玻璃工藝基礎(chǔ)原料概述及分類

第2篇玻璃工藝基礎(chǔ)第6章原料及原料的選擇第7章配合料制備第8章玻璃熔制第9章玻璃體的缺陷第10章玻璃的成形第11章玻璃的退火第6章原料及原料的選擇（掌握）6.1原料概述及分類6.2原料的選擇6.3主要原料6.4輔助原料6.5碎玻璃6.6原料均勻技術(shù)（自學(xué)）6.1原料概述及分類用于制備玻璃配合料的各類物質(zhì)→玻璃原料分類主要原料：在玻璃中引入各種組成氧化物的原料。輔助原料：為使玻璃獲得某些必要的性能或加速熔制過程而使用的原料。用量和作用主要原料酸性氧化物：SiO2、Al2O3、B2O3等堿性氧化物：K2O、Na2O、Li2O等二價金屬氧化物：BeO、MgO、CaO等堿土金屬氧化物：ZnO、PbO、CdO等多價金屬氧化物：TiO2、ZrO2等輔助原料澄清劑：As2O3、Sb2O3、硝酸鹽等著色劑：Mn2O3、Cr2O3等脫色劑：硝酸鈉、CeO2等乳濁劑：氟化合物、磷酸鹽等氧化劑：硝酸鹽、As2O3、CeO2等還原劑：碳粉等助熔劑：螢石、硼化合物等熟料原料天然原料化工原料引入的組成→碎玻璃6.1原料概述及分類6.2原料的選擇選擇原則1原料的質(zhì)量要符合要求2易于加工3成本低，儲量豐富，供應(yīng)可靠4對耐火材料的侵蝕要小5盡量采用適于熔制和無害的原料6.3主要原料1引入SiO2的原料SiO2在玻璃中的作用引入SiO2的原料石英砂（硅砂）、砂巖、石英巖等。表10－3注意（1）石英砂的顆粒度與顆粒組成最適宜的顆粒尺寸一般為0.15～0.8㎜(40－0.6目）。其中：0.25～0.5㎜（60目）的顆粒≮90%，0.1㎜（20目）以下的顆粒≯5%（2）有害雜質(zhì)的含量（表10－2）2引入B2O3的原料B2O3在玻璃中的作用引入B2O3的原料硼砂、硼酸和含硼的礦物（硼鎂石2MgO·B2O3·H2O、鈉硼解石NaCaB5O9·8H2O、硅鈣硼石）等3引入Al2O3的原料Al2O3在玻璃中的作用引入Al2O3的原料長石、高嶺土（粘土）、瓷土、蠟石、氧化鋁、氫氧化鋁和含鋁的礦渣和含長石的尾礦。還可引入Na2O、K2O、SiO26.3主要原料說明（1）長石有淡紅色的鉀長石（K2O·Al2O3·6SiO2)、呈白色的的鈉長石（Na2O·Al2O3·6SiO2)和鈣長石（CaO·Al2O3·6SiO2)三種。（2）對長石的質(zhì)量要求：Al2O3>16%;Fe2O3<0.3%;R2O>12%（3）瓷土（Al2O3·2SiO2·2H2O)主要礦物組成是高嶺石,其Fe2O3雜質(zhì)較多。6.3主要原料4引入Na2O的原料Na2O在玻璃中的作用引入Na2O的原料純堿和芒硝，還有部分的氫氧化鈉和硝酸鈉說明（1）純堿分為輕質(zhì)和重質(zhì)兩種。其重質(zhì)有助于配合料的均勻混合。（2）芒硝使用須在還原劑（一般用煤粉）的作用下降低分解溫度，由1120－1220℃降低到500－700℃。（3）芒硝除引入Na2O外，還有澄清作用。（4）芒硝蒸汽對耐火材料腐蝕很厲害。6.3主要原料5引入K2O的原料K2O在玻璃中的作用引入K2O的原料鉀堿（碳酸鉀）和硝酸鉀。還是氧化劑、澄清劑和脫色劑6引入CaO的原料CaO在玻璃中的作用引入CaO的原料石灰石、方解石、白堊以及工業(yè)碳酸鈣6.3主要原料7引入MgO的原料MgO在玻璃中的作用引入MgO的原料白云石（苦灰石）、菱鎂礦。說明菱鎂礦含F(xiàn)e2O3較高，在用白云石引入MgO不足時才用。8引入BaO的原料BaO在玻璃中的作用引入BaO的原料重晶石（BaSO4)和毒晶石（BaCO2)說明鋇的化合物都是有毒原料，使用時應(yīng)注意。6.3主要原料9引入ZnO的原料ZnO在玻璃中的作用引入ZnO的原料鋅氧粉（氧化鋅）和菱鋅礦（碳酸粉）10引入PbO的原料引入Na2O的原料PbO在玻璃中的作用鉛丹（四氧化三鉛Pb3O4)黃丹（PbO)說明紅丹和黃丹都是有毒原料。6.3主要原料6.4輔助原料輔助原料澄清劑：As2O3、Sb2O3、硝酸鹽等著色劑：Mn2O3、Cr2O3等脫色劑：硝酸鈉、CeO2等乳濁劑：氟化合物、磷酸鹽等氧化劑：硝酸鹽、As2O3、CeO2等還原劑：碳粉等助熔劑：螢石、硼化合物等常用的澄清劑白砒（As2O3）：用量為配合料的0.2－0.6%三氧化銻（Sb2O3）：與白砒混合使用效果好硫酸鹽（Na2SO4):為配合料的1－1.5%氟化物、食鹽、二氧化鈰、銨鹽等1澄清劑概念往玻璃配合料或熔體中加入高溫時本身能氣化或分解放出氣體，以促進(jìn)玻璃中氣泡排除的物質(zhì)。6.4輔助原料2著色劑概念使玻璃著色的物質(zhì)。常用的著色劑錳化合物：用量為配合料的3－5%鐵化合物：鉻化合物：用量為配合料的0.2－1%硫化物：0.02－0.17%銅化合物：用量為玻璃的1－2%鈷化合物：淺藍(lán)色為玻璃的0.002%，深藍(lán)色0.1%金化合物：0.01－0.03%銀化合物：0.06－0.2%銅化合物：1.5－5%6.4輔助原料3脫色劑

制造無色玻璃使用的一種消除顏色的物質(zhì)。（1）化學(xué)脫色劑：借助于脫色劑的氧化作用，使玻璃被有機(jī)物沾染的黃色消除，還可使Fe2+→Fe3+,以增加玻璃的透光度。常用的化學(xué)脫色劑硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鋇、白砒、三氧化二銻、氧化鈰等。（2）物理脫色劑：往玻璃中加入一定量的能產(chǎn)生互補(bǔ)色的著色劑。常用的物理脫色劑二氧化錳、硒、氧化鈷、氧化釹、氧化鎳等概念6.4輔助原料4助熔劑（加速劑）概念能促使玻璃熔制過程加速的原料。常用的助熔劑類型氟化合物、硼化合物、鋇化合物和硝酸鹽5乳濁劑概念使玻璃產(chǎn)生不透明的乳白色的物質(zhì)。常用的助熔劑類型氟化合物、磷酸鹽、錫化合物、氧化砷和氧化銻等。6.4輔助原料6碎玻璃目的節(jié)約原料、降低成本和能耗，加速玻璃熔制過程，提高產(chǎn)質(zhì)量。用量一般鈉鈣硅玻璃中，為配合料的25－30%碎玻璃粒度2.0－20㎜加料方式可與配合料共同混合加入熔窯中可以和配合料分別加入窯內(nèi)。在分別加料時，可將碎玻璃墊在配合料下面，一起送入窯中說明：使用碎玻璃要補(bǔ)充揮發(fā)物。6.4輔助原料第7章配合料制備（掌握）7.1玻璃組成的設(shè)計和確定7.2配合料的計算7.3配合料的制備7.1玻璃組成的設(shè)計和確定(熟悉）設(shè)計依據(jù)根據(jù)玻璃產(chǎn)品的功能（用途）、性質(zhì)和成本來進(jìn)行的。玻璃組成的表示以組成玻璃的化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)玻璃成分體系穩(wěn)定可靠玻璃性能達(dá)到要求符合綠色制造理念必須考慮工藝要求考慮原料質(zhì)量的穩(wěn)定和供應(yīng)7.1玻璃組成的設(shè)計和確定(熟悉）玻璃成分設(shè)計方法玻璃成分的經(jīng)驗設(shè)計玻璃成分的計算機(jī)輔助設(shè)計：利用計算機(jī)對真實玻璃成分系統(tǒng)進(jìn)行模擬實驗，提供實驗結(jié)果，以指導(dǎo)成分設(shè)計。玻璃成分的計算機(jī)優(yōu)化設(shè)計確定玻璃組分?jǐn)?shù)、優(yōu)選范圍和摸索步長；制定要求的玻璃性能指標(biāo)；建立數(shù)學(xué)模型；根據(jù)確定優(yōu)選成分?jǐn)?shù)目進(jìn)行打印；優(yōu)選成分的實際性能測試；最佳玻璃成分的確定；利用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行玻璃成分設(shè)計7.2配合料的計算（掌握）依據(jù)以玻璃的組成和原料的化學(xué)成分為基礎(chǔ)，計算出熔化100kg玻璃液所需各種原料的用量，再算出每副配合料中，即500kg或1000kg玻璃配合料各種原料的用量。方法預(yù)算法和聯(lián)立方程式法。參教材P221－225計算過程步驟先進(jìn)行粗算進(jìn)行校正把計算結(jié)果換算成實際料單作業(yè)：設(shè)計一平板玻璃成分，自己選料進(jìn)行配料計算配合料計算過程中的幾個工藝參數(shù)（1）純堿（芒硝）揮發(fā)率指純堿中未參與反應(yīng)而揮發(fā)、飛散量與總量之比。即純堿揮散率＝純堿揮散量純堿用量×100%是一個經(jīng)驗值，與加料方式、熔化方法、熔制溫度、純堿的特性等有關(guān)。一般為0.2－3.5%（2）碳粉含率由碳粉引入的固定碳與芒硝引入的Na2SO4之比。即碳粉含率＝碳粉×C含量芒硝×Na2SO4含量×100%生產(chǎn)上一般控制在3－5%7.2配合料的計算（熟悉）（3）芒硝含率由芒硝引入的Na2O與芒硝和純堿引入的Na2O總重量比。即芒硝含率＝芒硝引入的Na2O芒硝和純堿引入的Na2O×100%一般掌握在5－8%（4）螢石含率由螢石引入的CaF2量與玻璃總量之比。螢石含率＝螢石×CaF2玻璃總量×100%一般在1%以下7.2配合料的計算（熟悉）（5）碎玻璃摻入率指配合料中碎玻璃用量與配合料量之比碎玻璃摻入量＝碎玻璃量生料量＋碎玻璃量×100%一般控制在25－30%7.2配合料的計算（熟悉）7.3配合料的制備（掌握）7.3.1配合料的質(zhì)量要求7.3.2原料的運輸和貯存7.3.3原料的加工處理7.3.4配合料的稱量7.3.5配合料的混合7.3.6配合料的輸送與貯存7.3.7配合料的質(zhì)量檢驗與?；?.3.1配合料的質(zhì)量要求1必須具有正確性和穩(wěn)定性2具有一定的水份：用水潤濕配合料，加水量隨顆粒不同而不同。越細(xì)加水量越多。純堿配合料加水量3－5%，芒硝配合料加水量5－7%。注意水溫＞35℃,否則，Na2CO3將轉(zhuǎn)化為Na2CO3·7H2O和Na2CO3·10H2O，使配合料產(chǎn)生膠結(jié)作用。3要有一定的顆粒組成：可減少配合料的分層和提高混合質(zhì)量。純堿的顆粒度應(yīng)比石英大一個篩號。7.3配合料的制備（掌握）4具有一定的氣體率：易于澄清和均化。一般鈉鈣硅玻璃的氣體率為16－20%。氣體率＝逸出氣體量配合料×100%5必須混合均勻：配合料混合不均勻，會使玻璃產(chǎn)生結(jié)石、條紋、氣泡等缺陷，易熔物較多的還會侵蝕耐火材料。一般玻璃制品對配合料均勻度要求水不溶物：允許誤差小于±0.1%酸不溶物：允許誤差小于±0.1%含堿量：允許誤差小于±0.6%水分：允許誤差小于±0.6%7.3配合料的制備（掌握）7.3.2原料的運輸和貯存原料在運輸進(jìn)廠前，要經(jīng)過有關(guān)部門的化驗和鑒定。原料運輸分廠內(nèi)和廠外兩種。運輸時應(yīng)盡量減少粉塵，不使原料彼此污染，要注意除鐵。2原料的儲存1原料的運輸要滿足一定的數(shù)量，考慮一定的儲存期，分塊狀、粉狀、化工、有毒原料的儲存。各種原料容重硅砂、砂巖、長石為1.8；石灰石、白云石為1.7；純堿0.9；硫酸鈉1.0；7.3配合料的制備（掌握）7.3.3原料的加工處理原料的加工處理包括破碎、粉碎、過篩等過程。1工藝流程單系統(tǒng)流程：各種礦物原料共同使用一個破碎、粉碎、過篩系統(tǒng)。多系統(tǒng)流程：每種原料各有一套破碎、粉碎、過篩系統(tǒng)。小型玻璃工廠大中型玻璃工廠混合系統(tǒng)：用量較多的原料單獨為一個加工系統(tǒng)，用量小的性質(zhì)相近的共用一個系統(tǒng)。大中型玻璃工廠教材P2287.3配合料的制備（掌握）2原料的干燥目的：為了介于過篩、貯存和干法配料，須將水分含量的原料進(jìn)行干燥。方法：離心脫水、蒸汽加熱、回轉(zhuǎn)干燥筒、熱風(fēng)爐干燥器等。3原料的破碎的粉碎破粉碎方法選擇依據(jù)：依原料的粒度、硬度和需要粉碎的程度。硬度高的預(yù)先煅燒，可在原料內(nèi)部產(chǎn)生許多裂紋，提高破碎比；減少機(jī)械鐵的引入。砂巖粗碎前預(yù)先在1000℃以上進(jìn)行煅燒。7.3配合料的制備（掌握）破粉碎方法石灰石、白云石、長石、螢石常用鄂式破碎機(jī)粗破，錘式破碎機(jī)進(jìn)行粉碎?；ぴ嫌缅N式破碎機(jī)或籠形碾。4原料的過篩目的：滿足一定的顆粒組成以保證配合料的均勻混合和避免分層。過篩設(shè)備：六角篩、振動篩、搖篩等控制硅砂：36～49孔/厘米2；砂巖、石英巖、長石：81孔/厘米2；純堿、芒硝、石灰石、白云石：64孔/厘米27.3配合料的制備（掌握）5原料的除鐵目的：保證玻璃的含鐵量符合規(guī)定要求。方法物理除鐵篩分、淘洗、水力分級、超聲波浮選和磁選等?；瘜W(xué)除鐵（濕法、干法）除去石英原料中的鐵化合物。常用磁選法（懸掛式電磁鐵）6粉狀原料的輸送與料倉分層用溜管、皮帶機(jī)、斗式提升機(jī)等機(jī)械設(shè)備和氣力輸送設(shè)備進(jìn)行輸送入倉。加料與卸料方式會影響顆粒發(fā)生分層。7.3配合料的制備（掌握）7.3.4配合料的稱量1要求：快速、準(zhǔn)確。2稱量方法：分別稱量、累計稱量。分別稱量：在每個粉料倉下面各設(shè)一稱，原料稱量后分別卸到皮帶機(jī)上送入混合機(jī)中。累計稱量：用一個稱依次稱量各種原料，每次累計計算重量，稱后直接送入混合機(jī)。適用于排倉適用于排倉和塔倉3稱：自動稱和臺稱（磅稱）。精度一般為1/500(1/1000)。要定期校正、維修。7.3配合料的制備（掌握）7.3.5配合料的混合1配合料的加料順序石英（噴水）、長石、石灰石、白云石、純堿和澄清劑、脫色劑；石英（噴水）、純堿、長石、石灰石、小料；加料為設(shè)備容積的30－50%，混合時間2～5分2混合設(shè)備重力式（鼓形混合機(jī)、滾筒式混合機(jī)）強(qiáng)制式（漿葉式、艾立赫式等）7.3配合料的制備（掌握）3小料予混合芒硝、燃料予混合機(jī)MH80（攪拌容積80升、混合時間1分鐘）或V型混合機(jī)。4碎玻璃的混合依混合機(jī)不同。一般在配合料混合終了將近卸料時再加入；直接加入在配合料內(nèi)。5注意選擇混料機(jī)的混料時，應(yīng)考慮秤量和混合周期，一般前一付料混合時，后一付料開始稱量，可縮短配料車間的每日工作班數(shù)7.3配合料的制備（掌握）7.3.6配合料的輸送與貯存1要求保證生產(chǎn)的連續(xù)性和均衡性，避免分層結(jié)塊和飛料。2工藝布置：配料車盡量靠近熔制車間，輸送時應(yīng)避免震動和減少卸料落差。3輸送設(shè)備皮帶機(jī)：有分層現(xiàn)象，大型廠使用。單元料：用單軌電葫蘆用垂直和水平輸送。小型廠采用。4配合料貯存用窯頭料倉，＜8小時7.3配合料的制備（掌握）7.3.7配合料的質(zhì)量檢驗與?；u定配合料質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)有哪些？配合料?；哪康暮鸵饬x何在？思考題7.3配合料的制備（掌握）第8章玻璃的熔制（掌握）8.1玻璃的熔制過程8.2硅酸鹽形成和玻璃形成8.3玻璃的澄清8.4玻璃液的均勻8.5玻璃液的冷卻8.6影響玻璃熔制過程的工藝因素8.7玻璃熔制的溫度制度8.8玻璃池窯用耐火材料的選用和蝕變（熟悉）8.1玻璃的熔制過程8.2硅酸鹽形成和玻璃形成8.3玻璃的澄清思考問題1何謂玻璃的熔制？其熔制包括哪幾個過程？2簡述硅酸鹽形成反應(yīng)和玻璃形成過程？3影響玻璃形成階段的因素有哪些？4玻璃中的氣泡是如何形成的？玻璃澄清的目的是什么？簡述氣泡的排除方法和過程。8.1玻璃的熔制過程8.2硅酸鹽形成和玻璃形成8.3玻璃的澄清思考題解答1何謂玻璃的熔制？其熔制包括哪幾個過程？把配合料經(jīng)過高溫加熱形成均勻的、無氣泡的、并符合成形要求的玻璃液的過程稱～。硅酸鹽形成階段：800－900℃，由硅酸鹽和二氧化硅組成的不透明燒結(jié)物。玻璃液形成階段：1200－1250℃，硅酸鹽和二氧化硅互熔，燒結(jié)物變成了透明體。有氣泡存在，成分不均勻。玻璃液澄清：1400－1500℃，黏度降低，消除可見氣泡。玻璃液均化：長時間高溫下，不均勻成分相互擴(kuò)散趨于均勻一致。玻璃液冷卻：將玻璃液的溫度冷卻降低200－300℃，使玻璃液達(dá)到成形黏度（102－103Pa·s）配合料的熔化階段：將配合料熔化成玻璃液；玻璃液的精煉階段：將不均勻的玻璃液進(jìn)一步改善成均勻的玻璃液，并冷卻至成形所需的黏度。五個過程交替進(jìn)行，如圖12－1結(jié)論2簡述硅酸鹽形成反應(yīng)和玻璃形成過程？（1）配合料中各個組分的加熱變化：多晶轉(zhuǎn)變－具有多種晶型的組分在一定的溫度下由一種晶型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶型；鹽類分解－各種碳酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽在一定溫度下發(fā)生分解并放出氣體；脫水－排出結(jié)晶水、結(jié)構(gòu)水和化學(xué)結(jié)合水；熔融－由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)。（2）配合料各組分之間的加熱反應(yīng)：還包括形成復(fù)鹽、固相反應(yīng)、形成硅酸鹽和生成低共熔物（3）配合料組分在加熱時的揮發(fā)損失：揮發(fā)率很大的配合料是氟化合物、硒，依次是B2O3、PbO、As2O3、Sb2O3、氯化物和Li2O、Na2O、K2O、ZnO等。玻璃形成過程如下硅酸鹽形成階段后期，隨溫度升高，易熔物和低共熔物逐漸熔融，系統(tǒng)中液相量不斷增大，進(jìn)入玻璃形成階段。配合料中難熔的石英顆粒在各種硅酸鹽和液相的作用下，逐漸溶解、擴(kuò)散而消失，由不透明的燒結(jié)物轉(zhuǎn)變?yōu)橥?/p>