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【員工心聲】淺談玻璃生產(chǎn)過程中氣泡怎樣消除
發(fā)布時間：2018-05-18 09:17:22
作者：帝豪 郭雙虎
氣泡是玻璃中常見缺陷，其中產(chǎn)生的原因很多，有熔化能力不足，溫度不夠造成的，有澄清不良消除不掉的，也有耐火材料產(chǎn)生的，還有成型時供料操作不當(dāng)帶來的。根據(jù)氣體在玻璃液中的溶解度與溫度成反比的理論：討論窯爐結(jié)構(gòu)及工藝條件對消除氣泡的影響，找出窯爐熔化溫度和出料量及氣泡數(shù)量間的平衡關(guān)系。
玻璃熔制工藝中氣泡消除中心，熔制過程是一個復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程,包含硅酸鹽形成階段,玻璃形成階段,澄清均化階段,其中澄清階段是氣泡消除的過程.在這一過程中隨溫度升高玻璃液粘度降低,氣泡中的氣體,窯內(nèi)氣體與玻璃液中物理溶解和化學(xué)結(jié)合的氣體之間建立平衡,再使可見氣泡漂浮于玻璃液面加以消除.在澄清過程中可見氣泡的消除按下列兩種方式進行:
１氣泡體積增大加速上升,漂浮出玻璃表面后破裂消失.
２小氣泡中的氣體組份溶解于玻璃液中,氣泡被吸收而消失.氣泡的大小和玻璃液的粘度是氣泡能否漂浮的決定因素.根據(jù)斯托克斯定律,氣泡的上升速度與氣泡的半徑平方成正比,而與玻璃液粘度成反比.根據(jù)高白料玻璃的成分計算玻璃液在不同溫度下的粘度,并與我公司玻璃配方相比較.以澄清位置的玻璃液溫度,氣泡上浮距離計算不同直徑氣泡的上浮時間.提高熔化溫度可增加直徑0.2mm以上氣泡的上浮速度,減少上浮所需要時間,但對直徑在0.2mm以下的氣泡則很難通過上浮而消除,必須通過對溫度進行調(diào)節(jié)使小氣泡在玻璃液中被吸收而消除.在玻璃液降溫過程中,由于氣體變冷,氣體壓力不變的情況下氣泡將變小.由于玻璃表面張力的原因,氣泡內(nèi)壓力因半徑的減小而增大,降溫時,玻璃液中氣體的飽和壓力低于氣泡內(nèi)氣體的壓力,氣泡內(nèi)的氣體釋散到玻璃液中.由于放出了氣體,氣泡半徑又減小,玻璃液表面張力使氣泡內(nèi)壓力進一步增高,直到最后氣泡完全被玻璃液所吸收.玻璃液在澄清過程中,大氣泡排出與小氣泡吸收這兩個階段是必不可少的,前者要求必要的溫度和持續(xù)時間,后者需要一定的溫降梯度,如果這些條件有一項達(dá)不到就會使制品帶上氣泡.
窯爐結(jié)構(gòu)及所給出的工藝條件對消除氣泡的影響
1.窯爐結(jié)構(gòu) 該窯爐結(jié)構(gòu)有兩個特點:一是大傾角小動量比的小爐結(jié)構(gòu),二是下沉的深澄清池結(jié)構(gòu).這種結(jié)構(gòu)使火焰有較高的速度和剛性,火焰緊貼玻璃液面,對料堆有一個向前的推力.據(jù)測量,當(dāng)熔化溫度不足,出料量偏大時,料堆移后,有的配合料還未完全熔化就到了澄清部,占用了澄清時間,使澄清不充分,本該排出的氣泡留在了玻璃液中進入了冷卻階段.制品上直徑0.2mm以上的氣泡就是這樣形成的.不同直徑氣泡上浮速度和所需時間不一樣。窯長方向上澄清距離短,澄清時間相對不足,大氣泡的排出有時是不充分的.從澄清池結(jié)構(gòu)分析,所謂深澄清池下沉也有限,比較以往下沉的深池,垂直方向上玻璃液向下冷卻的距離縮短,時間減少,溫度降低幅度小.玻璃液向下澄清的時間短，小氣泡不能完全溶解于玻璃液中,進入上升料道的玻璃液既有直徑0.2mm以上的氣泡,也有直徑0.2mm以下的灰泡. 玻璃液從上升料道底部到頂端一直到料盆附近還有一個冷卻過程,由于上升料道保溫強度高,這個階段溫降梯度不大,頂端的玻璃液溫度高,為使成型溫度合適須加大冷卻風(fēng)量,玻璃液被快速強制冷卻,表皮處的玻璃因過冷而影響了對小氣泡的吸收,這就出現(xiàn)了制品上小氣泡分布不勻的現(xiàn)象.為充分發(fā)揮玻璃液進入流液洞以后這個過程吸收小氣泡的作用,我們把上升料道的保溫強度降低,拆掉保溫磚,測量結(jié)果顯示上升料道頂端的玻璃液溫度降低，調(diào)溫風(fēng)機的轉(zhuǎn)速下降。這樣處理的結(jié)果是制品上的氣泡直徑變小,數(shù)量變少。
2.加料機改造,出料量控制 窯爐配備的加料機不能實現(xiàn)裹入式薄層加料,碎玻璃比例只有%7,配合料入爐后漂浮在玻璃液面上的高度大,這給火焰的吹動增加了作用面積,推力增加漂動速度加快.比較碎玻璃比例大的綠料(部分裹入式加料),料堆浮在液面上的高度小,料堆前沖的現(xiàn)象就不明顯.改進加料機縮小吐料口,將加料機下移使加入的配合料部分浸入到玻璃液中,料堆的厚度減小,受力面積減小了,料堆前沖的距離減少,有利于防止跑料,增加澄清時間.
3.熔化溫度 一般而言,提高熔化溫度是解決氣泡最直接的措施,它是通過加快配合料的熔化速度,提高玻璃液的溫度,降低粘度,從而有利于氣泡的排出.就本例而言,熔化溫度提高后有以下幾個直接作用. ①加大了火焰的噴出速度和火焰長度.火焰速度提高的作用是對料堆的推力加大,火焰加長的結(jié)果是熱點前移.熱點前移使冷卻段縮短,不利于小氣泡吸收. ②提高了玻璃液的溫度,降低了玻璃液中氣體的溶解度,析出的氣體增多,當(dāng)澄清時間不充分時起不到使氣泡減少的作用而是相反. ③降低了玻璃液的粘度.粘度降低一方面有利于大氣泡排出,另一方面使料堆向前漂移的阻力減小更容易跑料,惡化澄清質(zhì)量，不利于氣泡排出.觀察到的情況是氣泡時多時少的現(xiàn)象更加嚴(yán)重了,這說明第二方面的作用大. ④氣泡直徑變大.這些長大的氣泡來不及從玻璃液中排出就進入了冷卻段,反而變得不易吸收.而適當(dāng)降低熔化溫度,火焰噴出速度減小,玻璃粘度增大不易跑料,熱點后移澄清時間延長,氣體在玻璃中的溶解度提高,氣泡就能夠減少或者消除.當(dāng)然也不是溫度越低越好,當(dāng)溫度降低到一定程度時,問題會走向反面,不但氣泡減輕不了,結(jié)石還會出現(xiàn).
4.配方中氣體率對氣泡數(shù)量的影響 增大氣體率雖然能縮短熔化時間,相應(yīng)延長澄清時間,但這一效果比起氣體率增大需要更長的澄清時間來說是負(fù)面的,同時氣體率提高還增加了配合料的成本,是不合算的,所以最后我們將氣體率降低。
5.玻璃粘度的影響 為了研究玻璃粘度對跑料的影響,我們比較了另一座生產(chǎn)綠料窯爐加料口處玻璃液的溫度和粘度,兩種料的粘度上的差異對料堆漂移速度的影響很明顯,從人工撥料的難易程度上也能看得出來.這可以解釋同一座窯爐生產(chǎn)綠料時出料量大不易跑料,而生產(chǎn)白料時出料量小還容易跑料的原因.
總結(jié),此次解決氣泡問題思路來自大多數(shù)氣體在玻璃液中的溶解度與溫度成反比的理論,用于生產(chǎn)實踐,通過采取降低溫度的措施提高氣體在玻璃液中的溶解度,使大量影響制品外觀質(zhì)量的氣泡被玻璃液吸收.事實上這座窯爐生產(chǎn)高白料玻璃瓶其熔化溫度,出料量和氣泡數(shù)量之間存在一個平衡關(guān)系,即出料量減少時熔化溫度還可以適當(dāng)降低,出料量增加時,熔化溫度應(yīng)適當(dāng)提高,但不能超高.用這一規(guī)律指導(dǎo)生產(chǎn),可使制品氣泡數(shù)量控制在允許范圍之內(nèi)。