第八章玻璃的熔制与窑炉.
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玻璃工艺学 6
2.多组分反应：除了包括单组分和双组分的加热反应特点外， 还包括含自身反应特点，如复盐的反应；形成低共熔物，使得熔制 温度低，所以组成越多，熔制温度越低；硅酸盐的生成等。 如：生成CO2的来源有碳酸盐的单组分分解、碳酸盐生成硅酸 盐的反应、复盐的分解等。 因此配合料的加热反应基本上是单组分和多组分加热反应的综 合。
逐 步 排 除 可 见 气 泡 到许 允程 度 透明体 无气泡的玻璃液 对钠钙硅玻璃温度 1400 ~ 1500 C
4、玻璃的均化阶段； 5、玻璃的冷却阶段； 五个阶段的相互关系
玻璃工艺学 3
池窑中玻璃熔融过程模型图
玻璃工艺学
4
二、 硅酸盐的形成
（一）配合料的加热反应： 1.单组分反应：多晶转变、盐类分解（如碳酸盐、硫酸盐、硝 酸盐等的分解反应）、析出结晶水和化学结合水。 ①多晶转变 例如： 石英：573℃ β-石英 α-石英 870℃ α-石英 α-磷石英 1470℃ α-磷石英 α-方石英 1710℃ 熔化 碳酸钡BaCO3： 811℃ 斜方γ晶形 六方β晶形 982℃ 六方β晶形 等轴α晶形 ～950℃ 2BaCO3 CO2+BaO· BaCO3 ～1000℃ BaO· BaCO3 2BaO+CO2
1000℃
900℃
SiO2+Na2O+CaO反应速度与温度
玻璃工艺学 8
分解% 100
75 50 25 0
4
3
2
1
10 20
30 40
50
60
70 80 分钟
CaCO3与SiO2在不同比例时的反应速度 1—CaCO3；2—CaCO3+SiO2；3—CaCO3+2SiO2； 4—CaCO3+3SiO2；
玻璃工艺学
11
铅硅酸盐玻璃
1 Na 2O K 2O PbO 8 其中：氧化物—各氧化物在玻璃中的重量百分数； —表示玻璃相对难熔的特征值； 与值相应的熔化温度
SiO 2
值
6
1450~1460
5.5
1420
4.8
1380~1400
4.2
1320~1340
熔化温度℃
注意：常数是一经验值，确定熔制温度时，此常数不能认 为是唯一的决定因素，它未考虑如粒度、温度等因素。
玻璃工艺学
13
四、玻璃的澄清阶段
玻璃液的澄清过程是玻璃熔化过程中极其重要的一环，它与
玻璃工艺学 5
芒硝Na2SO4： 235℃ 无水芒硝（斜方晶系） 884℃ 熔融 自1200℃左右开始分解 Na2SO4 (有还原剂时，反应加速) ②盐类分解
偏位芒硝（单斜晶系）
Na2O+SO3
各类碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐在一定温度下均发生分 解并释放出气体。 ③析出结晶水和化学结合水 如含水硼砂（Na2B4O7· 10H2O）、纯碱、芒硝等易吸 潮的原料、含水芒硝（Na2SO4· 10H2O）、结晶纯碱 （Na2CO3· 10H2O）、瓷土（Al2O3· 2SiO2· 2H2O）
玻璃工艺学
12
2、石英颗粒的大小 鲍特维金公式：
K 1r
3
—玻璃形成的时间（分钟）； r-石英颗粒的原始半径（厘米）； K1-与玻璃组成和温度有关的常数； 3、熔制温度 bt 索林诺夫经验公式： a e —玻璃形成时间（小时）； a、b—常数（与玻璃组成、原料粒度有关）。对窗玻璃， a=101256, b=0.00815; e—自然常数 t—熔融体温度（℃）
但由于低共熔作用，在多组分配合料中碳酸盐的分解、硅酸盐
的形成和均化开始得早，即多组分配合料的硅酸盐形成和玻璃形成 要比双组分快得多。 而且从低温到高温的反应顺序会因为颗粒度
大小等因素而发生改变。
玻璃工艺学 7
（二）硅酸盐形成 在此阶段，主要的反应为化学反应，故该阶段化学反应 动 力是其动力学因素。反应进行的速度和各种不同因素对反应速 度的影响是硅酸盐形成过程动力学研究的主要内容。 1300℃ 1200℃ 1100℃
第八章 玻璃的熔制与窑炉
主要内容： 玻璃的熔 制过程及其影 响因素，熔制 制度，熔窑和 耐火材料的侵 蚀过程等。
玻璃工艺学 1
一、 玻璃熔制过程概述 玻璃的熔制过程就是将配合料经高温加热熔融成为均匀的、 无气泡的符合成型要求的玻璃液的过程。 玻璃熔制过程是一个很复杂的过程，它包括一系列的物理、 化学、物理化学反应。研究指出各种不同的配合料在加热时发生 如下所列的各种变化：
玻璃工艺学 9
从上述反应关系可以得出与反应速度相关的动力学因素有： 1、温度： 温度的提升
熔体中各组分的自由能
反应的可能
分子间的碰撞几率 质点运动速度加快 2、反应时间 反应时间越长 反应物减少，生成物增多 反应速度降低
反应加快
3、反ห้องสมุดไป่ตู้物的浓度
浓度增大 分子间碰撞次数增加
反应速度增加
玻璃工艺学
10
三、玻璃的形成阶段
（一）玻璃形成阶段的反应： 溶解：石英砂粒表面的SiO2进入液相； 扩散：溶解的SiO2向周围熔体扩散，速度最慢；
（二）玻璃形成动力学 玻璃熔制过程中玻璃形成速度与玻璃组成、砂粒大小、熔制 温度等有关。 1、玻璃组成： 沃尔夫（M.Volf）提出如下玻璃熔化速度常数的方程式。
SiO 2 Al 2O 3 一般工业玻璃 Na2O K 2O SiO 2 Al 2O 3 硼硅酸盐玻璃 1 Na 2O K 2O B 2O 3 2
物 理 变 化 化 学 变 化 物 理 化 学 过 程
配合料加热升温 配合料脱水
固相反应 碳酸盐、硫酸盐、硝酸 盐的分解
共熔体的生成 固态的溶解与液态间互溶
各组分的熔化
晶相转变 个别组分的挥发
水化物的分解
化学结合水的分解 硅酸盐的形成与相互作 用
玻璃工艺学
玻璃液、炉气、气泡间的相互 作用
玻璃液与耐火材料间的作用
2
这些复杂的反应常可根据熔制过程中的不同实质而分为如 下五个阶段： 1、硅酸盐形成阶段； 要 的 固 相 反 应 完 成 800 （ 900 C） 配合料 主 不透明烧结物 (由硅酸盐和未熔二氧化硅组成) 2、玻璃形成阶段； 二 氧 化 硅 在 硅 酸 盐 中解 溶扩 散 烧结物 透明体 含 有 大 量 气 泡 和 不 均体 匀(1200 C ) 3、玻璃液的澄清阶段；
2.多组分反应：除了包括单组分和双组分的加热反应特点外， 还包括含自身反应特点，如复盐的反应；形成低共熔物，使得熔制 温度低，所以组成越多，熔制温度越低；硅酸盐的生成等。 如：生成CO2的来源有碳酸盐的单组分分解、碳酸盐生成硅酸 盐的反应、复盐的分解等。 因此配合料的加热反应基本上是单组分和多组分加热反应的综 合。
逐 步 排 除 可 见 气 泡 到许 允程 度 透明体 无气泡的玻璃液 对钠钙硅玻璃温度 1400 ~ 1500 C
4、玻璃的均化阶段； 5、玻璃的冷却阶段； 五个阶段的相互关系
玻璃工艺学 3
池窑中玻璃熔融过程模型图
玻璃工艺学
4
二、 硅酸盐的形成
（一）配合料的加热反应： 1.单组分反应：多晶转变、盐类分解（如碳酸盐、硫酸盐、硝 酸盐等的分解反应）、析出结晶水和化学结合水。 ①多晶转变 例如： 石英：573℃ β-石英 α-石英 870℃ α-石英 α-磷石英 1470℃ α-磷石英 α-方石英 1710℃ 熔化 碳酸钡BaCO3： 811℃ 斜方γ晶形 六方β晶形 982℃ 六方β晶形 等轴α晶形 ～950℃ 2BaCO3 CO2+BaO· BaCO3 ～1000℃ BaO· BaCO3 2BaO+CO2
1000℃
900℃
SiO2+Na2O+CaO反应速度与温度
玻璃工艺学 8
分解% 100
75 50 25 0
4
3
2
1
10 20
30 40
50
60
70 80 分钟
CaCO3与SiO2在不同比例时的反应速度 1—CaCO3；2—CaCO3+SiO2；3—CaCO3+2SiO2； 4—CaCO3+3SiO2；
玻璃工艺学
11
铅硅酸盐玻璃
1 Na 2O K 2O PbO 8 其中：氧化物—各氧化物在玻璃中的重量百分数； —表示玻璃相对难熔的特征值； 与值相应的熔化温度
SiO 2
值
6
1450~1460
5.5
1420
4.8
1380~1400
4.2
1320~1340
熔化温度℃
注意：常数是一经验值，确定熔制温度时，此常数不能认 为是唯一的决定因素，它未考虑如粒度、温度等因素。
玻璃工艺学
13
四、玻璃的澄清阶段
玻璃液的澄清过程是玻璃熔化过程中极其重要的一环，它与
玻璃工艺学 5
芒硝Na2SO4： 235℃ 无水芒硝（斜方晶系） 884℃ 熔融 自1200℃左右开始分解 Na2SO4 (有还原剂时，反应加速) ②盐类分解
偏位芒硝（单斜晶系）
Na2O+SO3
各类碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐在一定温度下均发生分 解并释放出气体。 ③析出结晶水和化学结合水 如含水硼砂（Na2B4O7· 10H2O）、纯碱、芒硝等易吸 潮的原料、含水芒硝（Na2SO4· 10H2O）、结晶纯碱 （Na2CO3· 10H2O）、瓷土（Al2O3· 2SiO2· 2H2O）
玻璃工艺学
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2、石英颗粒的大小 鲍特维金公式：
K 1r
3
—玻璃形成的时间（分钟）； r-石英颗粒的原始半径（厘米）； K1-与玻璃组成和温度有关的常数； 3、熔制温度 bt 索林诺夫经验公式： a e —玻璃形成时间（小时）； a、b—常数（与玻璃组成、原料粒度有关）。对窗玻璃， a=101256, b=0.00815; e—自然常数 t—熔融体温度（℃）
但由于低共熔作用，在多组分配合料中碳酸盐的分解、硅酸盐
的形成和均化开始得早，即多组分配合料的硅酸盐形成和玻璃形成 要比双组分快得多。 而且从低温到高温的反应顺序会因为颗粒度
大小等因素而发生改变。
玻璃工艺学 7
（二）硅酸盐形成 在此阶段，主要的反应为化学反应，故该阶段化学反应 动 力是其动力学因素。反应进行的速度和各种不同因素对反应速 度的影响是硅酸盐形成过程动力学研究的主要内容。 1300℃ 1200℃ 1100℃
第八章 玻璃的熔制与窑炉
主要内容： 玻璃的熔 制过程及其影 响因素，熔制 制度，熔窑和 耐火材料的侵 蚀过程等。
玻璃工艺学 1
一、 玻璃熔制过程概述 玻璃的熔制过程就是将配合料经高温加热熔融成为均匀的、 无气泡的符合成型要求的玻璃液的过程。 玻璃熔制过程是一个很复杂的过程，它包括一系列的物理、 化学、物理化学反应。研究指出各种不同的配合料在加热时发生 如下所列的各种变化：
玻璃工艺学 9
从上述反应关系可以得出与反应速度相关的动力学因素有： 1、温度： 温度的提升
熔体中各组分的自由能
反应的可能
分子间的碰撞几率 质点运动速度加快 2、反应时间 反应时间越长 反应物减少，生成物增多 反应速度降低
反应加快
3、反ห้องสมุดไป่ตู้物的浓度
浓度增大 分子间碰撞次数增加
反应速度增加
玻璃工艺学
10
三、玻璃的形成阶段
（一）玻璃形成阶段的反应： 溶解：石英砂粒表面的SiO2进入液相； 扩散：溶解的SiO2向周围熔体扩散，速度最慢；
（二）玻璃形成动力学 玻璃熔制过程中玻璃形成速度与玻璃组成、砂粒大小、熔制 温度等有关。 1、玻璃组成： 沃尔夫（M.Volf）提出如下玻璃熔化速度常数的方程式。
SiO 2 Al 2O 3 一般工业玻璃 Na2O K 2O SiO 2 Al 2O 3 硼硅酸盐玻璃 1 Na 2O K 2O B 2O 3 2
物 理 变 化 化 学 变 化 物 理 化 学 过 程
配合料加热升温 配合料脱水
固相反应 碳酸盐、硫酸盐、硝酸 盐的分解
共熔体的生成 固态的溶解与液态间互溶
各组分的熔化
晶相转变 个别组分的挥发
水化物的分解
化学结合水的分解 硅酸盐的形成与相互作 用
玻璃工艺学
玻璃液、炉气、气泡间的相互 作用
玻璃液与耐火材料间的作用
2
这些复杂的反应常可根据熔制过程中的不同实质而分为如 下五个阶段： 1、硅酸盐形成阶段； 要 的 固 相 反 应 完 成 800 （ 900 C） 配合料 主 不透明烧结物 (由硅酸盐和未熔二氧化硅组成) 2、玻璃形成阶段； 二 氧 化 硅 在 硅 酸 盐 中解 溶扩 散 烧结物 透明体 含 有 大 量 气 泡 和 不 均体 匀(1200 C ) 3、玻璃液的澄清阶段；