石英陶瓷在浮法玻璃生产中的应用

引言玻璃的生产从制备好的配合料开始，经过了熔化、澄清均化、冷却、成形、退火等一系列复杂的工艺过程。在整个过程中，主要物理变化、化学变化、物理化学变化都是在温度的连续性变化中实现的。因此，玻璃工艺技术水平的提高与建造玻璃熔窑、锡槽、退火窑等所需材料性能的改善、种类的增加密不可分，尤其玻璃熔制技术的发展很大程度上依赖于耐火材料制造技术的进步和质量的提高。石英陶瓷是以熔融石英为原料，以普通陶瓷的生产工艺为方法而制得的一种酸性耐火材料，它可以制成各种异形产品和大规格的产品。石英陶瓷具有导热系数小、热震稳定性好、热膨胀系数小、介电常数低、耐酸碱腐蚀性好、电绝缘性好等一系列优异性质，故自问世以来，迅速在耐火材料和中等温度下抗温度激烈变化的结构材料应用中得到了推广，其应用领域正逐步扩大，涉及到了宇宙飞船、火箭、导弹、雷达、钢铁、冶金、玻璃等诸多领域，是一种很有前途的陶瓷材料。本文对石英陶瓷的生产工艺和性能进行了对比分析，结合石英陶瓷制品在浮法玻璃生产应用现状，挖掘石英陶瓷在浮法玻璃生产中的使用潜力具有重要的现实意义。石英陶瓷及成型方法石英陶瓷坯体的成型方法主要有注浆成型、热压铸成型、凝胶注模成型、等静压成型等。其中，注浆成型、凝胶注模成型是国内常用的方法。表1列出了石英陶瓷制品的主要成型方法及优缺点。表1石英陶瓷制品的主要成型方法及优缺点成石英陶瓷的性能不同种类的石英陶瓷，二氧化硅的含量略有不同，一般为99%以上，高纯的二氧化硅组成赋予了石英陶瓷产品许多优良的特性：较小的热膨胀系数，温度达到800℃时，其热膨胀系数仅为0.5×10-6/℃，在无机材料中几乎是最低的，使得石英陶瓷具有优良的体积稳定性、抗高温蠕变性及热震稳定性；较低的导热系数，并且其导热系数随温度变化很小。表2几种常用石英陶瓷的成型工艺和产品理化性能注：表中荷重软化温度按GB/T5989－1998（示差-升温法）所规定的测试方法测定的结果。石英陶瓷在浮法玻璃生产中的应用现状石英陶瓷在玻璃熔窑中的应用。浮法玻璃熔窑是大型连续运行的高温熔融炉，内部环境十分严苛，很多耐火材料处于液-固-气三相高温条件下，熔窑使用寿命的不断延长、玻璃质量的持续提高对熔窑用耐火材料提出了更高的要求，二者相互促进不断取得新的技术突破。石英陶瓷作为一种新型耐火材料已经在熔窑前脸吊墙鼻区被成功使用，该部位是窑炉被侵蚀最严重的部位之一，由于窑炉内部为正压，大量碱性粉尘及蒸气随着喷出的火焰不断冲蚀鼻区砖，在鼻区砖表面易形成、富碱的低黏度钠硅酸盐，加剧侵蚀作用，所以鼻区砖一般采用锆刚玉砖、锆莫来石砖，采用水包作为挡火门。但是这样一方面导致侵蚀脱落的难熔物进入玻璃液内，导致玻璃缺陷的形成；另一方面由于挡火门水包带走大量热量造成能源浪费。石英陶瓷在锡槽和退火窑中的应用。目前，国内电子玻璃生产线和高档浮法玻璃生产线已逐渐开始采用石英陶瓷辊道作为过渡辊台和退火窑热端辊子。过渡辊台由3根辊子作为辊道组成，是浮法玻璃生产线中把玻璃从锡槽引入退火窑的过渡区域。温度在1050℃左右的玻璃液经过锡槽内一系列的工艺过程到达锡槽末端脱离锡液面，依靠过渡辊台辊子的承托和传输进入退火窑。这时候玻璃带的温度仍然高达600℃以上，有时玻璃带出锡槽时，下表面携带锡液、锡灰等杂质，传统的过渡辊台采用Ni-Cr耐热不锈钢制作，锡液、锡灰易附着在耐热钢辊表面，有些结合十分紧密，不易清除，严重污染辊材表面，造成玻璃下部表面划伤。另外，耐热钢辊导热率较高，容易形成玻璃底部表面的过冷却现象，产生应力裂纹。而石英陶瓷过渡辊台辊道，与传统采用的耐热钢辊相比有着导热系数小、热震稳定性好、热膨胀系数小、不易沾附锡灰及杂物等优点，使得玻璃底部表面因附渣造成的表面缺陷数量大大减少，同时减轻了玻璃下表面的过冷却现象，有效消减了应力裂纹，减少了硬划伤的数量。因此石英陶瓷过渡辊台辊道已迅速得到推广应用。石英陶瓷在浮法玻璃生产中的进一步应用分析。浮法玻璃成形锡槽是浮法玻璃生产线的核心，在锡槽内，锡槽槽底砖起着承托熔融锡液和玻璃液的重要作用，是影响锡槽能否正常运行的关键结构材料。在浮法玻璃生产中锡槽槽底砖的质量原因出现过如下问题：（1）由于砖体积密度低、气孔率高，尤其是连通气孔多，砖抗碱渗透能力差，砖体上部会吸收Na2O生成钠长石或霞石等产生体积膨胀，发生块状剥片上浮，而严重影响玻璃板的质量和锡槽的正常运行。（2）由于连通气孔多，透气度高，砖体的氢气扩散度也大，锡槽底部易产生气泡，使玻璃板下表面出现气泡，影响玻璃质量，成品率降低。（3）由于砖体本身结构强度（尤其抗折强度）不够，或砖体弹性差，砖体体积稳定性差，在长期使用中导致砖体大块开裂或断裂，出现上浮，导致浮法玻璃生产线无法正常生产。锡槽前区空间温度约1050℃，玻璃板温度1020℃，槽底砖上表面温度1000℃。作为石英陶瓷制品其塑性随着温度升高而增加，脆性随温度升高而减少，所以其弯曲强度是随着温度升高而增加。据有关实验表明，从室温升至1100℃时熔融石英陶瓷的抗弯强度增加了33%。分析认为开发合适厚度的低气孔率高致密石英陶瓷板，以代替目前锡槽槽底大砖是解决槽底砖带来的生产问题的一条有利途径。因此，在浮法玻璃生产中，应根据不同的使用环境和要求，从产品质量、设备寿命、投资成本三方面综合分析考查，选择合适的耐火材料，以实现效益最大化。结语随着科学技术的发展，浮法玻璃的生产技术也在不断地完善和提高，我国的浮法玻璃产量已经连续多年位居世界第一，玻璃生产技术已经完成了从跟跑、并跑到领跑的过程。围绕着改善玻璃质量、延长窑炉使