玻璃熔制及熔窑---玻璃熔制过程剖析
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玻璃熔制及熔窑---玻璃熔制过程
τ是一经验常数， 要综合各种因 素后确定熔化 温度。
SiO2 + Al 2 O3 一般工业玻璃：τ = Na 2 O + K 2 O
SiO2 + Al 2 O3 硼酸盐玻璃：τ = 1 Na 2 O + K 2 O + B2 O3 2 SiO2 + Al 2 O3 铅酸盐玻璃：τ = Na 2 O + K 2 O + 0.125PbO
玻璃液的澄清
临界半径rk: 1.微小气泡的形成有利于系统自由焓的降低，促使 核泡长大。 2.核泡的形成，生成新的两相界面，使系统表 面能增大。 排出气泡的方式：半径大于rk的气泡上升排除，小于rk的溶 解消失。 a.多个可见小气泡集合为一个大气泡（由于小气泡相距 气泡 较远较难进行）； 长大 的原 b.溶解的气体渗入气泡，使之扩大（实际进行）； 因 c. 澄清剂分解的气体渗入气泡或玻璃液。
玻璃液的澄清
玻璃液中可见的气体夹杂物消除的过程，称为玻璃液 1.定义： 的澄清过程。 澄清温度大概为1400℃~1500 ℃
2.玻璃液中气体
种类： （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 e.燃料燃烧产物 O2、 N2、CO2、 SO2、 SO3、NO2、 NO、H2O、H2等
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 ℃ 不透明 烧结物 1200 ℃完成 1400~1500 ℃ 透明的 玻璃液
硅酸盐形成阶段
玻璃形成阶段
玻璃液澄清 阶段
干 净 的 玻 璃 液
温度降低200~300 ℃ 均匀的 玻璃液
SiO2 + Al 2 O3 一般工业玻璃：τ = Na 2 O + K 2 O
SiO2 + Al 2 O3 硼酸盐玻璃：τ = 1 Na 2 O + K 2 O + B2 O3 2 SiO2 + Al 2 O3 铅酸盐玻璃：τ = Na 2 O + K 2 O + 0.125PbO
玻璃液的澄清
临界半径rk: 1.微小气泡的形成有利于系统自由焓的降低，促使 核泡长大。 2.核泡的形成，生成新的两相界面，使系统表 面能增大。 排出气泡的方式：半径大于rk的气泡上升排除，小于rk的溶 解消失。 a.多个可见小气泡集合为一个大气泡（由于小气泡相距 气泡 较远较难进行）； 长大 的原 b.溶解的气体渗入气泡，使之扩大（实际进行）； 因 c. 澄清剂分解的气体渗入气泡或玻璃液。
玻璃液的澄清
玻璃液中可见的气体夹杂物消除的过程，称为玻璃液 1.定义： 的澄清过程。 澄清温度大概为1400℃~1500 ℃
2.玻璃液中气体
种类： （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 e.燃料燃烧产物 O2、 N2、CO2、 SO2、 SO3、NO2、 NO、H2O、H2等
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 ℃ 不透明 烧结物 1200 ℃完成 1400~1500 ℃ 透明的 玻璃液
硅酸盐形成阶段
玻璃形成阶段
玻璃液澄清 阶段
干 净 的 玻 璃 液
温度降低200~300 ℃ 均匀的 玻璃液
3 玻璃的熔制及熔(1)讲解
（5）玻璃液冷却阶段 将清澄和均化了的玻璃液均匀降温，使玻璃 液具有成型所需的黏度； 在冷却阶段应不破坏玻璃液的质量； 浮法玻璃冷却阶段结束的温度在1100～ 1050℃左右。
3.1.1 配合料的熔化
(1)配合料的加热及初熔 (2)各种反应简介 多晶转变 盐类分解 水分的逸出 (3)成分的挥发 R2O的挥发 由纯碱引入时:引入量×0.032% 由芒硝引入时:引入量×0.06%
3.1.3 澄清
(1)目的 消除玻璃液中的气泡 (2)玻璃液中的气泡形态和种类 形态：可见气泡、溶解气泡、化学结合的气 体。还有熔体表面上的气体。 种类： CO2、SO2、SO3、N2、O2、H2O、H2
(3) 排泡与去气 澄清是排出玻璃液中的可见气泡； 去气是全部排除玻璃液中的气体，包括化学 结合的气体。
B.二次气泡（灰泡，直径小于0.1mm） ①硫酸盐和其他盐类的继续分解； ②溶解气体的析出； ③耐火材料气泡 ④玻璃液流股间的化学反应； ⑤电化学反应
r=1mm时， 2σ/r =0.6kPa； r＜0.01mm时， 2σ/r ＞ 0.06MPa； R= 0.001mm时， 2σ/r= 0.6MPa。 可以看出，表面张力对大气泡的影响可以忽 略，对小气泡的影响则是巨大的。 玻璃液中存在的微小气泡，在温度降低时， 内部的压力急剧增大，使气泡内的气体分压 明显大于玻璃液中气体的分压，从而溶解于 玻璃液中；温度升高时，气泡又会析出。
B.新气泡的产生 澄清好的玻璃液一般不能再次产生气泡。 原因是： 新生气泡的半径r≈0，需要克服的
2σ/r≈∞。
（8）影响澄清的因素
A.配合料中的气体率 一般15~20% B.澄清温度 温度高，黏度小，有利于澄清；熔窑温度受 耐火材料的限制。 C.窑压 微正延长澄清时间 B.提高澄清温度 C.搅拌 D.鼓泡 E .加澄清剂（最常用）
玻璃的熔制过程
硅酸盐形成和玻璃形成
6. 含有着色剂和乳浊剂的配合料的加热反应-1
着色剂可能发生氧化还原变化，或者与其它组份生成化合物和 固熔体以及参加硅酸盐生成的反应。
铁的氧化物 Fe2O3+CO → 2FeO + CO2 Fe2O3 ←→ 2FeO + 0.5O2
Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 +3H2O 锰的氧化物
从三价变为五价，在800℃和1200℃之间，绝大多数As在玻璃中以As2O5存在，
当温使度玻高璃于1液20沸0℃腾时，搅A拌s2O，5又鼓重泡新，分解利为用As玻和A璃s2对O3流放出氧气，物又由理五澄价清变到法
硅酸盐形成和玻璃形成
3. 三组份配合料的硅酸盐和玻璃形成
SiO2+Na2SO4+CaCO3配合料(通常称芒硝配合料)
Na2SO4分解比较困难，所以必须在有碳或其它还原剂存在时，才能加速反应。 SiO2+Na2SO4+CaCO3+C配合料加热发生的反应过程如下：
硅酸盐形成和玻璃形成
4. 四组份配合料的硅酸盐和玻璃形成
4MnO2 → 2Mn2O3 + O2 Mn2O7 → 2Mn2O3 + 2O2 Mn2O3 → 2MnO + 0.5O2
硅酸盐形成和玻璃形成
6. 含有着色剂和乳浊剂的配合料的加热反应-2 铜的氧化物
钴的氧化物 乳浊剂反应
硅酸盐形成和玻璃形成
7. 配合料组份在加热时的挥发
挥发性比较大的有硼酸、硼酸盐、氧化铅、 砷的化合物、氧化锑和氯化物等。碱和氧化 锌也具有显著的挥发率，氟化物和硒的挥发 率非常大。
之后，配合料基本熔化成为液相，过剩的石英颗粒 继续熔化于熔体中，液相不断扩大，直至最后全部 固相转化为玻璃相，成为含有大量气泡、不均匀的 透明玻璃液。
玻璃的熔制过程
玻璃的熔制过程玻璃是一种广泛应用于制造建筑材料、器皿、光学仪器、电子仪器等工业领域的无机非金属材料。
玻璃的基础原料主要是硅酸盐类物质，包括石英砂、长石、白云石等。
玻璃的制造涉及到多种工艺步骤，其中最主要的过程是熔制。
玻璃的熔制过程，一般分为两个阶段：玻璃原料熔融和玻璃成形。
1. 玻璃原料熔融玻璃原料熔融是制造玻璃的第一步。
首先要将玻璃原料送到炉中，然后在炉内进行高温熔化。
玻璃熔化的温度通常在1300-1600℃之间。
炉内的高温条件有助于熔化原料，并促进原料之间的充分混合。
玻璃熔化过程中，炉内的温度、炉膛的结构、炉膛的加热方式、气氛以及熔化时间等因素都对玻璃性质有很大的影响。
其中，炉温的控制是其中最为关键的一个因素。
炉温过低时，原料无法充分熔化，熔击出来的玻璃比较粗糙；而炉温过高时，虽然玻璃可以很快熔化，但却会使得玻璃成分中的气体难以释放，造成玻璃内部气泡增多，影响玻璃的质量。
同时，熔制过程中原料的混合也是影响玻璃质量的重要因素之一。
原料混合过程中必须注意保持物料配比的稳定，以确保每份原料的比例都是正确的，否则会影响玻璃性能的均匀性和稳定性。
2. 玻璃成形玻璃原料熔融后，需要将其通过成形工艺，将其变成需要的形状。
玻璃成形技术大致可以分为两大类，即自由成形技术和模压成形技术。
自由成形技术包括吹制、拉伸、浸涂等；模压成形技术包括平板压制、吹瓶、挤出等。
自由成形技术中的吹制是最常用的一种方法。
吹制工艺是先将玻璃熔液通过玻璃管或小片，吹成一个球体，然后在模具上加工形状，最后风冷固化。
玻璃吹制的工艺简单，成本低，成品形态多，应用非常广泛。
而模压成形技术，如平板压制、吹瓶、挤出等，则需要利用模具或挤压机来对玻璃进行成形。
这类制品比较规整且饱满，常常用于制备工艺精密的玻璃器具、仪器件等。
总之，玻璃熔制过程经历了玻璃原料熔融和玻璃成形两个阶段。
通过高温下的熔融，使玻璃原料混合均匀，在成型过程中呈现出所需的形态，从而制备成建筑材料、器皿、光学仪器、电子仪器等多种应用领域中的产品。
第八章玻璃的熔制与窑炉.
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
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（℃）
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
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 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。
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
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（℃）
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
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 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。
玻璃熔制及熔窑---熔窑1
玻璃的池窑
(浮法玻璃熔窑各部分结构尺寸)
大碹：平碹：散热面积小。 拱碹：合适的股跨比，燃油的一般在1／7~1 ／8。 股高越小，散热越小，但横推力越大。保证足够强度的前 提下适当减小股高。 材质：楔形的优质硅砖或电熔刚刚玉砖。砖长不得小于砖 厚的一半，砌筑时横向砖缝错开，纵横向砖缝不得大于 1mm，不得用黏土质泥浆砌筑。 厚度：以大碹跨度的1/20~1/25来考虑。 大碹的节数：一般分为3节，每节之间留80~100mm膨胀缝， 两端留要大于120mm的膨胀缝 。
玻璃的池窑
(浮法玻璃熔窑各部分结构尺寸)
投料易控，但易 飞料堵塞格子体。
振动式投料机
玻璃的池窑
(浮法玻璃熔窑各部分结构尺寸)
螺旋式投料机
玻璃的池窑
(浮法玻璃熔窑各部分结构尺寸)
a.投料机：
弧毯式投料机
螺旋式投料机
斜毯式投料机（后端漏料 )
玻璃的池窑
(浮法玻璃熔窑各部分结构尺寸)
弧毯式尺寸： 2.7/2.8/3.0/3.4/ 4.0/4.5/10.3米 斜毯式尺寸： 0.85/1米
弧毯式投料机
玻璃的池窑
(浮法玻璃熔窑各部分结构尺寸)
特点：投料池的宽度一般为熔化池宽度的80%以上。所玻璃 与配合料混合在一起加料，可以连续薄层加料，布料均匀， 覆盖面积大。 为目前使用最普遍的加料机。 b.投料口与投料池 投料口：由投料池与上部挡墙（前脸墙）组成 。 投料池：突出于窑池外面与池窑相通的矩形小池。 要求：配合料能按时按量加入，并且保持薄层和覆盖面尽可能 大，投料池内的玻璃液不冻结，窑内外没有飞料 。 投料口工作环境：温度高，散热慢，受到配合料的化学侵蚀与 机械磨损，尤其在拐角处更易损伤,所以经常选用优质耐火材 料电熔锆刚玉砖。。
玻璃熔制及熔窑---熔制的工艺制度解析
熔制的工艺制度
3.温度曲线 热点：不是一个点，而是玻璃液表面的最高温度带 （1）“山”型曲线
小炉序号 1 2 3 4 5 6
温度分布℃ 1430 1480 1530 1550 1520 1440
燃料分配% 16 18 20 21 16 8~9
特点：热点突出，热点与1#小炉及末对小炉间的温差大，玻璃 液对流剧烈，泡界线清晰稳定，容易达到稳定作业；配合料熔 化滞后，难以充分利用窑的潜力。
❖ d.温度 ❖ 当熔化部温度高时，玻璃液粘度减小，回流速度加快，
参与回流的玻璃液量增多，配合料迅速熔化，泡界线趋 近于投料口；
❖ 熔化部温度降低时，玻璃液粘度变大，回流慢，液量少， 未熔配合料增多，泡界线挪后变远；当窑内横向温差变 大时，横向液流明显加剧，泡界线紊乱、模糊，直至偏 斜，发生“跑料”现象。
熔制的工艺制度
窑内对火焰的要求 温度： 亮度：与火焰的碳黑量有关（燃料的性质、空气过剩系数） 长度：距离对面胸墙0.5m左右 宽度：覆盖面积 角度：平直稍向下斜 刚度：清亮有力，不分层，不发飘，与火焰喷出速度有关
玻璃池窑的工作原理
（玻璃液的流动和窑内应热交换）
玻璃液.增加了热量的损失； 4.加速了对窑体的侵蚀。 二、玻璃池窑内的热交换
玻璃池窑的工作原理
（玻璃液的流动和窑内应热交换）
A.火焰空间内的热交换（火焰、窑墙和碹顶、被加热的配合 料和玻璃液）
熔制的工艺制度
“桥形”曲线： 热点前后两对小炉的温度与最高温度相差不大，温度曲线似 拱桥形。 特点：熔化高温带较长，有利于配合料的熔化和玻璃液的澄 清。热点不明显，我浓度梯度小，向投料口的回流弱，易产 生“跑料”现象，但易于控制。
小炉序号
1
2
玻璃熔制过程的五个阶段
玻璃的熔制过程通常分为以下五个主要阶段，每个阶段对最终玻璃质量起着至关重要的作用：
1. 原料准备
•玻璃熔制的原料主要包括硅砂（SiO2）、碱金属氧化物（如Na2O）和助熔剂（如CaO）。
原料需要经过筛分、混合、干燥等处理，确保原料均
匀并去除杂质。
通常还会加入碎玻璃（废玻璃），帮助提高熔化效率。
2. 熔化
•在熔窑中，混合好的原料在高温（1300-1500℃）下加热熔化，形成均匀的液态玻璃。
熔化过程需要较长时间，以确保所有成分充分反应，减少
气泡和夹杂物。
这一阶段至关重要，决定了玻璃的基本性质。
3. 澄清
•在熔化完成后，玻璃液需要经过澄清阶段。
此时，熔融玻璃中的气泡和未完全溶解的固体颗粒会逐渐上升并排出。
通常会通过提高温度或使用
澄清剂（如硝酸钾或硝酸钠）来加速气泡的消除。
4. 均化
•在气泡排除后，玻璃液需要均化，即通过搅拌或控制温度，使玻璃液中的各成分分布更加均匀，确保不同区域的化学成分和物理性质一致。
这
一过程能够防止玻璃内部出现成分不均或结构缺陷。
5. 成形与退火
•成形：玻璃液冷却至适当温度后，会进行成形，常见的成形方法包括浮法（用于生产平板玻璃）、吹制法（用于生产瓶子、玻璃器皿）等。
•退火：成形后的玻璃需要经过退火炉进行缓慢冷却。
退火过程可以缓解玻璃内部的应力，防止玻璃在冷却过程中因热应力而开裂。
这五个阶段共同作用，确保玻璃的结构完整性、透明度和机械性能。
玻璃熔制及熔窑---熔制的工艺制度
（4）影响到玻璃的成型作业
熔制的工艺制度
3.温度曲线 热点：不是一个点，而是玻璃液表面的最高温度带 （1）“山”型曲线 小炉序号 1 2 3 4 5 6
温度分布℃ 1430 1480 1530 1550 1520 1440
燃料分配% 16 18 20 21 16 8~9
特点：热点突出，热点与1#小炉及末对小炉间的温差大，玻璃 液对流剧烈，泡界线清晰稳定，容易达到稳定作业；配合料熔 化滞后，难以充分利用窑的潜力。
熔制的工艺制度
“桥形”曲线： 热点前后两对小炉的温度与最高温度相差不大，温度曲线似 拱桥形。 特点：熔化高温带较长，有利于配合料的熔化和玻璃液的澄 清。热点不明显，我浓度梯度小，向投料口的回流弱，易产 生“跑料”现象，但易于控制。 小炉序号 温度分布℃ 燃料分配% 1 1490 15 2 1510 20.3 3 1540 20.7 4 5 6 1500 3.3
熔制的工艺制度
料层跑偏—因各加料机投料不一，致使沿窑宽的料层厚 度不均，数量上产生差异，料层集于一侧，极易导致泡 界线的偏斜。
d.温度
当熔化部温度高时，玻璃液粘度减小，回流速度加快， 参与回流的玻璃液量增多，配合料迅速熔化，泡界线趋 近于投料口； 熔化部温度降低时，玻璃液粘度变大，回流慢，液量少， 未熔配合料增多，泡界线挪后变远；当窑内横向温差变 大时，横向液流明显加剧，泡界线紊乱、模糊，直至偏 斜，发生“跑料”现象。
1570 1550 21.7 19
熔制的工艺制度
“双高”曲线：即“双高热负荷点”温度制度，核心是减少 处在泡沫稠密区的小炉燃料分配量，降低了此处的热负荷； 配合料入窑预助熔。 目前，国内浮法熔窑均采用此法。 小炉序号 1 2 3 4 5 6
玻璃熔制及熔窑---玻璃熔制过程
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 O2与N2：一般情况下以物理溶解为主，溶解度很小
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%。 （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。 a. 石英颗粒固体表面的溶解：速度快 石英颗粒 的消失 b. 溶解后的SiO2自表面向熔体扩散：速度慢 玻璃的形成速度 主要取决于石英 颗粒的扩散速度
CO2 SO2
CO2 SO2
CO2 SO2
SO2 CO2 SO2 O2 澄清剂分 解的气体
PCO2熔体=PCO2气泡 PSO2熔体=PSO2气泡 P熔体=P气泡
平衡
玻璃液的澄清
气泡在玻璃液中上浮的过程： 气泡上浮的条件： 气泡在玻璃液中受到压力与浮力，只有气 泡的浮力大于压力时，气泡才能上浮排出。 气泡所受到的压力：窑气的压力（约0.1MPa）； 气泡所受玻璃液的压力（池深1.5m计算，压力为0.0368MPa） 2σ/r（σ——表面张力， r——气泡的半径)
r=1mm时， 2σ/r =0.6kPa； r= 0.001mm时， 2σ/r= 0.6MPa。
结论:表面张力对大气泡的影响可以忽略，对小气泡的影响巨大
第八章玻璃的熔制与窑炉
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 2Fra bibliotek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 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。
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；
此外，还有部分气体吸附在玻璃表面上（量很少）。 玻璃的澄清过程一般是指排除可见气泡，完全排除包括化 学结合气体在内的玻璃中的气体（去气）只有采用特殊方法熔 制才可实现。 （三）气泡的生成和长大 气泡的形成即是玻璃中新相的形成，分两个阶段： 泡核的形成和气泡的长大 1.小于临界泡核的，不能长大，将溶解于玻璃内；大于临 界泡核的，长大。
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 2Fra bibliotek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 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。
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；
此外，还有部分气体吸附在玻璃表面上（量很少）。 玻璃的澄清过程一般是指排除可见气泡，完全排除包括化 学结合气体在内的玻璃中的气体（去气）只有采用特殊方法熔 制才可实现。 （三）气泡的生成和长大 气泡的形成即是玻璃中新相的形成，分两个阶段： 泡核的形成和气泡的长大 1.小于临界泡核的，不能长大，将溶解于玻璃内；大于临 界泡核的，长大。
玻 璃 的 熔 制 及 熔 窑培训课件2016.3
二、玻璃的熔制设备：
工业上用于玻璃熔制的设备有坩锅窑和池窑。前者产量 低、耗能 大，主要用于手工生产小批量的玻璃制品；后者用 于玻璃产品的
工业化大规模的连续生产。
池窑的分类 ： 1. 按使用热源分： （1）火焰窑： 以燃料燃烧为热能来源。燃料可 以是煤气， 重油和水； （2）电热窑： 以电能作为热量来源； （3）火焰－电热窑： 以燃料为主要热源，电能 为辅助热源。
直接接触部位的部位。 AZS砖标号越高，ZrO2含量越高，
斜锆 石相越多，抗侵蚀性能越好。此外，AZS砖中玻璃 相受蚀后常 生成含ZrO2的高粘度长石质玻璃，这层高粘 度的玻璃液滞留在 砖表面，保护了砖体的进一步蚀变。
AZS砖的蚀变主要是：
玻璃相结合物被溶解；
刚玉与碱性氧化物发生变代反应，生成β-Al2O3和霞石。
（3）存在形式 ：残留在玻璃液中的气体存在三种形式： 可见气泡 ； 物理溶解 ； 化学结合 。
其中可见气泡中的气体和以物理状态溶解的气体 与窑炉中 气体之间存在一定的平衡。
气体在熔窑中的平衡状态： 窑炉
②
⑤
①
③
气泡
玻璃液 ④
①②从过饱和的玻璃液中析出气体，进入气泡或炉气；
③④气泡中分离出来的气体，进入炉气 或溶解在玻璃中；
Hale Waihona Puke 玻璃熔窑主要部位所选用的耐火材料的确定表
使用部位 窑 拱（大碹） 拱脚砖 胸 墙 使用条件 高温碱蒸汽 粉料的飞散 和拱顶熔融后的流下 物 温度（℃） 1500~1600 1500~1600 1500~1600 1450~1600 1500~1600 1400~1600 1400~1600 选用的耐火材料 优 质 硅 砖BG96A 优质硅砖、低蠕变锆 英石砖 F-AZS、优质硅砖、低 蠕变锆英石砖、RA-H （流液洞砖） F-AZS、优 质 硅 砖 F-AZS F-AZS（QX和WS） F-AZS（WS、 ZrO2 41%级）、FAZSC F-AZS（WS、 ZrO2 41%级） F-AZS（WS、 ZrO2 41%级）、FAZSC F-AZS（WS） F-AZS（WS） 电熔铸AZS质捣打料+ 锆英石砖或B-AZS
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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
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
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
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
（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
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 。
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
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%。
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
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。
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
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）
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 ℃
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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