摘要:根據(jù)氣體在玻璃液中的溶解度與溫度成反比的理論,討論了窯爐結(jié)構(gòu)及工藝條件對(duì)消除氣泡的影響,找出了窯爐熔化溫度,出料量與氣泡數(shù)量間的平衡關(guān)系,用以指導(dǎo)生產(chǎn).
    關(guān)鍵詞:玻璃瓶;高白料;氣泡;吸收法{TodayHot}
    氣泡是玻璃中的常見(jiàn)缺陷,其產(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(shí)供料操作不當(dāng)帶來(lái)的.本文討論我公司1號(hào)玻璃窯爐生產(chǎn)高白料玻璃瓶時(shí)消除氣泡的做法.
    氣泡的產(chǎn)生及消除過(guò)程
    1號(hào)玻璃窯爐是座燃煤蓄熱室馬蹄焰池爐.在設(shè)計(jì)上采用小動(dòng)量比,傾斜底板小爐結(jié)構(gòu),深澄清池,傾斜上升式流液洞與上升料道,無(wú)工作池,該窯爐冷修改造后生產(chǎn)高白料玻璃瓶,投產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)制品上帶有氣泡,有圓形的,橢圓形的和表面薄皮氣泡,數(shù)量0個(gè)23/!左右,嚴(yán)重影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量.起初,我們按排出法的思路采取措施:提高熔化溫度,降低熔化率,將火焰空間輻射溫度逐步提高,出料量也降低,結(jié)果氣泡數(shù)量增加到523/!,直徑增大薄皮氣泡增多;提高配合料氣體率,加大澄清劑用量,氣體率提高,但氣泡并未減少;加大助熔劑的引入量,仍無(wú)明顯效果.{HotTag}面對(duì)制品上越來(lái)越多的氣泡,我們意識(shí)到“吸收法”的思路才可能是正確的.于是,將熔化溫度降低后氣泡數(shù)量減少。后又降到0個(gè)23/!,接著改進(jìn)加料機(jī)實(shí)現(xiàn)薄層裹入式加料,繼續(xù)降低熔化溫度,出料量控制合適,最終氣泡數(shù)量穩(wěn)定,直徑減小。            
    玻璃熔制工藝中氣泡消除機(jī)理
    熔制過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)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(guò)程.在這一過(guò)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(jiàn)氣泡漂浮于玻璃液面加以消除.在澄清過(guò)程中可見(jiàn)氣泡的消除按下列兩種方式進(jìn)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(jì)算玻璃液在不同溫度下的粘度,并與我公司一翠綠玻璃配方相比較.以澄清位置的玻璃液溫度,氣泡上浮距離計(jì)算不同直徑氣泡的上浮時(shí)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(shí)間,但對(duì)直徑在0.2mm以下的氣泡則很難通過(guò)上浮而消除,必須通過(guò)對(duì)溫度進(jìn)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(guò)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(shí),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(jìn)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(guò)程中,大氣泡排出與小氣泡吸收這兩個(gè)階段是必不可少的,前者要求必要的溫度和持續(xù)時(shí)間,后者需要一定的溫降梯度,如果這些條件有一項(xiàng)達(dá)不到就會(huì)使制品帶上氣泡.
    窯爐結(jié)構(gòu)及所給出的工藝條件對(duì)消除氣泡的影響
    1.窯爐結(jié)構(gòu)
    該窯爐結(jié)構(gòu)有兩個(gè)特點(diǎn):一是大傾角小動(dòng)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(duì)料堆有一個(gè)向前的推力.據(jù)測(cè)量,當(dāng)熔化溫度不足,出料量偏大時(shí),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(shí)間,使澄清不充分,本該排出的氣泡留在了玻璃液中進(jìn)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(shí)間不一樣。窯長(zhǎng)方向上澄清距離短,澄清時(shí)間相對(duì)不足,大氣泡的排出有時(shí)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(shí)間減少,溫度降低幅度小.玻璃液向下澄清的時(shí)間短，小氣泡不能完全溶解于玻璃液中,進(jìn)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(gè)冷卻過(guò)程,由于上升料道保溫強(qiáng)度高,這個(gè)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?gòu)?qiáng)制冷卻,表皮處的玻璃因過(guò)冷而影響了對(duì)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(jìn)入流液洞以后這個(gè)過(guò)程吸收小氣泡的作用,我們把上升料道的保溫強(qiáng)度降低,拆掉保溫磚,測(cè)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(jī)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(jī)改造,出料量控制
    窯爐配備的加料機(jī)不能實(shí)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(dòng)增加了作用面積,推力增加漂動(dòng)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(jìn)加料機(jī)縮小吐料口,將加料機(jī)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(shí)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(guò)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(gè)直接作用.
    ①加大了火焰的噴出速度和火焰長(zhǎng)度.火焰速度提高的作用是對(duì)料堆的推力加大,火焰加長(zhǎng)的結(jié)果是熱點(diǎn)前移.熱點(diǎn)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(shí)間不充分時(shí)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(shí)多時(shí)少的現(xiàn)象更加嚴(yán)重了,這說(shuō)明第二方面的作用大.
    ④氣泡直徑變大.這些長(zhǎng)大的氣泡來(lái)不及從玻璃液中排出就進(jìn)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(diǎn)后移澄清時(shí)間延長(zhǎng),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(shí),問(wèn)題會(huì)走向反面,不但氣泡減輕不了,結(jié)石還會(huì)出現(xiàn).
    4.配方中氣體率對(duì)氣泡數(shù)量的影響
    增大氣體率雖然能縮短熔化時(shí)間,相應(yīng)延長(zhǎng)澄清時(shí)間,但這一效果比起氣體率增大需要更長(zhǎng)的澄清時(shí)間來(lái)說(shuō)是負(fù)面的,同時(shí)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(duì)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(duì)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(lái).這可以解釋同一座窯爐生產(chǎn)綠料時(shí)出料量大不易跑料,而生產(chǎn)白料時(shí)出料量小還容易跑料的原因.　　
    總結(jié)
    此次解決氣泡問(wèn)題思路來(lái)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(shí)踐,通過(guò)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(shí)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(gè)平衡關(guān)系,即出料量減少時(shí)熔化溫度還可以適當(dāng)降低,出料量增加時(shí),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)。