玻璃生产工艺.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,玻璃生产工艺,1,第一节 概述,玻璃生产基本流程,成,分,设,计,原,料,加,工,配,合,料,制,备,熔,化,成,型,退,火,缺,陷,检,验,一次,制,品,深,加,工,检,验,二,次,制,品,2,第二节 原 料,1,、种类,主要原料：在一般玻璃中，它的主要成分有,SiO,2,、,Na,2,O,、,CaO,、,Al,2,0,3,、,MgO,等五种成分，为引入上述成分而使用的原料称主要原料。,辅助原料：为使玻璃获得某种必要的性质，或为加速玻璃熔制过程而引入的原料通称为辅助原料。,2,、原料的选择原则,(1),原料的质量应符合玻璃制品的技术要求，其中包括化学成分稳定、含水量稳定、颗粒组成稳定、有害杂质少,(,主要指,Fe,2,O,3,),等。,(2),便于在日常生产中调整成分；,(3),适于熔化与澄清，挥发与分解的气体无毒性；,(4),对耐火材料的侵蚀要小；,(5),原料应易加工、矿藏量大、分布广、运输方便、价格低等。,3,一、引人,SiO,2,的原料,作用：,SiO,2,是玻璃中最主要的成分，它使玻璃具有高的化学稳定性、力学性能、电学性能、热学性能，但含量过多时使熔制的玻璃液粘度过大。,（一）硅砂,常用硅砂,纯净硅砂,硅砂矿,硅砂颗粒放大图,4,硅砂性能,1,、外观,：质地纯净的硅砂为白色，一般硅砂因含有铁的氧化物和有机质而呈淡黄色、红褐色。,2,、化学组成,：它的主要成分是,SiO,2,，另含有少量的,Al,2,O,3,、,Na,2,O,、,K,2,O,、,CaO,等无害杂质。主要的有害杂质为,氧化铁,，它能使玻璃着成蓝绿色而影响玻璃透明度。有些硅砂中尚含有,Cr,2,0,3,，它的着色能力比,Fe,2,O,3,大,3-5,倍，使玻璃着成绿色；,TiO,2,使玻璃着成黄色，若与氧化铁同时存在可使玻璃着成黄褐色。,3,、颗粒组成,：通常颗粒度越细，其铝铁含量也越大，玻璃生产要求的粒径应在,0.15,O.8mm,之间。,4,、矿物组成,：与其伴生的无害矿物有长石、高岭石、白云石、方解石等；与其伴生的有害矿物主要有赤铁矿、磁铁矿、钛铁矿等。,5,（二）砂岩,是由石英颗粒和粘性物质在地质高压下胶结而成的坚实致密的岩石。根据粘性物质的性质可分为粘土质砂岩、长石质砂岩和钙质砂岩。所以砂岩成分不仅取决于石英颗粒，而且与粘性物质的种类和含量有关。砂岩中的有害杂质是氧化铁。,6,硅质原料的成分范围,(,),SiO,2,Al,2,O,3,Fe,2,O,3,CaO,MgO,H,2,O,硅砂,90-98,1-5,0.1-0.2,0.1-1,0-0.2,1-3,砂岩,95-98,0.3-0.5,0.1-0.3,0.05-0.15,0.1-0.15,0.2-0.5,7,二、引人,Al,2,0,3,的原料,1,长石,质量要求是：,A1,2,O,3,16,；,Fe,2,0,3,0.3,；,R,2,0,12,钠长石,钙长石,钾长石,钾长石矿,钠长石矿,作用：降低玻璃的析晶倾向，提高化学稳定性、热稳定性、机械强度、硬度和折射率，减弱玻璃的脆性，减轻玻璃液对耐火材料的侵蚀，有助于氟化物的浮浊。,8,2,高岭土,质量要求是,：,A1,2,0,3,25,；,Fe,2,O,3,O.4,。表,232,为长石和高岭土的成分范围。,高龄土,煅烧高龄土,高龄土粉,9,3,、腊石,玻璃成分中需要存在碱金属氧化物时，引入,A1,2,0,3,叶腊石,叶腊石,叶腊石,黄腊石,彩腊石,10,三、引人,Na,2,O,的原料,一）纯碱,纯碱是微细白色粉末，易溶于水，它是一种含杂质少的工业产品，主要杂质有,NaCl(,不大于,1,),。,纯碱易潮解、结块，它的水含量通常波动在,9,10,之间，应储存在通风干燥的库房内。,质量要求：,Na,2,C0,3,98,；,NaCl,1,；,Na,2,SO,4,0.1,；,Fe,2,0,3,O.1,。,纯碱,纯碱库,重碱,轻碱,作用：提供游离氧，从而降低玻璃粘度，使玻璃易于熔,融，是良好的助溶剂。,Na,2,O,可增加玻璃的热膨胀系,数，降低热稳定性、化学稳定性和机械强度。,11,2,芒硝,(Na,2,SO,4,),有无水芒硝和含水芒硝,(Na,2,SO,4,10H,2,0),两类。,使用芒硝不仅可以代碱，而且又是常用的澄清剂，为降低芒硝的分解温度常加入还原剂,(,主要为碳粉、煤粉等,),。,使用芒硝缺点：热耗大、对耐火材料的侵蚀大、易产生芒硝泡，当还原剂使用过多时，,Fe,2,O,3,还原成,FeS,而使玻璃着成棕色。,质量要求是：,Na,2,SO,4,85,；,NaCl,2,；,CaSO,4,4,；,Fe,2,0,3,O,3,；,H,2,0,5,天然芒硝,无水芒硝,袋装无水芒硝,芒硝矿,12,四、引人,CaO,的原料,石灰石、方解石,两原料均为,CaCO,3,，后者的纯度比前者高。,对含钙原料的质量要求是：,CaO50,；,Fe,2,0,3,0.15,。,天然石灰石,石灰石矿山,方解石,透明方解石,方解石矿山,13,五、引人,MgO,的原料,主要为白云石,(MgCO,3,CaCO,3,),，呈蓝白色、浅灰色、黑灰色。,质量要求：,MgO20,；,CaO32,；,Fe,2,0,3,0.15,。,白云石,白云石,白云石粉,白云石粉,通常采用石灰石和白云石共同引入,MgO,和,CaO,。,14,六、澄清剂,1,氧化砷和氧化锑,均为白色粉末。与硝酸盐组合作用时，它低温吸收氧气，在高温放出氧气而起澄清作用。,由于,As,2,0,3,的粉状和蒸气都是极毒物质，目前已很少使用。,氧化锑颗粒,纯氧化锑粉,纯氧化砷粉,15,2,硫酸盐原料,主要有硫酸钠，它在高温时分解逸出气体而起澄清作用。,3,氟化物类原料,以降低玻璃液粘度而起澄清作用。对耐火材料侵蚀大，产生的气体,(HF,、,SiF,4,),污染环境，目前已限制使用。,萤石：天然矿物，是由白、绿、蓝、紫色组成的微透明的岩石。,氟硅酸钠是工业副产品。,萤石,萤石晶体,萤石块料,萤石矿山一角,氟硅酸钠,氟硅酸钠,16,七、着色剂,1,离子着色剂,常用有,（,1,）锰化合物的原料：软锰矿,(MnO,2,),、氧化锰,(Mn,2,0,3,),、高锰酸钾,(KMnO,4,),。,Mn,2,O,3,使玻璃着成紫色，若还原成,MnO,则为无色。,（,2,）钴化合物的原料：绿色粉末的氧化亚钴,(C,0,O),、深紫色的Co,2,O,3,和灰色的,C0,3,0,4,。热分解后的,CoO,使玻璃着成天蓝色。,（,3,）铬化合物的原料：重铬酸钾,(K,2,Cr,2,O,7,),、铬酸钾,(K,2,CrO,4,),。热分解后的,Cr,2,0,3,使玻璃着成绿色。,17,（,4,）铜化合物的原料：蓝绿色晶体的硫酸铜,(CuSO,4,),、黑色粉末的氧化铜,(CuO),、红色结晶粉末的氧化亚铜,(Cu,2,O),。热分解后的,CuO,使玻璃着成湖蓝色。,软锰矿,氧化锰矿山,氧化锰矿石,氧化钴,三氧化二铬,硫酸铜,18,2,胶体着色剂,（,1,）金化合物的原料：主要是三氯化金,(AuCl,3,),的溶,液，为得到稳定的红色玻璃，应在配合料中加入,Sn0,2,。,（,2,）银化合物的原料有：硝酸银,(AgNO,3,),、氧化银,(Ag,2,0),、碳酸银,(Ag,2,CO,3,),。其中以,AgN0,3,所得的颜色最为均匀，添加,Sn0,2,能改善玻璃的银黄着色。,（,3,）铜化合物的原料有：,Cu,2,O,及,CuSO,4,，添加,SnO,2,能改善铜红着色。,铜红盘,金红玻璃,19,3,化合物着色剂,硒与硫化镉：常用原料有金属硒粉、硫化镉、硒化镉。单体硒使玻璃着成肉红色；,CdSe,着成红色；,CdS,使玻璃着成黄色；,Se,与,CdS,的不同比例可使玻璃着成由黄到红的系列颜色。,镉红,-,镉黄玻璃棒,硒镉黄,硒镉红,20,八、脱色剂,按脱色机理可分为化学脱色剂和物理脱色剂两类。,常用物理脱色剂有,Se,、,MnO,2,、,NiO,、,C0,2,0,3,等,常用的化学脱色剂有,As,2,0,3,、,Sb,2,0,3,、,Na,2,S,、硝酸盐等。,九、氧化剂和还原剂,在熔制玻璃时能释出氧的原料称氧化剂，能吸收氧的原料称还原剂。,属氧化剂的原料主要有硝酸盐、氧化铈、,As,2,0,5,、,Sb,2,0,5,等。,属还原剂的原料主要有碳、酒石酸钾、氧化锡等。,十、乳浊剂,使玻璃产生乳白不透明的原料称乳浊剂。,最常用的原料有氟化物、磷酸盐等。,十一、其他,天然碱、珍珠岩、钽铌尾矿、碎玻璃,21,第三节 原料的加工,概述,1,、原料加工的意义,（,1,）有利于物料流动,（,2,）有利于均匀混合,（,3,）加快熔化速度,（,4,）有利于物料精选,22,2,、原料加工工艺流程,23,二、原料的破碎与粉碎,（一）选择设备,1,、原则：根据原料块度、硬度、粉碎程度、设备性能等选择。,2,、破、粉碎设备性能特征,(1),颚式破碎机,构造简单、维修方便、机体坚固，能处理粒度范围大和硬度大的矿物。因此，至今它仍是广泛使用的粗碎设备。其不足之处是破碎比不大，一般为,4,6,。它不宜用于片状岩石和湿的塑性物料的破碎。,动颚靠近定颚，压碎物料，动颚远离定颚，则进料和出料。,24,(2),反击式破碎机,物料在打击板与反击板之间反复受到打击、碰撞而破碎,适宜对硬脆矿物进行中碎，具有破碎比大、效率高、电耗小、生产能力大、产物粒度均匀、构造简单等优点，其不足之处是板锤和反击板磨损大，须经常更换。它主要用来进行砂岩的中碎。,25,(3),对辊粉碎机,优点：,过粉碎的物料少，能破碎坚硬的物料，设备的磨损小，常用作中块砂岩的细碎设备。,缺点：,入料粒度不能过大、产量偏低、噪声和震动大。,相对转动的主动辊和从动辊，将物料拽入两辊之间，压碎物料。,26,（,4,）锤式破碎机,适于中等硬度物料的中、细碎，具有较高的粉碎比（,10,50,），产品粒度较细、机体紧凑，但锤子的磨损较大，不适合潮湿、粘性物料。,物料经受锤头冲击、衬板碰撞，合格物料从蓖条缝排除。,27,3,、选用设备：,砂岩,颚式破碎机、对辊、自磨机等；,石灰石、白云石,颚式破碎机、锤式破碎,机、反击式破碎机,等,；,长石,颚式破碎机、反击式破碎机,等,；,纯碱、芒硝,笼形碾等。,（二）选择流程：,1,、间歇破碎,2,、开路破碎,3,、闭路破碎,28,工作原理,三、原料的筛分,（一）筛分作用,：控制物料粒度,（二）筛分设备,1,、六角筛,适用于筛分砂岩、白云石、长石、石灰石、纯碱、芒硝等粉料，但不适用于含水量高的物料。其优点是运转平稳、密闭性好、振动小、噪声小，其缺点是筛面利用率仅为整个筛面的,1/6,，因而产量低,29,2,、机械振动筛,主要用来筛分砂岩。其优点是筛分效率高、构造简单、维修方便、密闭性好，能分出多种粒级的物料，电耗低。其缺点是振动和噪声大，若筛与筛间分隔不当易蹦大颗粒。,30,3,、平面摇筛,用于硅砂筛分,倾斜安装的筛面被传动系统带动而摇动，砂粒从筛孔漏出，杂物从筛低端排除。,31,四、配合料的制备,（一）质量要求,1,、正确性、稳定性,2,、均匀性,3,、恰当的颗粒度与颗粒组成,4,、一定的气体含率,5,、一定的水分含率,32,（二）称量,1,、要求：快、准,2,、称量设备：,（,1,）电子自动秤,PCS,型电子自动配料秤,失重微机配料控制系统,自动化程度高，称量速度快，价格较高,33,（,2,）台秤,自动化程度低称量速度慢，价格相对便宜,34,（三）混合,1,、混合机理,对流混合,扩散混合,剪切混合,2,、混合设备,（,1,）种类：重力混合机 强制混合机,（,2,）常用混合机,QH,式混合机,V,型混合机,双锥混合机,桨叶式混合机,鼓形混合机,目前浮法玻璃生产企业更多用艾立赫式混合机，不仅机内桨叶转动，混合机下底盘也转动，使物料运动轨迹更加复杂，混合效果更好。,35,(,四,),影响因素,1,、物料的物理性质,(,密度、颗粒组成、表面形,状等,),：越接近越容易混合；,2,、加料顺序：常用顺序如,砂岩、硅砂水纯碱长石石灰石、,白云石芒硝煤粉混合物,3,、加水量：占总水量,5%,左右,4,、加水方式：水雾 水蒸气,5,、混合时间：太长、太短都影响均匀度,6,、碎玻璃的加入：破坏料蛋，减少分料，但,减小混合机有效利用率。,36,第四节 玻璃的熔制,一、玻璃熔制过程概述,配合料加热时的各种过程,物理过程,化学过程,物理化学过程,1,配合料加热,1,固相反应,1,共熔体的生成,2,配合料脱水,2,各种盐类分解,2,固态溶解、液态互溶,3,各个组分熔化,3,水化物分解,3,玻璃液、炉气、气泡间的相互作用,4,晶相转化,4,结晶水分解,4,玻璃液与耐火材料间的作用,5,个别组分的挥发,5,硅酸盐的形成与相互作用,37,二、玻璃的熔制,(,一,),硅酸盐的形成,1,、阶段作用、特点,（,1,）作用：形成硅酸盐；,（,2,）产物：,SiO,2,和硅酸盐形成的不透明烧结物,（,3,）特点：温度,900,左右；速度,快，,2,、影响因素,（,1,）熔化温度：随着温度的升高，其反应速度也随着提高；,当温度不变时，反应速度也逐渐减慢；,温度每升高,10,，反应速度约增加,10,。,（,2,）反应物量：量，速度,（,3,）物料颗粒度：颗粒度，速度,（,4,）配合料均匀度：均匀度，速度,（,5,）原料的种类、形式：,38,(,二,),玻璃的形成,1,、机理,（,1,）砂粒表面,SiO,2,断键、溶解,（,2,）溶解的,SiO,2,向熔体扩散,2,、作用、特点：,（,1,）作用：生产含气泡、不均匀的玻璃液2,）特点：温度,1200,左右；速度,较快；,在熔窑中几十分钟可以完成（,28-29,分）。,39,3,、影响因素,（,1,）玻璃成分,（,2,）熔制温度,（,3,）颗粒度,（,4,）助熔剂,（,5,）碎玻璃,（三）澄清,1,、概述,（,1,）概念：除去玻璃液中可见气泡的过程,40,（,2,）气体来源,配合料料粒空隙、配合料水分分解与蒸发、挥发分的,挥发、氧化物的氧化还原、耐火材料的孔隙及被侵蚀分,解、窑炉气体的孔隙及被侵蚀分解,（,3,）气体存在形式,A,、可见气泡,1%,B,、溶解：物理溶解、化学溶解,（,4,）澄清的两种方法,A,、气泡长大,B,、气泡变小、溶解,澄清与去气的区别,41,2,、澄清过程,（,1,）气泡的形成和长大,（,2,）气体的转化与平衡,影响因素：,温度、炉内压力与气氛、气泡中气体分压与种类、玻 璃成分与气体在玻璃液中的扩散速度。,炉气中气体,气泡中气体,漂浮排出,玻璃液中气体,42,（,3,）气体与玻璃液的相互作用,氧气与熔融液的相互作用,SO,2,与熔融液的相互作用,CO,2,与熔融液的相互作用,H,2,O,与熔融液的相互作用,43,3,、影响玻璃澄清的因素,（,1,）配合料中气体含率,（,2,）澄清温度、时间,（,3,）窑压窑内气体组成或压力及是否稳定,（,4,）气泡尺寸、玻璃液粘度影响上升速度,（,5,）炉气组成和压力,（,6,）玻璃成分44,4,、加速澄清的措施,（,1,）延长澄清时间,（,2,）提高澄清温度,（,3,）玻璃液沸腾搅拌、鼓泡,（,4,）高压或真空冶炼,（,5,）加澄清剂,（四,),玻璃液的均化,1,、概念：成分、温度,2,、产生不均质体的原因,（,1,）配合料的不均匀性,（,2,）耐火材料被侵蚀,（,3,）熔化制度不稳定,（,4,）玻璃液导热性差,（,5,）熔窑的加热和冷却,45,3,、均化过程,（,1,）不均质体扩散：从高浓度到低浓度,（,2,）玻璃液对流均化：纵向、横向、深向,（,3,）因气泡上升而引起的搅拌均化作用,4,、影响均化的因素,粘度、表面张力、液流、机械搅拌、鼓泡、辅助电加热、配合料的均匀度配合料的预处理、熔窑结构,46,（五）冷却,1,、目的：,10,4,Pa,S,左右,2,、要求,适合成型的温度、不破坏玻璃液的均匀性、不产生二次气泡,3,、二次气泡,（,1,）特点,均匀分布、直径小于,0.1,毫米、数量多、不容易消除,47,（,2,）产生原因,A,、溶解气体的析出,B,、碳酸盐、硫酸盐的分解,C,、流股间的化学作用,D,、耐火材料的作用,E,、含钡玻璃高温分解,F,、电化学反应,4,、冷却方法：自然、强制,48,三 影响熔制过程的因素,一、玻璃的化学组成,二、配合料的物理状态,（一）原料的选择,（二）配合料的均匀性、粒度、颗粒组成,三、加速剂、澄清剂的应用,四、加料方式：配合料是否与碎玻璃均匀混合、料层厚度、投料机,五、熔制制度,（一）,T,（二）气氛、窑压（含高压与真空冶炼）,（三）液面,（四）泡界线,49,六、耐火材料质量,七、机械搅拌、鼓泡、浸没式燃烧,（一）浸没式燃烧作用特点,1,、热利用率高,2,、熔化率高，熔化面积小,3,、燃烧生成物使玻璃液充分混合,4,、玻璃液承受最高温度而非砌体,（二）浸没式燃烧器安装方式：池底、池壁,（三）使用注意事项,1,、燃烧器空气和煤气压力须大于玻璃液静压力,2,、在一定温度加料时，首先应当加入碎玻璃,3,、生料和碎玻璃应在两燃烧器之间较冷的地方加入,4,、若所加料是粉料，应加到液面以下,5,、燃烧器与壁联结处玻璃液粘度大，可以防止泄露,50,6,、燃烧器中燃料应该完全燃烧,7,、气泡排除：熔化池、炉坎、澄清部,八、电辅助加热,（一）电热元件：电极、电阻,1,、电极材料：石墨、钼、氧化锡、铁,2,、特点：熔化率高、玻璃质量好、热效率高、减轻对窑体的损坏、自动控制，操作条件好,3,、电极的布置：垂直、水平,4,、辅助电加热部位：宜在澄清带、引上室、工作口；不宜在冷却部、投料口（若料层厚，流动困难，可设在投料口）,51,四 玻璃熔窑,一、作用,：把合格的配合料熔制成无气泡、条纹、析晶的透明玻璃液，并使其冷却到所需的成型温度。,二、分类,：,连续式窑,按熔制过程的连续性分,间歇式窑,按使用的热源分,电热窑,火焰窑,火焰,-,电热窑,按窑内火焰流动走向分,横火焰窑,马蹄焰窑,纵火焰窑,换热式窑,按废气余热回收设备分,蓄热式窑,52,三、熔窑构成,（一）熔制部分,包括：投料口、熔化部、卡脖、冷却部,（二）燃料燃烧部分,包括：小炉、喷枪,（三）余热回收部分,包括：蓄热室或换热器,（四）排烟供气部分,包括：分支烟道、支烟道、总烟道以及分支烟道闸板、总烟道闸板、空气交换器、助燃风机、风管等,53,四、熔窑工作过程,浮法生产用横焰窑工作原理图,配合料由投料口进入熔化部，由窑的一侧的小炉喷焰加热，火焰把热量传给配合料，熔化与澄清后的玻璃液进入冷却部，经流槽口进入锡槽。燃烧后的废气进入另一侧的小炉，经蓄热室、烟道、烟囱排出，,横,截,面,图,平面图,54,五、熔窑作业制度,（一）温度制度,两种温度曲线,1,、山型温度曲线,热点突出，泡界线明显，各处液流轨迹稳定，但 投料口温度偏低，熔化用时较长。,2,、桥型温度曲线,热点不明显，位置部稳定液流轨迹也不稳定，燃料消耗量大。,山型温度曲线,桥型温度曲线,55,（二）窑压,概念：液面附近的气压,要求：零压微正压。,正压过大：燃料人少困难而降低熔化部温度；泡界线模糊；冷却部温度上升；耐火材料损坏加快。,负压：冷空气入窑降低火焰温度；影响传热；影响澄清和均化,测压点：大碹内表面，或近液面处,（三）泡界线,概念：熔化好的与没有熔化好的玻璃液之间的分界线，是生产流与热对流达到平衡的结果,影响因素：投料量与拉引量；料堆宽度与厚度；热点与投料口温度差；温度制度；配合料熔化难易程度等,56,（四）液面,1,、要求,做到投料量与玻璃拉引量相适应，保持稳定。,2,、投料,（,1,）要求,A,、投料量与玻璃拉引量适应；,B,、料堆薄而小，不跑偏；,C,、振动小，落差小,（,2,）投料设备,A,、垄式投料机,B,、毯式投料机,C,、辊式投料机,D,、螺旋投料机,E,、振动喂料机,57,3,、液面监控设备,（,1,）铁钩；,（,2,）液面镜；,（,3,）固定式铂探针；,（,4,）移动式铂探针,（,5,）核子液面仪,（,6,）气压液面控制仪,58,六、耐火材料的选用,常见配置方案：,火焰空间（大碹、胸墙）,硅砖；,池壁,电熔锆刚玉砖,+,电熔莫来石砖,+,粘土砖，或整块电熔锆刚玉砖；,池底,粘土砖，或保温砖,+,粘土砖,+,锆质捣打料,+,刚玉砖；,小炉口,电熔锆刚玉砖；,蓄热室,硅砖、粘土砖、高铝砖、碱性耐火材料；,烟道,粘土砖,59,七、熔窑的节能,通常采用以下措施：,1,、高温熔化制度,2,、熔窑保温,3,、废气余热利用,4,、改进玻璃的熔化工艺,5,、改进燃烧技术,6,、采用鼓泡与机械搅拌技术,7,、改进熔窑结构,8,、采用辅助电熔及实现生产自动化。,60,第六节 玻璃的成型,成型方法分类,物,理,成,型,热塑成型,成型,冷成型,化,学,成,型,吹,制,成,型,拉,制,成,型,压,制,成,型,压,延,成,型,浇,铸,成,型,离,心,成,型,喷,吹,成,型,浮,法,成,型,61,一、浮法成型,成型过程,1150,左右的玻璃液，通过熔窑与锡槽相连接的流道、流槽，流入熔融的锡液面上，在自身重力、表面张力以及拉引力的作用下，玻璃液摊开成为玻璃带，在锡槽中完成抛光与拉薄，在锡槽末端的玻璃带已冷却到,600,左右，辊道的拉引把即将硬化的玻璃带引出锡槽，通过过渡辊台进入退火窑。,1-,玻璃液,2-,流槽,3-,闸板,4-,碹顶,5-,玻璃带,6-,锡液,7-,槽底,8-,保护气体管道,9-,过渡辊台,62,1,、浮法成型的特点,成型时不需克服玻璃自身的重力,可以充分发挥玻璃表面张力的作用,玻璃带横向温度均匀,可以比较容易地生产特薄和特厚的玻璃,成型过程中温度降落慢、拉引速度快,避免了玻璃结晶缺陷、作业周期长,板宽加大比较容易,可以在线生产镀膜玻璃,容易实现切装机械化自动化,可以比较容易地生产特大片玻璃,63,式中，,h,1,、,h,、,d,g,、,d,、分别为浮起高度、玻璃自然厚度、玻璃密度、锡液密度。,2,、浮法玻璃的成型机理,（,1,）玻璃液在锡液面上的浮起高度,（,2,）浮法玻璃自然厚度,概念,:,浮在锡液面上的玻璃液不受到任何外力作用时所显示的厚度。,影响因素,:,玻璃液的表面张力,g,、锡液的表面张力,t,、玻璃液与锡液界面上的表面张力,g,、,t,以及玻璃液与锡液的密度,d,g,、,d,。,64,（,3,）抛光原理,抛光的概念,一般的抛光是指对物件进行机械加工，使它的表面变得十分光滑。,浮法玻璃的抛光过程主要是依赖于玻璃液,表面张力,的作用,一种内力的作用实现的。,玻璃的表面张力,不同成分的玻璃液，其表面张力不同，一般变化在（,2.20,3.80,）,10,-1,N/m,范围内。,对于钠钙硅玻璃，表面张力与组成的关系为：,各种氧化物的表面张力系数,a,i,氧化物的含量,65,锡液的表面张力玻璃液的表面张力,锡液的表面张力,锡槽中的锡液是一种复杂的溶液，其杂质对表面张力的影响很小，可以用纯锡液的表面张力来代替。,玻璃与锡液界面上的表面张力,高温下，玻璃液和锡液是两种不相容的液体，在它们的界面上存在表面张力。,两相界面上表面张力与两相的,密度差,有关。,气相密度液相密度,，液,-,气界面的表面张力液,-,液界面的表面张力,66,在重力和表面张力平衡时，玻璃液在锡液面上形成约,7mm,厚的玻璃带。在拉引略小于平衡厚度的玻璃时，如,6-6.5mm,，只要适当增大拉引速度，对玻璃带产生一定的拉力就可以了。,（,4,）拉薄原理,难点,拉引更薄的玻璃,在拉薄过程中，拉力使玻璃变薄，而表面张力有使玻璃增厚的趋势，使带宽有收缩的趋势。,67,适宜粘度：,10,6,Pa,s,，常用范围是,10,5.25,-10,6.75,Pa,s,拉薄的方法：,解决办法,拉薄的适宜粘度,拉薄的方法,徐冷法,重新加热法,拉薄的措施,高速拉引,施加横向拉力,68,（,5,）拉边器的配置,A,、原理：通过调节拉边器安装位置、角度、运转速度、压入深度等方法调节玻璃带的厚度。,B,、数量：与厚度有关。,使用中的拉边器,玻璃厚度,(mm),5,4,3,2,1.6,拉边器配用台数,(,台,),1,2-3,3-4,4-5,7,69,厚玻璃是指大于平衡厚度的玻璃,（,6,）厚玻璃生产原理,当玻璃液厚度大于平衡厚度时，重力和侧向力的合力大于表面张力的合力，合力方向使玻璃展薄，,合力,F,c,称为展薄力,。,玻璃愈厚，展薄力愈大。要获得厚玻璃，必须有一个阻挡力,F,0,来平衡展薄力,F,c,，即,70,3,、锡的物理性质,向锡槽中所加的锡为锡锭，易氧化成氧化亚锡、氧化锡，储存温度不当会发生晶体转变而粉化。,性 质,单 位,数值,性 质,单 位,数值,密度,熔点,沸点,导热率,(200),g/cm,3,W/(m,K),7.298,231.96,2270,65.73,熔化潜热,蒸发潜热,固,-,液相体积变化,表面张力（,232,）,J/g,J/g,%,N/m,60.3,3018,2.7,53110,-3,波长,m,1,2,4,7,10,12,反光能力,%,54,61,72,81,84,85,锡锭,71,4,保护气体,作用：防止锡的氧化以保持玻璃的抛光度，减少产生虹彩、沾锡、光畸变等缺陷，减少锡的损失等。,组成：一般，保护气体由,N,2,+H,2,组成。,部位,中部,首部,尾部,H,2,(,),4,6,6,7,8,9,N,2,(,),96,94,94,93,92,91,5,超薄玻璃的生产,（,1,）概念：,3mm,以下的平板玻璃称为薄玻璃，而厚度在,1.5mm,以下的称为超薄玻璃。,72,（,2,）主要生产难点,A,、玻璃板厚薄差小，对玻璃原片的厚薄差要求小于,0.05mm,；,B,、有波纹度的特别要求，一般要求是,0.15Um/20 mm,；,C,、玻璃质量要求极高，几乎要求无气泡、杂物、铅锡等；,D,、包装要求质量高，不能有任何细小划伤贮存周期要求长，对包装纸等都有特殊要求。,（,3,）生产方法,A,、电极法,B,、挡墙拉边机法,电极法,挡墙拉边机法法,73,6,、厚玻璃的生产方法,（,1,）拉边机法（简,称,RADS,法，也叫,倒八字拉边机积,厚法）,（,2,）,挡墙拉边机法,（简称,DT,法）,74,7,、浮法成型的几种缺陷,（,1,）,“,彩虹,”,：,SnO+1/2O,2,=SnO,2,（,2,）沾锡,Sn,2+,对金属锡的粘附力，通常沾锡呈细粒的点状，严重时则呈片状。,（,3,）,“,斑点,”,（或光畸变点）,玻璃表面的微笑凹陷，其形状呈平滑的圆形。这种斑点缺陷损害了玻璃的光学质量，使观察到的物象发生畸变。产生的原因：,SnO,和,SnS,蒸汽的聚集冷凝。,（,4,）,“,小波纹,”,玻璃表面的微细不平整缺陷。产生的原因：高温区温度不均匀；锡液中的氧被氧化为氧化锡，体积局部膨胀而产生应力，当玻璃温度低时，应力来不及消失，在玻璃的继续冷却过程中产生不均匀收缩，从而促进了小波纹的形成。,75,8,、锡槽的工艺分区,（,1,）抛光区,功能：使从流槽流入锡槽的玻璃液在这里摊平抛光。,温度：不低于,1000,，,不大于,10,3,Pa,S,。,停留时间：不得少于,1.7min,。此区不能采用强制冷却。,（,2,）预冷区,功能：为了满足成型时的温度和粘度，需有个冷却过程。,温度：,1100 900,左右，,大于,10,4,Pa,S,为了防止玻璃带的摆动，常在此区的两侧安置拉边机。,一般此区的长度为,5,6m,。此区可以采用强制冷却。,（,3,）拉薄（或增厚）区,温度：大约为,900,780,，适宜的展薄粘度为,10,4.25,5.75,Pa,S,。,此区的长度为锡槽宽度长度的,3/5,2/3,。,（,4,）冷却区,温度：降至,600,650,目的：增大玻璃粘度，使之足以在保持原状的情况下拉出,锡槽进入退火区。,76,二、平拉成型,（一）原理,1,、板根形成,玻璃液被引砖分流，在引砖上的液面由两块“硬皮”合成板根。,2,、边子形成,依靠拉边辊和边部冷却形成稳定边子。,3,、板面拉伸,向上拉力需要克服转向辊摩擦力、玻璃液表面张力、粘滞力、重力等的作用。,4,、转向,玻璃呈粘弹性状态时转向。,77,(,二,),成型过程,从成型室浅层,玻璃液的自由,液面引出原板,，经过转向辊,转向,90,由垂,直拉引变为水,平拉引，经过,退火后切割成,原片。,与引上法相比：成型速度快，生产周期长，产品质量高；与浮法相比：便于控制厚度，易生产,1mm,以下的薄玻璃。,78,（三）几个部件作用,1,、,C,型砖,分隔空间，阻挡浮渣。,2,、引砖,分流、挡热，稳定板根。,3,、主水包,稳定气流，冷却板根。,4,、唇砖（或,L,型砖）,稳定气流，平衡板根内外冷却强度，便于打炉。,5,、转向辊,使玻璃带转向,79,主要成型设备：槽子砖、,冷却机、引上机,三、垂直成型,有槽引上法,玻璃液从唇形,的槽口引出，,经过冷却水包,的硬化，在引,上机机膛内退,火后切割成原,片。,80,用一块沉在玻璃液中引砖与上面的冷却水包一起形成板根。,无槽引上法,生产控制难度较大，不,易生产,2mm,以下的薄玻璃,81,四、压延法,用来制造刻花玻璃、夹丝玻璃及少量特殊用途的平板玻璃。,间歇压延法：,将玻璃液倒在浇铸台的金属板上，,然后用沉重的金属辊压延使之变为平板玻璃。,连续压延法：,玻璃液由池窑的溢流槽连续流出，流,入压延机被辊压成一定厚度的玻璃带,经辊道输送进,入连续式退火窑中退火。,半连续压延法：,从池窑或坩埚窑中取出一定量的玻璃液，倾倒在两根直径相同的压辊之间，两个压辊相向转动，使玻璃液从辊间辊压成板状。,82,第七节 玻璃缺陷,缺陷种类：气泡、条纹、结石,一、气泡,（一）一次气泡（也叫残留气泡）,产生的原因：玻璃液澄清不良，没有将配合,料中分解放出的气体全部排除。,防止措施：,严格遵守配料与熔制制度；,调整熔制制度、改变澄清剂种类和用量；,适当改变玻璃成分，使熔体的粘度和表面,张力降低。,83,（二）二次气泡,产生的原因：,澄清好的玻璃液由于温度、气氛,或压力波动而重新析出的微小气泡。,（三）耐火材料气泡,概念：,玻璃液与耐火材料间的物理化学作用产生,的气泡。,产生的原因：,毛细管作用，玻璃液进入缝隙而,将气体挤出而成气泡。耐火材料所含,Fe,的氧化物对玻璃液中残留的盐类的分解起着,催化作用，这使玻璃液产生气泡。由还原,焰烧成的耐火材料，在其表面上或缝隙中会,留有碳素，这些碳素与玻璃液中的变价氧化,物作用而生成气泡。,84,防止措施：,提高耐火材料的质量降低气孔率；,在熔制工艺操作上严格遵守作业制度；,减少温度的波动。,（四）铁器引起的铁泡,产生的原因：,金属铁进入玻璃液将受到氧化而,溶解，使玻璃变成褐色。与此同时，铁中的,碳素被氧化成,CO,或,CO,2,气泡。,（五）外界空气气泡,产生的原因：,在玻璃成型时，由于挑料操作不,当，容易产生气泡。,特点：,气泡比较大，一般在,2mm,以上，并且常出,现在制品的固定部位，但分布不规则。,85,二、条纹与节瘤,1,、概念：玻璃中存在的、与主体玻璃成分、性能不同的,部分。,条纹,条状、纤维状,节瘤,块状、片状、颗粒状,2,、产生原因：,（,1,）玻璃液化学成分不均匀、熔化不均匀、熔制制度不,稳定,（,2,）窑旋液滴引起条纹和节瘤,（,3,）耐火材料被侵蚀,（,4,）结石熔化,（,5,）气氛：还原气氛使表面张力增大,20%,，熔体中心表,面张力较小的部分翻到表面。,86,3,、分类,硅质玻璃状夹杂物,由富硅质玻璃产生的线道、结节和条纹。,主要原因是原料配制和熔制不当及耐火材料的,侵蚀而引起的。,铝硅质玻璃状夹杂物,大部分来自电容砖、粘土砖、高铝砖等耐火材,料的侵蚀，或玻璃配合料中混入高铝质的,粘土所致。,87,三、结石,（一）配合料结石：配合料中未熔化的颗粒,1,、特征：大多为石英颗粒，色泽呈白色，棱角模糊，表面常有沟槽，周围有一层,SiO2,含量较高的无色圈，边缘往往会出现方石英和鳞石英的晶体。,2,、原因：配合料结石的产生不仅与配合料的制备质量有关，也与熔制的加料方式、熔制温度的高低与波动等有关。,扫描电镜下的结石,88,（二）耐火材料结石,1,、概念：当耐火材料受到侵蚀剥落，或在高温下玻璃液与耐火材料相互作用后有些碎屑就可能夹杂到玻璃制品中而形成耐火材料结石。,2,、原因：,（,1,）硅质结石：窑碹、胸墙常用硅砖砌成，在高温下或者在碱性飞料的影响下会产生蚀变，有时形成熔溜物淌下，或以碹滴落入玻璃液中。,（,2,）铝硅质结石：池壁等硅酸铝质耐火材料被玻璃液冲刷、侵蚀。,89,（三）析晶结石,1,、来源：玻璃析晶,2,、常见产生部位：玻璃液中界面处、熔窑池底、死角等,3,、常见析晶结石：,通常有鳞石英与方石英,(SiO,2,),、硅灰石,(CaO,SiO,2,),、失透石,(Na,2,O,3CaO,6Si0,2,),、透辉石,(CaO,MgO,2Si0,2,),及二硅酸钡,(BaO,2Si0,2,),等。,玻璃球中的析晶结石,90,四、防止玻璃缺陷的措施,优化玻璃料方,提高配合料质量和投料质量,改进作业制度,使用优质耐火材料改进熔窑结构和筑炉质量,91,第八节 玻璃的退火工艺,一、概念,退火温度,：为了消除玻璃中的永久应力，必须把玻璃加热到低于玻璃转变温度,Tg,附近某一温度进行保温均热，以消除玻璃各部分的温度梯度，使应力松弛，这个选定的保温均热温度称玻璃的退火温度。,退火下限温度和退火上限温度,：经过,3min,能消除,95,的应力的保温温度为退火上限温度；经,3min,只能消除,5,的应力的温度为退火下限温度。,退火温度范围,：退火下限温度,退火上限温度。,不同玻璃退火上限,：大部分器皿玻璃,55020,，平板玻璃,550,570,，瓶罐玻璃,550,600,。,92,二、退火过程,1,、概念：将玻璃制品重新加热退火消除或减小永久应力的过程。,2,、过程,（,1,）加热阶段：,玻璃表面产生压应力，速度可以较快。如果玻璃制品厚度的一半为,acm,，则加热速度为,20/a,2,30/a,2,/min,，如果是光学玻璃则应,5/a,2,。,退火温度曲线,93,（,2,）保温阶段：,消除应力的关键阶段，一般把比退火上限温度低,20,30,作为退火温度。保温时间可按,70a,2,120a,2,进行计算，或者按应力容许值,n,进行计算：,（,3,）慢冷阶段：,慢冷的目的在于避免在冷却过程中因玻璃中温度梯度过大而重新产生过大的永久应力。,慢冷的终了温度应低于应变点，慢冷速度为,（,4,）快冷阶段,因处于应变点以下，不产生永久应力，只要暂时应力不超过机械强度，冷却速度可以尽量快。,最大冷却速度为：,h,c,=65,a,2,，一般技术玻璃采用该值的,15,20%,，有的玻璃冷却速度控制为,h,c,=2,a,2,94,三、玻璃一次退火过程,与二次退火相类似，但玻璃不需要加热，在应变点以上，应该缓慢降温，避免产生过大的永久应力，应变点以下，冷却速度逐渐加快。,玻璃退火过程分五个阶段：,（,1,）加热均热阶段：段末温度,570,左右；,（,2,）重要冷却带：段末温度,450,左右；,（,3,）缓慢冷却带：段末温度,270,左右；,（,4,）快速冷却带：段末温度,180,左右；,（,5,）急速冷却带：段末温度,60,左右。,浮法玻璃退火窑,95,作 业,1,、简述玻璃的成型工艺流程。,2,、生产玻璃的主要原料有哪些？,3,、熔制过程分哪几个阶段？每个阶段结束时的温度是多少？,4,、成型过程分哪几个阶段？每个阶段结束时的温度是多少？,5,、退火过程有哪几个阶段？退火的目的是什么？,6,、玻璃的缺陷有哪几种？,96,