玻璃工艺学

简述玻璃结构与熔体结构的关系。

玻璃态是热力学不稳定、动力学稳定的状态，在玻璃的熔融态向玻璃态转变的过程中，由于粘度增长很快、析晶速度很小而保持熔融态的结构，因此。玻璃结构与熔体结构的关系体现在以下几个方面：

（1）玻璃结构除了与成分有关以外，在很大程度上与硅酸盐熔体形成条件、玻璃的熔融态向玻璃态转变的过程有关，不能以局部的、特定的条件下的结构来代表所有玻璃在任何条件下的结构状态。即不能把玻璃结构看成是一成不变的。（2）玻璃是过冷的液体，玻璃结构是熔体结构的继续。即玻璃结构与熔体结构有一定的继承性。

（3）玻璃冷却到室温时，它保持着与这温度区间的某一温度相应的平衡结构状态和性能。即玻璃结构与熔体结构有一定的结构对应性。

1828年法国工人罗宾发明了第一台吹制玻璃瓶的机器。

1905年英国欧文斯发明了第一台玻璃瓶自动成型机。

1959年英国皮尔金顿公司经３０年的研究将浮法应用于平板玻璃的生产，是玻璃发展史上的一次重大变革，并不断取代其它方法。

石英砂的主要成分是SiO2，常含有：Al2O3、TiO2、CaO、MgO、Fe2O3、Na2O、K2O、Cr2O3、V2O5等杂质成分，其中Fe2O3、Cr2O3、V2O5、TiO2能使玻璃着色，降低玻璃的透明度，是有害杂质。

B2O3是玻璃的形成氧化物，它以硼氧三角体[BO3]和硼氧四面体[BO4]为结构组元，在硼硅酸盐玻璃中与硅氧四面体[SiO4]共同组成结构网络。

B2O3能降低玻璃的膨胀系数，提高玻璃的热稳定性，当B2O3引入量过高时，由于硼氧三角体[BO3]增多，玻璃的膨胀系数反而增大，发生反常现象。－－硼反常现象

一般选择引入氧化钠的原料时，可优先选择纯碱，在纯碱供应紧张时或为降低成本，可引入适量的芒硝（2-3%）。原因有以下几点：

Ａ）热耗大，难分解；

Ｂ）侵蚀性大（包括芒硝蒸汽、“硝水”：硝酸钾或者硝酸钠的溶液，此处指熔融的芒硝，还原剂用量不足时产生的）

Ｃ）需加入适量的还原剂：量不足时不分解的芒硝易生成侵蚀性较大的硝水；过量时会还原Fe2O3、Na2SO4生成FeS、Fe2S3和硫化物,并生成硫铁化物，最终导致着色，而还原剂的实际用量需根据实际情况调整；

D）运费高，储存加工费用大。

E) 容易导致芒硝泡（硝水进入成形流，在冷却时熔融的硫酸盐硬化而析出白色的结晶状小滴）和硫酸盐结石（硫酸盐在玻璃中的溶解度很小）；

为什么在芒硝完全分解前后须分别保持还原气氛和氧化气氛？

为保证芒硝能以较低的温度分解在熔化前期，芒硝未完全分解之前，须保持还原气氛；在熔化后期，为防止硫酸盐进一步被还原而生成硫化物并与铁的硫化物生

成着色物质，须保持氧化气氛。

玻璃的料性：玻璃熔体粘度随温度变化快慢的特性。变化快的玻璃称为短性玻璃，反之为长性玻璃。一般可用熔制温度与成形温度之差来判断料性，温差越大，玻璃的料性越长。

石灰石宜用大颗粒的原因：

i、可以减少飞扬；

ii、使纯碱优先与石英砂反应，生成初生液相；

iii、大颗粒石灰石、方解石间缝隙易于初生液相顺利通过，对

石英砂进行均匀湿润包围，加速反应，颗粒较小优先与初生液相反应生成高粘度的硅酸盐复盐，阻碍初生液相进一步侵蚀石英砂

iv、大颗粒的石灰石、方解石不易完全分解，会在高温下放出一些气体，有助于澄清；

引入SiO2的原料是石英砂、砂岩、石英岩和脉石英

引入B2O3的原料:硼酸、硼砂和含硼矿物（硼镁石，钠硼解石，硅钙硼石）。

引入Al2O3的原料：长石、高岭土、叶蜡石、氧化铝和氢氧化铝等

引入P2O5的原料：工业磷酸产品如磷酸二氢铵、磷酸铝、磷酸钙等

引入氧化钠的原料：纯碱、芒硝、硝酸钠、氢氧化钠

引入氧化钾的原料：碳酸钾、硝酸钾

引入氧化锂的原料：碳酸锂、天然含锂矿物。

引入氧化钙的原料：方解石、石灰石、白垩、工业碳酸钙等

引入氧化镁的原料：白云石（苦灰石）、菱镁矿（菱苦石）

引入氧化钡的原料：硫酸钡和碳酸钡

引入氧化锌的原料：锌白（亚铅华）和菱锌矿

引入氧化铅的原料：铅丹（红丹）、黄丹（密陀僧）、硅酸铅

玻璃配合料要求具有一定量的水分，一般是通过加水来达到含水量的要求。请问加水有哪些作用？

A. 加速熔化

用一定量的水，或含有湿润剂(减少水的表面张力的物质如食盐)的水，湿润石英原料(硅砂、砂岩、石英岩)，使水在石英原料颗粒的表面上，形成水膜。这层水膜，可以溶解纯碱和芒硝达5%，有助于加速熔化。

B.防止分层

原料的颗粒表面湿润后粘附性增加，配合料易于混合均匀，不易分层。

C.减少粉尘

加水湿润，可以减少混合和输送配合料以及往炉中加料时的分层与粉料飞扬，有利于工人的键康，并能减少熔制的飞料损失(减少5%)。

含水量：一般纯碱配合料在3-5%，芒硝配合料在3-7%，砂粒越细，所需水量越多。

玻璃液中可见泡的消除的两种方式

1、使较大的气泡长大、上浮直至破裂；

2、使较小的气泡溶解吸收；

澄清的常采取的措施有（）。

A.机械搅拌

B.加入澄清剂

C.适当降温，回溶部分小泡

D.池底鼓泡

改善玻璃均化效果的措施

(1)保证原料和配合料质量,对配合料进行粒化、烧结等预处理；

(2)进行人工均化(如机械搅拌、池底鼓泡等)，加强扩散；

(3)采用先进的熔制技术(如电熔窑可减少挥发)；

(4)对挥发量大的玻璃液可采用密封和液面挡料、定期池底放料等方法；

由于温度及炉气变化破坏了在澄清时建立的平衡，在已澄清的玻璃液中产生的小气泡称为二次气泡。

二次气泡的特点：二次气泡均匀分布在整个玻璃液中，泡径小，数量多。

玻璃液中气体的存在三形式

1、可见气泡：量少；

2、物理溶解：较多，多是化学性质较稳定的气体；

3、与玻璃液中某些组分化学结合：量最大，尤其是化学性质活泼的气体；

助熔剂的作用机理

(1)在较低的温度下，形成初熔阶段反应；

(2) 在较低的温度下，形成低共熔物；

(3) 降低熔体的表面张力或粘度,促进各组份间的润湿、扩散；

(4) 形成界面旋流，使各组份更均匀地混合(如芒硝)；

(5)变价作用：有些加速剂的可将二价铁转变为三价铁，提高玻璃液的透明度，使玻璃的热透性增加，从而加速熔制过程。

玻璃熔制制度包括温度制度、气氛制度、窑压制度、液面制度。

窑炉气氛对熔制过程有至关重要的影响。窑内各处气氛的性质不一定相同，按其组成可分为氧化、中性或还原状态，视配合料和玻璃的组成以及各项具体工艺要求确定。如，在熔制无色瓶罐玻璃的普通纯碱配合料时，必须保持氧化气氛。在熔制含有碳粉作为还原剂的纯碱-芒硝配合料时，为了保持碳粉不在加料口烧尽，第一及第二对小炉必须保持还原性，但是在最后的小炉又必须将碳粉完全烧尽，以避免玻璃液被着色，故最后的小炉喷出口应当是氧化焰。芒硝如果没有在熔化部反应完毕，它可溶解于玻璃液中，虽然溶解度不大，但是在冷却部或成形部被还原时，已经足够使玻璃中产生极显著的二次气泡。

熔制纯碱-芒硝配合料时，窑的熔化部应保持还原气氛，而且配合料中还要有足够的还原剂，使芒硝分解完全。若是碳粉作还原剂，则澄清部最后又必须是氧化气氛，以烧掉过剩的碳粉。