浮法玻璃幾種結(jié)石缺陷的處理方法

王福強(qiáng) 張明朝 董志斌 賈淑剛

（山東巨潤(rùn)建材有限公司 巨野 274900）

0 引言

浮法玻璃熔制缺陷按其狀態(tài)的不同分為三類，結(jié)石（結(jié)晶夾雜物，固體夾雜物）、條紋和節(jié)瘤（玻璃態(tài)夾雜物）及氣泡（氣體夾雜物）。

不同類型的結(jié)石，其化學(xué)組成和礦物組成也各不相同。根據(jù)結(jié)石產(chǎn)生原因，結(jié)石可分為配合料結(jié)石、窯碹結(jié)石、耐火材料結(jié)石、析晶結(jié)石和外來(lái)污染物引起的結(jié)石。

本文對(duì)三種比較典型的結(jié)石缺陷進(jìn)行分析、化驗(yàn)，提出處理措施。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

采用上海蔡康光學(xué)儀器有限公司的XP-330C偏光顯微鏡，觀察缺陷的晶體結(jié)構(gòu)，采用金相切割機(jī)切取缺陷玻璃，采用帕納科X射線熒光光譜儀分析玻璃缺陷的組成。

2 玻璃缺陷樣品取樣分析

針對(duì)三類缺陷各取樣品5個(gè)，如圖1所示。樣品A和樣品B類缺陷全位于玻璃板上表面，C類缺陷4個(gè)位于玻璃板上表面，1個(gè)位于玻璃板中偏上位置，C類缺陷尺寸多為1.0 mm以上缺陷，形狀大部分是長(zhǎng)條狀、少量圓形、規(guī)則三角形，尺寸多為1～5 mm；B類缺陷位于玻璃帶一側(cè)邊部位置，A類、C類缺陷位置不固定。

2.1 偏光顯微鏡分析

在偏光顯微鏡下觀察缺陷樣品的晶體結(jié)構(gòu)，如圖2所示。A類樣品為熔融鱗石英（低溫區(qū)），B類樣品為鱗石英、方石英，C類樣品為剛玉結(jié)石，部分形成單晶結(jié)石、伴有霞石。

2.2 熒光成分分析

對(duì)于晶型不明顯的較小的結(jié)石缺陷，在不具備電子探針、掃描電鏡和X射線微區(qū)準(zhǔn)確分析樣品成分的方法時(shí)，可借助偏光顯微鏡觀察，通過對(duì)比測(cè)量的方法，利用熒光分析儀確定樣品的缺陷種類。以A類樣品為例，分析其缺陷類型。

利用金相切割機(jī)將缺陷樣品切割成盡量小，盡可能去掉沒有缺陷的玻璃，利用瑪瑙研缽研磨，按照熒光制樣標(biāo)準(zhǔn)制取樣品1；取同量的正常玻璃用同樣的方法制取對(duì)比樣品2，利用熒光儀測(cè)量的數(shù)據(jù)見表1。

表1 熒光儀分析數(shù)據(jù) %

通過對(duì)比，可判定缺陷為鋁質(zhì)缺陷。

當(dāng)然也可以采用制取結(jié)石薄片的方法觀察缺陷巖相，方法是將有結(jié)石部分切成大小適宜的小片，將有結(jié)石的一面研磨至結(jié)石點(diǎn)暴露在表面，再采取拋光的方式拋磨后，在偏光鏡下直接觀察。

3 缺陷產(chǎn)生原因分析

3.1 樣品A熔融鱗石英缺陷

熔融石英結(jié)石缺陷的主要來(lái)源為石英質(zhì)流量閘板，其次為高溫熔蝕的碹頂硅磚。流量閘板形成結(jié)石的原因有兩個(gè)，一是持續(xù)處于高溫環(huán)境下的流量閘板發(fā)生自身析晶，在受到溫度反復(fù)波動(dòng)后剝落進(jìn)入玻璃液形成結(jié)石；二是閘板受到高溫熔蝕的剝落物進(jìn)入玻璃液形成結(jié)石。

硅磚侵蝕受到材料本身顯微結(jié)構(gòu)和玻璃生產(chǎn)工藝的雙重影響，硅磚屬于酸性耐火材料，對(duì)堿性氧化物的侵蝕抵抗能力較差，對(duì)鈉鈣硅浮法玻璃而言，堿蒸汽的主要成分是NaO2和 Na2S O4，鈉化合物在1400 ℃冷凝，硅磚工作面長(zhǎng)期受到高溫、煙氣以及粉塵中堿性成分的作用，在磚體表面、氣孔以及磚縫中積聚，使磚表面的熔點(diǎn)急劇下降，與磚內(nèi)組分發(fā)生反應(yīng)，形成新的玻璃相，同時(shí)也促進(jìn)了磚體內(nèi)鱗石英的重結(jié)晶、殘余石英的轉(zhuǎn)變、鱗石英方石英之間的轉(zhuǎn)變，這些都在一定程度上體現(xiàn)著磚體的侵蝕深度。

通過窯爐檢查結(jié)合窯內(nèi)拍照發(fā)現(xiàn)卡脖靠近冷卻部后半部分碹頂有部分區(qū)域存在剝落現(xiàn)象，抽出空間冷卻水包清理，發(fā)現(xiàn)水包上表面凝結(jié)物里有一定數(shù)量的白色顆粒，與樣品A內(nèi)缺陷相同，偏光鏡觀察晶相為熔融鱗石英，分析為該區(qū)域穿有空間冷卻水包，距離碹頂較近、且清理頻繁，造成受侵蝕的硅磚表層剝落形成缺陷。

3.2 樣品B鱗石英、方石英缺陷

硅質(zhì)結(jié)石形成的鱗石英、方石英主要來(lái)自硅質(zhì)原料、硅質(zhì)耐火材料、SiO2局部過量引起的析晶。

來(lái)源于粉料結(jié)石的硅質(zhì)結(jié)石主要是未熔融石英顆粒，可能出現(xiàn)石英晶體的原始晶相，但大部分都有一定程度的熔蝕現(xiàn)象，隨著熔蝕的加劇，在玻璃液中形成殘余石英，其中心是熔蝕嚴(yán)重的未熔融石英顆粒，有粗大的裂紋，周圍有高黏度的玻璃液形成的鱗石英。熔蝕程度加快，殘余石英完全熔融造成局部SiO2組分較高，出現(xiàn)聚集的長(zhǎng)針狀、棒狀或松針狀的鱗石英，進(jìn)而會(huì)出現(xiàn)骨架狀方石英。

來(lái)源于硅質(zhì)耐火材料的硅質(zhì)結(jié)石有原始耐火材料的晶相、重結(jié)晶的鱗石英晶體（呈矛頭狀雙晶）和管柱狀鱗石英。由于硅質(zhì)耐火材料含有Fe-O膠結(jié)物，在侵蝕變化過程中伴有鐵的染色，且侵蝕后期出現(xiàn)針狀、樹枝狀鱗石英及粗大的骨架狀方石英，同時(shí)玻璃相增多，與來(lái)源于粉料及析晶中的硅質(zhì)結(jié)石相似，但一般有周圍玻璃相稍帶黃褐色、結(jié)石不聚團(tuán)的特點(diǎn)。

來(lái)源于析晶的硅質(zhì)結(jié)石的結(jié)石礦物有鱗石英和方石英，鱗石英多為雪花狀和樹枝狀，方石英則為骨架狀。析晶的硅質(zhì)結(jié)石與粉料的硅質(zhì)結(jié)石及硅質(zhì)耐火材料侵蝕后期的硅質(zhì)結(jié)石不好區(qū)分，但析晶的硅質(zhì)結(jié)石顏色比較白，結(jié)石分布比較分散，析晶清晰，不像硅質(zhì)耐火材料形成的結(jié)石那樣粗大。

流道流量閘板為進(jìn)口石英材質(zhì)閘板，長(zhǎng)時(shí)間在1100 ℃左右的環(huán)境下使用，一側(cè)受到錫槽逸出的保護(hù)氣對(duì)閘板的沖刷和錫污染，另一側(cè)受到由窯爐流竄來(lái)的堿蒸汽氣流對(duì)閘板的沖刷和侵蝕，石英閘板在該環(huán)境下析晶，石英玻璃相會(huì)向鱗石英、方石英轉(zhuǎn)化，促使磚材產(chǎn)生裂紋和剝落，微觀析晶成網(wǎng)狀、大長(zhǎng)針狀、大長(zhǎng)板狀鱗石英，有時(shí)邊部也可看到粒狀、骨架狀、樹枝狀的方石英。

通過觀察缺陷所在生產(chǎn)線流量閘板液面線上方，發(fā)現(xiàn)閘板側(cè)面與流槽壁間縫隙較大，有較多的凝結(jié)物且向內(nèi)延伸附著，如圖3所示?？紤]該缺陷為吹掃周期較長(zhǎng)引起，伴隨調(diào)節(jié)流量閘板隨玻璃液進(jìn)入錫槽形成固定位置缺陷。

3.3 樣品C剛玉缺陷

常見剛玉缺陷在玻璃板呈白色致密顆粒狀，顆粒較小，結(jié)石和玻璃界限較清晰。顯微鏡下觀察，結(jié)石中心呈致密原磚結(jié)構(gòu)，結(jié)石旁邊有粒狀、柱狀、板狀剛玉顆粒析出或剛玉周圍有莫來(lái)石、霞石伴生。產(chǎn)生原因主要為電熔鋯剛玉磚蝕變產(chǎn)物，莫來(lái)石磚、黏土磚受侵蝕的結(jié)石伴生物，a-b剛玉磚的剝落物等。

另外使用外購(gòu)碎玻璃也可能帶入剛玉顆粒，如單晶剛玉磨料、煤矸石燒結(jié)磚塊、中空玻璃填充分子篩等，也可能會(huì)在玻璃板中形成剛玉結(jié)石。通過檢查生產(chǎn)線正在使用的外購(gòu)碎玻璃，發(fā)現(xiàn)了較多的煤矸石燒結(jié)磚塊、中空玻璃分子篩顆粒，如帶入窯內(nèi)則可能形成剛玉缺陷。

4 處理措施

根據(jù)三類缺陷產(chǎn)生機(jī)理，結(jié)合巖相分析、熒光成分分析的結(jié)果找出三類缺陷產(chǎn)生的原因，有針對(duì)性地采取了以下處理措施。

（1）針對(duì)A類鱗石英缺陷，根據(jù)硅磚表面侵蝕機(jī)理，堿性成分從表面向磚體進(jìn)行熔蝕，并通過氣孔逐步向磚體內(nèi)部滲入，在表面形成一層很薄的低熔點(diǎn)變質(zhì)過渡層，磚體表面被熔蝕生成富含SiO2的新玻璃相，減少硅磚受到進(jìn)一步侵蝕的可能性。為盡量恢復(fù)卡脖碹頂受破壞區(qū)域硅磚的工作面，主要從以下兩個(gè)方面著手進(jìn)行改善。一是卡脖碹頂覆蓋保溫層，保持卡脖碹頂硅磚溫度的穩(wěn)定；二是抽出該區(qū)域的空間冷卻水包，之后熔融鱗石英缺陷快速消失，收效顯著。

（2）針對(duì)B類缺陷，考慮采取以下兩個(gè)方面措施：一是穩(wěn)定流道溫度和錫槽產(chǎn)能，盡量減少調(diào)節(jié)流量閘板的頻次、減小調(diào)節(jié)幅度；二是在確保產(chǎn)質(zhì)量不受較大影響的情況下，采取初步適當(dāng)清理的措施，清理液面線接觸部位的凝結(jié)物，后續(xù)吹掃期間徹底清理干凈，同時(shí)盡量縮短該生產(chǎn)線的吹掃周期。

（3）針對(duì)C類缺陷，考慮產(chǎn)生原因?yàn)橥赓?gòu)碎玻璃引起，一方面及時(shí)暫停使用該廠家該批次的碎玻璃，改用自身返還碎玻璃，之后缺陷快速消失，產(chǎn)質(zhì)量恢復(fù)正常，問題碎玻璃退回廠家處理；另一方面從外購(gòu)碎玻璃源頭嚴(yán)格控制，加大對(duì)外購(gòu)碎玻璃的質(zhì)量控制力度，確保成分與基體玻璃成分接近，防止耐火材料和其他雜物的混入。

5 結(jié)語(yǔ)

浮法玻璃生產(chǎn)過程中結(jié)石缺陷來(lái)源很少是單一的，結(jié)石中的析晶根源也很少是單一的，要多方面觀察分析，采取多種分析方法進(jìn)行驗(yàn)證，才能比較準(zhǔn)確地確定缺陷產(chǎn)生原因。通過對(duì)三種典型結(jié)石缺陷問題結(jié)合巖相分析和熒光成分分析，闡述了產(chǎn)生原因和具體的處理措施，及時(shí)解決了生產(chǎn)問題。