摘要:根據氣體在玻璃液中的溶解度與溫度成反比的理論,討論了窯爐結構及工藝條件對消除氣泡的影響,找出了窯爐熔化溫度,出料量與氣泡數量間的平衡關(guān)系,用以指導生產(chǎn).
關(guān)鍵詞:玻璃瓶;高白料;氣泡;吸收法
氣泡是玻璃中的常見(jiàn)缺陷,其產(chǎn)生的原因很多,有熔化能力不足,溫度不夠造成的,有澄清不良消除不掉的，也有耐火材料產(chǎn)生的,還有成型時(shí)供料操作不當帶來(lái)的.本文討論我公司1號玻璃窯爐生產(chǎn)高白料玻璃瓶時(shí)消除氣泡的做法.
氣泡的產(chǎn)生及消除過(guò)程
1號玻璃窯爐是座燃煤蓄熱室馬蹄焰池爐.在設計上采用小動(dòng)量比,傾斜底板小爐結構,深澄清池,傾斜上升式流液洞與上升料道,無(wú)工作池,該窯爐冷修改造后生產(chǎn)高白料玻璃瓶,投產(chǎn)后發(fā)現制品上帶有氣泡,有圓形的,橢圓形的和表面薄皮氣泡,數量0個(gè)23/!左右,嚴重影響產(chǎn)品外觀(guān)質(zhì)量.起初,我們按排出法的思路采取措施:提高熔化溫度,降低熔化率,將火焰空間輻射溫度逐步提高,出料量也降低,結果氣泡數量增加到523/!,直徑增大薄皮氣泡增多;提高配合料氣體率,加大澄清劑用量,氣體率提高,但氣泡并未減少;加大助熔劑的引入量,仍無(wú)明顯效果.面對制品上越來(lái)越多的氣泡,我們意識到“吸收法”的思路才可能是正確的.于是,將熔化溫度降低后氣泡數量減少。后又降到0個(gè)23/!,接著(zhù)改進(jìn)加料機實(shí)現薄層裹入式加料,繼續降低熔化溫度,出料量控制合適,最終氣泡數量穩定,直徑減小。
玻璃熔制工藝中氣泡消除機理
熔制過(guò)程是一個(gè)復雜的物理化學(xué)反應過(guò)程,包含硅酸鹽形成階段,玻璃形成階段,澄清均化階段,其中澄清階段是氣泡消除的過(guò)程.在這一過(guò)程中隨溫度升高玻璃液粘度降低,氣泡中的氣體,窯內氣體與玻璃液中物理溶解和化學(xué)結合的氣體之間建立平衡,再使可見(jiàn)氣泡漂浮于玻璃液面加以消除.在澄清過(guò)程中可見(jiàn)氣泡的消除按下列兩種方式進(jìn)行:
１氣泡體積增大加速上升,漂浮出玻璃表面后破裂消失.
２小氣泡中的氣體組份溶解于玻璃液中,氣泡被吸收而消失.
氣泡的大小和玻璃液的粘度是氣泡能否漂浮的決定因素.根據斯托克斯定律,氣泡的上升速度與氣泡的半徑平方成正比,而與玻璃液粘度成反比.
根據高白料玻璃的成分計算玻璃液在不同溫度下的粘度,并與我公司一翠綠玻璃配方相比較.以澄清位置的玻璃液溫度,氣泡上浮距離計算不同直徑氣泡的上浮時(shí)間.
提高熔化溫度可增加直徑0.2mm以上氣泡的上浮速度,減少上浮所需要時(shí)間,但對直徑在0.2mm以下的氣泡則很難通過(guò)上浮而消除,必須通過(guò)對溫度進(jìn)行調節使小氣泡在玻璃液中被吸收而消除.
在玻璃液降溫過(guò)程中,由于氣體變冷,氣體壓力不變的情況下氣泡將變小.由于玻璃表面張力的原因,氣泡內壓力因半徑的減小而增大,降溫時(shí),玻璃液中氣體的飽和壓力低于氣泡內氣體的壓力,氣泡內的氣體釋散到玻璃液中.由于放出了氣體,氣泡半徑又減小,玻璃液表面張力使氣泡內壓力進(jìn)一步增高,直到最后氣泡完全被玻璃液所吸收.
玻璃液在澄清過(guò)程中,大氣泡排出與小氣泡吸收這兩個(gè)階段是必不可少的,前者要求必要的溫度和持續時(shí)間,后者需要一定的溫降梯度,如果這些條件有一項達不到就會(huì )使制品帶上氣泡.
窯爐結構及所給出的工藝條件對消除氣泡的影響
1.窯爐結構
該窯爐結構有兩個(gè)特點(diǎn):一是大傾角小動(dòng)量比的小爐結構,二是下沉的深澄清池結構.這種結構使火焰有較高的速度和剛性,火焰緊貼玻璃液面,對料堆有一個(gè)向前的推力.據測量,當熔化溫度不足,出料量偏大時(shí),料堆移后,有的配合料還未完全熔化就到了澄清部,占用了澄清時(shí)間,使澄清不充分,本該排出的氣泡留在了玻璃液中進(jìn)入了冷卻階段.制品上直徑0.2mm以上的氣泡就是這樣形成的.
不同直徑氣泡上浮速度和所需時(shí)間不一樣。窯長(cháng)方向上澄清距離短,澄清時(shí)間相對不足,大氣泡的排出有時(shí)是不充分的.從澄清池結構分析,所謂深澄清池下沉也有限,比較以往下沉的深池,垂直方向上玻璃液向下冷卻的距離縮短,時(shí)間減少,溫度降低幅度小.玻璃液向下澄清的時(shí)間短，小氣泡不能完全溶解于玻璃液中,進(jìn)入上升料道的玻璃液既有直徑0.2mm以上的氣泡,也有直徑0.2mm以下的灰泡.
玻璃液從上升料道底部到頂端一直到料盆附近還有一個(gè)冷卻過(guò)程,由于上升料道保溫強度高,這個(gè)階段溫降梯度不大,頂端的玻璃液溫度高,為使成型溫度合適須加大冷卻風(fēng)量,玻璃液被快速強制冷卻,表皮處的玻璃因過(guò)冷而影響了對小氣泡的吸收,這就出現了制品上小氣泡分布不勻的現象.為充分發(fā)揮玻璃液進(jìn)入流液洞以后這個(gè)過(guò)程吸收小氣泡的作用,我們把上升料道的保溫強度降低,拆掉保溫磚,測量結果顯示上升料道頂端的玻璃液溫度降低，調溫風(fēng)機的轉速下降。這樣處理的結果是制品上的氣泡直徑變小,數量變少。
2.加料機改造,出料量控制
窯爐配備的加料機不能實(shí)現裹入式薄層加料,碎玻璃比例只有%7,配合料入爐后漂浮在玻璃液面上的高度大,這給火焰的吹動(dòng)增加了作用面積,推力增加漂動(dòng)速度加快.比較碎玻璃比例大的綠料(部分裹入式加料),料堆浮在液面上的高度小,料堆前沖的現象就不明顯.改進(jìn)加料機縮小吐料口,將加料機下移使加入的配合料部分浸入到玻璃液中,料堆的厚度減小,受力面積減小了,料堆前沖的距離減少,有利于防止跑料,增加澄清時(shí)間.
3.熔化溫度
一般而言,提高熔化溫度是解決氣泡最直接的措施,它是通過(guò)加快配合料的熔化速度,提高玻璃液的溫度,降低粘度,從而有利于氣泡的排出.就本例而言,熔化溫度提高后有以下幾個(gè)直接作用.
①加大了火焰的噴出速度和火焰長(cháng)度.火焰速度提高的作用是對料堆的推力加大,火焰加長(cháng)的結果是熱點(diǎn)前移.熱點(diǎn)前移使冷卻段縮短,不利于小氣泡吸收.
②提高了玻璃液的溫度,降低了玻璃液中氣體的溶解度,析出的氣體增多,當澄清時(shí)間不充分時(shí)起不到使氣泡減少的作用而是相反.
③降低了玻璃液的粘度.粘度降低一方面有利于大氣泡排出,另一方面使料堆向前漂移的阻力減小更容易跑料,惡化澄清質(zhì)量，不利于氣泡排出.觀(guān)察到的情況是氣泡時(shí)多時(shí)少的現象更加嚴重了,這說(shuō)明第二方面的作用大.
④氣泡直徑變大.這些長(cháng)大的氣泡來(lái)不及從玻璃液中排出就進(jìn)入了冷卻段,反而變得不易吸收.
而適當降低熔化溫度,火焰噴出速度減小,玻璃粘度增大不易跑料,熱點(diǎn)后移澄清時(shí)間延長(cháng),氣體在玻璃中的溶解度提高,氣泡就能夠減少或者消除.當然也不是溫度越低越好,當溫度降低到一定程度時(shí),問(wèn)題會(huì )走向反面,不但氣泡減輕不了,結石還會(huì )出現.
4.配方中氣體率對氣泡數量的影響
增大氣體率雖然能縮短熔化時(shí)間,相應延長(cháng)澄清時(shí)間,但這一效果比起氣體率增大需要更長(cháng)的澄清時(shí)間來(lái)說(shuō)是負面的,同時(shí)氣體率提高還增加了配合料的成本,是不合算的,所以最后我們將氣體率降低。
5.玻璃粘度的影響
為了研究玻璃粘度對跑料的影響,我們比較了另一座生產(chǎn)綠料窯爐加料口處玻璃液的溫度和粘度,兩種料的粘度上的差異對料堆漂移速度的影響很明顯,從人工撥料的難易程度上也能看得出來(lái).這可以解釋同一座窯爐生產(chǎn)綠料時(shí)出料量大不易跑料,而生產(chǎn)白料時(shí)出料量小還容易跑料的原因.
總結
此次解決氣泡問(wèn)題思路來(lái)自大多數氣體在玻璃液中的溶解度與溫度成反比的理論,用于生產(chǎn)實(shí)踐,通過(guò)采取降低溫度的措施提高氣體在玻璃液中的溶解度,使大量影響制品外觀(guān)質(zhì)量的氣泡被玻璃液吸收.
事實(shí)上這座窯爐生產(chǎn)高白料玻璃瓶其熔化溫度,出料量和氣泡數量之間存在一個(gè)平衡關(guān)系,即出料量減少時(shí)熔化溫度還可以適當降低,出料量增加時(shí),熔化溫度應適當提高,但不能超高.用這一規律指導生產(chǎn),可使制品氣泡數量控制在允許范圍之內. |
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