浮法玻璃中的玻璃气泡分析

浮法玻璃中的玻璃气泡分析

1玻璃气泡缺陷的解决措施气泡是浮法玻璃生产过程中的主要缺点之一，也是玻璃浪费率高的主要原因。浮法玻璃的质量改进是重要的。某浮法玻璃生产厂家与我所技术合作,意图通过双方的努力降低玻璃气泡缺陷的发生率。在我们介入之前,已有过一个技术小组进行了降低玻璃缺陷的技术尝试,采取了多种措施,并作了气泡的成分分析,但结果并不理想。气泡时轻时重,严重时废品率达到100%,持续将近一年未能得到很好的解决。我们从厂方提供的现场报表中收集了有关玻璃主要缺陷的现状、池炉几何尺寸、池炉工艺参数的数据以及一年来为降低气泡缺陷而采取的各种措施的一线资料,并在稳定池炉工艺的前提下重新做了玻璃气泡成分分析。2次气泡的形成原因在开展工作的初级阶段,除了了解池炉结构和操作状况外,我们还整理了近一年多来来池炉工艺变动情况以及池炉对这些变动因素反应的有关数据。这些数据包括换型、出料量变化、温度曲线以及配合料配方等,池炉的反应可由玻璃液温度以及玻璃中气泡缺陷水平的变化关系去理解。从得到的这些数据中,可以明显地看出,在我们介入前的9个月内,工厂先后生产了黑玻、绿玻和白玻三类产品,从四月初板两肋出现气泡以来,工厂为了降低气泡缺陷,对玻璃池炉进行了非常频繁的调整:主要有调整芒硝、萤石*和碎玻璃的用量,增加和减少碱飞散,调整碳粉含率,调整热点温度及温度曲线,降低流道温度,调整出料量,调整炉压,上水平搅拌,搅拌冷却部死角,清卡脖水杠和大水杠,更换流量闸板等。而在此期间,气泡缺陷始终处于一个无法接受的高水平上,气泡的分布为板两侧的气泡带或满板的气泡。目前,气泡缺陷还主要分布在板两侧,距板两边400~1100mm左右各有一个气泡带。工厂在我们介入前两个多月前曾作了气泡成分分析,所用仪器为GEI522气泡分析仪(德国IPI公司),结果如表1所示。此次气泡分析结果比较一致,气泡中SO2为主要的气体成分并含有少量的CO2和N2;气泡的直径较大(>0.5mm);气泡内部压力多为10kPa;从这些信息基本可判定此类气泡为二次气泡。在实际生产中,澄清结束后,因操作不当引起的温度波动,是产生二次气泡的主要原因,温度的提高使一些高温溶解度减少的气体低温过饱和析出。如SO3在钠钙硅玻璃熔体的溶解度从1100℃加热到1400℃时降低了三个数量级,在这种情况下,温度的微弱变化就能导致原来低于饱和的状态转变成过饱和状态,从而产生气泡,而溶解度随温度的升高而升高的气体一般不会发生重沸现象,因为过饱和只发生在气体的高温溶解度比低温时低的多的时候。除温度波动外,压力变化形成的物理过饱和,搅拌引起的玻璃液局部不均匀,耐火材料溶解,组分挥发,气氛变化引起化学过饱和等都可能使溶解了的气体逸出成为气泡。如一些多价离子氧化态的变化能使氧从化学键合的状态变为物理溶解的分子态,由于分子氧的溶解度远低于化学键合的氧,熔体中的氧过饱和,就产生了气泡。因此,在澄清过程中不仅要去除气泡,还要尽可能地去除玻璃熔体中物理和化学溶解的气体,从而降低过饱和的机会。从该公司的生产过程来看,池沪调整过程中温度的波动可能是形成上述气泡的主要原因。然而,在此之后,池炉又经过多次试探性的调整和工艺改变,气泡形成的原因也可能会有所变化。因此,需要重新进行气泡成分分析,才能发现气泡的真正根源。在我们介入后,在稳定池炉工艺的前提下,重新进行了气泡分析,结果如图1所示(德国IPI公司GEI522气泡分析仪)。气泡中的气体成分主要是N2、CO2和Ar。因为气泡中几乎没有其它气体,所以二氧化碳(CO2)等于100%减去氮气(N2)的含量和氩气(Ar)的含量。这说明原来二次气泡形成原因已基本消失,即现阶段出现的气泡已不再是由池炉后部温度或压力波动引起。在玻璃熔制过程中,气体在气泡中的含量与它们的熔体中的平衡分压以及它们的扩散速率有关。Ar可认为扩散很慢的气体;CO2是一个扩散较快的气体,但也需在较长的时间才能达到它们的稳态时在气泡中的气体含量,它几乎总是存在于气泡中;O2可作为扩散快的气体,它们能很快达到它们在气泡中的气体含量。扩散很慢的气体可以证实它们的起源,因为它们在气泡中的含量几乎与时间无关,扩散快的气体能提供很少的证据证明它们的来源,除非这些气泡刚刚形成,如池炉后部电化学形成的氧气泡。Ar在玻璃气泡中的存在是个重要的判定基准,尽管扩散速度较慢,Ar也可从玻璃熔体中以物理溶解态进入气泡,它与N2的比例是判定空气泡很好的证据。如果一些气泡Ar成分含量接近于空气中Ar成分含量,又含有大量的N2(>95%),可基本判定为来自池炉后部的空气泡。即表明气泡的来源涉及到空气,且是接近于池炉成型部低温形成的空气泡。图1中右面的气泡就是典型的空气泡。可能形成原因有:机械作用如低温搅拌卷入空气;气泡来自于捕获的空气,如通过耐火材料的孔或接缝吸入空气;气泡来自于低温处耐火材料的气孔和洞穴,当玻璃熔体侵蚀耐火材料过程中耐火材料中的闭气孔被打开,气孔中的气体进入玻璃熔体形成气泡。由于耐火材料受侵蚀可产生多种气泡源,形成不同的气体含量的气泡,因此,后部耐火材料的原因比较大。我们请求厂家重点检查低温区耐火材料质量,玻璃流道耐火材料砖受侵蚀情况,玻璃与第二层耐火材料接触的可能性,同时注意玻璃液位线的变化情况。3唇砖及其调整加工工厂采纳了我们的建议,对池炉后部的耐火材料进行了排查,发现流道和唇砖的耐火材料已受到严重侵蚀,其中唇砖、唇砖侧壁以及调节闸板处的流道冲刷较为严重,冲刷成沟状并出现贯通缝,玻璃液已接触到下层的耐火材料。公司所用唇砖为国产熔铸α-βAl2O3刚玉砖,αAl2O3晶相53%;βAl2O3晶相45%;Al2O393%~96.5%;气泡指数为零。唇砖侵蚀见图2所示,而且均为南侧重、北侧轻,南侧侵蚀约5mm,北侧约1mm。这与玻璃板上出现的气泡南侧气泡重,北侧气泡较轻的情况一致。对生产线的部分流道及唇砖进行了更换,两天后气泡情况逐渐减轻,而且位置也不固定了。开始时还有零零星星的气泡,过了一个星期,玻璃中气泡已基本消失并稳定到无气泡缺陷,玻璃质量已达到镀膜级。4池炉东南角气泡缺陷(1)两次气泡分析结果时间相隔较长,虽然气泡缺陷有一定的连续性,但气泡中的气体成分及形成的主要原因也随工艺调整和池炉运转情况发生了变化。(2)第2次分析的结果,证明了气泡来自池炉后部耐火材料的可能性,耐火材料侵蚀照片和耐火材料更换后气泡缺陷率变化结果都印证了这一点。唇砖发生了明显的侵蚀,是形成气泡缺陷的主要原因,早期玻璃两肋出现的气泡带可能就与此有关。池炉工艺盲目