练好熔化优质玻璃基本功_放眼开拓国际市场

练好熔化优质玻璃基本功,放眼开拓国际市场

张碧栋3

(南京玻璃纤维研究设计院　南京市　210012)

摘　要　要熔化出非常均质、没有气泡、光透过率高的玻璃,除了有好的配料设备和合理设计的玻璃熔窑等硬件技术,还应有精湛的软件技术相配合。原料的成分、粒度和COD值控制以及配合料与玻璃液的氧化还原势控制等软件技术,必须弄清原委用于生产。

关键词　成分控制　粒度控制　COD控制　R EDOX控制

我国的浮法玻璃,总产量已有相当规模,装备等硬件基本具备了生产优质产品的要求,有些企业的硬件装备达到或接近国际水平。但是,产品质量不够好并且长期没有显著改善,使我们在国际市场上没有竞争力,一些高档深加工制品的玻璃原片还需要从合资或外商独资企业购买,甚至要进口。在国内市场上,当供求不紧时,单纯用价格竞争占据市场,这对企业和整个行业的发展起不了推动作用,反而带来负面影响;将来进入W TO后,引入了国际竞争机制,届时企业将面临腹背受击的处境。

产品质量是企业的生命线。玻璃行业,不论生产什么品种的制品,要想质量好,前提是要熔化出优质的玻璃液。否则,再好的成形设备也做不出好制品。熔化优质玻璃液,应该是任何一个玻璃企业的基本功。只有这个基本功过得硬,企业在国内和国际市场竞争中才能站稳脚跟。

熔化出玻璃并不困难,但是要熔化出非常均质、没有气泡、光透过率高的玻璃,就不那么简单了。好的配料设备和合理设计的玻璃熔窑等硬件固然必不可少,但是没有精湛的软件技术相配合,仍然不行。原料的成分、粒度和COD值控制以及配合料与玻璃液的氧化还原势控制(简称R EDO X控制)就是这些软件内容。应当深入弄清它们的原委并使之受控于生产。

原料成分控制的重要性早有公认。值得一提的是原料中的Fe2O3。原料带入玻璃的总Fe2O3量多少?允许波动多大?目前没有严格控制。玻璃中总Fe2O3含量超过016%,生产优质玻璃的难度就大,超过018%,难度更大。Fe2O3既影响熔窑中玻璃液的对流从而影响熔制和澄清,也影响成品玻璃的透过率。不少企业已在努力降低主要原料砂子的含铁量,但是对于控制总铁含量尚有待深化认识。

原料粒度控制已逐渐被更多企业认识。粒度控制是指控制各种原料的平均粒度和粒度分布。这对于配合料的均匀性、硅酸盐反应速率、玻璃液澄清质量、玻璃成分的稳定乃至窑炉寿命都至关重要。细粒级含量过多,混合时结团,大大降低配合料均匀性,细粉过早硅酸盐反应造成配合料料堆熔制分层,硅

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浮渣增多,玻璃熔制速率降低,窑炉中飞扬损失加剧而使玻璃成分波动,蓄热室堵塞,细粉所裹入的大量气泡增加了澄清负担。以大宗原料砂子为例,国际上公认0.1mm以下的含量最好不要超过5%,而我国相当多的企业离此甚远,有的高达20%以上。这些年来,有些企业下了决心改变这种局面,获得了明显收益。如某企业花投资改造了砂子基地,使浮法线的生产效率、玻璃质量和成本都显著改观;还有某企业改用了好砂子后尽管价格高了近一倍,但由于熔化率和成品率提高、燃料消耗降低,玻璃成本不仅没有提高反而略有降低。粗粒级的危害很直观,也容易解决。从粉体混合角度看,各种原料的粒度分散性愈小,各原料的平均粒度愈接近,配合料均匀性就越好。但是国际上七十年代初发现石灰石和白云石这两种碳酸盐矿物粒度细了,对硅酸盐反应不利,粗了反而好。国际上有用10目全通过的,我国也有不少企业用12目全通过的。但是在混合机加料顺序上要较先加入这些原料,否则均匀性会降低。有些小量原料本来就难于混合均匀,如果粒度再不控制,就很难发挥它们的作用。如煤粉或碳粉,对玻璃熔化和澄清相当重要,如果粒度偏细,混合又不均,就会无谓烧掉,使配合料的氧化还原势不稳定。

原料的COD值控制、配合料和玻璃液的R EDO X控制是近二十年来才在国际上普及的软件技术。玻璃熔制中芒硝究竟起那些作用?国际上一些科学家在实验室和工业规模下进行了十多年的研究。最早认为芒硝是吃硅浮渣的,这种看法不完全,而且随着原料粒度控制愈来愈严,这个作用已不明显。从学术角度说,芒硝有三个作用:表面活性剂作用、界面湍动作用、生成能靠浮力上升的澄清气泡。从玻璃生产角度说,起到助熔、均化和澄清作用。COD和R EDO X控制就是让芒硝的这些作用得到充分发挥。

先简述表面活性剂作用。配合料加入熔窑后, 840℃左右芒硝熔化,它与初生液相(1038℃开始)不互溶,粘度和表面张力小,流动性很好,像表面活性剂一样,渗透在配合料的气相、液相和固相界面之间,增加了配合料的流动性,气体容易从料堆中向上逸出,固、液相彼此反应加快。

再说一下界面湍动作用。随着温度升高,到1288℃左右,芒硝开始热分解,新生成的N a2O能溶于芒硝,也能溶于玻璃液,大大降低了所有界面处的界面张力,产生剧烈的湍动,促进硅酸盐反应,并使玻璃液在粒子尺度的微区内得到均化。这种微区均化是熔化优质玻璃液所不可少的。机械搅拌或鼓泡无法代替它。研究还发现,有硫化物存在,芒硝约900℃时就化学分解,使界面湍动作用比热分解提前了约300℃,大大延长了它的作用时间。加入碳粉或含碳的物质,就能使少部分芒硝(N a2SO4)还原为硫化钠(N a2S)。碳粉(或煤粉)总是要烧掉部分的。煤的种类不同、粒度不同以及在配合料中分布均匀性都有影响,所以一些国外和国内外资厂用加工的石油焦,固定碳含量和着火点较高,粒度范围合理,无非是尽量使之稳定。还有一种办法就是直接用含硫化物的原料而不用碳粉,国外有些企业用专门加工的高炉炉渣,含有1%不到的硫化物,粒度符合要求,大量其他物质是硅、铝、钙、镁等玻璃态氧化物,能助熔,这就没有了用碳粉时的担心,而且用量能占配合料的5～7%,混合均匀性也容易保证。

芒硝的第三个作用就是澄清和均化。在一、二对小炉区熔化的生玻璃液(即含有大量气泡、尚未均化的玻璃液)顺着窑内主对流回路边升温边到达热点区。在此处要有一定数量的芒硝剧烈分解形成能靠本身浮力上升的大气泡,上升过程中兼并生玻璃液中小气泡,使玻璃液澄清,并且在上升到接近液面时,由于这里的玻璃液相对而言Si O2略偏高而N a2O略偏低,气泡中N a2O(呈气态)会传递给玻璃液而起到均化作用。要芒硝起这个作用,必须满足三个条件:有泡核、玻璃液中溶解的芒硝要过饱和、玻璃液中芒硝的蒸气分压要超过一个大气压。微小的固体粒子或小于0.1mm的微泡都能作为泡核,所以第一个条件总能满足。要满足第二个条件,就要正