玻璃原料颗粒度对平板玻璃熔制质量的影响

玻璃原料颗粒度对平板玻璃熔制质量的影响林　健　贺蕴秋　王德平　马福定(同济大学材料科学与工程学院　上海市　200043)摘　要　配合料的颗粒级配对玻璃产品质量的好坏具有明显的影响。

原料颗粒级配的控制是玻璃生产质量控制的重要组成部分。

本文通过大量的实验和理论研究,讨论了砂岩、纯碱、长石、白云石、石灰石等玻璃原料颗粒度对玻璃熔制质量的影响,对实际生产具有指导意义。

关键词　玻璃原料　颗粒级配 在平板玻璃生产过程中,原料质量的控制是玻璃产品质量控制的重要环节[1],其中玻璃配合料的颗粒级配明显影响到玻璃的熔制过程[2]。

目前国内的一些玻璃生产厂家在玻璃原料质量控制中,往往着重于对原料化学组成及均匀性等方面的控制,对玻璃原料颗粒级配的控制基本上还停留在凭经验的阶段。

因此通过理论和实验相结合的手段,研究玻璃配合料中各原料颗粒级配对玻璃熔制、澄清质量的影响具有重要意义。

本文针对国内某玻璃厂的玻璃原料现状,通过大量的玻璃熔制实验,运用光学显微镜观察等手段,研究了平板玻璃生产的主要原料砂岩、纯碱、长石、白云石、石灰石等原料的颗粒度对平板玻璃的熔制、澄清质量的影响,从理论和实验上对玻璃配合料的颗粒级配提出了指导性意见。

1　实　验 根据现有玻璃原料的粒度分布情况,配制具有不同粒度级配的配合料,在硅钼棒电炉中1100℃时加料,然后升温至设定温度保温10～30m in后取样,样品在光学显微镜下观察玻璃中未熔物含量和气泡含量,研究玻璃的熔化、澄清质量。

同一组若干个样品须同时在电炉内熔制,以尽量避免误差。

2　结果与讨论211　砂岩颗粒级配对玻璃熔制质量的影响 砂岩是玻璃配合料中的难熔物质,其在配合料中又占近一半的用量,因此对玻璃熔制质量影响相当大。

砂岩粗颗粒的存在会导致玻璃熔制中固、液相反应困难,玻璃熔化效果变差。

从图1可见当砂岩颗粒上限小于017mm(24目)时,玻璃中的未熔物含量随着熔制温度的提高迅速下降,在1460℃时的未熔颗粒量明显减少,熔制质量较好;而含0175mm (26目)以上砂岩颗粒时,则明显降低玻璃的熔制质量。

砂岩颗粒尺寸的下降有利于玻璃的熔制,但并非越细越好。

砂岩中细粉的存在会因结团、颗粒空隙中存在大量微气泡而导致熔制困难[3],同时砂岩细粉的存在还会过早与配合料中的含钠、钙、镁等物质反应生成密度大、粘度小的初生熔体,易造成熔窑中的料层分层,同时造成配合料中其它原料的难熔[4]。

由图2可知,当配合料中含01074mm(200目)细粉时,玻璃的最终熔制质量明显变差。

在研究砂岩细粉含量对玻璃熔制质量的影响时(图3),我们发现1～3%的砂岩细粉的存在有利于玻璃的熔制,说明细粉的存在一方面会造成料粉结团,但另一方面少量的细粉也有利于砂岩平均粒径的下降。

因此在生产中应将砂岩细粉控制在合适的尺寸和含量范围内。

图1　不同砂岩颗粒上限的配合料熔制温度与未熔物含量的关系图2　不同砂岩颗粒下限的配合料熔制温度与未熔物含量的关系图3　120～150目砂岩细粉含量对玻璃熔制质量的影响212　纯碱颗粒级配对玻璃熔制质量的影响 纯碱在玻璃配合料中的用量也较多,其粒度控制对玻璃的生产具有很大的影响。

目前在玻璃生产中一般倾向于使用重质碱。

但我们在实验中发现,过粗的纯碱颗粒不能有效地对配合料中的其他难熔物质均匀地起到助熔作用,还会导致配合料本身的混合不均,影响玻璃的熔化和澄清质量。

从表1可知,当纯碱颗粒上限在26目以内时,玻璃的熔制和澄清质量较好,纯碱颗粒上限大于26目时则熔制和澄清质量明显变差。

这主要是由于当纯碱颗粒过粗时,纯碱颗粒不能有效地对配合料中的其他难熔物质均匀地起到助熔作用,过粗颗粒的存在还会导致配合料本身的混合不均,影响玻璃的熔制。

从表1中可见,当配合料中存在20目筛上纯碱颗粒时会导致玻璃中气泡分布严重不均,造成熔化质量波动较大。

表1　纯碱颗粒尺寸对玻璃熔制、澄清质量的影响纯碱尺寸(目)20目筛上20～2626～3030～4080～100100～120120目筛下气泡数c m 214～85564632433943未熔物含量%35251510302020 大量的纯碱细粉的存在不仅容易造成飞料,加剧对池窑的侵蚀,而且还会导致玻璃熔制、澄清质量的下降。

从表1可见当纯碱颗粒尺寸小于80目时,玻璃的熔制、澄清质量明显下降。

但在实验中也发现,配合料中含有20%左右60～80目纯碱细粉时有利于玻璃的熔制,而对玻璃的澄清质量也未产生不利影响(表2)。

在对配合料的筛分实验中发现在配合料中加入60～80目纯碱细粉可以使配合料中增加4～5%的团聚颗粒,这些主要由纯碱组成的团聚颗粒适当地延缓了参加反应的时间,使之能够在较高的温度下参加与未熔石英颗粒的反应,起到助熔作用,说明少量的纯碱细粉的存在并不损害玻璃的熔制。

表2　60目筛下纯碱含量对玻璃熔制、澄清的影响60目筛下纯碱含量%010********平均气泡数c m2323132363943未熔物含量%10105101020213　长石颗粒级配对玻璃熔制质量的影响 长石原料主要由钠长石和钾长石、钙长石等长石类矿物组成。

这些长石类矿物及其分解产物都是一些难熔矿物〔5〕,长石颗粒的尺寸将会明显影响到玻璃的熔制质量。

因此,长石原料的质量控制,不仅仅在于化学组成、晶相方面的控制,其粒度控制也是一个非常重要的内容。

从表3可见,当长石颗粒尺寸大于60目时,玻璃中未熔物含量明显增加,而当长石颗粒尺寸增加到30目以上时玻璃的澄清效果也明显变差。

实验中发现,随着长石颗粒尺寸的下降,玻璃的熔制和澄清质量变好,但180目以下长石细粉存在时也会导致玻璃澄清质量的变差。

从筛分实验中可发现180目以下长石细粉的存在可以使配合料增加3%左右40目以上的团聚,反而导致玻璃澄清质量的下降。

表3　不同长石颗粒尺寸对玻璃熔制、澄清质量的影响长石颗粒尺寸(目)30～4040～6060～8080～100120～150150～180180～200未熔颗粒含量%171410111298气泡数c m220～30目30～40目4721202035214　白云石颗粒级配对玻璃熔制质量的影响白云石在玻璃生产中用量也较多。

七十年代人们用高温显微镜研究配合料高温动态反应过程时,发现过细的白云石颗粒会吸附在较大的砂岩颗粒周围,阻碍砂粒参与硅酸盐反应的速度;而较粗的石灰石颗粒在硅酸盐反应初期不被初生液相所润湿,在1200℃以上则急速分解,CaO和M gO能很快参加反应,使生成物的粘度迅速下降,加之分解气体的搅拌作用,有利于玻璃的澄清和均化[2]。

但过于粗大也会使得白云石颗粒本身难熔而不利于玻璃的熔制。

由图4可见,当白云石颗粒尺寸增加到2.5mm时,玻璃的熔化和澄清质量都明显提高,而当白云石颗粒尺寸大于3mm时则都明显下降。

因此白云石颗粒上限应控制在一定范围内。

而在研究白云石细粉对玻璃熔制的影响时发现,少量白云石细粉的存在并未对玻璃的澄清质量带来不利影响(图5),相反15%左右的100～180目白云石细粉的存在却会取得较好的澄清效果,但当细粉含量超过20%时则会产生不利影响。

而在玻璃熔化质量的研究中,则发现当细粉含量超过10%时明显降低玻璃的熔化质量,因此需要控制白云石细粉含量在适当的范围内。

图4　白云石颗粒尺寸与玻璃熔化、澄清质量的关系图5　白云石细粉含量与玻璃澄清质量的关系图6　石灰石颗粒尺寸与玻璃熔化、澄清质量的关系2.5　石灰石颗粒级配对玻璃熔制质量的影响研究石灰石对玻璃熔化、澄清质量时也发现石灰石颗粒尺寸的增加会产生有利的影响。

由图6可见,当石灰石颗粒尺寸增加到2.5mm 时玻璃的澄清质量最好;而3mm 的石灰石颗粒则能产生较好的熔化质量;当石灰石颗粒尺寸超过3mm 时则玻璃的熔化、澄清质量均变差。

在研究石灰石颗粒下限对玻璃熔制质量的影响时,由于配合料中石灰石用量很少,因此其颗粒下限对玻璃熔化质量的影响较小。

其原因一方面是石灰石用量较少,另一方面过细的石灰石细粉会因自身团聚而造成石灰石实际颗粒尺寸的增加。

但石灰石细粉的存在会导致玻璃澄清质量的下降。

从表4可见,当140目以下石灰石细粉存在时,玻璃中气泡量大量增加,而当石灰石颗粒下限放至180目时玻璃中的气泡数又稍有下降,则主要是由于过细的石灰石细粉加剧了其自身的团聚。

在筛分实验时发现,当用150目筛下的石灰石细粉配制配合料时,配合料中150目筛下物却比用较粗石灰石颗粒配料减少2～3.6%,说明石灰石细粉的团聚延缓了玻璃澄清质量的下降。

表4　石灰石颗粒下限对玻璃澄清质量的影响粒度下限100目120目140目180目气泡数c m 27170106893　结　论 (1)26目以上砂岩粗颗粒的存在将严重影响玻璃的熔制质量,而大量砂岩细粉的存在也将产生不利的影响,应将砂岩细粉控制在合适的尺寸和含量范围内。

(2)20目以上纯碱粗颗粒将明显影响玻璃的熔化、澄清质量。

少量纯碱细粉的存在未对玻璃熔制产生不利影响。

(3)60目以上和180目以下长石颗粒的存在不利于玻璃的熔制质量的提高。

(4)3mm 以上白云石颗粒的存在不利于玻璃的熔化、澄清质量,而白云石细粉的含量应控制在适当范围内。

(5)3mm 以上石灰石颗粒的存在不利于玻璃的熔化、澄清质量,而140目以下石灰石细粉的存在将使玻璃的澄清质量下降。

参考文献[1]张碧栋,《玻璃配合料》,北京:中国建工出版社,1992:212～217[2]张碧栋,《当代优质玻璃配合料的含义》,《第二届全国浮法玻璃研讨会论文集》洛阳:洛阳浮法玻璃集团有限公司,1996:24～31[3]作花济夫、境野照雄、高桥克明,蒋国栋等译《玻璃手册》北京:中国建工出版社,1980:223[4]“砂岩粒径上下限对玻璃熔制质量的影响”,林健、贺蕴秋、马福定等,《建筑材料学报》1999,2(1):52～56[5]西北轻工业学院,《玻璃工艺学》北京:轻工业出版社,1982,194～195。