我國玻璃電熔現狀及發(fā)展方向（下） - 包裝瓶網(wǎng)--專(zhuān)業(yè)的瓶子、瓶蓋交易網(wǎng)站--買(mǎi)瓶子、賣(mài)瓶子

(1)高硼硅玻璃熔化特點(diǎn)
高硼硅玻璃在科學(xué)實(shí)驗和日常生活中有著(zhù)廣泛的用途，其制品有：各種燒器、量器、各種實(shí)驗室用分析食品及各種玻璃化工管道。在科研教學(xué)單位的實(shí)驗室、工礦企業(yè)及太陽(yáng)能綜合利用設備上都可以見(jiàn)到用高硼硅玻璃制做的各種產(chǎn)品。由于高硼硅玻璃產(chǎn)品用途的特殊性，決定了這種玻璃必須具備有良好的熱穩性和化穩性。，目前國內外高硼硅玻璃的化學(xué)組成基本上如下表1所列。
表1 國內外高硼硅玻璃的化學(xué)成分及熱膨脹系數α
牌號
國別
化學(xué)成份
熱膨脹系數a （0-300 ℃）

SiO2
B2O3
Al2O3
CaO
K2O
Na2O

派來(lái)克斯PYREX-7740
美國
80.5
12.6
2.1
0.1
　
4.5
32×10-7/℃

杜朗DuRuN-50
西德
80.5
12.5
2.5
0.5
　
4.0
32×10-7/℃

西馬克斯SIMAX
捷克
81
12.6
2.0
0.1
　
4.0
32×10-7/℃

派來(lái)克斯PYREX
法國
80.5
13
2.25
0．1
1.15
3.15
32×10-7/℃

北京特硬料BT-TY（GG-17）
中國
80.7
12.5
2.2
0.6
　
4.0
32×10-7/℃

從表1中可以看出，這種玻璃有一個(gè)共同點(diǎn)：都含有超過(guò)80%的SiO2和超過(guò)10%的B2O3。高含量的SiO2和低含量的Na2O使玻璃結構中的硅氧四面體多以大型四面體的形式存在，四面體間多以硅氧鍵的形式相連接。而且，12%～13%含量的B2O3又可以使結構中被Na2O切斷的網(wǎng)絡(luò )一大部分又以B O三角體結構連接起來(lái)。這樣，就使得高硼硅玻璃的粘度很大(見(jiàn)表2)。
表2 高硼硅玻璃和普通鈉鈣硅玻璃粘度參考點(diǎn)對比
參考點(diǎn)
種類(lèi)
操作點(diǎn)
103帕.秒
軟化點(diǎn)
106.6帕.秒
退火點(diǎn)
1012帕.秒
應變點(diǎn)
1013.5帕.秒

高硼硅玻璃
1252
821
560
510

普通鈉鈣硅玻璃
1005
696
514
473

(a) 熔化溫度高(粘度在10ρa·s時(shí)其溫度>1680℃)。由于熔化速度的快慢是和配合料中的石英顆粒的熔解速度直接關(guān)聯(lián)的，而熔體的粘度大則減慢了SiO2從石英顆粒表面向周?chē)臄U散運動(dòng)。于是，為降低熔體的粘度，只有提高溫度。但就目前窯爐大碹材料來(lái)看，要使其熔化溫度達到1700℃以上是不實(shí)際的。因此，只能延長(cháng)熔化時(shí)間。根據計算，PyREx玻璃的熔化速度常數高達7.9，而且熱能消耗很高(12000KCal/Kg玻璃)。國內這種玻璃的熔化率只有0.2～0.3T/m2·d左右。
(b)熔化過(guò)程中的玻璃液分層問(wèn)題。由于普通火焰加熱池窯的下層沒(méi)有熱源，隨著(zhù)池深增加，溫度越來(lái)越低。這樣，下層玻璃液的流動(dòng)性也就越來(lái)越差，使成分中比重較大的Al2O3等組分容易下沉，形成含Al2O3量高的變質(zhì)層。當溫度、液流變化時(shí)，容易被裹入玻璃液流形成條紋等缺陷。另外，由于SiO2的含量很高，在溫度較低的區域，還易出現析晶，從而形成結石。
(c)B2O3的揮發(fā)是高硼硅玻璃熔制過(guò)程中的又一特點(diǎn)。B2O3揮發(fā)使玻璃液表層形成一層富硅玻璃，不但影響到玻璃的化學(xué)組成，而且B2O3的揮發(fā)量隨溫度的升高而增加，這對于高硼硅玻璃需要高溫熔制無(wú)疑是不利的。當操作條件發(fā)生變化時(shí)，這層富硅玻璃如被帶入成型流，就會(huì )在產(chǎn)品中產(chǎn)生條紋、結石等缺陷。
(d)由于以上這些特點(diǎn)，構成了高硼硅玻璃的難熔性。所以，至今為止，國內大多數廠(chǎng)家都還局限于小型火焰池窯和坩堝窯進(jìn)行熔化供給人工吹制成型的小批量生產(chǎn)，能耗大，成品率低，工人勞動(dòng)強度大。為了滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，提高我國的熔化技術(shù)水平，國內玻璃界一直在試圖解決這一難題。
(e)想熔化出高質(zhì)量的高硼硅玻璃，一個(gè)重要的途徑就是提高玻璃液的溫度，但是考慮到火焰空間耐火材料的承受能力，單純依靠火焰加熱難于將玻璃液加熱到1650℃以上，國外對這種玻璃的熔制已普遍采用了電助熔和全電熔兩種熔化方式(2) 用電熔窯熔化硼硅玻璃的優(yōu)越性
我國熔制硼硅酸鹽玻璃的電熔窯大多為小型窯，冷頂電熔窯與火焰窯相比具有節能、提高質(zhì)量、降低成本等顯著(zhù)的優(yōu)越性。
（1）小型電熔窯有較好的經(jīng)濟性，以日產(chǎn)2.0噸的高硼硅玻璃球窯為例,從燃料和硼揮發(fā)兩頂進(jìn)行比較如表3
表3
生產(chǎn)方式
項目
火焰窯
熱頂電熔窯
冷頂電熔窯

硼揮發(fā)%
18
10
3

窯的熱效率%
6.5
40
60

(2)玻璃質(zhì)量好，在火焰池窯中由于窯溫、窯壓、氣氛和產(chǎn)量等工藝條件發(fā)生變化，都要引起硼的揮發(fā)率的變化，使玻璃不均勻。同時(shí)火焰窯和熱頂電熔窯，硼的揮發(fā)嚴重腐蝕了上部結構，不但縮短了窯爐的壽命，而且碹滴落入玻璃窯內，影響了玻璃質(zhì)量。冷頂電熔窯完全可以避免上述弊病，獲得高質(zhì)量的玻璃。
3.3.4 熔制氟乳濁玻璃的全電熔爐
(1)熔化乳白玻璃的特點(diǎn)
（a）乳白玻璃一般都含有大量極易揮發(fā)的組分，如氟化物等。在常規火焰加熱的熔窯中，當火焰掠過(guò)玻璃液表面時(shí)，就會(huì )有相當數量的揮發(fā)性成分被帶走，經(jīng)過(guò)煙道，升入煙囪跑掉，既損失了大量的寶貴原料，又造成了空氣污染。同時(shí)，由于揮發(fā)損失，使得表層玻璃在成分上變得與其下面的深層玻璃差異很大，結果造成了玻璃成分的不均勻。
（b）氟化物玻璃對電極及耐火材料的侵蝕嚴重。
(2)電熔窯熔化乳白玻璃是最好的選擇
當采用全電熔工藝時(shí)，熱量是在配合料下面釋放出來(lái)的，各配合料組分產(chǎn)生的氣體要通過(guò)配合料層向上逸出。由于配合料溫度較低，各揮發(fā)分的氣體就會(huì )凝聚在冷的配合料中，而不會(huì )揮發(fā)掉，從而使通過(guò)流液洞流出的玻璃液能與投入熔窯的配合料在成分上基本保持一致，而使產(chǎn)品的化學(xué)成分穩定。另一方面，由于減少了揮發(fā)，節約了寶貴的原料，從而使原料成本降低。在常規燃料火焰加熱的情況下，配合料中氟化物有大約40%因揮發(fā)而損失掉。而采用全電熔時(shí)，氟化物的揮發(fā)量?jì)H為2%。
(3)電熔窯熔化乳白玻璃時(shí)澄清劑的選擇
由于普通玻璃常用的澄清劑As2O3和Na2SO4在高溫下氧化能力很強，能使鉬電極氧化，特別是Na2SO4在高溫下分解出O2和SO2的混合體，與鉬反應生成MoO3和MoS4，對鉬電極的侵蝕嚴重。因此選擇硝酸鹽作為澄清劑，其主要優(yōu)點(diǎn)是：(1)硝酸鹽熔點(diǎn)低，分解溫度低，在配合料的燒結過(guò)程中就能與廢玻璃的表面作用，因此對廢玻璃的澄清效果明顯。(2)硝酸鹽的引入，可促使Fe2+向Fe3+轉化，有利于乳白色廢玻璃的脫色。(3)硝酸鹽的分解反應是在配合料玻璃液的交界面進(jìn)行的。因此放出的氧氣只是集聚在玻璃液上部，對鉬電極的侵蝕作用小。
(4)電熔窯熔化乳白玻璃時(shí)乳濁劑的選擇
乳白玻璃可以通過(guò)引入氟化物、磷酸鹽和高折射氧化物等方式來(lái)獲得�？紤]到電熔窯的特點(diǎn)和原料來(lái)源，選擇氟化物為乳濁劑。為了保證制品具有一定的白度，乳濁劑的含量(以F-計算)以4～5%為宜。乳濁劑用量過(guò)低時(shí)，玻璃半透明、白度偏低；用量過(guò)高時(shí)，玻璃的白度并無(wú)明顯增大，反而易出現析晶，嚴重時(shí)會(huì )使制品表面變得粗糙。
由于氟化物的揮發(fā)是隨熔化溫度提高而急劇增大的，因此，一般乳濁玻璃的R2O含量都較高，以降低熔化溫度，減少氟化物的揮發(fā)。為了促進(jìn)乳濁，改善析晶能力，提高制品光澤，引入一定量的K2O�？紤]到電熔對玻璃液電阻的需求和成形工藝的要求，白色玻璃中R2O的含量約為18～19%。
3.3.5 熔制有色玻璃的的全電熔爐
深色玻璃對熱射線(xiàn)有強烈吸收作用，因而采用常規表面輻射加熱方法，熔化深色玻璃時(shí)，常常會(huì )出現熱滲透問(wèn)題。輻射能減少與玻璃顏色有關(guān)，當熔化透明窗玻璃時(shí)，在玻璃液面下30～60mm處，輻射能只減少10%，而熔化綠色玻璃時(shí)，在液面下4～6mm處，輻射能就減少了10%。玻璃內含鐵量對透熱性影響極大，2mm厚的無(wú)色玻璃透過(guò)率約為85%。當Fe2O3含量達到1.5%時(shí)，玻璃透過(guò)率可降至28%。玻璃顏色越深，透熱性越差。表層玻璃液吸收熱量多，在池深方向的溫度梯度就較大。因此深層玻璃液溫度過(guò)低，往往造成熔化困難和出現析晶。
玻璃的強烈著(zhù)色降低了玻璃熔體的透熱性，均勻加熱玻璃熔體是非常困難的，而均勻加熱玻璃熔體恰是獲得高質(zhì)量產(chǎn)品所必須的。因此，有色的玻璃基本上是在坩堝中熔化的，在規定的溫度下熔體在坩堝爐中須經(jīng)長(cháng)時(shí)間的加熱才能達到要求。
而在全電熔的狀態(tài)下，熱能是從玻璃體內釋放的，電流可以相當均勻地通過(guò)大部分玻璃，所以只會(huì )出現很小的溫度差。熔化高鐵含量的琥珀色玻璃時(shí)，靠近池底的玻璃溫度只比靠近表面的玻璃低約14℃。氧化鐵含量高達12%的玻璃和氧化鉻含量達1.3%的玻璃都可順利熔化。電熔窯開(kāi)創(chuàng )了生產(chǎn)這種玻璃的新時(shí)代。
有色的玻璃由于熔體的透熱性低，導致電極層附近過(guò)熱，因此在給定條件下盡量將電極的電流密度降至0.5A/cm2，盡可能均勻分配電流，通常采用板狀電極電熔窯。
作者介紹：陳金方（1963），男，江蘇泰興人，碩士，江蘇大學(xué)副教授，中國硅酸鹽學(xué)會(huì )玻璃專(zhuān)業(yè)委員會(huì )窯爐組專(zhuān)家，《玻璃的電熔化與電加熱》編著(zhù)。主要從事玻璃電熔窯方面的研究和設計工作





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