玻璃的熔制过程

玻璃新型熔制技术

玻璃的熔制过程。

在玻璃生产过程中，配和料经过加热形成玻璃的过程称为玻璃的熔制过程。玻璃的熔制是玻璃生产过程中的重要阶段，熔制的质量和速度决定着产品的质量和产量。玻璃的熔制过程大体分为以下五个阶段：

1．硅酸盐的形成阶段；

配合料约在800~1000度的温度作用下，发生一系列的物理化学变化，如水分的分解蒸发、盐类的分解、多晶转变，组分熔化及石英砂与其它组分之间进行固相反应，使配合料变成由硅酸盐和游离二氧化硅组成的不透明的烧结体物。2．玻璃液的形成阶段；

配合料加热到1200度时，形成各种归硅酸盐，出现一些熔融体还剩下一些未起变化的石英颗粒，继续升高温度时，硅酸盐和石英砂完全熔于熔融体中，成为可见大量气泡的在化学成分和温度上都不够均匀的透明玻璃。

3．玻璃的澄清阶段：

在玻璃液形成阶段结束后，整个熔融体包含许多气泡，从玻璃液中除去肉眼可见的气体夹杂物，消除玻璃液中气孔组织的阶段称为澄清阶段，因为玻璃液

的黏度随温度升高而降低，因此高温有利于玻璃的澄清，这个阶段玻璃液的温度约为1400度左右。

4．玻璃的均化阶段：

玻璃液形成后，其化学成分和温度都不均匀，为

消除不均匀性，需要进行均化，它与澄清过程在一起，没有明显的界限，可以看成是边澄清边均化，均化阶段的结束往往在澄清阶段之后，高温有利于玻璃的均匀均化。

5．玻璃液的冷却阶段：

澄清均化后的玻璃液，温度高、粘度低，不适合玻璃成型，需要均匀冷却到成型温度，根据成型方法的不同，成型温度比澄清温度低200~300度。

1全氧燃烧

全氧燃烧窑炉与传统助燃空气火焰窑炉相比不需要高大的蓄热室装置,因此窑炉投资费用大大降低。最早采用全氧燃烧技术的是美国康宁公司,在一座日产30t普通玻璃的小型试验炉中使用。全氧燃烧窑炉由于具有优良的环保效应,因此逐渐扩展到熔制能耗高且产量较大的硼硅酸盐玻璃或无碱玻璃生产中,加热喷嘴由2～4个增加到12～14个。日、美等国为了普及全氧燃烧技术还开发出了提纯氧气的沸石氮气吸附剂,并形成所谓PSA(Pressureswingadsorption)氧气制备技术,其设备可靠性高,几乎不发生故障。

重油燃烧用空气助燃时,理论空气需要量为10m3/L重油,但空气中约含80%的氮气,大量的氮气会影响雾化好的重油与氧气均匀混合,从而造成重油的不完全燃烧。雾化重油需1～2m3空气,实际消耗的空气约为11～12m3。采用全氧燃烧时,重油约需2m3/L的氧气,此时仅需提高重油压力至1～2.5MPa使之雾化,而不需提高氧气的压力,而由计算机控制理论助燃氧气用量即可。

用空气助燃时有80%的氮气成为废气排出窑外,带走了大量的热量,而用氧气助燃则无此现象,而且不会产生NO X,从而使热效率大大提高。通过计算上述两种助燃方法所产生的理论烟气量,可知全氧助燃由于排出烟气中不含N2,湿烟气量比空气助燃时减少了约四分之一,干烟气量减少了七分之一,这样排烟的蓄热室及烟囱等均可小型化或除去,窑炉设备投资、维护费用等大大减少,使成本降低[2]。此外蓄热式熔窑由于每隔15～20min需进行换向操作,往往会产生重油喷嘴内积炭而堵塞,因此需要维修时间和费用,而全氧燃烧则不会出现这种问题。

空气助燃时的温度为1300℃,而全氧燃烧时的温度达1800℃,同时全氧燃烧由于不含N2,仅为CO2及H2O形成红外区辐射,加之废气量减少,因而使其热效率大大提高。

该法的优点是:⑴无NO X或减少一半以上NO X的排放,从而减少污染;⑵节能并且减少约一半CO2的排放;⑶其它废弃物减少(如废耐火材料);⑷节省操作场地(去除庞大的蓄热室),改善操作

环境。因而采用全氧燃烧技术社会效益十分显著,成本也有所降低。试验表明在小型池炉采用全氧燃烧可节能30%,而在大型浮法窑上采用全氧燃烧技术则可节能15%左右。

图 2 所示为减压澄清试验的示意图, 试验中采用的玻璃化学组成及澄清剂如表 2 所示。

初期的试验炉为 2 ～6t/d 及20t/d 规模的小型窑炉。试验最初的目的是为了减少玻璃澄清后残存的气泡,得到熔制质量更好的玻璃,图 3 为减压澄清区的结构图示。连续试验结果表明, 在减压澄清之前玻璃中直径0 . 05 ～0 . 5mm 的气泡为500 ～5000 个/kg ,而经过减压澄清区后气泡数减少到0 . 2 个/ kg ,而且在减压情况下的澄清温度比常压下澄清降低了250 ～300 ℃, 对应上述 4 种玻璃其减压澄清区的温度及压力如表 3 所示。减压区的耐火材料并未完全采用铂, 而是采用产生气泡少的耐火材料与部分铂组合而成,,从而避免了高温下铂机械强度降低的问题。