无碱玻璃纤维的澄清方法与机理

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化温度分别为１６５０。Ｃ和１７２０℃以上，这决定了Ｅ玻璃纤维的熔化困难。

本文以Ｅ玻璃纤维为例，对其生产过程中玻璃液的澄清方法和机理进行总结与分析。

１Ｅ玻璃中的气泡来源

玻璃中的气体是形成气泡的根源所在。气体的存在状态主要有三种：可见气泡、溶解气体及化学结合的

气体。在玻璃纤维生产中，任何一种状态的气体都可能产生可见气泡，将直接导致拉丝作业的中断。

１．１物理引入的气体

当Ｅ玻璃纤维配合料进入玻璃熔窑后，在高温作用下，配合料表面的低熔点成分首先开始熔化，该过程中会把配合料中一些空气裹入，形成大量气体。这些气体大部分会在进一步的硅酸盐反应中排出，但也有一

部分气体在澄清区排出，该阶段形成气泡的气体成分主要是Ｈ：０、Ｎ：、Ｏ：和ＣＯ：。

１．２矿物分解的气体

体的矿物。如石灰石（主要是ＣａＣＯ，）、叶腊石（ＡＩ：０，·

４ＳｉＯ：·Ｈ：０）等，在分解时会释放出大量的ＣＯ：和Ｈ：０，这

些矿物在５０００Ｃ以上开始分解，大约到１００００Ｃ基本结束。

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在玻璃熔化初期，玻璃熔体较少，配合料仍主要以粉状

或半粉状存在，气体易于排出；排出的气体同ｎ．ｔｘ．ｆ配合料产

随着玻璃熔体逐步增多，气体的排出就必须要克服熔体．．“…””１１“一…～”……”一

的表面张力，由于此时熔体温度偏低，黏度很大，某些气体的

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排出就变得十分缓慢。因而，很多气体就随着玻璃液的流动

进入了澄清区，该阶段形成气泡的气体主要是ＣＯ：和Ｈ：０。

１．３燃料产生的气体

一些燃料中含有硫化物，在熔窑空间燃烧时产生ｓＯ：。这些硫化物可以与配合料、玻璃液相互作用形成硫酸盐，然后再次分解放出ｓＯ，或ｓＯ：。此时形成气泡的气体主要是ＳＯ：或ｓＯ，。

另外，耐火材料的质量缺陷以及窑内气压的波动所引起的外界气体侵入等都可能会在玻璃熔体中形成新的气泡。

２Ｅ玻璃澄清方法及机理

无论玻璃配方的开发还是熔窑结构设计，对玻璃液的澄清效果影响都是一个必须考虑的因素。能否获得澄清良好的优质玻璃液也是评价玻璃配方和熔窑设计的重要指标之一。根据玻璃澄清机理不同，玻璃的澄清可以分为化学澄清和物理澄清。

２．１化学澄清

玻璃液的澄清过程是玻璃气泡中的气体与玻璃中溶解的气体以及熔窑内气体的气体交换过程。它与各气体在玻璃液中的溶解度和扩散度有关，即玻璃液中各气体的浓度分布对气泡澄清影响较大。

澄清剂的澄清机理是基于不同温度阶段产生的气体造成的分压变化，强制玻璃中的气泡增大而破裂的。在高温澄清阶段，窑内气体、气泡中气体及液相中气体三者之间存在动态平衡，三者之间的转换取决于气体在各相中的分压，转换关系如图２所示。

这种平衡除了与气体在各相分压有关，还与气体种类、气体在液相中的溶解度及温度有关。当Ａ气体

进入Ｂ气体气泡中时，气泡总压升高，Ｂ气体分压降低，促使液相中溶解的气体进入气泡，使气泡长大。而熔

制温度越高，气体在液相中溶解温度越低，液相中气体越容易进入气泡而上升。

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周的玻璃液，强制澄清。同时鼓泡可以加强玻璃表层与底层的对流，有利于玻璃液温度的均匀‘引。

鼓泡装置一般设置在熔窑玻璃液热点附近，如图３所示。鼓泡推动着两股环流向前后两个方向运动，右侧的环流有阻挡玻璃液同流的作用，左侧的环流迫使配合料有较长时间滞留在熔化区域中，进行充分熔化，而不会很快越过鼓泡带进入澄清区，即不会跑料。

图３玻璃纤维池窑鼓泡示意图

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由于玻璃液中鼓泡管内径很小，尽管玻璃液表面张力不大，但表面张力形成的毛细压力仍然很大，鼓泡嘴腔体气体压力必须要积聚到最大值，达到毛细压力才能形成气泡。升高的压力一旦超过受毛细压力控制的临界值，气体就会迅速向鼓泡嘴外膨胀，膨胀过程中，随气泡的长大，毛细压力迅速减小，使得膨胀速度很快。同时随气泡位置上升，气泡承受的静压也同步减小，这时气泡内部气体的分压迅速减小，玻璃液中存在的一些气泡会由于分压的压差被鼓泡吸引、聚集、破裂。鼓泡鼓出的气泡的大小决定于浮升力与黏滞力和惯性力之间的相平衡。

２．２．２电助熔

随着电助熔技术的日趋成熟与完善，在玻璃纤维熔窑设计中越来越依赖于电助熔技术。电助熔的引入不但使玻璃池窑的温度工艺制度的调整更加灵活，而且对玻璃的澄清也起到了重要作用，从而减少生产中对化学澄清剂的依赖。

电助熔的电极在玻璃液内部加热，插入玻璃液内的电极是产生对流的主要根源。由电极引起的玻璃液对流流速很快，比火焰窑内玻璃液流速要大好几倍，使电极区域内的玻璃液对流大大强化，有利于气泡的吸收合并长大进而上升排出。另一方面，电极供给热能，在玻璃液内形成高温，与，ｆ吉Ｊ同玻璃液形成温差，从而产生循环流，对玻璃液澄清有很大益处。循环流情况与电极的位置、窑体形状尺寸等有关。

２．２．３熔窑结构

无碱玻璃纤维的生产一般采用单元窑。配合料在矩形的窑体内经历熔化、澄清、均化过程。根据配合料在窑内熔化情况，单元窑大体可以分为熔化区、澄清区、均化区，分别以料线、泡界线作为区分。

三个区的能量分布对玻璃液的熔化效率及澄清起到至关莺要的作用。传统的无碱玻璃纤维由于大量使用石灰石、硼酸等气体率较高的原料会带入玻璃熔体中大量气泡，因而能量分布会倾向于澄清区，加快气泡排出。熔窑的熔化控制包括澄清控制抑或均化控制，取决于每个过程的熔制时间。合理的熔制过程应满足最短的熔制时间和合理的停留时间，即在最短的时间内获得最优质的玻璃液。

熔窑设计时，流液洞位置尺寸也十分重要”Ｊ，它既是作业区与熔化部的连接通道，也是二者的分隔区。其位置和尺寸直接决定了窑内玻璃液的流动情况，它必须要保证窑内最优质的玻璃液优先通过流液洞进入拉丝作业区。

目前全氧燃烧技术已在无碱玻璃纤维池窑上得到广泛应用。其最大的优点是减少Ｎ：等不参与反应的气体的排放，大大降低了能耗。燃烧时无氮气引入，致使窑内空间的分压大大降低，从而使玻璃液中由空气形成的气泡更易于排出¨Ｊ。氧气与天然气反应形成大量水分，水分可以降低玻璃表面张力，加速了玻璃液中气泡的破裂。