低鐵硅砂對浮法玻璃熔化工藝的影響

魏娜娜 谷彥儒

（1. 建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所 北京 100024；2. 秦皇島奧格集團(tuán)有限公司 秦皇島 066202）

0 引言

低鐵浮法玻璃與普通浮法玻璃相比，在熔化過程中更容易出現(xiàn)諸如氣泡、玻筋、夾雜物、線道等缺陷［1-4］，給玻璃生產(chǎn)者造成低鐵硅砂在浮法玻璃生產(chǎn)中很難熔的心理陰影。為了弄清使用低鐵硅砂在玻璃熔化中出現(xiàn)上述缺陷的原因，本文從玻璃熔化基本原理出發(fā)，結(jié)合其鐵含量低的特性對熔制工藝進(jìn)行分析和研究。

1 浮法玻璃熔制工藝

配合料經(jīng)投料機(jī)進(jìn)入熔窯內(nèi)，其上表面為熔窯的空間高溫火焰，下表面為熔窯內(nèi)的高溫玻璃液，在這種高溫氣氛下配合料發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，放出氣泡，形成混有氣泡的、結(jié)構(gòu)不均勻的初始玻璃液。這些玻璃液因溫度低、黏度大，與未熔的配合料粘在一起，隨著配合料在投料機(jī)的作用下繼續(xù)前移，繼續(xù)被熔化。同時(shí)，粘在配合料上的初始玻璃液同步被高溫加熱，隨著溫度的升高，初始玻璃液內(nèi)的氣泡由小變大，氣泡的上浮力增加，玻璃液的黏度也因溫度升高而下降，當(dāng)氣泡的上浮力大于玻璃液的粘滯力時(shí)，氣泡脫離玻璃液的包裹，排到玻璃液之外，隨著越來越多的氣泡逐步從玻璃液中排出，玻璃液比重逐漸增加，在重力作用下向下流動(dòng)，與熔窯內(nèi)原有的玻璃液混合，進(jìn)行均化。

在熔窯內(nèi)所有玻璃液的循環(huán)對流中，玻璃液的實(shí)際溫度起著關(guān)鍵作用，玻璃液溫度高則循環(huán)對流強(qiáng)度大，熔化效果好。

2 浮法玻璃澄清工藝

2.1 澄清過程中氣體間的轉(zhuǎn)化與平衡

在高溫澄清過程中，玻璃液內(nèi)所溶解的氣體、氣泡中的氣體以及爐氣三者之間的平衡關(guān)系，是由某種氣體在各相中的分壓所決定，氣體總是由分壓高的相進(jìn)入分壓低的相。

2.2 澄清過程與溫度的關(guān)系

氣體在玻璃液中的溶解度與溫度有關(guān)，玻璃液溫度為1400～1500 ℃時(shí)氣體的溶解度低于1100～1200 ℃時(shí)的氣體溶解度，也就是隨著溫度升高，氣體在玻璃液中的溶解度降低，有利于氣泡的排出。

2.3 玻璃液的橫向均化

在澄清過程中，利用熔窯熱點(diǎn)的高溫作用，對玻璃液內(nèi)的大氣泡進(jìn)行進(jìn)一步的排放，利用熔窯溫度降低過程，對小氣泡進(jìn)行吸收，使氣泡數(shù)量及大小達(dá)到浮法玻璃質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，利用熔窯內(nèi)中部玻璃液溫度高于兩側(cè)玻璃液的溫度所產(chǎn)生的橫向流動(dòng)進(jìn)行橫向均化過程。

玻璃液的澄清除了與窯壓有關(guān)系之外，與玻璃液的實(shí)際溫度有直接關(guān)系，玻璃液的實(shí)際溫度高，澄清效果就好。

3 低鐵玻璃特性

低鐵玻璃與普通浮法玻璃相比有其特殊性，因其鐵含量低，玻璃透光率高，經(jīng)深加工制成鍍膜玻璃后，深受客戶喜愛。低鐵玻璃對硅砂、白云石的鐵含量要求見表1。

表1 低鐵玻璃配方中硅砂及白云石鐵含量要求 %

3.1 低鐵玻璃熔窯碹頂溫度

低鐵玻璃中Fe2O3含量較低，玻璃液對火焰空間的紅外輻射的吸收能力較弱［2,3］，造成玻璃液的實(shí)際溫度與熔窯的火焰空間溫度（碹頂溫度）相差較大，即相對于普通浮法玻璃熔窯的碹頂溫度高，而玻璃液的實(shí)際溫度低。所以，碹頂溫度標(biāo)準(zhǔn)的制定應(yīng)高于普通浮法玻璃。

3.2 低鐵玻璃液的貯熱能力

低鐵玻璃中Fe2O3含量較低，其導(dǎo)熱系數(shù)高于普通玻璃［4］，造成窯底玻璃液整體溫度升高。從另一角度來講，低鐵玻璃液的貯存熱量能力較普通浮法玻璃差。

低鐵玻璃在熔窯中的最大特點(diǎn)是，熔窯碹頂溫度、窯底溫度升高，而表層玻璃液的實(shí)際溫度低。目前還沒有鐵含量降低量與碹頂溫度、窯底溫度的升高值相互之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，給生產(chǎn)帶來較大難度。

3.3 生產(chǎn)實(shí)例

2003年某500 t/d浮法玻璃生產(chǎn)線上曾單獨(dú)使用過低鐵硅砂，生產(chǎn)中出現(xiàn)了各種各樣的問題，雖然采取了各種措施，但是效果不佳，最后被迫放棄單獨(dú)使用這種低鐵硅砂而采用兩種硅砂混用的辦法來維持生產(chǎn)。本文以單獨(dú)使用此低鐵硅砂為例，說明低鐵硅砂對浮法玻璃生產(chǎn)的影響。

玻璃配方中使用兩種硅砂作為玻璃硅質(zhì)原料，其各自成分見表2。

表2 兩種硅砂成分 %

在使用1#硅砂過程中，出現(xiàn)了料堆遠(yuǎn)且厚，玻璃板面玻筋、夾雜物、氣泡見多，但以玻筋為主的現(xiàn)象。增加碎玻璃含量，增加熔化溫度，同時(shí)采用一部分2#硅質(zhì)料，減少1#硅砂的使用量，生產(chǎn)才趨于穩(wěn)定。該線硅砂的使用情況見表3。

經(jīng)過一年多的生產(chǎn)，每次單獨(dú)使用1#硅砂時(shí)，均在玻璃板面上出現(xiàn)了玻筋的現(xiàn)象，而當(dāng)兩種硅砂混合使用時(shí)，玻璃板面缺陷基本正常。而1#硅砂在其他浮法玻璃企業(yè)使用時(shí)，玻璃板面缺陷正常，說明1#硅砂是可以使用的。

造成這種現(xiàn)象的根本原因是兩種硅砂的鐵含量不同，1#硅砂鐵含量在0.035%，2#硅砂的鐵含量是0.065%，導(dǎo)致熔化后玻璃中鐵含量不同。

（1）當(dāng)使用1#硅砂時(shí)，玻璃中鐵含量降低，玻璃液吸收火焰輻射熱的能力下降，玻璃液實(shí)際溫度與碹頂空間溫度差值增加，也就是講，相同的碹頂溫度時(shí)，鐵含量低的表層玻璃液的實(shí)際溫度降低。

（2）使用1#硅砂導(dǎo)致玻璃中鐵含量降低，表層玻璃液對窯底玻璃液的熱傳導(dǎo)能力增加，玻璃液的蓄熱能力下降，熱量損失加快，表層玻璃液的實(shí)際溫度進(jìn)一步下降。

玻璃液實(shí)際溫度的降低，造成玻璃液的循環(huán)對流動(dòng)力不足，料堆下表面的熔化能力下降，玻璃液的縱向均化能力下降。同時(shí)，在循環(huán)對流二中，由于玻璃液的實(shí)際溫度下降，澄清（排泡及均化）能力下降，氣泡增加，玻璃液的橫向均化能力下降，造成玻璃板面玻筋增加。使用1#硅砂時(shí)，在澄清區(qū)域玻璃液表面發(fā)現(xiàn)有一條或數(shù)條與周圍玻璃液顏色明顯不同的暗線。

在生產(chǎn)過程中，首先使用2#硅砂，一切溫度制度是按2#硅砂建立的，此溫度制度不適應(yīng)1#硅砂。而1#硅砂鐵含量低，玻璃液實(shí)際溫度低，為了使玻璃較好地熔化澄清，生產(chǎn)中需要提高碹頂溫度。

4 結(jié)語

低鐵硅砂的使用，降低了浮法玻璃中鐵含量，降低了玻璃液對輻射熱的吸收能力，增加了玻璃液的熱傳導(dǎo)能力，使得在同樣的碹頂溫度下，玻璃液實(shí)際溫度降低，玻璃配合料下表面熔化能力相應(yīng)下降，玻璃液均化、排泡能力下降，最終導(dǎo)致玻璃板面的玻筋、氣泡、夾雜物等缺陷增加。

玻璃中鐵含量的大小對于浮法玻璃來講，沒有明確的數(shù)值要求，只有一個(gè)范圍值，對于硅砂、白云石這些大宗原料，多數(shù)企業(yè)采用兩家供貨的原則。因此，為了確保玻璃中鐵含量的相對穩(wěn)定，建議原料的鐵含量也納入控制指標(biāo)之內(nèi)，以避免鐵含量變化對生產(chǎn)造成的影響。