实验三 玻璃配方计算和配合料制备
1 目的意义
1.1 意义
配方计算是根据原料化学成分和所制备的玻璃成分等计算各种原料的需要料。配合料制备就是按照配方配制并加工原料，使之符合材料高温烧制要求。
配方计算和配合料制备是玻璃乃至各种无机非金属材料新品种研制和生产必不可少的工艺过程。配方计算也是对后续玻璃熔制工艺参数的预测，配合料制备则直接影响玻璃的熔制效果和成品性能。
1.2 目的
(1) 进一步掌握配方计算的方法；
(2) 初步掌握配合料的制备方法和步骤；
(3) 了解影响配合料均一性的因素。
2 实验原理
2.1 玻璃成分的设计
首先，要确定玻璃的物理化学性质及工艺性能，并依此选择能形成玻璃的氧化物系统，确定决定玻璃主要性质的氧化物，然后确定各氧化物的含量。玻璃系统一般为三组分或四组分，其主要氧化物的总量往往要达到90％(质量)。此外，为了改善玻璃某些性能还要适当加人一些既不使玻璃的主要性质变坏而同时使玻璃具有其他必要性质的氧化物。因此，大部分工业玻璃都是五六个组分以上。
相图和玻璃形成区域图可作为确定玻璃成分的依据或参考。在应用相图时，如果查阅三元相图，为使玻璃有较小的析晶倾向，或使玻璃的熔制温度降低，成分上就应当趋向于取多组分，应选取的成分应尽量接近相图的共熔点或相界线。在应用玻璃形成区域图时，应当选择离开析晶区与玻璃形成区分界线较远的组成点，使成分具有较低的析晶倾向。
为使设计的玻璃成分能在工艺实践中实施，即能进行熔制、成型等工序，必须要加入一定量的促进熔制，调整料性的氧化物。这些氧化物用量不多，但工艺上却不可少。同时还要考虑选用适当的澄清剂。在制造有色玻璃时，还须考虑基础玻璃对着色的影响。
以上各点是相互联系的，设计时要综合考虑。当然，要确定一种优良配方不是一件简单的工作，实际上，为成功地设计一种具有实用意义，符合预定物化性质和工艺性能的玻璃成分，必须经过多次熔制实践和性能测定，对成分进行多次校正。
1 玻璃的原料--芒硝
窗玻璃：又称钠钙硅玻璃，主要成分Na2O-CaO-SiO2还有MgO等。
玻璃的原料：石灰石（CaCO3）、白云石（MgCO3-CaCO3）、纯碱（Na2CO3）、芒硝（Na2SO4）、石英砂（SiO2）等。
用上述原料，粉磨，并按一定的比例混合均匀后（加一部分水，提高均匀度及其他工艺上的要求），然后入玻璃窑熔制。
玻璃熔制过程包括：硅酸盐的形成，玻璃体的形成，澄清，均化及冷却。
石灰石、白云石、纯碱、芒硝都会产生气体，这样不仅对玻璃形成无害，而且有利于玻璃的澄清与均化，工厂一般还要加入一部分澄清剂，生成大量的气泡，气泡在上浮的过程中，复合小气泡，这就是玻璃澄清的机理。
Na2CO3+SiO2 =(高温)Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2=(高温)CaSiO3+CO2
玻璃熔制概论
1.原料熔化
1.1硅酸盐形成
1.1.1原料本身的加热变化
1.1.2原料间相互加热反应
1.1.3原料加热之挥发损失
1.2玻璃液形成
1.3影响熔化因素
2.玻璃液澄清
2.1气体间之转化与平衡
2.2气体与玻璃液相互作用
2.3澄清剂之化学作用
2.4澄清之物理作用
3.玻璃液均化
3.1不均物的熔解与扩散均化
3.2玻璃液的对流均化 3.3气泡上升搅拌均化
4.玻璃液冷却
4.1硫酸盐的热分解
4.2溶解气体析出
4.3玻璃液流股间的化学反应
4.4含钡玻璃产生二次气泡
4.5电化学反应
5.玻璃熔制之影响因素
5.1玻璃组成
5.2原料物理状态
5.2.1原料的选择
5.2.2颗粒的粗细
5.2.3原料的水分
5.2.4碎玻璃影响
5.3投料方式 5.4澄清剂
5.5助熔剂
5.5.1氧化锂
5.5.2霞石
5.5.3高炉炉渣
5.6熔解控制
5.6.1温度控制
5.6.2压力控制
玻 璃 原 料
1-1概述
用于制备玻璃配合料的各种物质，统称玻璃原料。根据它们的用量和作用不同，分为主要原料和辅助原料两类。
主要原料，系指往玻璃中引入各种组成氧化物的原料，如石英砂、石灰石、长石、纯碱、化合物等。按所引入的氧化物的性质，又分为酸性氧化物原料；碱性氧化性原料；碱土金属和二价金属氧化物原料；多价氧化物原料。按所引入的氧化物在玻璃结构中的作用，又分为玻璃形成氧化物原料；中间体氧化物原料；网络外体氧化物原料。
辅助原料，是使玻璃获的一些必要的性质和加速熔制过程的原料。它们的用量少，但他们的作用大，根据作用的不同，分为澄清剂、脱色剂、着色剂、乳浊剂、氧化剂、还原剂、助熔剂等。
1-2主要原料
1-2.1引入酸性氧化物原料
一、二氧化硅
SiO2,分子量：60.06，D:2.4-2.65
二氧化硅失主哟的玻璃形成氧化物，以[SiO4]结构组元形成不规则的连续网络，成为玻璃的骨架。
单纯的SiO2可以在1800℃以上的高温下，熔制形成石英玻璃。在Na-Ca-Si玻璃中SiO2能降低BL的膨胀系数，提高BL的热稳定性、化学稳定性、软化温度、硬度、机械强度、粘度和透紫外光性。但使用量过高需用过高的熔制温度，而且可能导致析晶。
引入SiO2的原料石英砂、硅沙、石英岩。在玻璃中用量较大，占配合料的60%-70%以上。
1. 石英砂
石英砂又称为硅沙，它的主要成分是SiO2，含量：98.5%-99.5%以上，含有：Ai2O3、TiO、CaO、MgO、Fe2O3、R2O等杂质。
一般内在质量要求：
表一
玻 璃 品 种
Fe2O3
Cr2O3
TiO
水晶料、器皿料、高白料、
≤0.01
≤0.001
≤0.05
六、配合料的制备
原料车间主要责任是制备质量符合要求的配合料。根据配料单称量出各种原料的重量，然后再混和机中混合均匀，制成所需用的配合料，再把配合料送到窑头料仓。
设计理念和功能
ZIPPE锤式粉碎机适合于粉碎所有类型的玻璃。近几十年该设备已经在玻璃行业中得到了肯定（例如器皿，浮法，电视机，水晶和家用玻璃行业）。
ZIPPE锤式粉碎机包括一个结实的包装，耐磨的飞速的由电极-浇铸钢铁合金造的锤和一个可调节的受力墙并采用耐磨的设计。
如果需要，转子的翻转速度可以改变，由一个V型带驱动。
粉碎能力的范围可以达到50吨/时。影响能力的参数是玻璃的类型，料滴方法和粒度测定 。
所有与玻璃相接触的部件，例如锤，受力墙，受力棒和边墙线，都是由高耐磨电极-浇铸钢铁合金构成。因此，长工作寿命是可以保证的。
对于许多特殊类型的玻璃，不同的设计制作程序，例如不同的受力棒和适合的架子，都是可以改进的。因此，最终碾压粉碎的和线形玻璃如纺织类玻璃和羊毛类玻璃都是可能的。
6-1对配合料的质量要求
保证配合料的质量要求，是加速玻璃融化和提高玻璃质量，防止缺陷的基本措施，对于配合料的主要要求如下。
6-1.1具有正确性和稳定性
配合料必须保证熔制成的玻璃成分正确和稳定。为此必须使原料的化学成分、水分、颗粒度组成等保持稳定。根据原料的成分、水分的变化，随时调整配方，同时要经常校正料称，务求称量准确。
6-1.2具有一定的水分
配合料具一定的水分，一般入原料的颗粒度发生变化，配合料的加水量也要发生变化，可力度越细加水量越多。对纯碱配合料来说，其加水量为3—5%，而对芒硝配合料来说3—7%。为了保证配合料的粘附状态，它的温度应保持在35度以上。
6-1.3具有一定的气体率
为了时玻璃易于澄清和均化，配合料中必须含有一部分能受热份解放出气体的原料，如碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐等。钠钙硅玻璃一般来说，配合料的气体率为15—20%，硼硅酸盐为9—15%。气体率过高会引起玻璃气泡，过低会使玻璃发死。
