第五节 玻璃的熔制 一、概述 配合料加热形成均匀、无气泡、无缺陷、符合成形要求的玻璃液的过程。 主要有以下过程： 1.物理过程

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1 第五节 玻璃的熔制 一、概述 配合料加热形成均匀、无气泡、无缺陷、符合成形要求的玻璃液的过程。 主要有以下过程： 1.物理过程
第五节 玻璃的熔制 一、概述 配合料加热形成均匀、无气泡、无缺陷、符合成形要求的玻璃液的过程。 主要有以下过程： 1.物理过程 配合料的加热、吸附水的蒸发、组分的熔融、多晶转变、及个别组分的挥发（Na2O、K2O、PbO、B2O3等） 2.化学过程 固相反应、盐类的分解、化学结合水的排除、组分间相互反应、硅酸盐的形成。 3.物理化学过程 低共熔的生成、组分生成物之间相互溶解、玻璃与炉气介质、玻璃与耐火材料及玻璃液和其中夹杂气体的相互作用等。 硅酸盐工艺学

2 玻璃的形成：各种硅酸盐的低共熔物熔化，然后硅酸盐、石英互熔，烧结物 变成透明体。
大致分为五个阶段： 硅酸盐形成：固态下进行，加热过程发生物理、化学变化，主要固相反应结束，大部分气相逸出。这一阶段结束后，配合料变成由硅酸盐和剩余石英组成的不透明烧结物。 玻璃的形成：各种硅酸盐的低共熔物熔化，然后硅酸盐、石英互熔，烧结物 变成透明体。 玻璃液的澄清：消除可见气泡的过程。 玻璃液的均化：通过扩散作用，使玻璃液均一。 玻璃液的冷却：降低温度以达到成形所需的温度。 硅酸盐工艺学

3 二、 硅酸盐形成和玻璃的形成 （一）多组分混合物的加热反应(SiO2+Na2CO3+CaCO3配合料) 100～120℃ 水分蒸发
二、 硅酸盐形成和玻璃的形成 （一）多组分混合物的加热反应(SiO2+Na2CO3+CaCO3配合料) 100～120℃ 水分蒸发 600℃以下 Na2CO3＋CaCO CaNa2(CO3)2 573℃ α—石英 β—石英 600℃以上， CO2逸出 CaNa2(CO3)2＋2SiO Na2SiO3＋CaSiO3＋2CO2 720～900℃ Na2CO3＋SiO Na2SiO3+ CO2 硅酸盐工艺学

4 740～800℃ CaNa2(CO3)2—Na2CO3低共熔物形成和熔化,
CaNa2(CO3)2＋Na2CO3＋2SiO Na2SiO3＋CaSiO3＋3CO2 813℃ CaNa2(CO3)2熔融； 855℃ Na2CO3熔融 912℃ CaCO3分解； ℃ CaNa2(CO3)2分解 1010℃左右 CaO2＋SiO CaSiO3 1200～1300℃ 开始形成玻璃，进行熔体的均化。 硅酸盐工艺学

5 加热，气体逸出（碳酸盐的分解），其它化合物与石英作用分解；
（二）硅酸盐形成和玻璃形成的大致过程 加热，气体逸出（碳酸盐的分解），其它化合物与石英作用分解； 石英与其它组分作用； 少量液相的出现（低共熔物的熔化） 反应由固相与液相间进行，产生大量中间产物，液相量不断增加，反应大体完成，变成硅酸盐和SiO2，硅酸盐过程结束。 玻璃形成过程，配合料已基本熔化成液相； 过剩的石英颗粒溶解于熔体中，直至全部固相变为玻璃液相。 硅酸盐工艺学

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7 三、 玻璃液的澄清和均化 （一）玻璃液的澄清 澄清过程是排除可见气泡的过程。
三、 玻璃液的澄清和均化 （一）玻璃液的澄清 澄清过程是排除可见气泡的过程。 玻璃液中气体的存在形式：可见气泡、物理溶解的气体、化学结合的气体。 1. 澄清过程中气体 之间的转化与平衡 P泡>P液 P泡<P液 炉气中的气体 气泡中的气体 玻璃液中的气体 硅酸盐工艺学

8 2. 玻璃液的性质对澄清过程的影响 气泡的排除有两种方式：①大于临界半径的气泡上升到液面后排除，气泡上升的速度与玻璃液的粘度成反比；②小于临界半径的气泡，在玻璃液表面张力的作用下（小气泡内分压很大，P泡=2σ/r），气泡内的气体溶解于玻璃液中而消失 3. 澄清剂在澄清过程中的作用机理 硅酸盐工艺学

9 作用：消除玻璃液中条纹和其它不均匀体，使玻璃液各部分在化学组成上达到均匀一致。（条纹是化学组成与主体玻璃不同的线条状透明夹杂物。）
（二）玻璃液的均化 作用：消除玻璃液中条纹和其它不均匀体，使玻璃液各部分在化学组成上达到均匀一致。（条纹是化学组成与主体玻璃不同的线条状透明夹杂物。） 玻璃液的均化过程通过三种方式进行： 不均体的溶解和扩散：高粘度玻璃液内扩散速度很小； 玻璃液的对流：由于温度差形成玻璃液的流动，但是层流速度小，均化作用缓慢； 气泡上升时的搅拌作用： 硅酸盐工艺学

10 四、 玻璃液的冷却 目的：将粘度提高到成形制品所需的范围。 要求：① 玻璃液的温度要均匀一致； ② 防止二次气泡的产生。 硅酸盐工艺学

11 1. 配合料化学组成：化学组成不用，熔制温度不同。对硅酸盐熔体，组成中(RO+R2O)/SiO2的值越高，则越易熔化。
五、 影响玻璃熔制过程的因素 （一）影响玻璃熔制过程的因素 1. 配合料化学组成：化学组成不用，熔制温度不同。对硅酸盐熔体，组成中(RO+R2O)/SiO2的值越高，则越易熔化。 2. 配合料的物理状态： ①  原料品种 ② 颗粒组成：影响熔化阶段的熔化速度和熔融时间。影响最大的是石英，其次是白云石、纯碱、芒硝。颗粒增大，熔融时间长。 硅酸盐工艺学

12 3. 熟料的引入量：熟料的加入可促进熔化，其添加量和粒度对熔化速度有较大影响。粒度太细、加入量太多不利于熔化。碎玻璃加入量一般为配合料的20～30%，粒度2～20mm。
4. 配合料的均匀度：对熔制质量、速度有影响。 5. 加料方式：薄层加料可加速热传递，熔制彻底，且有利于熔体中气泡的排除、缩短澄清时间。

13 6. 熔窑的温度制度：确定合理的温度制度、气氛制度。
7. 耐火材料的性质： 8. 加速剂的应用：加速剂属于化学活性物质，一般不改变熔体的组成与性质，但可降低熔体的粘度和表面张力，增加熔体的透热性，有利于熔体中气泡的消除和化学均化，提高熔体质量。 硅酸盐工艺学

14 2. 采用辅助电熔，即用燃料加热的同时池窑中，同时直接通电加热。
（二）加速玻璃熔化的其它措施 1. 机械搅拌和鼓泡； 2. 采用辅助电熔，即用燃料加热的同时池窑中，同时直接通电加热。 3. 采用真空和高压熔炼（如在光学石英玻璃的生产工艺中采用，用于消除可见气泡）。采用高压使可见气泡溶解于玻璃之中；采用真空法使可见气泡迅速膨胀而排除。 硅酸盐工艺学

15 六、 玻璃熔窑 坩埚窑 结构主要包括：作业室、小炉、燃烧室、漏料坑、换热器等。在作业室内安放8～12只坩埚，配合料分3～5批加入到各坩埚内，熔制周期一般为一昼夜。 特点：占地少、投资省、同一窑内可熔制多种不同组成或颜色不同的玻璃、生产灵活性大、适宜于生产品种多、产量少、质量要求较高或有特殊工艺要求的玻璃。生产能力低、燃料消耗大、难以实现机械化和自动化生产。

16 池窑： 结构主要包括：加料池、熔化池、工作池、通道和蓄热室 特点：有明显的热点与泡界线位置； 加料和出料过程都是连续作业；
占地面积大；投资规模大； 厂房设施和动力配套要求较高； 适宜于生产单一品种和批量较大的产品； 热效率较高； 有利于机械化和自动化生产； 按窑内火焰流向分：横火焰、马蹄形火焰、纵火焰熔窑

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20 要求：四稳（温度差、泡界线稳、压力稳、液面稳）
平板玻璃：蓄热式横火焰池窑。 要求：四稳（温度差、泡界线稳、压力稳、液面稳） 生产上要求玻璃熔制速度要快、玻璃质量要好，常以泡界线位置和形状来判断熔制过程是否正常。 硅酸盐工艺学

21 泡界线：池窑熔化部中段液面上未熔化好的玻璃液与已熔化好的玻璃液间的一条分界线。
投料口一端是未熔化好的玻璃液，看似一堆白色浮渣泡沫；冷却带一端是熔化好的玻璃液，平亮如境。泡界线形状应呈原弧形（朝冷却带凸出），且整齐清亮。生产中泡界线应予以固定，和热点（即玻璃澄清时最高温度点）向适应。 硅酸盐工艺学

22 熔窑的类型：池窑 （即玻璃澄清时最高温度点） 投料口 熔化部 冷却部 泡界线 热点 1400 1300 1200 1100 硅酸盐工艺学

23 影响玻璃的产量和质量。温度分布要考虑熔制过程和玻璃液的对流。
玻璃熔窑熔制制度 1. 熔窑的温度制度 影响玻璃的产量和质量。温度分布要考虑熔制过程和玻璃液的对流。 2. 压力制度 窑内零压或微正压（4.91Mpa），要稳，否则会使温度波动，影响成形。 硅酸盐工艺学

24 池窑内熔制玻璃的温度制度（瓶罐玻璃）

25 池窑内熔制玻璃的温度制度（平板玻璃）

26 液面的波动会影响成形的稳定性，如原板的厚度发生变化，不均匀。
3.气氛制度 平板玻璃配合料中一般用芒硝，同时加入少量煤粉，为防止煤粉过早烧掉，熔化部前几对小炉保持还原气氛，热点区为中性气氛，澄清部保持氧化气氛，以使Fe2+转变为Fe3+，降低玻璃的着色。 4.液面高度 液面的波动会影响成形的稳定性，如原板的厚度发生变化，不均匀。 硅酸盐工艺学

27 作 业： 2.简述影响玻璃熔制过程的因素，可采取哪些有效措施加速玻璃的熔化？
作 业： 1.根澄清剂在玻璃澄清过程中的作用机理，简述澄清剂的类型及其机理。 2.简述影响玻璃熔制过程的因素，可采取哪些有效措施加速玻璃的熔化？ 硅酸盐工艺学