浮法玻璃固定區(qū)域氣泡的研究與治理

孫亞明 崔秀珍 覃紅武 熊愛民

（咸寧南玻玻璃有限公司 咸寧 437000）

0 引言

氣泡是浮法玻璃的主要缺陷之一，氣泡的存在破壞了玻璃制品的均勻性、透光性、機械強度和抗熱強度，嚴重影響玻璃質(zhì)量和產(chǎn)量，是制約玻璃企業(yè)競爭力的重要因素。

根據(jù)產(chǎn)生來源，氣泡基本上可分為兩類。第一類是工藝類氣泡，包括一次氣泡和二次氣泡，一次氣泡也稱為澄清氣泡，產(chǎn)生的原因包括配合料中原料質(zhì)量異常、配合料料方設(shè)置不合理、熔化溫度和澄清溫度偏低、玻璃液澄清時間偏短、氣氛控制不當?shù)?，主要解決辦法是適當提高澄清溫度和適當調(diào)整澄清劑用量，使大氣泡排出、小氣泡溶解吸收；二次氣泡也稱為再生氣泡，產(chǎn)生的原因是已完成澄清過程的玻璃液所處條件發(fā)生改變導(dǎo)致重沸再生，主要通過優(yōu)化工藝制度解決。第二類是雜質(zhì)類氣泡，主要包括空氣泡、耐火材料氣泡、污染氣泡等，此類氣泡需綜合分析，根據(jù)實際情況采取針對性措施。

某公司普通白玻生產(chǎn)中，玻璃板面突然出現(xiàn)固定區(qū)域氣泡，呈橫向分布，氣泡本體大小0.6～0.8 mm，板寬方向集中在中間偏左1 m范圍，厚度方向位于玻璃板上表，顯微鏡觀察內(nèi)含顆粒狀沉積物（圖1）。固定區(qū)域內(nèi)氣泡絕對數(shù)量平均36個/h，導(dǎo)致產(chǎn)量大幅降低。

圖1 固定區(qū)域氣泡

1 原因分析

根據(jù)氣泡突然出現(xiàn)、分布在固定區(qū)域、本體較大的現(xiàn)象，結(jié)合排查生產(chǎn)過程未發(fā)現(xiàn)異常情況，判定為雜質(zhì)類氣泡，將缺陷樣品送第三方檢測以進一步判斷來源。同時，考慮其對玻璃產(chǎn)量影響較大，嘗試適當升高作業(yè)溫度，以促使氣泡排除；但隨著溫度的升高，氣泡呈增多趨勢，立即回調(diào)作業(yè)溫度。

缺陷樣品成分檢測結(jié)果見表1。

表1 缺陷樣品成分檢測結(jié)果

泡內(nèi)壓力較高（來自澄清及以后）、CO2較高（在玻璃液停留時間較長或污染）、Ar較低（非耐材和空氣泡）。結(jié)合氣泡在固定區(qū)域出現(xiàn)、內(nèi)含沉積物（硫元素）、升溫增多的特征，判斷原因為金屬設(shè)備被引入熔窯窯池內(nèi)并停留在底部，在熔融玻璃液中的金屬或金屬氧化物在高溫條件上反應(yīng)產(chǎn)生氣泡；同時根據(jù)氣泡大小與其在熔窯位置的規(guī)律（圖2），分析污染源位置應(yīng)在澄清后段到工作部區(qū)域。

圖2 氣泡大小與位置關(guān)系圖

分析氣泡產(chǎn)生原因：金屬污染泡，來自澄清后段到工作部區(qū)域。

2 調(diào)整過程及結(jié)果

2.1 降低熔窯池底溫度

針對池底金屬污染，目前不具備直接探測到具體位置并將其取出熔窯的手段，只能通過降低其周邊溫度從而抑制反應(yīng)速度。玻璃液溫度降低后，可有效抑制金屬所含的碳與玻璃中的殘余氣體的相互作用，從而達到減少氣泡產(chǎn)生的目的。

最初通過降低熔窯燃料使用量來實現(xiàn)玻璃液溫度的降低。此種方式下，因玻璃液在熔窯內(nèi)的循環(huán)作用，池底溫度的降低幅度與空間溫度基本相當。當熔窯整體溫度降低10 ℃后，固定區(qū)域氣泡由平均36個/h，減少到平均31個/h。顯然，熔窯溫度的降低有利于固定區(qū)域氣泡的減少，但實際上不可能無限制地降下去，降溫的底線就是必須達到熔化和澄清所需要的最低溫度。

因此，為了更具針對性地降低池底玻璃液溫度，同時保證上層玻璃液質(zhì)量所必需的熱量，經(jīng)討論決定適當調(diào)整配合料料方，采取提高玻璃含鐵量的方式來降低玻璃液的熱滲透，實現(xiàn)在降低池底溫度的同時，保障上層玻璃液和空間溫度。調(diào)整按平均提高玻璃含鐵量速率30×10-6/d執(zhí)行，過程中通過降低燃料量保持空間溫度穩(wěn)定。當玻璃含鐵量提高300×10-6時，較正常時作業(yè)溫度：空間降低10 ℃、池底降低25 ℃，固定區(qū)域氣泡由平均31個/h，減少到平均12個/h；考慮若繼續(xù)提高玻璃含鐵量，透光率將不能滿足部分客戶需求，同時當前條件下玻璃微氣泡質(zhì)量仍為正常水平，決定將整體溫度再降低5 ℃，調(diào)整后固定氣泡穩(wěn)定在平均≤10個/h，已基本不影響玻璃質(zhì)量和產(chǎn)量。

負面影響在于，較大幅度的降溫后，熔窯工況處于臨界點狀態(tài)，表現(xiàn)為當原料尤其是硅砂質(zhì)量出現(xiàn)波動時，板面未熔石英、鋁硅質(zhì)結(jié)石等未熔缺陷會明顯增多，導(dǎo)致達不到差異化產(chǎn)品生產(chǎn)條件，普通規(guī)格產(chǎn)品產(chǎn)量也大幅降低。而且，由于市場原因，硅砂呈現(xiàn)供不應(yīng)求局面，質(zhì)量受控性較差成為常態(tài)；因此，此狀態(tài)不可持續(xù)，需變通思路，尋求新的解決辦法。

2.2 針對性降溫

熔窯溫度制度在最佳狀態(tài)，才能最大程度保障生產(chǎn)穩(wěn)定性。根據(jù)鎖定的污染源位置，分區(qū)域冷卻，以尋找相對精確的污染源位置，達到可以適當回升熔窯溫度、提高熔化澄清質(zhì)量的目的。

（1）第一階段：降低澄清后池底溫度

利用卡脖水包作用原理，通過減小卡脖水包壓入深度，來實現(xiàn)澄清后池底溫度的降低?？ú彼鼔荷顪p少帶來的變化主要包括：①熔化回流減弱，過淺會使得料堆的最后位置變得非常不穩(wěn)定，熔窯工況將變得對熔化的干擾非常敏感，嚴重時會跑料；②熱效率差，由于澄清回流增強，在工作部被冷卻的玻璃液回到熔化部被再加熱，增加燃料的消耗；③有利于澄清，上升點前移、前進流變淺（圖3），有利于氣泡的排出。

圖3 卡脖水包深度對液流的影響

結(jié)合前期調(diào)整時，池底溫度需達到足夠的降幅，才能有效抑制固定區(qū)域氣泡，卡脖水包共分4步上抬40 mm，相應(yīng)溫度變化：澄清部因工作部被冷卻的玻璃液回流量的增多、池底溫度降低9℃，工作部因澄清部較高溫度的玻璃液量的增多、池底溫度升高6 ℃。穩(wěn)定3天后，固定氣泡呈增多趨勢，立即恢復(fù)卡脖水包壓入深度。

（2）第二階段：降低工作部池底溫度

根據(jù)卡脖水包調(diào)整的過程及結(jié)果，可基本鎖定金屬污染源來自工作部池底。熔窯工況恢復(fù)穩(wěn)定后，開始嘗試降低工作部池底溫度。普通白玻生產(chǎn)時，工作部一般采用冷卻風(fēng)（俗稱稀釋風(fēng)）對玻璃液降溫，以使玻璃液達到成形所需要的黏度，其冷卻主要針對表層玻璃液；實現(xiàn)對工作部底部的針對性降溫，可采取增設(shè)空間水包、拆除底部保溫方式。

最后確定方案：在工作部放散孔1#、2#、3#處分步安裝空間水包，若有效果則視情況決定是否拆除相應(yīng)位置的底部保溫。不先拆底部保溫的原因在于，因位置不明確無法小面積拆除，若大面積拆除極易使玻璃液溫度降低到析晶范圍（溫度1000～1100 ℃，黏度10～105Pa·s）。

實際操作時，在1#放散孔安裝空間水包，工作部前池底溫度降低5 ℃（通過減少稀釋風(fēng)用量維持流道溫度），熔窯整體溫度升高10 ℃，對應(yīng)固定區(qū)域氣泡開始增多?？紤]若金屬污染源在2#放散對應(yīng)處（此處無電偶），1#放散孔安裝水包應(yīng)有一定效果，故跳過2#直接嘗試3#。安裝3#空間水包，工作部后池底溫度降低5 ℃，熔窯整體溫度升高10 ℃后，對應(yīng)固定區(qū)域氣泡沒有明顯變化，仍維持平均≤10個/h水平。

由此，確定金屬污染源就在工作部3#池底對應(yīng)處，拆除對應(yīng)位置底部保溫，3天后固定區(qū)域氣泡特征徹底消除。隨后開始緩慢降低玻璃含鐵量并提升熔窯溫度，15天后對比固定區(qū)域氣泡出現(xiàn)前狀態(tài)：鐵含量高100×10-6（顏色和透光率基本恢復(fù)）、空間溫度低5 ℃、池底溫度低10 ℃（前期證明可保證有效的熔化澄清質(zhì)量），整體基本恢復(fù)到正常水平。

3 結(jié)語

隨著浮法玻璃工藝的日臻成熟，工藝類氣泡的治理基本實現(xiàn)了有章可循，但雜質(zhì)類氣泡則需通過綜合分析才能實現(xiàn)精準治理。舉例分析了某公司治理固定氣泡區(qū)域的思路，通過適當提高玻璃含鐵量，采取增設(shè)空間水包和拆除池底保溫的方式，可有效抑制金屬污染氣泡，并有效規(guī)避了簡單降溫帶來的負面影響。在實際生產(chǎn)過程中，一定要對產(chǎn)生問題的原因進行系統(tǒng)的分析和研究，通過一定的、靈活的嘗試精準地鎖定氣泡源頭，并采取有效的處理手段，從而達到消除非常規(guī)類氣泡的目的。