控制熔化工艺消除浮法玻璃气泡

控制熔化工艺消除浮法玻璃气泡
气泡的种类
在实际生产过程中所产生的气泡不外乎是物理气泡与化学气泡,即由于物料中的游离水份与化学反应所产生的.而能在产品中残存的气泡来源,一是未澄清完全所留存在玻璃液中的一次气泡,二是因"重沸"而产生的二次气泡.
工艺控制的理论依据
①消除一次气泡的理论依据
众所周知,对于同一料方的配料来说,玻璃液的澄清过程受诸多因素的影响:能产生澄清气体的原料成份能否集中分解并释放出澄清气体;熔体中的溶解气体能否快速析出;澄清流起点处含气泡的深层液流能否顺利上行排泡;以及澄清温度,时间,外界压力等.与此同时,已形成的极微小的来不及上浮逸出的气泡能否重新溶于玻璃液而消失.
浮法玻璃生产通常使用的澄清剂为芒硝,芒硝在物料熔化过程中有如下的一些性质:芒硝的热还原反应：
①Na2SO4+2C→Na2S+2CO2↑（400℃开始，500℃反应激烈）
②Na2S+Na2SO4+2SiO2→2Na2SiO3+SO2↑+S↑（865℃）
③2Na2SO4→2Na2O+2SO2↑+O2↑（1200℃~~1300℃）
④2Na2SO4+2SiO2+C→2Na2SiO3+CO2↑+2SO2↑（720℃~~1000℃）
首先,在正常状态下,温度越高,反应越剧烈,单位时间内放出的气体愈多.其次,芒硝在高温时分解放出SO2、CO2，芒硝成份中的SO3溶于玻璃液,而其还原产物SO2则几乎完全不溶于玻璃液,同时在熔化温度范围内SO2的溶解度随氧化气氛的增强而增大.基于上述芒硝的性质,如果我们在生产操作中能使大部分芒硝的热还原反应集中于某一区域,反应产物气体SO2、CO2就会集中地大量析出,这样,在气泡中气体分压及熔体表面张力的作用下,不仅能使熔体中的多种气体加速扩散到富集SO2的泡中,使气泡迅速长大,使气泡在增大了的浮力作用下,加快上行并拉动下层熔体快速上行,使深层气泡亦上升至玻璃液表面.操作者若同时控制上述区域的温度及环境压力,使上浮至液面表层的气泡快速逃逸,气泡的上浮澄清过程将圆满完成.
②二次气泡产生的机理
对于二次气泡产生的机理及生产实例已有大量的文献与资料报道,本文强调一点,即避免已溶入玻璃液的气体成份重新析出或反应生成气体而析出,在正常的生产情况下,外界因素造成玻璃液被重新加热或气氛条件突变而放出气体的情况是不会出现的,只有熔化部的澄清回流(或者说环流)及冷却部的生产回流才能造成玻璃液的重新被加热或故障因素造成气氛突变,使熔体内物质重新发生反应而放出气体.
实际生产中的控制
根据上述分析,我们在实际生产操作中做了如下调整:对于熔化工艺前段的控制,打破了以往的传统,避免芒硝在熔化初期过早大量分解,使后期芒硝澄清作用不足产生气泡.温度制度及风油比的调整见表
从表不难看出：主要化料区的火焰气氛由调整前的还原性改为氧化性,而调整前热点处由氧化性改为还原性,这就符合了完全澄清所要求的化料区氧化气氛,抑制了芒硝分解.仅使少部分芒硝参加助熔作用,大部分以SO3形式溶于玻璃液中,热点区的还原气氛及高温降低了SO3的溶解度,使含有大量SO3的熔体进入热点区时,由于熔化所处的还原气氛及温度的影响,增大了SO3溶解的饱和倾向,热点区的高温又使SO3的分解倾向加大,最终使SO3在热点区域得以快速分离并分解,从而实现了相对集中放出澄清气体SO2及CO2的目的.由于放出的SO2、CO2气体几乎不溶于玻璃液,这样就使气体的成核,长大,浮力增加及上升得以快速实现.而适当提高的热点温度及上述释放出的大量SO2、CO2气体更容易使热点处深层含气泡的熔体上升,得以澄清.以SO2为主的气泡在合并,上升过程中由于泡内各种气体的分压平衡被连续破坏,就使溶解在熔体中的其他气体不断地渗析到这个气泡中,使熔体中的其他气体含量快速减少,配合气氛分段控制,对各小炉下废气抽力闸板的开度,即各小炉的排气量作了相应的理论计算和实际调整,按蓄热室热平衡表达式(如下)来控制,更完全地实现澄清的目的. 燃料流量&分烟道闸板开度
助燃空气量&最大烟气温度
一般情况下,对每个小炉来说,$值相对接近.而热点后区火焰气氛又变为氧化性,增大了SO2在玻璃液中的溶解度,使在热点区未分解的残余SO2重新溶解在玻璃液当中,微小的来不及上浮逸出的小气泡随温度的降低亦重新溶于玻璃液当中,彻底实现澄清的目的.其次,由于化料区温度,热点温度及未对小炉温度适当提高,不仅增大了化料速度,使热点前移,相应地增大了澄清面积,从而增加了澄清时间,同时也增加了玻璃液的澄清温度,有利于一次气泡的澄清.与此同时,上述调整使热点前移,拉长了热点至熔化部末端的距离(由于目前的熔窑大都采用了窄长脖与深水水包,使熔化部的澄清环流与冷却部的生产环流有效地被分开,避免了冷却部的环流返回到熔化部中去),有效地减小此段玻璃液沿流向在单位长度内的温度梯度,降低了澄清环流的强度.由于熔化部澄清环流强度的降低,使进入卡脖的玻璃液流量随之降低,从而使冷却部的生产环流亦有所降低.上述两大环流强度的降低,有效地使返向流减弱,避免了返向流中的"凉"玻璃液返回高温区被重新加热,导致气体溶解度等的一系列变化而释放出"二次"气体,形成气泡.这一点,从池底温度的变化可以说明两大环流的减弱.各部池底温度见表经过上述一系列的调整,玻璃板中气泡尺寸及数量发生了较大的改观,数据见表'.
玻璃实物等级由建筑级和加工级提高为以制镜级为主的优质浮法玻璃.
结束语
由于大规模浮法玻璃生产操作,不可能完全实现理想控制状态,但通过上述一系列的在线工艺控制手段,可以使芒硝充分发挥其澄清效能.同时,在熔化初期,芒硝与碳粉在一定气氛下反应而生成的过渡产物Na2S:对物料颗粒的浸润而加速物料熔化的作用,从而使整个熔化过程变短,其增加澄清时间的作用机理,即还原性硫澄清机理的在线应用有待进一步讨论。