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1、硼硅硬料玻璃的电熔工艺叶幼东扬州玻璃厂捕薹熔制普通玻璃的正确措施，未必适用于特种玻璃。当采用全电熔工艺时，尤需区别对待。通 过调研一本文针对硼硅硬料玻璃的特性，探讨采用全电熔时在原料配制和熔制工艺方面，应采取 哪些技术措施，以发挥其应有的效能。美譬镯：硼硅硬料玻璃 电熔技术措施一、硼硅硬料玻璃的特性“硼硅硬料玻璃”常指热膨胀系数为33107，和40107，的硼硅酸盐玻璃，前者是 IS03585规定的33硼硅玻璃-美国牌号为Pyrex-7740，我国代号为BJTY8032，用途广泛；后者 在国际上尚无统一标准，我国行业标准为DGW240，主要用作高强度气体放电灯的玻璃器件。两者 主要的理化性能见
2、下表项目单位 性 能数值1热膨胀系数(20300) l， (3310)xl口7 (40510)X1072软化点温度(粘度107 6泊) 82010 770103热稳定性 270 2354退火点温度 ” 560lO 555105虎变点温度 5lOlO 505106密度 跏m3 223o02 2260027抗水化学稳定性 级别 I硼硅硬料玻璃因其成份和结构与一般的钠钙玻璃和铅玻璃不同，而具有如下特性：1难熔化，难澄清。33硼硅玻璃熔化温度(粘度10泊秒时)可达1680C，：作温度(粘度l舻泊-秒时)可选1250C以上：DGW240玻璃的相应温度也选1600C和1200C。可见其熔化莆I澄清都困难e
3、【：业生 产的问题是制品的砂粒(配合料结石类)和气泡难以这到相应标准的要求。2硼挥发 硼硅硬料玻璃在高温F熔化和澄清B20，的挥发应予重视。在火焰加热的池炉中，其挥发鼍更人，从而导致熔池内玻璃液分层、L作池和料道结皮、制品中懂现条纹和析品结打。3玻璃液分屡由丁：B：03的挥发和比重人的组份A120，及Fe2q的卜-沉，硼硅埂料玻璃液在熔池内有明显的分 层现象，导致在池底形成变质层或积聚脏料，其A1203和Fez03含量明显高flL常的玻璃，而Bp， 含鬣划很低，粘度大，流动性差，如不及时排除，造成条纹和析晶，给生产带来根大困难。4导电性差热不稳定性硼硅硬料玻璃成份中的Na20为4-5，显著低f
4、一般的钠钙玻璃，因而其电阻率高-导电性燕。玻璃的电阻率随温度变化，呈函数曲线。硼硅硬料玻璃该曲线的调整角大-当外界因素对局部 和整个系统有微小干扰时，极易造成玻璃液的电阻和温度的剧变：如温度升高，使玻璃液电阻降低， 电充增大，从而使温度再升高这就是热不稳定性。在电辅勘加热和全电熔炉系统殴计中，应采取一5 4有效措施，避免此现象。5玻璃分相热膨胀系数在34-4210一V的硼硅玻璃经多次退火或长时间退火。极易造成分相，使制 品发毛里镦裂纹。这是抗水化学稳定性和机械强度剧降的结果。从上述特性看来硼硅硬料玻璃属高技术玻璃范畴。二、硼硅硬料玻璃的电熔工况1理想工况 如图l示，配台料经加料机的纵向和横向运
5、动，均匀地分布在料毯表面上，此后一层压一层地垂直向下运动，熔化、澄清经流液洞和上升道而进入料道。熔池内物料运动是活塞那样的整体流， 即在任何一个横截面上。各点的热历史相同因而熔化和澄清均匀、良好料毯状况很重要。正常的料毯应是厚度适宜、均匀、无硬块、无泥浆，中部不鼓泡，周边透气良好从而发挥如下作用： (1)使熔化区与炫项空间隔离为玻璃熔制创造了良好条件。 (2)由于料毯的回流凝聚作用，使玻璃中的易挥发组份如B20，、Na20和K20挥发损失显著降低(3)由于辩毯的覆盖和隔离作用，使碹顶空间保持较低温度(常为l一160)，即通常说 的“冷顶子”使热损失剧降，相应降低了电耗(4)让水，二氧化碳等及时
6、逸出，使玻璃液澄清良好。 在全电熔炉的实际操作中为接近理想工况，除使料毽保持良好状况外，需注意料毯下方的半熔化层不宜厚。此层太厚。阻塞了气体遣出的通道，破坏了料毯的稳定性，使玻璃中夹杂气泡和结 石；还应注意炉底脏料的及时排放脏辩聚集干扰了整体活塞流t改变了熔油下部的电场和温度分 布，产生条纹和析晶。加科机 ；一一N一 真体选出I一眵、L_二hd=k-bb，爿瘩液面科毯 心熔化区半熔化层澄区清，。：君一|：一一一一：、一 鎏，及时效料图l全电熔炉工况示意2-2；蓄譬科玻璃全电熔实际操作中会出现一些与钠钙玻璃和铅玻璃不同的怪现象。使工况恶在硼硅硬科玻璃全电熔实际操作中-会出现一些与钠钙玻璃和铅城瑁
7、币同阴仕现象俚上巩芯 化。列举如下：c1)“冰山”现象 如图2示，在料毯中部出现硬块严重时生料堆积如山，温度明显低于正常值-而电报上方料毯处局部炽热，乃至穿孔、喷发-国外同行称之为“冰山”(iceberg)现象。此时熔池内玻璃液电 阻剧增，热点温度剧降，熔化极不均匀，生料结石、析晶结石和气泡涌现全出废品。生料堆积如山穿孔图2“冰山”示意 (2)生料局部下沉如图3示硼硅硬料玻璃全电熔如套用钠钙玻璃和铅玻璃电熔的一些做法，即高熔化率(如2535tm2d)、厚料毯(如300-400ram)操作-会出现料毯局部鼓泡、生料部分下沉的现象，选 时熔化区虽然温度较高但熔制并不理想，局部下沉的生料形成配合料结
8、石；同时因料毯过厚气 泡不能及时排除制品中气泡超标。帮鼓泡翻3生料局部下沉示意(3)料毯局部积泥浆 如图4示硼硅硬料玻璃液的有效澄清剂是食盐但食盐用量因炉而异。在全电熔炉中-如果简单地套用火焰池炉的食盐用嚣，则会使工况恶化：部分料毯很潮湿-局部聚集泥浆：当某些原料 中含硫量高时，也会出现这种现象。泥浆出现的位置并不固定，但靠近加料门一侧出现几率较大， 泥浆积聚使料毯局部加厚、透气性变差，制品中的结石和气泡增多。浆积聚 加料机图4泥浆局部积聚示意(4)池底积聚脏料 钠钙玻璃全电熔池底几无脏料；铅玻璃全屯熔池底有铅、铁，锡的化台物积聚只在周期性短暂排放即可满足正常生产要求；但硼硅硬料玻璃熔池底部的
9、脏料问题应予更多的重视，如不及时放净，则会引起下列后果：脏料层温度低、粘度大、流动性差。是造成析晶结石和条纹的祸首，对玻璃液澄清也不利； 当脏料积累多时会导致玻璃缺陷剧增几无正品。脏产中的一些组分与金属钼反应形成低熔物，加剧铝电极和电极夹套的腐蚀。池底铺面砖和电极砖电阻值降低，腐蚀加剧，严重时漏料。硼硅硬料玻璃全电熔炉的设计者和操作者，应避免上述恶劣工况力求熔炉工况接近理想，其 相应的措施将在以后的章节中阐述。三、硼硅硬料玻璃电熔的配料特点电熔硼硅硬料玻璃的原料配制有别于常规的配料作业主要应考虑三个方面：l-原料择优；2配料准确、稳定：3状态控制。现分述如下：1原料择优 为使该玻璃电熔工况良好
10、对石英砂、含硼原料和氧化铝原料应认真对待。 (i)石英砂玻璃电熔的石英砂应严格控制细粉(-010mm粒子)含量，这已形成共识。但硼硅硬料玻璃 还应对粗砂严控，即不允许有+035ram的粗粒，石英砂粒级控制范围以n35+o1伽n为好如 果石英砂矿不能完全满足耍求，则进厂后应加筛分解决。(2)含硼原料含硼原料有多种，对硼硅硬料玻璃电熔生产，国内普通采用的是硼酸和五水硼砂。而田外主要采用无水硼砂Na28407。用无水硼砂的电熔炉生产过程中B2岛的挥发损失小料毯稳定透气良好；无承硼砂除提供 B，O，外还提供Na20。故该原料单价虽比硼砂和五水硼砂贵但综合看配合料成本并不高-且使 用效果更好。问题在于无
11、水硼砂目前仍依赖进口，需选择台适的进口渠道考虑运输及仓贮避免 供应脱节。(3)氧化铝原料 玻璃生产所需的氧化铝成分，通常由长石提供，国内有些生产硼硅硬料玻璃的厂家也把长石用于电熔炉，实际效果不好。其原因是长石矿成份波动大，难以满足电熔对Al归，控制范围的需要，屯熔棚硅硬料玻璃所需A12cb，应采用化工原料，即工业氧化铝或氢氧化铝。2配科准确、稳定 硼硅硬料玻璃的电熔炉多属小型炉，因玻璃同性较特殊。且炉子体积小，停留时阃短，对配料的准确稳定性当然要求更严些。F述三点值得注意：碎玻璃管理碎玻璃比倒：虽然在国外对硼硅玻璃电熔炉碎玻璃比例也有高达60的实例，担国内的 同类电熔炉都是小型炉，为使料毯稳定
12、：气体顺利排除，实践证明碎玻璃比倒不超过40为宜， 该比例值应相对稳定不应频繁更改。碎玻璃质量要控制。一删粒度控制应避免大块和细粉；二则要控制Fe203含量-硼硅硬料 玻璃的硬度比普通玻璃大要傲到上述二点应选用台适的破碎机和除铁装置石英砂水分 众所周知，电熔炉采用千砂但对硼硅硬料玻璃电熔也要防止石英砂水分过小硼硅硬料玻璃电熔所用的石英砂平均粒径较细如果水分太小，则配料和加料粉尘飞扬，不仅加重了收尘负荷， 而且直接影响配料的准确性n纯碱 硼硅硬料玻璃电熔宜用重质碱其粒度相对较粗，飞扬损失小且氯根含量也较低有利于电熔作业稳定。3状态控制 所谓“状态控制”总体讲是指硼硅硬料玻璃电熔工况稳定。具体说是
13、料毯状态稳定和铝电极工作良好。关于料毯问题上文己述及为保持料毯状态稳定，应严格控制原料中氯根和硫离子的引入量， 该引入量超标会引起料毯积泥浆，半熔化层过厚、气体难以逸出等弊端，使电熔工况恶化。欲使钼电极工作良好，不仅应选择质量优良的钼电极，而且在整个生产过程中应防止其氧化和减轻其腐蚀，即对炉内气氛进行控制。从壤料配制的角度看，对硼硅硬料玻璃电熔炉应从严控制氧 化剂不用As、sb的氧化物作澄清剂i原料中水分要控制不应超过规定值；还应尽量降低Rn 等杂质混入。硼硅硬料玻璃的电熔的配料要求比普通玻璃严格，但只要认真对待，上述三方面均可达到。四、硼硅硬料玻璃电熔工艺要领硼硅硬料玻璃的大批量生产采用二种
14、方法：混合熔融和全电熔本文无意对这二种生产方法作 详细比较，仅作概述：这二种方法在工艺设备上各其特点，都能生产出质量符合市场需要的产品。 混合熔融生产可靠操作范围较广历史较久：而全电熔炉只要设计正确、操作稳定，可取得更好 的效果：熔化率较高、能耗较低，玻璃料液的综合利用率较高，且有利于环境保护。国外生产硼硅 硬料玻璃的全电熔炉达到的先进水平：熔化率20Tm2d玻璃料液综合利用率60-70一吨玻璃液电耗lO一12Kw打。效能显著。国内硼硅硬料玻璃的全电熔炉好坏悬殊差者有的不能正常生产，有的运行一段时间后被迫停 产；好者虽能正常运转，但其技术指标与国外先进水平仍有差距。为了发挥硼硅硬料玻璃全电熔应
15、有的效能，需在熔炉设计和熔制工艺上采取相应措旌，现述如下：1正确、合理地设计全电熔妒 国内几座有严重问题的硼硅硬料玻璃的全电熔炉，出现本文第二章所述的种种恶劣一况，运转艰难。其原因首推熔炉设计有缺点错误其经验教训值得注意。熔池深度和流液洞的设计。钠钙玻璃和铅玻璃全电熔炉基于垂直深层熔化原理，熔池深度 l矗2Om者成功运行的实例很多但这一数据不宣套用于硼硅硬料玻璃实践证明：硼硅硬料玻璃 的全电熔炉熔池朔l度1112m为宜，相应地采用-F沉式流渡洞，其长度和截面也应合理才能减少 涡流和提高熔化澄清效果熔化率指标选取。设计正确的钠钙玻璃和铅玻璃全电熔炉熔化率可以达到25-3：5Tmzd甚至更高些。但
16、是基于硼硅埂料玻璃的特性，其全电熔炉的熔化率宜选15-2，叽ym2d，这被生产实践证实。电极的台理设计。基于硼硅硬料玻璃的特性，电极设计很重要，应认真处理好下列各点：o确定电极的直径、数量和浸入玻璃液的长度，以得到合理的电流密度确定电报适宜的插入方式，基本方式有平插、底插和顶插三种多层平插缺点明显，趋于不 用；以底插或顶插为主的组台方式，可取得更好的效果一电极的合理排布。电极的适宜保护电极的推进方法和合理的推进制度 上述内容根复杂应通过模型试验结合相近的生产实践经验，综合分析-才能使熔池内流畅、电场、温度场分布合理，熔化和澄清良好。熔池底部脏料的排放。本文第二章已阐述在池底脏料的排放方面，硼硅
17、硬料玻璃比钠钙玻璃 和铅玻璃要求高，如放料点位置不当或放料装置过于简陋(只能全开或全关放料量不好控制)， 都不能使脏料及时放净。采用电加热铂金放料装置，易控制出料量，加上合理的排放制度，可达到清除池底脏料的目的。电极电流的平衡措施a为克服硼硅硬料玻璃在熔化过程中易出现的热不稳定性现象，可通过 模型试验，在变压器和送电系统采取相应措施，使电极间电流平衡。电极砖的合理设计。国内某些生产瑚硅硬料玻璃的电熔炉电极砖腐蚀严重，影响熔炉正常运 转，甚至被迫停炉。实践教训：必须选用适合硼硅硬料玻璃的忧质材料作电极砖，注意熔炉各部位 耐火材料的配套使用；对电极砖的外形尺寸也需合理设计，否则影响电场分布和温度分
18、布。2熔制工艺的举措正确合理的设计是全电熔炉成功运转的前提。实际生产中还需在工艺操作方面举措正确。本文 第三章已阐述了原料配制的举措本节则描述熔制工艺措施。设计正确的全电熔炉欲正常运转涉及到下列因素： (1)原料、碎玻璃和配合料状况(2)熔炉出料量 (3)熔炉输入功率(4)料毯与炫顶温度(5)熔池内玻璃液温度与电阻 (6)流液洞、上升道、料道各区温度 (7)炉底放料和料道溢流情况 (8)供电情况(9)供水情况 (IO)接地和泄漏情况 基于硼硅硬料玻璃的特性其全电熔比普通玻璃困难，为避免本文第二章中所述的种种恶劣J：况使全电熔炉正常运转发挥效能，在熔制工艺上应注重F述各点：原料、碎玻璃、配合料是
19、否符合电熔要求?有关内容在本文第三章已阐述。司炉工尤需注意 碎玻璃的质量和数量、原料中氧化铝波动情况、氯根和硫离于含量及时与配料工联系，使其控 制在允许范围内。电熔炉出料量力求稳定其最佳范围为设计值5当成型量较低时可加大料道(或科 盆)的溢抖量，以维持熔炉总出辩黛的稳定。熔炉输入功率鹿与熔炉出料量匹配。在综合考虑配合料和碎玻璃实况、出料量波动情况，结合料毯状况、碹项温度、熔池内温度年1吨阻变化趋势及时调整，保持输入功率与出料量的平衡。比普通玻璃熔制，更多地关心料毯状况和熔池玻璃电阻变化趋势，及肘掌握料毯增厚、透气 性变蔫、可能鼓泡和积泥浆、电阻将升高或降低的种种迹象超前调整控制要忌生搬硬套普通
20、玻璃的电熔的操作方法。硼硅硬产玻璃全电熔炉比普通玻璃池深浅、熔制 温度高、气泡较难排除加上硼挥发、玻璃液分层、热不稳定等特性，不能照搬普通玻璃那种“厚 料毯、高熔化率、宽调：宵范围的操作方法。硼硅硬料玻璃电熔炉宜在相对较薄的料毯、较低的熔化 率、出料量和输入功率波动更小的状态下运转。操作范围下限印特殊情况F的最小出料量，麻不低 于设计出料颦的80。电极浸入玻璃液的长度有最佳范围正确的设计已给定a实际生产过程应注意保持这一范围， 该氏度过长易破坏料毯，过短则熔化不良且f澄清不利。至于电极损耗则应按工艺规程，周期性地 推进来补偿。硼硅硬料玻璃炉底的排放平料道(或料盆)溢流是保证玻璃质量的必要措施应
21、按工艺规程进行。因硼硅硬料玻璃电熔炉工艺制度破坏后恢复正常比普通玻璃困难。故供电和冷却水供应的 可靠性要求高不宜停电和停水。如确因厂外电源或水源发生故障，则厂内的备用电源和水源应能 紧急投入运行如何处理停电和停水事故，在工艺规程中应规定具体步骤总之，硼硅硬料玻璃全电熔的设计和生产，不应生搬硬套普通玻璃电熔的技术措施而应在工 况的稳定性、熔化均一、澄清良好等方面对症下药。五、结束语本文针对硼硅硬料玻璃全电熔工艺的特殊性，阐明在原料配制和熔制工艺方面应采取的技术措 施。与同行商讨，以期共同提高参考文献：1Electric melting of glass todays state-of出e-ant
22、rcnds,corlpaTison with other kinds of：glass rrclting H-J Voss SCHOTT Claswerke，MainzC-mmany,19952Stcitz,W且：Hibschcr,CW：Design considerations for all-electric meltersGlass Ind62(1981)No211一i73Stanek J：Electrical melr；ng ofglass(蚌埠玻璃工业设计研究院情报室译)1986年4沈长治高硼硅玻璃生产的进步玻璃与搪瓷1988年5月5长军生高技术硼硅玻璃的熔化工艺及窑炉特点 全国玻璃生产技术交流会论文汇编1996年6月6OB厂r 2451-99我国轻工行业标准：DGW233型和DGW240型电光源玻璃主要技术数据2000年1月1日实施。一60
