也可以同时供给多台机或一次多滴料的生产。6轴AC伺服电机挑料机，适用于水晶玻璃、果盘、花瓶、汽车灯片、工程照明灯、耐热玻璃。BLJL600型薄层加料机，也叫毯式加料机，是玻璃厂使用最为广泛的专用设备。2.2、成型（1）压制法（2）压吹法（3）吹吹法（4）拉管法（5）铸造法（6）压球法（7）烧结法（8）拉丝法（9）喷棉法（1）压制法（2）压吹法1-雏形模；2一成形模；3-冲头；4-口模；5-口模铰链；6-吹气头；7-模底（3）吹吹法

翻转料泡吹制法(a)落料扑气(b)倒吹气(c)反转入成形模(d)吹制真空吸料成形1-吸气头；2-口模；3-雏形模；4-成形模；5-模底版；6-闷头：7-吹气头：8-制品（4）拉管法Danner拉管法工艺流程图1-阀门；2-吹进空气；3-流液槽；4-马弗炉；5-卷筒；6-卷筒传动机构；7-玻璃管；8-测径辊；9-拉管机；10-切管器；11-退火辊道下拉管法1-下料筒；2-供料筒；3-供料槽；4-流料口；5-退火辊道；6-拉管机；7-切管器上拉管法1-拉引辊；2-截断；3-冷却水包；4-环形保温筒；5-玻璃；6-锥形成型嘴；7-低压空气（5）铸造法

厚玻璃板的间歇制造方法。可用滚压铸造法。用罐从熔窑中取出玻璃液，倒在厚铁板上，用重的滚筒滚压成板状，达到所需的厚度，冷却后为透明状，两面经过磨光即呈透明。显象管管锥等的制造，可用压制成形法，也可用离心浇铸法。离心浇铸法，是用供料冲头将端头部