玻璃熔制及熔窑---玻璃熔制过程剖析

d.耐火材料气孔中气体的排出及被侵蚀过程释放的气体
e.燃料燃烧产物
玻璃液的澄清
（2）气体的存在形式 a. 可见气泡
物理溶解
b.溶解气体
化学溶解
（3）几种气体在玻璃液中的性质
CO2：物理溶解度随着T升高，过饱和程度的增加而降低；玻璃液 的吸收能力随碱性氧化物浓度增加而增加。化学溶解为主
SO2：低于1200℃时玻璃液的吸收能力随着T升高而增大，超1200℃ 时，溶解量迅速减少。化学溶解为主
玻璃的形成速度 主要取决于石英 颗粒的扩散速度
玻璃的形成
影响石英砂颗粒在熔体中溶解速度的主要因素： （1）溶解的SiO2从表向熔体的扩散系数； （2）砂粒表面的SiO2与熔体中SiO2的浓度梯度； （3）交界层的厚度； （4）接触面积。 而扩散系数与熔体的粘度有关，越大，扩散系数越小。
玻璃的形成
玻璃形成的动力学： 1.玻璃成分：τ---熔化速度常数，表示玻璃相对难熔的特征。
τ是一经验常数， 要综合各种因
一般工业玻璃：
SiO2
Al 2 O3
素后确定熔化 温度。
Na2O K 2O
硼酸盐玻璃：
SiO2 Al2O3
Na2O
K2O
1 2
B2O3
铅酸盐玻璃：
SiO2 Al2O3
Na2O K 2O 0.125 PbO
玻璃液澄清 阶段
干 净 的 玻 璃 液
适合成型的玻璃液
说明：五个阶段相互联系相互影响，并不是严格 按照顺序进行，常常是同时进行或交替进行。
硅酸盐的形成阶段
1.定义：
配合料在高温的作用下，各个组分本身、各个组分
之间经历一系列的物理反应、化学反应和物理化学反应，
最后变成硅酸盐和SiO2不透明烧结物的过程。约需 3~4min。
浮法玻璃生产技术与设备
第三章 玻璃的熔制及熔窑 ------熔制过程
玻璃的熔制过程
配合料的熔化阶段，约需32min
800℃~900 ℃
硅酸盐形成阶段
不透明 烧结物
1200 ℃完成
玻璃形成阶段
透明的 玻璃液
温度降低200~300 ℃
玻璃液冷却阶段
均匀的 玻璃液
1300~1400 ℃
玻璃液均化阶段
1400~1500 ℃
O2与N2：一般情况下以物理溶解为主，溶解度很小
玻璃液的澄清
（4）几种气体在玻璃液中的性质
CO2：物理溶解度随着T升高，过饱和程度的增加而降低；玻璃液 的吸收能力随碱性氧化物浓度增加而增加。化学溶解为主 SO2：低于1200℃时玻璃液的吸收能力随着T升高而增大，超1200℃ 时，溶解量迅速减少。化学溶解为主
c.形成硅酸盐
度快。在实际生产中（投料口温度
d.生成低共熔物
达1300℃）各种反应同时进行。完 成时间极短（大概只有3~4min）。
固相之间的反应 （大量气体逸出，
其他组分与 SiO2作用
CaCO3与MgCO3的分解）
形成复盐
形成硅酸盐
固液之间的反应开始，
液相增加（由硅酸盐与游离
SiO2组成的不透明烧结物）
500℃左右开始分解；白云石700 ℃左右MgCO3（先）分解 完全，CaCO3（后）分解很少；硝酸钠350 ℃左右开始分解。
c.脱水：结晶水、结构水、化学结合水
d.熔融：固态转变为液态
硅酸盐的形成阶段
3.各组分之间（多组分）的加热反应
a.固相反应:
注：多组分配合料中碳酸盐分解和
b. 形成复盐
硅酸盐形成开始的温度低，反应速
玻璃液的澄清
1.定义：玻璃液中可见的气体夹杂物消除的过程，称为玻璃液
的澄清过程。 澄清温度大概为1400℃~1500 ℃
2.玻璃液中气体
（1）来源与种类 a.配合料空隙中带入的空气 b.盐类分解放出的气体 c.易挥发物质挥发及水分蒸发和分解
种类：
O2、 N2、CO2、 SO2、 SO3、NO2、 NO、H2O、H2等
形成低共熔物
少量液相出现
硅酸盐的形成阶段
4.配合料组分在加热过程中的挥发损失
意义：在配料设计过程充分考虑到挥发损失量，保证 配料计算的准确度。 玻璃中容易挥发的组分及挥发率：
组分
Na2O（纯 Na2O（芒 K2O ZnO PbO B2O3 F Se 碱引入） 硝引入）
挥发率 3.2 （%）
6.0
12 4.0 14 15
50 90
注：SiO2和Al2O3的挥发率通常很小，但当配合料中含有氟化物时， 需要考虑SiO2的挥发量，一般每份CaF2，SiO2的挥发量为0.33份， 每份Na2SiF6， SiO2的挥发量为0.6或0.4份 。
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硅酸盐的形成
影响原料挥发量的因素：
（1）熔制温度：温度越高，挥发量越大。熔制温度由1450℃变化
玻璃的形成
2.石英颗粒的尺寸： τ---形成玻璃的时间
k1r03
石英颗粒越小，反应时间越短。注：过小，结团而成为大颗 粒，反而不宜熔化。 3.熔体温度： τ---形成玻璃的时间
aebt
b、t与玻璃成分、原料颗粒度等相关的常数
玻璃的形成
4.配合料及投料质量 a.原料的颗粒级配 难熔的小一些、易熔的大一些；密度小的 粗一些，密度大的细一些。 b.配合料质量 均匀性与水分含量 c.投料方式 薄层投料、均匀投料 d、碎玻璃
2.配合料中各单组分的加热变化
a.多晶转变：如SiO2 、芒硝等
β—石英→α石英 α石英→α鳞石英
575℃ 875℃
无水芒硝（斜方晶 系）→偏位芒硝 （单斜晶系）
α鳞石英→α方石英 1470℃
熔融
235℃左右 884℃
熔化
1710℃
分解
大于1200℃
硅酸盐的形成阶段
b.盐类分解：如碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐 例如：纯碱—700℃左右开始分解放出CO2；石灰石
（2）原料的形式：复合原料可以降低熔制温度，同时有利于 玻璃液的澄清均化。
玻璃的形成
玻璃的形成过程：配合料中难熔的石英颗粒在各种硅酸盐 和液相的作用下，逐渐溶解、扩散而消失，形成透明的玻 璃液。约需要28~29min。
石英颗粒 的消失
a. 石英颗粒固体表面的溶解：速度快 b. 溶解后的SiO2自表面向熔体扩散：速度慢
到1550℃，挥发率将增加一倍。
（2）同一种氧化物，原料不同，挥发量不同。无水硼砂比硼酸和
十水硼砂低。
（3）氧化物在原料中的含量越高，挥发量越高。
（4）配合料中的水分越高，Se的挥发率越高。 （5）同一种氧化物在不同的玻璃中挥发率不同。
硅酸盐的形成
影响配合料熔化的因素：
（1）熔制温度：温度越高，反应速度提高。温度每提高10 ℃， 反应速度约增加10%。