高鋁玻璃配合料造粒及澄清研究

王琰 何進(jìn) 劉攀 錢奇 劉紅剛

（1.中國(guó)南玻集團(tuán)股份有限公司 深圳 518066；2.華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 廣州 510641）

0 引言

高鋁玻璃是一種具有出色機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性的玻璃材料，廣泛應(yīng)用于電子、通訊、航空航天、軍事等領(lǐng)域。然而，由于其化學(xué)成分以及產(chǎn)品性能的特殊要求，高鋁玻璃的配合料通常選用化工原料，這些原料往往粒度偏細(xì)，導(dǎo)致粉狀配合料在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、投料、熔化等環(huán)節(jié)中易出現(xiàn)分層、窯內(nèi)飛散等情況。這些問題不僅加劇了窯爐耐材的侵蝕和蓄熱格的堵塞，還嚴(yán)重影響了玻璃成分的均勻性，增加了產(chǎn)品缺陷產(chǎn)生的概率［1,2］。

為了克服高鋁粉狀配合料存在的不足，本文主要研究在高鋁玻璃配合料中加入不同比例的特殊復(fù)合黏結(jié)劑，并對(duì)其進(jìn)行?；に囂幚?。通過測(cè)試粒化配合料抗壓強(qiáng)度、預(yù)熱分解及熔化澄清性能變化情況，最終優(yōu)選出最佳?；に噮?shù)。

1 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備

1.1 實(shí)驗(yàn)原料及玻璃組成

本次實(shí)驗(yàn)選用高鋁配合料原料：超白硅砂、碳酸鈉、氧化鋁粉、氧化鎂粉、碳酸鉀、鋯英石、特殊復(fù)合黏結(jié)劑（以下簡(jiǎn)稱“D黏結(jié)劑”）。玻璃配方設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 高鋁玻璃化學(xué)組成設(shè)計(jì)

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

混料機(jī)；壓片機(jī)；預(yù)分解爐；高溫視像溶解實(shí)驗(yàn)裝置（GWC-Ⅱ-1580）。

2 實(shí)驗(yàn)方法及結(jié)果分析

2.1 壓片造粒實(shí)驗(yàn)

利用高鋁玻璃料方，在混料機(jī)內(nèi)先混合5 min，后分別摻入1%、2%、4%、6% D黏結(jié)劑再混合5 min，接著采用20～250 MPa壓力，分別制成柱狀、環(huán)狀、球狀形狀顆粒。在前期多次壓片樣品的對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)D黏結(jié)劑摻入1%時(shí)，配合料的粒化強(qiáng)度較低，樣品容易散料。然而，當(dāng)D黏結(jié)劑摻入2%及以上時(shí)，各種壓力和不同形狀下的樣品在拆模和?；系耐暾苑矫娑急憩F(xiàn)得相對(duì)較好?？紤]到經(jīng)濟(jì)合理性，采用2%D黏結(jié)劑進(jìn)行壓片實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 不同造粒壓力?；系目箟簭?qiáng)度（2%D黏結(jié)劑，柱狀）

從表2可以看出，隨著造粒成型壓力增大，?；系目箟簭?qiáng)度也逐漸增大。當(dāng)造粒壓力到60 MPa時(shí)，?；峡箟簭?qiáng)度達(dá)到110 kPa，其成型完好，且不易碎裂，強(qiáng)度基本符合要求，結(jié)果見表3。

表3 不同形狀?；系目箟簭?qiáng)度（2%D黏結(jié)劑，造粒壓力60 MPa）

從表3可見，由于?；闲螤畈煌?，其抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)出顯著差異。其中，圓餅狀的抗壓強(qiáng)度最高，柱狀的最低。此外，各種形狀?；喜煌课坏目箟簭?qiáng)度也存在差異，其中以圓餅狀?；系目箟簭?qiáng)度最為均勻。

2.2 ?；下菪o料機(jī)投料實(shí)驗(yàn)

根據(jù)之前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用高鋁玻璃配合料摻入2%D黏結(jié)劑，造粒壓力60 MPa制成圓餅狀的最優(yōu)?；に?，共制備圓餅狀?；?7 kg；該?；贤ㄟ^螺旋給料機(jī)進(jìn)行投料，統(tǒng)計(jì)投料后塊狀粒化料81 kg，粉料6 kg，粒化料完好率93.1%，表明該粒化工藝能完全滿足產(chǎn)線投料要求。

2.3 預(yù)燒工藝實(shí)驗(yàn)

高鋁玻璃配合料分別加入0%、1%、2%、4%、6% D黏結(jié)劑，混合均勻后在200～800 ℃下保溫30 min進(jìn)行預(yù)燒實(shí)驗(yàn)，觀察粉狀配合料形貌變化并測(cè)量燒失量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 不同摻量D黏結(jié)劑的配合料預(yù)燒后燒失量情況

從圖1可見，預(yù)燒溫度為200 ℃時(shí)，配合料的燒失量主要源于水分的蒸發(fā)。當(dāng)預(yù)燒溫度升高至400～600 ℃時(shí)，燒失量增加，這主要是由于水分全部蒸發(fā)和少量碳酸鹽分解所致。當(dāng)預(yù)燒溫度進(jìn)一步升至700～750 ℃時(shí)，燒失量顯著增大，這主要?dú)w因于水分全部蒸發(fā)和較多的碳酸鹽分解。而當(dāng)預(yù)燒溫度達(dá)到800～850 ℃時(shí)，配合料發(fā)生劇烈反應(yīng)，燒失量達(dá)到峰值，表明鹽類分解基本完成。綜上所述，為使高鋁?；浜狭线_(dá)到鹽類部分或全部分解的目的，其確保燒損量不應(yīng)低于6%，優(yōu)選預(yù)燒工藝制度為溫度700～850 ℃、保溫30 min。

2.4 粒化料熔澄實(shí)驗(yàn)

2.4.1 不同D黏結(jié)劑摻量的粉狀配合料熔化澄清實(shí)驗(yàn)

不同D黏結(jié)劑摻量的粉狀配合料熔化澄清實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖2。

圖2 不同D黏結(jié)劑摻量的粉狀配合料熔化澄清結(jié)果

根據(jù)圖2可以得知，當(dāng)升溫至1600 ℃時(shí)，隨著D黏結(jié)劑比例的增加，玻璃液面高度呈現(xiàn)出依次增高的趨勢(shì)。這表明D黏結(jié)劑能夠增強(qiáng)配合料在高溫下的反應(yīng)劇烈程度。而在1600 ℃保溫40 min的過程中，隨著D黏結(jié)劑比例的增加，氣泡數(shù)量呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。這表明D黏結(jié)劑對(duì)于玻璃液的澄清具有促進(jìn)作用，因此適宜作為高鋁玻璃配合料的?；そY(jié)劑。綜上所述，D黏結(jié)劑在高鋁玻璃配合料中發(fā)揮著重要的作用，能夠增強(qiáng)高溫反應(yīng)效果并有助于玻璃液的澄清。

2.4.2 摻入2%D黏結(jié)劑的粉狀配合料、未預(yù)燒及預(yù)燒后?；系娜鄢螌?shí)驗(yàn)

摻入2%D黏結(jié)劑的粉狀配合料、未預(yù)燒及預(yù)燒后?；系娜鄢螌?shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖3。

圖3 摻入2%D黏結(jié)劑的粉狀配合料、未預(yù)燒及預(yù)燒后?；系娜鄢谓Y(jié)果

由圖3可見，當(dāng)在1600 ℃保溫40 min時(shí)，摻入2%D黏結(jié)劑的粉狀配合料、未預(yù)燒?；弦约霸?00 ℃/30 min下預(yù)燒后的?；先邭馀輸?shù)量相似，這表明經(jīng)過?；臀闯浞诸A(yù)燒的配合料對(duì)于玻璃熔化澄清的增進(jìn)效果并不顯著；而在800℃/30 min預(yù)燒后的?；蟿t展現(xiàn)出明顯更少的氣泡數(shù)量，這說明摻入2%D黏結(jié)劑的?；显诮?jīng)過800 ℃/30 min的預(yù)燒后，碳酸鹽已基本分解完畢，同時(shí)形成硅酸鹽物質(zhì)，明顯提升了玻璃熔化澄清速率。

3 小結(jié)

（1）造粒壓力增大，?；峡箟簭?qiáng)度增加；當(dāng)造粒壓力到60 MPa時(shí)，圓餅狀?；峡箟簭?qiáng)度達(dá)到110 kPa，完全能夠滿足生產(chǎn)線投料的需求；

（2）粒化料的形狀差異會(huì)導(dǎo)致其抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)變化，其中圓餅狀的粒化料表現(xiàn)出最佳的抗壓強(qiáng)度和強(qiáng)度均勻性；

（3）為了使高鋁粒化配合料達(dá)到鹽類部分或全部分解的目的，優(yōu)選的預(yù)燒工藝條件為：溫度為700～850 ℃，保溫30 min；

（4）隨著特殊復(fù)合黏結(jié)劑比例的增加，配合料的高溫反應(yīng)越來越劇烈，同時(shí)氣泡數(shù)量呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。這可能表明這種特殊復(fù)合黏結(jié)劑對(duì)高鋁玻璃液的澄清有促進(jìn)作用。

（5）經(jīng)?；拔闯浞诸A(yù)燒的配合料，其對(duì)玻璃熔化澄清的促進(jìn)作用并不明顯；經(jīng)過800 ℃/30 min預(yù)燒后的?；?，其碳酸鹽已基本分解并形成硅酸鹽物質(zhì)，明顯提升了玻璃熔化澄清速率。

4 結(jié)語(yǔ)

高鋁玻璃配合料經(jīng)過粒化后，超細(xì)粉顆粒被包裹，粉狀配合料分層、飛散將得到明顯改善。同時(shí)經(jīng)過預(yù)燒后的?；?，其鹽類分解并形成由硅酸鹽和二氧化硅組成的不透明燒結(jié)物，配合料導(dǎo)熱性增加，這有利于促進(jìn)高鋁配合料的熔化澄清，提升產(chǎn)品品質(zhì)，延長(zhǎng)窯爐使用壽命［3］。這種方法不僅符合玻璃工業(yè)低碳、綠色發(fā)展的要求，也對(duì)提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量具有積極的意義。