【中玻網】提高玻璃液澄清質量始終是玻璃制造技術的永恒主題。影響玻璃澄清質量的因素是多方面的，有物理方面的，化學方面的，以及物理化學方面的，而這三者之間還存在復雜的內在聯系，使得解決澄清問題不能過于簡單化。為了確保玻璃液質量，減少和避免生產中的質量事故，企業應該逐步建立一套切實可行的比較規范的生產作業管理制度，優化生產工藝要素，才能生產出質量好，成本低的玻璃產品。
　　
　　本文系統地回顧氣泡中氣體的來源，氣泡產生和消失機理，以及玻璃氣泡與原料和窯爐各生產要素之間的聯系，為清理玻璃氣泡，提高澄清質量尋找可行的線索。
　　
　　1、玻璃氣泡產生和消失機理
　　
　　研究玻璃氣泡，首先要分析氣泡中氣體的來源，氣體與玻璃液的相互作用，玻璃液物理化學性能對氣泡產生或消失過程產生的影響。
　　
　　玻璃氣泡中的氣體，通常來源于以下幾個方面:
　　
　　（1）原料顆粒間隙中的氣體以及原料表面吸附的氣體
　　
　　在配合料熔制初期，這類氣體就不斷揮發或蒸發，在上升過程中形成大氣泡上浮而逸出玻璃液，一般不會直接導致玻璃產品中出現可見氣泡。除非原料粒度控制不當，配合料結團沒有熔化充分，氣體無法排出。
　　
　　（2）鹽類分解放出的氣體
　　
　　配合料中存在大量的碳酸鹽，硫酸鹽和硝酸鹽，這些鹽類受熱分解，產生大量的微小氣泡，由于鹽類分解產生的氣體數量多，約占配合料重量的15一20%，與形成的玻璃液相比，體積大出許多倍，這些氣體的大量釋放和不斷移動，促進了熱交換效率的提高，加速了配合料的熔化，改善了玻璃成分的均勻性和溫度的均勻性，但是，這類氣體形成的氣泡得不到及時的清理將形成玻璃氣泡。
　　
　　（3）外界因素產生的氣體
　　
　　耐火材料中析出氣體，有害雜質成分與玻璃液作用產生的氣體，這些氣體形成的玻璃氣泡在正常生產中消失時間長，消失難度大，但這種情況比較少見。
　　
　　玻璃液降溫太快或溫度發生大的波動，或者由于種種原因，玻璃的氧化還原狀態發生大的波動，這些因素綜合作用，使玻璃液中各種氣體的溶解度發生波動，釋放出大量的微小的二次氣泡。這種氣泡的特征是直徑小而數量多。
　　
　　有時由于料方計算錯誤或料方執行過程中發生加料錯誤，引起池窯內玻璃成分大幅度波動，玻璃中氣體的溶解度發生波動，產生大量的玻璃氣泡。
　　
　　玻璃氣泡在澄清過程中的較終消失有兩種方式:一種是小氣泡不斷長大變成大氣泡，由于密度差異氣泡不斷上浮，較終逸出玻璃液而消失。另一種是微小氣泡，隨著溫度的降低，氣體在玻璃中的溶解度增加，由于表面張力作用，氣泡中存在幾種成分的氣體，由于氣泡直徑小，壓力高，氣體迅速被玻璃吸收，隨著直徑變小，氣泡壓力不斷升高，較終氣泡中的氣體全部溶入玻璃液中。小氣泡完全消失。
　　
　　2、玻璃氣泡的影響要素
　　
　　2.1、溫度
　　
　　玻璃溫度的高低，直接影響著玻璃液的粘度，表面張力，以及氣體在玻璃液中的溶解度。
　　
　　在玻璃熔窯內，玻璃澄清過程是在熱點高溫區域內進行的，大的氣泡不斷長大而上浮，小的氣泡不斷縮小而被玻璃液吸收。玻璃熱點的控制方法很多，在熔窯的縱向形成縱向溫度分布曲線，使玻璃液形成兩個大的循環對流，熔化率的大小，出料量的波動，燃料的分布和燃燒火焰的籌備，玻璃氧化還原狀態等因素都會顯著地影響到熱點區域的溫度高低和溫度的穩定。此外，鼓泡技術或電助熔技術的使用都能明顯改善玻璃的熱點狀態，促進玻璃液的澄清。
　　
　　2.2、時間
　　
　　玻璃中大氣泡的長大上浮消失過程以及玻璃液對小氣泡的吸收過程，都必須在特定的溫度范圍和特定的時間范圍內才能完成。
　　
　　熔化過程中的一些因素，如熔化池玻璃液高層度，池底玻璃液溫度，熔化率，玻璃液對流情況，玻璃的氧化還原狀態，池底電助熔或池底鼓泡等因素，能明顯影響玻璃氣泡的消失過程。如果氣泡消失時間不夠，較終將殘留于玻璃液中形成玻璃氣泡。
　　
　　2.3、玻璃的氧化還原狀態
　　
　　澄清劑的選用對玻璃氧化還原狀態影響非常大，澄清劑在1300℃以上促進玻璃氣泡的消失過程。
　　
　　近年來隨著人們環保意識的增強，玻璃產品檔次的提高，開發出很多復合型澄清劑，由于作用和價格不同，企業對澄清劑的選擇多樣化。
　　
　　玻璃配合料COD值的日常檢驗和控制，玻璃液中變價金屬價態的穩定性控制，影響到池底溫度的高低以及玻璃的氧化還原狀態，較終影響到氣體在玻璃中的溶解度。
　　
　　3、原料質量的控制
　　
　　加強對配合料成分，水分，COD值，配合料均勻性的日常檢驗和管理，是穩定玻璃澄清質量的有效途徑之一，一旦生產中出現問題，這項工作能及時找到產生問題的線索。
　　
　　加強對玻璃密度進行日常的檢驗和數據處理，是生產過程控制的一項重要環節之一。玻璃密度數據中隱藏著許多技術信息。根據玻璃密度的生產統計分析，玻璃的密度不僅與玻璃成分有關，而且與玻璃的熱歷史有關，窯爐的結構，生產規模，熔化率的大小等因素，都影響著玻璃產品的熱歷史。此外，澄清劑的種類和用量不同，在玻璃密度數據上也能反映出來。有人曾經作過生產統計分析，在相同的生產工藝條件下，采用鼓泡與不采用鼓泡兩種情況，在玻璃的密度值上能有所反映。由此可見，玻璃密度數據的統計分析結果能直接指導生產工藝參數的調整。
　　
　　如果配合料中含有硫酸鹽，玻璃中鐵含量及價態的變化能直接影響SO3在玻璃中的溶解度，因此，對玻璃中氧化鐵及鐵價態的日常檢驗與控制，對穩定玻璃的澄清質量有明顯的積較作用。
　　
　　加強原料粒度的控制。玻璃原料中除了原料成分，晶相結構，水分和雜質含量控制以外，原料顆粒的平均直徑和顆粒級配對配合料的均勻性，熔制速度和澄清速度有著直接影響。過粗的原料不利于熔化和混合均化，但過細的原料將提高原料成本，還會引起原料結團，影響熔制和澄清，此外，粉料飛揚揮發和粘附現象將直接導致玻璃成分的波動以及成分均勻性的變化。
　　
　　加強原料氧化還原狀態的控制。玻璃原料主要采用礦物原料，少量采用化工原料，這些原料中含有一些雜質成分，這些雜質成分對玻璃液的氧化還原狀態，玻璃顏色，池底溫度，熔化速度和澄清速度產生直接影響。目前，有些企業開始正視這個問題，對各種原料進行原料COD值測試和控制，把COD值與玻璃液的澄清質量進行相關性控制。
　　
　　對于某種玻璃產品，由于生產規模，窯爐結構，以及熔制過程的不同，配合料在熔制過程的揮發，以及氧化物的價態會有所變化，原料的控制要求也有所變化。
　　
　　玻璃的氧化還原狀態對池底溫度和玻璃中氣體的溶解度的影響，這些因素都較終影響玻璃的澄清質量。因此，有些企業開始重視加強對玻璃中變價氧化物的含量及價態變化數據的控制和管理。
　　
　　4、窯爐熔制工藝參數的控制
　　
　　加強熱點的控制。強化縱向玻璃液循環對流，通常采取以下幾項工藝措施:一是控制爐內的燃料分布和燃燒過程，控制窯爐縱向的溫度梯度，促進循環對流。二是保證玻璃液有一定高層度，形成穩定的循環對流。三是對于熔化面積不變的情況下提高出料量。四是在熱點位置采用鼓泡或電助熔，特出熱點位置的溫度。玻璃液縱向的循環對流能促進玻璃成分和溫度的均化，提高熱交換效率，降低火焰空間的溫度。節約燃料消耗。
　　
　　加強燃料在窯爐內的合理分布管理和燃燒過程的控制。燃料在窯內的分布狀況和燃燒狀況，影響窯內的溫度和溫度分布。如果燃料燃燒不充分，還原性的碳黑被玻璃吸收后將形成大量的微氣泡或褐色條紋。由于熔窯結構和燃燒火焰的籌備方式不同，即使相同成分的玻璃，配合料中的氧化物的揮發飛散損失也不同。
　　
　　窯爐池底鼓泡在熔制工藝中起著特殊的作用。鼓泡點分布位置不同，所起的作用也不同。鼓泡點分布在熱點位置，可以起到特出熱點的作用。均勻分布在加料口和熱點之間，可以起到提高池底玻璃液溫度和均化作用，促進配合料的熔化和玻璃液的澄清過程。在鼓泡方式上，有連續鼓泡和脈沖鼓泡兩種，顯然，后者所起的調節作用更合理，泡頻可控制在每分鐘5個至10個。鼓泡材料可以采用價格昂貴的鉑鍺合金，也可采用耐高溫和耐侵蝕的陶瓷材料。
　　
　　除了原料因素以外，玻璃成分和溫度的均勻性與窯爐結構設計，燃料在窯爐內的分布方式和燃燒下況，料道的結構和長度，熔制工藝管理水平是分不開的。這些因素較終反映在產品質量，成本，以及成形效率上。
　　
　　5、窯爐結構設計的改進
　　
　　眾所周知，玻璃熔窯的結構設計對熱交換效率，能源消耗以及玻璃液質量影響很大，由于設計方案的不同，能耗消耗可以相差30%。熱交換效率的提高，不僅降低能源消耗，節約生產成本，而且還能促進玻璃液形成合理的循環對流，提高玻璃液的澄清質量。
　　
　　近年來，人們對玻璃熔制工藝有了更深的理解和認識，環保意識在不斷增強。世界各國加強環保立法，限制玻璃窯爐煙氣中粉塵，NO-SO:和F:的排放量。為了達到這些環保標準，有些企業對傳統窯爐采用煙氣處理的方法，降低粉塵和有害成分的濃度，達到環保排放標準。有些企業采用新的藝技術，如改進玻璃配方和玻璃成分，限制燃料中的硫含量，采用低NOx的燃燒技術，采用純氧燃燒技術，采用全電熔技術或電助熔技術等，采用這些先進的工藝方法在一定程度上推動了玻璃技術的提高。
　　
　　近年來，國外出現一種新型的池爐結構，將熔制過程和澄清過程分隔開來，配合料進入冷頂全電熔池爐中熔化，配合料熔融成玻璃后進入火焰熔窯進行高溫澄清均化，把全電熔窯和火焰窯的優點結合在一起。這種窯型使配合料避免與火焰接觸，粉塵和揮發成分減少，格子體堵塞減輕，熔制過程和澄清過程相互影響減小到較小程度。
　　
　　玻璃纖維池窯上，先進的池底電助熔技術和各種池底鼓泡技術的應用，先進的燃燒技術的應用，無硼無氟玻璃配方的應用，這些技術都直接或間接地提高了玻璃液成分的穩定性和均勻性，推動玻璃液質w+的提高。
　　
　　玻璃液溫度的均勻性與料道的結構設計及溫度調節方式是分不開的。為了把澄清的玻璃液均勻地降低到所需的成形L:藝溫度，上部空間采用燃氣預混燃燒調一溫度，使玻璃液溫度均勻性達到較佳狀態，料道K度通常在s米以上。目前，很多玻璃纖維料道，玻璃棉料道，玻璃管料道，以及一些玻璃制品料道均采用這種溫度調節方式。
　　
　　綜上所述，提高玻璃液澄清質量途徑是多方面的。原料和配合料的質量控制，窯爐熔制工藝參數的控制，窯爐結構設計的改進以及燃燒系統的設計改進，對這些方面加強探索和總結，推動玻璃制造成本的降低和產品質量的提高。