第3章玻璃配合料的制备

玻璃工艺学1第3章玻璃配合料的制备一、玻璃成分的设计和确定（一）玻璃成分设计原则：１、根据组成、结构和性质的关系，要求设计的玻璃满足预定性能要求；２、设计的组成能形成玻璃而析晶倾向小；３、设计的玻璃必须符合熔制、成形等工艺要求；４、按设计生产的玻璃价格低、原料易得。具体地首先：根据玻璃制品的物理-化学性能和工艺性能，选择合适的氧化物系统，确定３-４种总量达９０％左右的主要氧化物含量。这里，在利用相图或玻璃形成区图选择组成点时，应当使组成点接近低共熔点或相界线，远离析晶区，以降低玻璃的析晶倾向。玻璃工艺学2（二）玻璃成成分的设计和确定的过程１、提出设计玻璃的性能要求：根据玻璃制品使用要求，列出以下主要性能要求：膨胀系数、软化点、热稳性、化稳性、机械强度、电学性质、光学性质等以及如熔制温度、成形温度、退火温度等工艺性能。有关的一些参数可以参照国家标准，同类产品性能要求。

明确主要性能指标最后，还应当考虑加入适当的辅助原料如澄清剂、助熔剂等。此外还加入一些赋予玻璃必要性质而不使玻璃主要性质变差的氧化物，使其组成氧化物在５-６种以上。这里须结合各种氧化物的作用，以及双碱效应、硼反常、铝反常等知识。玻璃工艺学3２、拟定玻璃的组成一般有两类情况：选择玻璃组成点，拟定玻璃组成；（２）对于已有成分作局部调整然后按照有关性质计算公式算出主要性质，并与预期要求对照，不符和要求时，反复调整组成，直至达到要求，最终拟定玻璃的组成。（１）对于玻璃新成分的确定有关相图玻璃形成区图首先：根据性能要求，参考已有成分，结合生产条件，调整玻璃中各氧化物的比例，拟定出原始组成；玻璃工艺学4３、实验、测试、确定组成性能测试未达到要求达到要求中试调整熔制参数组成确定，投产组成配料实验玻璃工艺学5（三）玻璃新成分的确定方法举例１、根据相图确定玻璃成分设计一种化学仪器玻璃，要求热膨胀系数低于３８*１０-７／℃ＳｉＯ２ＣａＯＡｌ２Ｏ３现采用ＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-ＳｉＯ２系统由图可知，红点与黄点平衡温度分别为１３４５℃和１１７０℃，都处于低共熔点，不易析晶。后者更易熔化，添加其它成分后，一般所须温度会高出低共熔点３００-４００℃，工业窑炉可以达到次温度。故可选此组成点。玻璃工艺学6该点组成（％）：ＣａＯ：２３.３Ａｌ２Ｏ３：１４.７ＳｉＯ２：６２.０另外，为了符合仪器玻璃的要求，加入一定量的其它氧化物。因为要求的膨胀系数较小，所以加入的氧化物必须有利于降低热膨胀系数，为此加入半径小、电荷高的阳离子（如Ｌｉ＋、Ｍｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｂ３＋、Ｚｒ４＋等）。最终经过性质计算，确定设计玻璃组成如下：氧化物SiO2Al2O3CaOMgOZnOLi2OB2O3ZrO2重量％62.014.77.65.05.01.53.60.6玻璃工艺学7P2O5Al2O3BaO２、根据玻璃形成区图确定玻璃成分图中黄色部分为玻璃生成区设计一种色散低、折射率为1.548的磷酸盐玻璃。其次，应注意：I、满足光学性能要求；II、磷酸盐玻璃中P2O5的量不可过高，以免挥发过多不易控制光学性质；III、具有足够化学稳定性，析晶倾向小；根据以上特点，选择图中红点处为玻璃组成点(%)：P2O5：61.2BaO:35.0Al2O3:3.8玻璃工艺学8为进一步减少P2O5的挥发，提高化稳性，降低析晶倾向和调整光学常数，以B2O3代替P2O5，以CaO和ZnO代替BaO，通过实验和性质测定，确定组成如下：氧化物P2O5B2O3Al2O3BaOCaOZnO重量％50.510.73.827.34.03.7玻璃工艺学9(四）对已有成分局部调整方法举例：由于实用性能的提高、生产上熔化率提高等原因，须通过少量多次的方式逐渐调整以达到所设计的成分。一般地，玻璃中Al2O3、ZrO２等难熔物调整量要比SiO2、Na2O、CaO的小些，后者较大，但一般也不宜超过0.1%，而对前者幅度就更小。这样可以保持正常生产，减少制品中缺陷的产生。现需要在近似器皿玻璃的成分基础上，设计一种刚化玻璃绝缘子成分：氧化物SiO2Al2O3CaOMgOR2OFe2O3重量％72.21.56.83.016.00.2原玻璃组成易熔制，料性太长，抗电性能不高，化稳性对绝缘子来说不高。玻璃工艺学10所以，１、必须降低碱含量，以提高抗电性，化稳性和料性。２、提高Al2O3的含量，增大粘度３、二价金属氧化物具有压制效应，因此，提高CaO量，减少

MgO量后加入BaO,降低电导和介电损耗，同时缩短了料性；４、利用双碱效应，调整NaO/K2O的比例，提高抗电性和化稳性。调整结果如下：氧化物SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OBaO重量％71.53.00.27.01.53.510.52.5玻璃工艺学11二、配合料的计算：

基础数据：玻璃的重量百分比组成和原料的干湿基化学成分（重量百分含量）。

计算程序

1、先以100公斤玻璃为计算基准，求出各原料的用量：对含两种以上主要成分的原料，列出多元联立方程式，求解各原料的需要量；对含单一成分的原料，若2中算中已有某原料含此成分时，首先扣除其引入量，再计算还应加入的量。不然，则单独求其需要量；

2、计算辅助原料的需要量，若同时引入了主要成分，则须减去引入此成分的主要原料相应的用量；

3、对挥发性成分，补加所挥发的量；玻璃工艺学124、计算配料的气体率和产率：5、换算成一付配合料的原料用量并计算碎玻璃用量：一付配合料的总重量由所选的混料机加工能力决定，如500公斤。6、计算每付配合料原料湿基用量：玻璃工艺学137、计算配合料中生料加水量：

注意：计算时：先主后辅、先干基用量，后计算湿基用量；

计算配合料的气体率应在引入辅助原料和补挥发之后进行，必要的情况下需调整气体率，可用引入同量组成氧化物条件下气体生成量大的原料代替生成量小的原料，增加气体率；相反的替换则降低气体率。如碳酸钠与硝酸钠、白云石与碱式碳酸镁等之间的替换等。若原料化学组成为湿基，则需求出干基总重，然后求加水量。玻璃工艺学14

经过计算，应得出下列结果：①熔制100公斤玻璃液时所需的各种原料用量；②配合料气体率；③各挥发性原料补入量；④校正后配合料的料方；⑤按每付配料量（除去碎玻璃）求出增大系数，计算出每付配合料的干基料方；⑥湿基原料的用量；⑦配合料的加水量；⑧每付配合料中碎玻璃用量。玻璃工艺学15

另外，已知配合料料方以及各原料的化学组成，求玻璃的化学组成的过程：①根据各原料的成分和用量，计算出每种原料引入玻璃中的氧化物数量；②除去挥发性原料的挥发损失；③求各氧化物的总和，再计算出各氧化物的百分数，即所求的玻璃成分。举例：玻璃工艺学16原料的化学成分/mass%SiO2Al2O3B2O3Fe2O3CaONa2OZnOAs2O3石英粉99.890.18—0.01————长石粉66.0918.04—0.200.8314.80——纯碱—————57.80——氧化锌——————99.86—硼砂——36.21——16.45——硝酸钠—————36.35——方解石————55.78———萤石————68.40———白砒———————99.90SiO270.5%，Al2O35.0%,B2O36.2%，CaO3.8%，ZnO2.0%，R2O(Na2O+K2O)12.5%玻璃工艺学17三、配合料的制备（一）配合料的质量要求：1、具有正确性和稳定性：即各原料的化学成分，配合料的水分和粒度要求正确并保持稳定。这就要求原料组成正确、稳定，料方计算正确，针对原料成分变化及时调整，经常校正称量设备，做到称量准确。2、具有一定量的水分：加入一定量的水分，可以起减少粉尘、防止分层、加速熔化（先润湿石英原料，形成水膜，溶解3-5%的纯碱和芒硝）、提高混合均匀度的作用。含水量：一般纯碱配合料在3-5%，芒硝配合料在3-7%，砂粒越细，所需水量越多。注意纯碱配合料的水化特性造成的影响和针对措施。水分测定：玻璃工艺学183、具有一定的气体率：受热分解后所逸出的气体对配合料和玻璃液的搅拌作用有利于硅酸盐形成和玻璃均化。过高和过低的气体率都不利于澄清。钠钙硅玻璃配合料气体率应在15-20%内，硼硅酸盐玻璃配合料则在9-15%内。4、具有高均匀度：配合料均匀度高是熔制均匀玻璃液的前提。均匀度低会造成熔制的不同步，导致缺陷产生和对耐火材料侵蚀的加剧。玻璃工艺学19

均匀性的测定：测定方法有滴定法、电导法、比重法、筛分析法等。现有人提出在线监测法（如通过检测配合料的温度间接地分析出配合料的均匀度）。表示方法：均匀度=(Min测定值÷Max测定值)×100%

一般均匀度要求≥95%

也可用允许误差表示：一般要求水不溶物：小于±0.1%；酸不溶物：小于±0.1%；含碱量：小于±0.5~0.6%；水分：小于±0.5~0.6%；玻璃工艺学205、配合料的氧化还原态势(ReducingandOxydizingPotential)其中wi-------各原料以100公斤石英砂为基准的用量KgRi--------各原料的氧化还原数玻璃工艺学21原料（1Kg/100Kg砂）氧化还原数原料（1Kg/100Kg砂）氧化还原数硫酸钠+0.67煤（100%C）-6.70硫酸钙+0.70焦碳（85%C)-5.70硫酸钡+0.4硫磺-6.4硝酸钠+0.32萤石-1.0二氧化锰+1.09三氧化砷+0.93三氧化二铁+0.25各种原料的氧化还原数注意：+氧化性，-还原性；其它原料氧化还原数为0；玻璃工艺学22（二）、配料工艺流程：砂岩硅砂石灰石白云石萤石纯碱芒硝煤粉碎玻璃煅烧水冷粗碎粉碎筛分粉库称量水混合运输窑头料仓投料机选矿干燥筛分粗