浮法玻璃的澄清

浮法玻璃的澄清
1、定义:玻璃在一定的时间/温度周期内，大部分不溶解的气体从玻璃内排除。

2、澄清过程:在熔窑内当气体开始从配合料排出时，玻璃开始澄清。

澄清
本身开始在熔融时间稍前一些。

在熔融过程中，一些气体在玻璃内不溶解，在澄清和冷却过程中如果保持一定的温度，有些不溶解气体有跑出溶液的趋势。

良好澄清的玻璃液含有其自身的体积乘以一百的，在N.T.ρ的不溶解气体。

玻璃粘度起的作用非常重要，气体在液体玻璃内的上升比在粘制的玻璃内容易得多。

玻璃从熔化区流入澄清区已完全熔融，无固体杂质，并适当的均化了，但充满了气泡。

气体在液体内的溶解度随着温度的提高而降低。

因此液体升温会释放玻璃内已溶解的气体，而冷却会使许多气泡再次不溶解。

为熔窑设计我们可以考虑澄清的过程在两个部分进行。

1）向前流动的玻璃液温度必须提高到一个点，在此点上澄清剂（我们用硫酸盐）能起到作用，一些能从液体内释放出的不溶解气体体积增大，以及玻璃粘度降低，这些气泡就能升起并爆裂，这个过程要求温度和时间及熔窑设计和操作必须保证具备这些条件。

2）玻璃必须冷却到温度约1380℃，在此冷却过程中，剩下的气泡再次溶解，并且这个过程很快。

3、窑设计依据:从熔窑设计角度来看，在熔窑热点下游保持足够的面积，使
向前流动的玻璃液温度在1550~1580℃左右保持足够的时间。

然后我们必须把它再冷却到1380℃，确保从最后一对小炉到熔化端山墙有足够的距离，使时间/温度的组合适当。

因此这个距离不会太大。

玻璃流从热点向工作端的流动必须有些限制，在现代化的浮法玻璃厂内，是采用炉腰和炉腰水冷却管来限制玻璃液向前流动的。

炉腰越窄，挡坎越深，限制越大，玻璃液向前流动也就越慢。

从实践来说，在最后一个燃烧小到炉腰之间被限制的区域内，自然冷却速度为每英尺4℃。

当我们为温度在1380℃~1420℃的炉腰设计时。

从最后一对小炉到炉腰的距离一般在45英尺左右。

此图显示了用时间/温度组合表示的澄清特性。

在足够的时间内保持较高的温度的正确性，与一个不适当的时间对比，以及温度/时间太短，冷却速度太慢的曲线对比。

对一个良好的澄清来说，要有一定的化学限制，保持氧化气氛很重要，使玻璃和不溶解气体在以后的均化和冷却区处于正确平衡，没有在沸腾危险。

保持氧
化气氛，如果还原会造成二次气泡。

澄清区的设计要求: 1）紧靠热点的下游有一个高温澄清区，并保持足够的时间。

2）快速冷却到适当的冷却温度。

3）用炉腰和挡坎来限制玻璃液自然向前流动。

4）保持一个氧化气氛以使在玻璃和溶解气体之间建立稳
定的化学平衡，把二次气泡减少到最少程度。

4、气泡来源:
A)一次气泡——熔融配合料气体内产生的气泡，它们没在熔融中消除。

B)二次气泡——除配合料由其它来源形成的气泡。

a)污染——金属、油滴
b)熔窑结构——1）耐火材料
2)气化（溶解时）
3）电解作用
4）有故障的气泡器和搅拌器、大水管
c)由气体溶解度降低造成的二次气泡现象，原因：
1）工作端附近重新升温
2）熔窑气氛改变
3）玻璃析晶
4）不同成分的玻璃或在不同温度的搅拌
5）搅拌器在沸腾
d)工艺气泡，例：在成型期间形成的气泡
A.一次气泡:从熔融的配合料放出的气体形成的气泡。

很明显配合料是
气泡的来源。

熔融一公斤的玻璃液放出160公升气体（S.T.ρ），这
些气泡主要是水分和二氧化碳。

B.二次气泡:除配合料，气泡产生于其它来源——污染，熔窑结构等。

有效的澄清过程必须具备的两个条件:Ⅰ）必须保证迅速的一次澄清
速度，例:快速地消除玻璃液产生的配合料气体。

Ⅱ）必须把二次气
泡形成的危险降到最低程度。

5、控制澄清的因素:
Ⅰ）气泡通过玻璃液上升达到澄清。

温度对气泡上升速度有重要影响的原因几乎完全是因为粘度取决于温度。

Ⅱ）聚合:澄清过程的早期，聚合过程起到了重要的作用，试验说明，聚合需要具备较低的
表面张力和较大的气泡直径（3~4mm）,在此情况下，聚合作用对澄清的影响很小。

在玻璃表面有很多气泡。

很明显聚合作用对气泡起了很大作用。

Ⅲ）扩散:气体扩散在澄清中起很重要作用，假如气泡直径不变，气体上升到表面只能消除
大气泡（约大于0.5mm直径），需考虑两种情况:
a)气体从周围玻璃内的气泡扩散
b)气体在玻璃液气泡内扩散
应理解为:气体的扩散和吸收？
两种情况能起作用提高澄清质量，第一种情况是气体的分解和吸收；第二种情况气泡
扩大及迅速从玻璃液内消除。

那种情况起作用要取决于下列情况：
①气泡内气体的性质和密度；
②玻璃液温度
③玻璃成分
④用或没用澄清剂
⑤玻璃液熔融情况，例:玻璃液熔于气体的量:两种类型的气体，例如氧气，很容易在
玻璃液内吸收。

例如氮气，吸收很慢，或一点都不吸收。

含有后面一种气体的气泡
有澄清剂时会变大。

所以澄清所需用的时间决定于含有可容气体的起跑是否需较长时间吸收，或含有“不
溶解”气体的气泡是否需要较长时间上升到表面。

1、玻璃成分:例如：二氧化硅被纯碱代替——它可以加快澄清，因为它可以降低玻
璃液的粘度，和增加气泡上升的速度——可用数量表示。

通过玻璃液的气体扩
散也可以增加以提高澄清，但是对气体的溶解度和澄清剂的影响不太清楚。

2、温度：提高温度也会加快澄清，因为它影响玻璃粘度，气体扩散性和澄清剂分
解。

3、玻璃液深度：澄清效率取决于面积、体积和效率。

这个比率能提供玻璃液在澄
⑥外压力：无实际意义
⑦人工重力：无实际意义
⑧澄清剂：加入澄清剂以促进澄清过程，在玻璃内产生一个高气体过饱和现象，此过
程约在完成了初步熔融反应后产生，以及当玻璃进入熔窑最热区域时产生的。

结果，气体
扩散到已经存在的玻璃液的气泡内，使气泡迅速扩大，上升到表面后迅速消除，由于这个
原理，二氧化硫澄清了平板玻璃配合料，也由于这个原理，砷和二氧化锑澄清了压花和光
学玻璃的配合料。

在投料口熔窑保持微量还原气氛帮助硫酸盐分解分析或目测了解窑内的气氛。

Na2SO4→Na2O+SO3；SO3→SO2+1/2O2；
As2O5→As2O3+O2；Sb2O5→Sb2O3+O2；
SO3→0.25%是可溶解气体；0.35%；测定SO3的含量可推测玻璃熔融的温度，如果分析出来的SO3为0.18%,（温度低与高都能产生）；例如：兰和绿玻璃，熔窑底部很冷，硫酸钠在澄清时起很重要的作用，包围砂粒，阻挡砂粒之间的粘结，温度在1450℃熔融砂中的硅，生成Na2O+SO3；SO3→SO2+1/2O2；SO3是可溶的，
划圈的恰是可溶气体进入N2和CO2气泡中或进入N2和CO2混合气体。

若这些气泡变大，这就是澄清，硫酸钠有两个作用：①帮助澄清；②熔融硅；在高温（大于1430℃）下分解，释放出SO3、SO2、O2. 这些可溶气体扩散到已有气泡（不可溶/原始）中，导致其变大，随后上升速度加快。

注意：熔体中的残余气泡有变成可溶气体（SO2、O2）的倾向
气泡收缩
当玻璃流至工作端及流道，其温度下降，导致气泡变小。

可溶气体（O2、H2O、SO4）被吸收，留在小气泡内的是不可溶气体（N2、Ar、CO2、COS）
小结
澄清
——消除熔体内的气泡
——二个机理
——上升/破裂：温度、直径、深度、澄清剂。

——收缩/吸收。