普通硅酸盐工业玻璃的粘度温度关系的计算及其实用意义.pdf

普通硅酸盐工业玻璃的粘度温度 关系的计算及其实用意义 浙江大学张飞鹤 摘要 本文摘要具体介绍发表在 玻璃工艺学 年 卷 号 一 页上的 工业玻璃成 分范围内 一 一 一 一 一 系统玻璃的粘度温 度 关 系 中 提 出的计算公式和计算方法 举例计算了已知粘度 温度关系的平板玻璃 一 关系 并列表比较了 计算值与已知值之间的偏差 在确信该计算体系 具有实用价值之后 我们使用该计算体系对国内 现有的各种平板玻璃成型方法的典型玻璃成分进 行了刀一 关系计算 并列表比较 还结合析 晶 温度的计算 分析比较了平板玻璃各种成型方法 所采用的玻璃组成的工艺特性 最后 编者想通 过玻璃生产操作与玻璃粘度的关系的一般阐述来 强调每种成型方法的平板玻璃生产中有意识地定 量注意玻璃成分温度粘度三者的关系对生产控制 的重要意义 一 工业玻璃组成范围内的 仇一 一 一 一 一 驹玻璃系统的粘度温 度 关系的计算 在实用工 业玻璃 组成 范围内 各氧化 物对粘度温度关系 的影响已有过很多研 究 但早期 的研究是 按一个一个的组分效 应进行的 而 不知 道各组 分之 间的可能的 相互作用 多数 的早期研究是在按重 量百 分数 分子 百分数 或离子 组成 以组 分 取 代组分 研 究粘度的变化的 这种方法 不 四 存在问题 齿轮泵实际 效率达不 到设计 要求 原设计 用三个乳 化球 现在实际 上只用一 只 从而乳化油不 能多次循环 影响 了乳 化效果 乳化油输送管道过长 夹 套加热 不 均匀 对 乳化油的质 量有一定 的 破 坏作 用 我们的经验是 乳 化球愈 接近炉体 乳化油 的使 用效果愈好 加水量也可多一 些 油枪前的回油一定 要返回输 油 泵 前 回油不 能进入中间油 罐 否则 加水 量不准 严重影响乳化效 果 可能把两个组分的效应分开 统计学分析 和 比较表 明 早期 的测量 结果有较大的分 散性和 明显 的实验偏 差 现在介绍的计算体系以相 对 于 为 克分子 的分子含量表示玻璃的化 学组成 测 量了 艺至 泊范围内的 温 度粘度曲线 用 严密的数 学处理推出 玻璃 组成中各个氧化物的计算系数 统计分析 表明 以克分子基准表示玻璃组成 由玻璃 组成计算出的粘度值的精确度好 玻 璃各 组分对粘度的效应与其分子含量和添加量 成直线关系 玻 璃各组分 间没有相 互作 用 所谓反常 现象 只有当玻 璃 组成按重 量百分比计算时才存在 该项研 究的 测量偏差 高温区的标准 偏差 一般为 在 粘 度 吕泊的粘度曲线全程 上为 该计算体系 的 内容摘要和计算实例如 下 玻 璃的粘度一温度关 系用 实验式 表示 即 月 一 一 或 于 而丁 二 不仄 式 中 月 以泊为单位的粘度的以 十为底 对数值 一温度 一三个常数 玻璃 的化学 成分以克分子 组成表 示 其中以 的克分子数为 即 一 种釉式 的表 示法 本计算体系适用 的玻璃组 成范围为 克分子 一 从玻璃 化学成分计算 粘 度一温度实验式的三个常数 的方 程 式如 下 一 一 一 二一 一 一 一 一 本计算体系 适用 的粘 度范 围为 盆 泊 原文 对与上述计算系 数 无 关的四种实用工 业玻璃 的粘度一温度关系 进行了实验测 量和计算 二者的标准偏 差 约 这样 的计算精确度 对于决定 玻璃 的粘 度温度关系是 足够的了 实际玻 璃粘度的 直接实验 测量往 往 由于计量偏 差 特别是 由于玻 璃 液没有 达到各该 温度下 的真正结 构平 衡或存 在晶种而发生 更大 的偏差 在 不 同粘度 下 相对于 克分 子 增加 克分子各氧 化物 引 起的温 度变化值 见 图 由图可 知 是提 高玻 璃粘度的成 分 的作用大于 是降低 玻璃 粘度的成 分 的作用大于 在 高 温下 月蕊 泊时 降低玻 璃的粘度 而在 低温下 却提高玻璃的粘度 含量 变 动对玻 璃粘度温度关系 的影 响有更复杂的 关系 这 是众所周 知的 但却 是首 次如此 形 象地 定量地确定 下来的关系 二 计算实例 现将 玻 璃 生产 手 册 第 表 第一行 所列已知粘度一温度 关系 的平板玻 璃 由所 列组 成计算其粘 度一温度关系并 列 于表 表 一 二 把 三个 常数代入殉 一 粘度一温度关系实验式 计算手册 中 已列出的粘度值 时的温度 并列于表 表 氧化物分子量 化学组 成重 量 万 每百克玻璃 的克分子数 玻璃的釉式 乞 500 太 汽 竺于 二 成成型方法法 5 10 A l艺0 3 3 3 F e么05 5 5 C a O O OM go o o R 艺O O O 50 名名 总和 和 有有槽引 上 法法 72 3 3 32 4 4 40 2 2 2 6 5 5 54 0 0 0 14 4 4 4 0 2 2 2 100 0 0 无无槽 引上 法法 72 2 2 2 1 5 5 5 0 2 2 2 7 5 5 54 0 0 0 14 6 6 6 6 6100 0 0 平平拉法法 72 0 0 01 6 6 6 6 68 3 3 34 1 1 1 13 8 8 80 2 2 2 100 0 0 压压 延 法法 71 8 8 81 2 2 20 1 1 1 11 0 0 01 5 5 514 2 2 20 3 3 3100 0 0 浮浮法法 72 0 0 0 1 3 3 30 2 2 2 9 0 0 03 D D D 14 3 3 30 2 2 2100 0 0 古古代手筒法法 71 0 0 0 0 0 0 0 14 0 0 0 0 0 15 0 0 0 0 0 100 0 0 行行列机 罐 头瓶瓶 69 0 0 04 5 5 5 5 5 9 0 0 02 5 5 5 14 4 4 4 B ao o o 100 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 6 6 6 6 注 由于各厂分析数据不统一 N 舰O 十K O 用R O 表示 计算时一律作N打O计算 仔细研究一下A B T 的计算式 可知 把K O 当作Na Z O 计算出的温度是偏低的 但 K O 甚 少 此外 该计算体系尚未涉及少量杂质和加速剂 如F e 03 5 0 F B a O 等对 粘度的影响 加之工业上所用长石 不论是钾长石还是钠 长石 总带入少量K O 而分析 数据 常不列出 只列出R 0 总量 这都增加了计算偏差 但是总的偏差不大 仍不失为 参考依据 35 一 一 1 一 而云而下灭 表 4 玻璃 T 人 B 23 2 城糕 黔 不 7 4747 55 77 8466 D 8 从表 2 知道 计算结果是令人满 意 的 微量杂 质F e么 O TIO 的影响 尚未 计入 而在超出原文规定的1 0 1 泊时 偏 差仍属可用 本计算体系的优点还在于 玻 璃组成 用釉 式表示 最大限度地保持了影响因素 因变量 的单一化 即只 要玻璃 组成中 510 的重量不变 其 它每一氧化物的 增 减或两氧化物互换 或新添某种氧化物 当没有相 互作用 时 玻璃性质 的变化将只 与各氧化物的数量成正比 这 对于研究各 氧化物的部分性质系数是方便的 当存在 各组分 间的作用 时 至 少也使运算简化 三 几种典型的平板玻玻的枯度一温 度关系计算 下表根据我 国目前平板玻 璃生产实际 中采用 的几种 成型方法 所用 的典型 的玻璃 成分计算出各玻璃 的粘度一温度关系 为 了分析比较 还计算了一种古代手筒法用 的平板玻璃成分和 一种 当前的典型的罐头 瓶玻璃的月一T关系 由表3所列玻 璃成分算得各Fu l cher 实验式的常数列于表4 现将表 4 所列各种玻 璃的常数代入 F时cher公式 计算各粘度下的对应 温 度 并列 入表 5 四 玻璃的结晶性能计算 结晶性能计算方 法取 自日本 旭硝子 研究报告 196 4年 14 卷礴1 PPI 15 砚 2P P59 70 铃木 村 中 N a O 一 C aO 一M gO 一A I 0 3一5 102系 统玻 璃的 失透特性 和 平 板玻璃的微 量组分对失 透 的影响 二文 译载于 玻璃 与玻璃纤 有槽 无槽 平拉 压延 浮 手筒 罐头 法法法 225 80 0 0 法法法 231 93 3 3 法法法 273 6 8 8 8 法法法 245 45 5 5 法法法 307 06 6 6 8254693 5914153 0 710 4462 9 瓶 3071 4 4392 8 J l占 口U O甘 一确上 J怪 一自 O 介 己一n甘一 U一丹 O一 O 一 舟O一斤 冲 一O U 一 O叮一 O一 J性 O甘 几 O 维 1966年2和3期 将计 算值列 于 表 6 以上计算尚未考虑微量 杂质的影响 我 国一般平板玻 璃含F e 030 2 50 3 3 其效应一般使T c 下降为 T c 2x 0 2一40 x 0 3 一1 1 6 o C 对硅 灰 石而言 这 里引用 的折 晶性能 计算只用 于接 近 有槽引上法 平 板玻璃的组成范围 表 中有 只 号者已超 出此范围 只作比较参 考 从数据的 对比分析中可以明显地 看 出 C a O的增减是调节粘度一温度关系和 析 晶性能的有力措施 五 玻璃生 产操作 与粘度的关系 平 板玻璃 的成型方法从手筒法发展到 今日的浮法 技术面 貌发生了巨大的变 化 成型 方法 不 同 要 求 的玻璃成 分也不 同 即玻璃 的粘度一温度关 系应当适应成 型 方法 的作业 要求 各种成型方法 所用的 玻 璃成分 主要是C aO M gO的总含 量和 各别含量 及少量A I O 含量的 变化 在现 有的成型方 法中 从有槽 无槽 平 拉 压 延 浮法 成型 温度越来 越高 粘度 也 小 因此玻 璃析晶性能对生产的影 响变 得越来越 次要 与玻璃 成型 方法 相适 应的 表 5 10910月 相对应 的 温度 C 1 0 9 笼on 有槽 无槽 平拉 压 延 浮 法 手筒 1罐 头瓶 槽 无槽 平拉 压 延 浮 法 手筒 罐头 1 5 1684 21647 0 1643 51817 31635 8 1535 51668 5 1488 81459 01459 01430 21448 401473 7 1221 5 1201 0 1204 6 11 7 8 21193 0 1359 7 1 125 51200 9 1047 21032 31037 6 1016 4 1027 0976 6 1041 5 5 5 5 5 5924 5 5 5913 3 3 3919 5 5 59 0 3 7 7 7910 6 6 6873 6 6 6923 4 4 4 6 6 6 6 6833 6 6 6824 9 9 983 1 7 7 782 0 7 7 7824 3 3 3798 1 1 1836 3 3 3 7 7 7 7 7763 4 4 4756 7 7 7763 7 7 7757 0 0 0757 9 9 9 1 6 76 9 4 4 4 7 7 7 6 6 6 72 8 5 5 5 72 2 7 7 7 7 30 0 0 0 72 5 5 5 5 72 4 8 8 8 7 11 8 8 8 73 6 2 2 2 8 8 8 8 870 7 6 6 6 70 2 4 4 4 70 9 6 6 6 7 06 6 6 6 70 5 1 1 1 694 8 8 8 716 4 4 4 9 9 9 9 966 2 3 3 3 6 5 8 2 2 2 6 65 5 5 5 666 7 7 7 66 2 2 2 2 657 9 9 9 6 73 4 4 4 1 1 10 0 062 4 6 6 6 62 1 5 5 5 6 2 8 8 8 8 6 31 8 8 8 6 2 6 6 6 6 6 27 5 5 5 6 37 8 8 8 1 1 1 1 1 15 9 2 8 8 8 58 0 5 5 5 5 9 7 8 8 8 6 03 4 4 4 5 9 6 6 6 6 6 01 9 9 9 6 07 8 8 8 1 1 12 2 25 6 5 7 7 7 5 64 1 1 1 5 7 1 4 4 45 T9 1 1 1 5 7 1 0 0 0 5 80 0 0 0 5 82 2 2 2 1 1 13 3 354 2 3 3 3 5 4 1 2 2 2 5 48 5 5 5 5 58 2 2 2 5 4 8 9 9 9 5 61 8 8 85 60 2 2 2 1 1 14 4 4 5 2 1 8 8 8 5 2 1 2 2 2 5 28 5 5 5 6 39 9 9 9 5 29 6 6 6 54 5 0 0 0 5 4D g g g 1 1 14 5 5 5 5 12 5 5 5 512 1 1 1 5 19 4 4 4 6 31 7 7 7 5 20 8 8 8 53 7 5 5 5 53 2 2 2 2 与 一 一 一 一 l 一 l l 一 一 一 一 一 一 一 l 一 一 一 一 l 表6 T c相应 的失透温度 C 玻璃 硅灰石 失透石 741 5 958 5 972 1 1018 透辉石 755 2 石 失透初 晶 相 硅灰石 透辉石 硅灰石 硅灰石 硅灰石 硅灰石 硅灰石 硅灰石 T cmax 液相温度 析 晶 速度 最快的温度 槽 有 槽 了5 5 5 1 有 890 55 一 580 无槽 平 拉 朴压 延 浮法 铃手 筒 法 罐 头瓶 969 3959 9 871969900 ID32 61000 9977 1032912 1056 5913 38921056958 一 别一叫一川一引一叫一叫一l一 川 一 一 一 一 一 l 一 1 0 0 8 59 8 49 4 528 9 51 0 0 89 2 4 1 1 0 2 01 0 6 98 6 88 2 81 1 0 21 0 0 9 1 0 6 8 79 8 49 6 3 67 4 11 0 6 89 2 4 曰 称 曰 一 一 曰 口 胭 口 如 3 7 玻璃成分范围 也越来越宽 也就更 便于根 据生产的要求改变玻 璃成分 有槽法要求 槽口的玻 璃液粘度较高 约1沪泊 因 此 整个引上室 玻璃液温度往往处于析晶温 度近旁 析晶温度的高低和折晶速度的快 慢成为决定打 炉时 间和玻璃板面质量 的重 要因素 如果把 压延玻璃的成分用于有槽 引上法 根本无法生产 而浮法 生产从流槽 流 入锡面时的粘度约为10 泊 近1200 C 上述七种玻 璃成分都 应该 能 够生产 因 此 浮法 的发明不但大大改 进了平板玻璃 的 质量 而且大大扩大了适用的玻璃 成分 范围 从而为 优质 高产 低消耗 提 供了很有利的条件 大家知道 玻璃 的生产作业均在与粘 度范围相对 应 的温度范围内进行 当玻璃 成分变化时 得根据玻 璃机械所适应 的粘 度范围来确定操作的 温度范围 必要时得 调节机械运行速度 如退火窑的退火 曲线 和机速需要参考玻璃的粘度一温度关