用吸收法消除玻璃中气泡的经验.pdf

用 吸收 法消 除玻 璃 中气泡 的经验 李 峰 巩玉产 泰 山生 力源集 团玻 璃有 限公 司 山东新泰2 7 1 2 1 5 摘 要 根 据 气体 在 玻 璃 液 中的溶 解 度 与 温度 成 反 比的理 论 讨 论 了窑 炉结 构 及 工 艺条 件 对 消 除 气 泡的影响 找 出了窑炉熔化温度 出料量与气泡数量问的平衡关系 用 以指 导生产 关键 词 玻 璃瓶 高 白料 气 泡 吸 收法 中 图分 类 号 TQ1 7 1 6 5 1 文 献 标识 码 B 文章 编 号 1 0 0 0 2 8 7 1 2 0 0 2 0 4 0 0 4 7 0 4 Exl El i m i na t i ng Bub bl e s S e e ds Tr a pp e dxp e r i e nc e i n l i m i na t l ng U b l e s 1 r a pp e d i n Gl a s s b y Ga s Ab s or pt i o n L1 Fe n g GONG Yu c h an 气泡是玻璃 中的常见缺陷 其产生的原因很多 有熔化能力不足 温度不够造成的 有 澄清不 良消除不掉 的 也有耐火材料产 生的 还有成型时供料操作不当带来的 本文讨论我公 司 2号玻璃 窑炉 生产高 白料玻璃 瓶 时消 除 气泡 的做 法 1 气 泡 的产 生及 消 除过程 2号玻璃窑炉是 1座 2 4 m 燃煤蓄热室马蹄焰池炉 窑炉示 意见 图 1 在设计上采用小 动量 比 倾斜底 板小炉结构 深澄清池 下沉深度 3 0 0 m m 倾 斜上升式流液洞与上升料道 无 工作池 配 A3 2 4 O型供料道 该 窑炉于 2 0 0 1年 8月 冷修改造后生产高 白料玻璃瓶 投产后发现制品上带有气泡 直径 0 5 2 m m 有 圆形 的 椭圆形 的和表面薄皮气泡 数量 3个 c m 左右 严重影响产品外观质量 起初 我们按 排 出法 的思路采取 措施 提高熔化 温度 降低熔化率 将火焰空间辐射温度从 1 5 2 0 逐 步提高到 1 5 6 0 出料量也 由 2 5 t d降 低到 2 0 t d 结果气泡数量增加到 8个 t c m 直径增大薄皮气泡增多 提高配合料气体率 加大 澄清剂用 量 气体率 由 1 7 提高 到 1 9 澄清剂 由每 付料 4 0 k g碱 l k g提高 到 1 2 k g 但气 泡并 未 减少 加 大助熔 剂 Na S i F 的引入量 玻璃 中的 F由 0 5 提高到 0 8 仍无 明显效果 面对 制品上越来越 多的气 泡 我们意 识到 吸收法 的思路才可能是正确的 于是 将熔化 温度降到 l 5 2 0 2 4 h后气泡数量 由 8个 c m 减少到 5 个 c m 4 8 h后又降到 3个 c m 接着改进加料机实现薄层裹人式加 料 继续降低熔 化温度 到 1 5 0 0 出料 量控制在 2 3 5 t d 最终气泡数量稳定在 0 0 5个 c m 直径减小到 0 1 O 5 唧 2 玻璃熔制工艺中气泡消除机理 玻璃熔制过程是一个复杂的物理化学反应过程 包含硅酸盐形成阶段 玻璃形 成阶段 澄清均化 阶段 其 中澄清 阶段是气泡消除的过程 在这一过程 中随温度升高玻璃液粘度 降低 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 浮于玻璃液面加 以消除 在澄清过 程 中可 见气泡 的消除按下列两种方式进行 收稿 日期 2 0 0 2 0 1 一O 2 玻 璃 与搪 瓷 2 0 0 2年 3 O卷 4期 4 7 维普资讯 1 气泡体积增大加速上升 漂浮 出玻璃表面后破裂消失 2 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 根据斯托 克斯 S t o k e s 定律 气 泡 的上升速 度与气泡 的半径平方成正 比 而与玻璃液牯度成反 比 图 l 燃煤 蓄热室 马蹄 焰池窑示 意 根 据 高 白料 玻璃 的成 分 见 表 1 计 算 玻璃 液 在 不 同温 度下 的牯 度 见 表 2 并 与我 公 司 一翠 绿 玻 璃配 方 相比较 以澄清位置的玻璃液温度 1 4 7 o C 气泡上浮距离为 3 0 c m 计算不同直径气泡的上浮时间 见表 3 表 1 玻璃 成分 成分 S i02 AI 2 O3 R z 0 C a 0 Mg 0 F e 2 03 B a 0 As 2 03 C r 2 03 高 白料 7 4 O 7 1 1 5 1 5 O 1 9 6 3 O O 2 0 1 2 翠 绿 料 6 7 4 6 6 1 5 5 7 6 1 8 0 5 5 0 4 O 1 1 表 2不 同 温 度 下 玻 璃 的 粘 度 P 玻璃 温度 1 4 5 0 1 4 6 0 1 4 7 0 1 4 8 0 1 4 9 0 1 5 0 0 1 5 1 O 1 5 2 0 1 5 3 0 翠绿料 1 6 5 1 5 4 1 4 4 1 3 4 1 2 5 1 1 7 1 1 1 0 3 9 6 高 白料 1 O 1 9 6 9 2 8 8 8 5 8 2 8 7 8 7 7 提高熔化温度可增加直径 l m m 以上气泡 的上浮速度 减少上浮所需要 时间 但 对直径在 l i n to 以下的气 泡 则很难通过上浮而消除 必须通过对温度进行调节使小气泡在玻璃液 中被吸收而消除 在玻璃液降温过程中 由于气体变冷 气体压力不变的情况下气泡将变小 由于玻璃 表面 张力的原 因 气泡内压力因半径 的减小而增大 据方程 P 一P 丽 式中P 降温前的压力 P 降温 后 的 压力 T 降温前 的温度 T 降温后 的温度 降温时 玻璃液中气体的饱 和压力低于气泡 内气体的压力 气泡 内的气体释散到玻璃液 中 由于放出了 气体 气泡半径又减小 玻璃液表面张力使气泡 内压力进一步增高 直到最后气泡完全被玻璃液所吸收 玻璃液在澄清过程 中 大气泡排 出与小气泡吸收这两个 阶段是必不可少的 前者要求必要的温度和持续 时间 后者需要一定的温降梯度 如果这些条件有一项达不到就会使制品带上气泡 3 窑炉 结构及所 给 出的工艺条 件对消 除气泡 的影响 3 1 窑 炉 结构 4 8 玻 璃 与搪 瓷 2 0 0 2年 3 O卷 4期 维普资讯 该窑炉结构有两个特点 一是大倾角小动量 比的小炉结构 其主要设计指标见表 4 二是下沉 3 0 0 ra m 的深 澄清池结构 这种结构使火焰有较高 的速度 和刚性 火焰 紧贴玻璃 液面 对料堆有 一个 向前的推力 据测 量 当熔化温度为 1 5 4 0 C 出料量为 2 3 8 t d时 料堆移 到窑长 2 3处的用时是 2 0 rai n 有的配合料还未完全 熔化就到了澄清部 占用 了澄清时间 使澄清不充分 本该排 出的气 泡留在 了玻璃液 中进入 了冷却 阶段 制 品上直径 l m m 以上的气泡就是这样形成的 表 3 不 同直径 气泡上浮速 度和所需时 间 以上 浮距离 3 0 c m 计 气泡直 径 m m 上浮速度 c m h 气泡 上浮所需时 间 h 2 2 11 0 1 4 1 5 11 9 0 2 5 1 5 3 0 5 7 0 5 1 3 2 3 1 0 1 0 5 3 5 7 0 0 1 0 0 05 3 5 7 0 0 表 4 2 4 m 小炉设计 指标 项 目 喷火 口面积 r r 煤气 出E 1 面积 空气出 口面积 小炉倾角 底板倾 角 空煤气 动量比 指标 0 3 9 5 0 1 4 4 0 3 6 3 2 2 6 1 1 1 0 5 1 窑池长宽 比为 1 7 6 1 窑长方向上澄清距离短 澄清时间相对不足 大气泡 的排 出有时是不充分的 从 澄清池结构分析 所谓深澄清池下沉也只有 3 0 0 m m 比较 以往下沉 1 2 0 0 m m 的深池 垂直方 向上玻璃液 向下冷 却的距离缩短 时间减少 温度降低 幅度小 仍 以 2 3 8 t d的 出料量 为例 玻璃 液 向下澄清 的时 间分别是 1 6 7 8和 2 6 8 6 h 小气泡不能完全溶解于玻璃液中 进入上升料道的玻璃 液既有直径 0 5 2 mm 的气泡 也 有直径 0 5 m m 以下的灰泡 玻璃液从上升料道底部到顶端一直到料盆附近还有一个冷却过程 据计算玻璃液从流液洞底 到上升料 道顶端的时间是 5 0 mi n 再到料 盆附近的时间是 6 8 rai n 由于上 升料道保温强度 高 这个 阶段温 降梯度不 大 顶端的玻璃液温度 1 3 6 0 为使成型温度合适须加 大冷却风量 玻璃 液被快速强制冷却 表皮处 的玻璃 因过冷而影响了对小气泡的吸收 这就出现 了制品上小气泡分布不匀的现象 为充分发挥玻璃液进人 流液 洞以后这个过程吸收小气泡的作用 我们把上升料道的保温强度降低 拆掉 3 7 0 ra m 的保 温砖 测量结果显示 上升料道顶端的玻璃液温度降到 了 1 3 0 5 调温风机的转速 由 2 9 0 0 r mi n降到 5 0 0 r mi n 这样处理 的结 果是制品上的气泡直径变小 0 1 O 5 m m 数量变少 平均减少 2 3个 c m 3 2 加 料机 改 造 出料量 控 制 窑炉配备的加料机不能实现裹人式薄层加料 碎玻璃 比例 只有 5 配合料人炉后漂浮在玻璃液面上 的 高度达 1 0 0 m m 这给火焰 的吹动增加了作用 面积 推力增加漂动速度加快 比较碎玻璃 比例 4 O 的绿料 部 分裹人式加料 料堆浮在液面上的高度仅为 5 0 m m 料堆前 冲的现象就不明显 改进加料机缩小吐料 E l 将 加料机下移使加入 的配合料部分浸入到玻璃液中 料堆的厚度减小到 6 0 m m 受力 面积减小 了 4 O 料堆前 冲 的距离减少 有利于防止跑料 增加澄清 时间 3 3 熔 化 温度 一 般而言 提高熔化温度是解决气泡最直接的措施 它是通过加快配合料的熔化速度 提高玻璃液 的温 度 降低粘度 从而有利于气泡的排出 就本例而言 熔化温度提高后有 以下几个直接作用 3 3 1 加大了火焰的喷 出速度和火焰长度 1 5 0 0 C 时火焰的出 E l 速度是 1 3 5 m s 1 5 6 0 C时的出 E l 速 度是 1 5 2 m s 火焰速度提高的作用是对料堆的推力加大 火焰 加长的结果是 热点前移 不 同温度下 的热 点位置见表 5 热点前移使冷却段缩短 不利于小气泡吸收 3 3 2 提高 了玻璃液的温度 降低 了玻璃液中气体的溶解度 析出的气体增多 当澄清时间不充分时起 玻 璃 与搪 瓷 2 0 0 2年 3 O卷 4期 4 9 维普资讯 不 到使气泡减少的作用而是相反 表 5不 同温度下的热点 位置 熔化温 度 1 4 9 O 1 5 O O 1 5 1 O 1 5 2 O 1 5 3 O 1 5 4 o 1 5 5 O 1 5 6 O 热点位置 距前墙m 2 4 0 0 2 2 5 O 2 1 O O 1 9 5 O 1 8 o o 1 6 0 0 1 4 0 0 1 2 O O L 注j 前墙 指流液洞上 的池墙 3 3 3 降低 了玻璃液的粘度 粘度降低一方面有利于大气泡排 出 另一方面使料堆 向前漂移 的阻力减 小更容易跑料 恶化 澄清质量不利于气泡排 出 观察到的情况是气泡时多时少的现象更加严 重了 这说明第 二方面的作用 大 3 3 4 气泡直径变大 这些长大的气泡来不及从玻璃液 中排 出就进入了冷却段 反而变得不易吸收 而适 当降低熔化温度 火焰喷出速度减小 玻璃粘度增大不易跑料 热点后移澄清时间延 长 气体在玻璃 中的溶解度提高 气泡就能够减少或者消除 当然也不是温度越低越好 当温度降低 到一定程度时 问题会 走 向反面 不但 气泡减轻不了 结石还会 出现 3 4配 方 中气体 率对 气 泡数 量 的 影 响 增大气体率虽然能缩短熔化时间 相应延长澄清s l J 但 这一效果 比起气体率增 大需要更长的澄清时间 来说是负面的 同时气体率提高还增加了配合料的成本 是不合算的 所以最后我们将气体率 降到 1 6 3 5 玻璃 粘 度 的 影 响 为了研究玻璃粘度对跑料的影响 我们 比较了另一座生产绿料窑炉加料 1 3 处玻璃液的温度和粘度 两种 料的玻璃成分见表 1 绿 料 的熔 化温度 是 1 5 6 0 C 加 料 1 3处玻 璃液 温度 是 1 3 3 5 C 高 白料 的熔化 温 度是 1 5 0 0 C 同样位置处 的玻璃液温度是 1 3 8 5 C 其对应的粘度值分别是 4 1 P与 1 7 5 P 这种粘度上的差异对料 堆漂移速度的影响很明显 从人工拨料的难易程度上也能看得出来 这可 以解释同一座窑炉生产绿料时 出 料量大不易跑料 而生产 白料 时出料量小还容易跑料的原因 4 总 结 1 此次解决气泡问题思路来 自 大多数气体在玻璃液中的溶解度与温度成反比 的理论 用于生产实践 通过采取降低 温度的措施提高气体在玻璃液中的溶解度 使大量影响制品外观质量的气泡被玻璃液吸收 2 事实上这座窑炉生产高白料玻璃瓶其熔化温度 出料量和气泡数量之间存在一个平衡关系 即出料量 2 3 5 t d 熔化温度为 1 5 0 0 C 气泡数量 0 0 5个 c m 左右 出料量减少时熔化温度还可以适 当降低 出料量 增加时 应控制在 2 5 t d 熔化温度应适当提高