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玻璃液中气泡的排出方式(张浩)

玻璃液中气泡的排出方式
气泡是玻璃中的常见缺陷,其产生的原因很多,有熔化能力不足,温度不够造成的,有澄清不良消除不掉的,也有耐火材料产生的,还有成型时供料操作不当带来的。

玻璃熔制工艺中气泡消除机理。

熔制过程是一个复杂的物理化学反应过程,包含硅酸盐形成阶段,玻璃形成阶段、澄清均化阶段,其中澄清阶段是气泡消除的过程。

在这一过程中随温度升高玻璃液粘度降低,气泡中的气体,窑内气体与玻璃液中物理溶解和化学结合的气体之间建立平衡,再使可见气泡漂浮于玻璃液面加以消除。

在澄清过程中可见气泡的消除按下列两种方式进行:
1气泡体积增大加速上升,漂浮出玻璃表面后破裂消失.
2小气泡中的气体组份溶解于玻璃液中,气泡被吸收而消失.
气泡的大小和玻璃液的粘度是气泡能否漂浮的决定因素.根据斯托克斯定律,气泡的上升速度与气泡的半径平方成正比,而与玻璃液粘度成反比。

提高熔化温度可增加直径0.2mm以上气泡的上浮速度,减少上浮所需要时间,但对直径在0.2mm以下的气泡则很难通过上浮而消除,必须通过对温度进行调节使小气泡在玻璃液中被吸收而消除。

在玻璃液降温过程中,由于气体变冷,气体压力不变的情况下气泡将变小,由于玻璃表面张力的原因,气泡内压力因半径的减小而增大,降温时,玻璃液中气体的饱和压力低于气泡内气体的压力,气泡内的气体释散到玻璃液中。

由于放出了气体,气泡半径又减小,玻璃
液表面张力使气泡内压力进一步增高,直到最后气泡完全被玻璃液所吸收。

玻璃液在澄清过程中,大气泡排出与小气泡吸收这两个阶段是必不可少的,前者要求必要的温度和持续时间,后者需要一定的温降梯度,如果这些条件有一项达不到就会使制品带上气泡。

窑炉结构及工艺条件对消除气泡的影响
1.窑炉结构
窑炉结构两个特点对其影响:一是大倾角小动量比的小炉结构,二是下沉的深澄清池结构。

这种结构使火焰有较高的速度和刚性,火焰紧贴玻璃液面,对料堆有一个向前的推力。

据测量,当熔化温度不足,出料量偏大时,料堆移后,有的配合料还未完全熔化就到了澄清部,占用了澄清时间,使澄清不充分,本该排出的气泡留在了玻璃液中进入了冷却阶段。

不同直径气泡上浮速度和所需时间不一样。

窑长方向上澄清距离短,澄清时间相对不足,大气泡的排出有时是不充分的。

从澄清池结构分析,所谓深澄清池下沉也有限,比较以往下沉的深池,垂直方向上玻璃液向下冷却的距离缩短,时间减少,温度降低幅度小,玻璃液向下澄清的时间短,小气泡不能完全溶解于玻璃液中。

玻璃液从上升料道底部到顶端一直到料盆附近还有一个冷却过程,由于上升料道保温强度高,这个阶段温降梯度不大,顶端的玻璃液温度高,为使成型温度合适须加大冷却风量,玻璃液被快速强制冷却,表皮处的玻璃因过冷而影响了对小气泡的吸收,这就出现了制品
上小气泡分布不匀的现象。

为充分发挥玻璃液进入流液洞以后这个过程吸收小气泡的作用,我们把上升料道的保温强度降低,拆掉保温砖,测量结果显示上升料道顶端的玻璃液温度降低,调温风机的转速下降。

这样处理的结果是制品上的气泡直径变小,数量变少。

2.加料机改造,出料量控制
窑炉配备的加料机不能实现裹入式薄层加料,碎玻璃比例只有%7,配合料入炉后漂浮在玻璃液面上的高度大,这给火焰的吹动增加了作用面积,推力增加漂动速度加快.比较碎玻璃比例大的绿料(部分裹入式加料),料堆浮在液面上的高度小,料堆前冲的现象就不明显.改进加料机缩小吐料口,将加料机下移使加入的配合料部分浸入到玻璃液中,料堆的厚度减小,受力面积减小了,料堆前冲的距离减少,有利于防止跑料,增加澄清时间.
3.熔化温度
一般而言,提高熔化温度是解决气泡最直接的措施,它是通过加快配合料的熔化速度,提高玻璃液的温度,降低粘度,从而有利于气泡的排出.就本例而言,熔化温度提高后有以下几个直接作用.
①加大了火焰的喷出速度和火焰长度。

火焰速度提高的作用是对料堆的推力加大,火焰加长的结果是热点前移。

热点前移使冷却段缩短,不利于小气泡吸收。

②提高了玻璃液的温度,降低了玻璃液中气体的溶解度,析出的气体增多,当澄清时间不充分时起不到使气泡减少的作用而是相反。

③降低了玻璃液的粘度.粘度降低一方面有利于大气泡排出,另
一方面使料堆向前漂移的阻力减小更容易跑料,恶化澄清质量,不利于气泡排出。

观察到的情况是气泡时多时少的现象更加严重了,这说明第二方面的作用大。

④气泡直径变大.这些长大的气泡来不及从玻璃液中排出就进入了冷却段,反而变得不易吸收。

而适当降低熔化温度,火焰喷出速度减小,玻璃粘度增大不易跑料,热点后移澄清时间延长,气体在玻璃中的溶解度提高,气泡就能够减少或者消除.当然也不是温度越低越好,当温度降低到一定程度时,问题会走向反面,不但气泡减轻不了,结石还会出现。

事实上这座窑炉生产高白料玻璃瓶其熔化温度,出料量和气泡数量之间存在一个平衡关系,即出料量减少时熔化温度还可以适当降低,出料量增加时,熔化温度应适当提高,但不能超高.用这一规律指导生产,可使制品气泡数量控制在允许范围之内.。

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