浮法玻璃熔制技术

浮法玻璃熔制技术

浮法玻璃熔制技术

1、浮法玻璃熔制技术工艺流程

浮法玻璃的熔制过程是将合格的配合料经过高温加热形成均匀、纯净、透明并符合成型要求的玻璃液的过程，是浮法玻璃制造过程中的主要过程之一。熔制速度和熔制的合理性对玻璃的产量、质量、合格率、生产成本、燃料消耗和池窑寿命等影响很大。

浮法玻璃熔制技术工艺流程示意图：

2、玻璃熔制工艺原理

浮法玻璃的熔制过程是一个很复杂的过程，包括一系列的物理、化学、物理化学反应，而这些反应的进行与玻璃的产量和质量有密切关系。各种不同配合料在熔制过程中发生的反应见下表：

各种不同配合料在熔制过程中发生的反应

物理反应化学反应物理化学反应

配合料加热配合料脱水

固相反应

碳酸盐、硫酸盐、硝

共熔体的形成

固态的溶解与液态间

各个组分的熔化晶相转化

个别组分的挥发

酸盐分解

水化合物的分解

化学结合水的分解

硅酸盐的形成与相互

作用

互溶

玻璃液、炉气、气泡

间的相互作用

玻璃液与耐火材料间

的作用

——

根据熔制过程中的不同特点，从加热配合料到最终成为符合成型要求玻璃液的过程，可分为五个阶段，即硅酸盐形成阶段、玻璃液形成阶段、玻璃液澄清阶段、玻璃液均化阶段和玻璃液冷却阶段。直观地，也可分为配合料堆的反应烧结阶段；硅酸盐形成及其熔化物熔化阶段，主要是残余石英砂溶解于已形成的硅酸盐中；澄清消除气泡阶段，主要是降低各种气体在玻璃液中的过饱和程度；逐渐冷却至成型温度阶段。

（1）硅酸盐形成阶段配合料入窑后，在800～1000℃温度范围发生一系列物理的、化学的和物理-化学的反应，如粉料受热、水分蒸发、盐类分解、多晶转变、组分熔化以及石英砂与其他组分之间进行的固相反应。这个阶段结束时，大部分气态产物从配合料中逸出,配合料最后变成由硅酸盐和二氧化硅组成的不透明烧结物。硅酸盐形成速度取决于配合料性质和加料方式。

（2）玻璃形成阶段当温度升到1200℃时，烧结物中的低共熔物开始熔化，出现了一些熔融体，同时硅酸盐与未反应的石英砂粒

反应，相互熔解。伴随着温度的继续升高，硅酸盐和石英砂粒完全熔解于熔融体中，成为含大量可见气泡、条纹、在温度上和化学成分上不够均匀的透明的玻璃液。

在浮法玻璃生产过程中，硅酸盐形成阶段与玻璃形成阶段之间没有明显的界限，即在硅酸盐阶段尚未结束时，玻璃液形成阶段已经开始，并且硅酸盐形成进行得极为迅速，而玻璃液形成却很缓慢。这是由于在实际生产中，配合料被直接投入到1300℃左右的投料池中,硅酸盐形成极快（约3～5min ），而玻璃液的形成必须等待石英砂粒的完全熔解。因此要划分这两个阶段很困难，所以生产上把这两个阶段视作一个阶段，称为配合料熔化阶段。

（3）玻璃液澄清阶段随着温度继续升高，达到1400～1500℃时，玻璃液的粘度约为10Pa·s ，玻璃液在形成阶段存在的可见气泡和溶解气体，由于温度升高，体积增大，玻璃液粘度降低而大量逸出，直到气泡全部排出。

（4）玻璃液均化阶段当玻璃液长时间处于高温下，由于对流、扩散、溶解等作用，玻璃液中的条纹逐渐消除，化学组成和温度逐渐趋向均一。此阶段结束时的温度略低于澄清温度。

玻璃液的均化过程早在玻璃液形成阶段时已开始，然而主要的还是在澄清后期进行。它与澄清过程混在一起，没有明显的界限，可以看作一面澄清，一面均化，且澄清加速了均化的进程，均化的结束在澄清之后，并一直延续到冷却阶段。此外，搅拌是提高均匀性的一个很好的方法。

（5）玻璃液冷却阶段将澄清和均化了的玻璃液均匀降温，使玻璃液具有成型所需的粘度。在冷却阶段应不破坏玻璃液的质量。浮法玻璃冷却阶段结束的温度在1100～ 1050℃左右。

①配合料化学组成。它对玻璃熔制速度有决定性影响，配合料化学组成不同所需熔化温度就不相同，配合料中碱金属氧化物等氧化物的总量对SiO2和Al2O3总量比值越高，则配合料越容易熔化。

②原料性质。原料性质及其种类选择对熔制影响很大，如石英砂颗粒大小、形状及所含杂质的难熔性；配合料气体含率，所含气体的化学组成；为引入同一氧化物而达到最有利于熔制的矿物及化工原料的合理选择等，都影响玻璃熔制速度和熔化质量。

③配合料的调制，包括配合料的均匀性、含水量、碎玻璃用量的控制等。其中，配合料的均匀性是一项主要的工艺指标，是否混合均匀对玻璃质量和熔制速度有极大关系，因此，应尽可能地将配合料混合均匀，并注意在输送和储存过程中不受到较大振动，以免引起分层现象。

④加料方式。加料方式的不同会影响熔化速度、熔化区的温度、液面状态和液面高度的稳定，从而影响玻璃产量和质量。

3、影响浮法玻璃熔制的因素

⑤熔制的温度制度。熔制温度决定玻璃的熔化速度，温度越高，硅酸盐生成反应越剧烈，配合料颗粒熔解越快，玻璃液形成速度也越快。提高熔化温度是强化玻璃熔制、增加熔窑生产能力的有效措施，在条件允许的情况下应尽可能提高熔化温度，以强化熔制过程。

⑥窑内压力、气氛、玻璃液面以及泡界线是否稳定。

⑦熔窑耐火材料、加热燃料的种类及质量。

⑧窑炉结构及搅拌器等辅助设施的应用。

⑨熔窑的自动化程度等。

4、浮法玻璃的形成

（1）玻璃形成过程

在玻璃形成阶段，配合料的熔化过程中，由于石英砂粒的溶解和扩散速度比各种硅酸盐的溶解和扩散速度慢得多，所以玻璃形成过程的速度实际上取决于石英砂粒的溶解和扩散速度。

（2）玻璃液的澄清

由于配合料的分解、部分组分的挥发、氧化物的氧化还原反应、玻璃与耐火材料的相互作用等原因而析出大量气体，其中大部分气体将逸散于空间，剩余气体的大部分将溶解于玻璃液中，而少部分则以气泡的形式存在于玻璃液中。玻璃的澄清过程就是消除玻璃液中气泡的过程。值得指出的是，玻璃澄清的排泡与去气是两个不同的概念，前者是排除玻璃液中的可见气泡，后者则是要全部排除玻璃液中的气体，包括化学结合的气体。

①玻璃中气体的存在形式存在于玻璃液中的气体主要有三种状态，即可见气泡、溶解的气体、化学结合的气体。此外，还有吸附在玻璃熔体表面上的气体。常见的气体有CO2、SO2、SO3、N2、O2、H2O、H2等气体，N2以物理状态存在于玻璃中，其他气体大部分以化学结合状态存在。