玻璃熔制过程.ppt

第12章 玻璃的熔制 硅酸盐形成和玻璃形成 玻璃液的澄清和均化 玻璃液的冷却 影响玻璃熔制过程的工艺因素 玻璃熔窑的类型及工艺制度 一、玻璃熔制过程 熔制——配合料经过高温加热形成均匀的、无气泡的，并符合成形要求的玻璃液的过程。 硅酸盐形成 玻璃形成 澄清 均化 冷却 二、硅酸盐形成和玻璃形成 配合料入窑后，在高温环境下发生硅酸盐生成反应，反应在很大程度上在固态下进行。反应结束时，配合料变成有硅酸盐和二氧化硅组成的不透明烧结物，大部分气态物质从配合料中溢出。 之后，配合料基本熔化成为液相，过剩的石英颗粒继续熔化于熔体中，液相不断扩大，直至最后全部固相转化为玻璃相，成为含有大量气泡、不均匀的透明玻璃液。 1. 配合料各组份的多晶转变，转化温度及熔点 2. 三组份配合料的硅酸盐和玻璃形成 SiO2+Na2CO3+CaCO3配合料(通常称纯碱配合料) 3. 三组份配合料的硅酸盐和玻璃形成 SiO2+Na2SO4+CaCO3配合料(通常称芒硝配合料) Na2SO4分解比较困难，所以必须在有碳或其它还原剂存在时，才能加速反应。SiO2+Na2SO4+CaCO3+C配合料加热发生的反应过程如下： 芒硝配合料加热的特点：在熔制进行中还原剂不应立即烧掉，以便在高温下仍能以很大速度还原硫酸钠，这样可以避免反应的不完全和“硝水”的生成。因此，对芒硝料的加料温度应当尽可能地较高一些。 4. 四组份配合料的硅酸盐和玻璃形成 SiO2+Na2SO4+CaCO3+MgCO3配合料 这种配合料的玻璃化学组成为：SiO2 72.59%，CaO 8.63%，MgO 3.55%，Na2O 15.23%。在加热过程中硅酸盐形成与玻璃形成的反应过程如下： 5. 一般形成过程 (1) 主要是固相反应，大量气体逸出 (2) SiO2和其他组份开始相互作用。烧结物产生，阻碍气体的逸出。 (3) 开始出现少量的液相，反应很快转向固相与液相之间进行(如CaNa2(CO3)2— Na2CO3·CaF2— CaSO4)，液相不断扩大，配合料基本反应大体完成，变成由硅酸盐和游离SiO2组成的不透明烧结物，硅酸盐形成过程基本结束，进入玻璃的形成过程。 (4) 过剩的石英颗粒溶解于熔体中，液相继续不断扩大，直至全部固相转化为玻璃液相，成为有大量可见气泡的和不均匀的透明玻璃液。 在实际生产中，将配合料加入高温熔窑时，硅酸盐生成过程进行得非常迅速 ，玻璃形成过程的速度取决于石英颗粒溶解速度 6. 含有着色剂和乳浊剂的配合料的加热反应-1 着色剂可能发生氧化还原变化，或者与其它组份生成化合物和固熔体以及参加硅酸盐生成的反应。 铁的氧化物 Fe2O3+CO → 2FeO + CO2 Fe2O3 ←→ 2FeO + 0.5O2 Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 +3H2O 锰的氧化物 4MnO2 → 2Mn2O3 + O2 Mn2O7 → 2Mn2O3 + 2O2 Mn2O3 → 2MnO + 0.5O2 6. 含有着色剂和乳浊剂的配合料的加热反应-2 铜的氧化物 钴的氧化物 乳浊剂反应 7. 配合料组份在加热时的挥发 挥发性比较大的有硼酸、硼酸盐、氧化铅、砷的化合物、氧化锑和氯化物等。碱和氧化锌也具有显著的挥发率，氟化物和硒的挥发率非常大。 列举熔制普通玻璃过程中各组份的一般挥发率。 1-1. 玻璃液的澄清 气泡从哪来？ 如何存在？ 如何消除？ 1-1. 玻璃液的澄清 首先使气泡中的气体，窑内气体与玻璃液中物理溶解和化学结合的气体之间建立平衡，再使可见气泡漂浮于玻璃液的表面加以消除的过程成为澄清。 气体存在形式：可见气泡，溶解状态，与玻璃组份形成化学结合，以及吸附在玻璃表面上的气体(很少)。 玻璃液中一般含有下列几种气体：CO2、SO2、SO3、N2、O2、H2O等，其中氮气一般以物理溶解状态存在于玻璃液中。其他气体大部分以化学结合状态存在。 1-1. 玻璃液的澄清－澄清的动力学过程 窑内气体分压的大小决定着玻璃液内溶解气体的转移方向，为了便于排出从玻璃液中分离出来的气体，窑内气体的分压必须小些，同时窑内气体的组成和压力必须保持稳定。 1-1. 玻璃液的澄清——动力学过程 在澄清过程中，消除可见气泡，按下列两种方式进行： (1)使气泡体积增大加速上升，漂浮出玻璃表面后破裂消失 (2)使小气泡中的气体组份溶解于玻璃液中，气泡被吸收而消失 气泡的大小和玻璃液的粘度是气泡能否漂浮的决定因素.在等温等压下，玻璃液中气泡变大有两种可能： (a)多个小气泡集合为一个大气泡(在实际的澄清过程中不会发生)； (b)玻璃液中溶解的气体渗入气泡，使之扩大，这种