玻璃工艺学14玻璃的熔制.ppt.ppt

玻璃工艺学,1,玻璃工艺学,2,玻璃的熔制,第十四章,主要内容：玻璃的熔制过程及其影响因素，熔制制度，熔窑和耐火材料的侵蚀过程等。,玻璃工艺学,3,第一节 玻璃熔制过程概述,玻璃的熔制过程就是将配合料经高温加热熔融成为均匀的、无气泡的符合成型要求的玻璃液的过程。玻璃熔制过程是一个很复杂的过程，它包括一系列的物理、化学、物理化学反应。研究指出各种不同的配合料在加热时发生如下所列的各种变化：,玻璃工艺学,4,这些复杂的反应常可根据熔制过程中的不同实质而分为如下五个阶段：,1、硅酸盐形成阶段：,2、玻璃形成阶段：,3、玻璃液的澄清阶段,5、玻璃的冷却阶段：玻璃液温度降到成型所需粘度，温度约1180,4、玻璃的均化阶段：玻璃液各处均匀一致,玻璃工艺学,5,池窑中玻璃熔融过程模型图,五个阶段的相互关系,玻璃工艺学,6,第二节 硅酸盐的形成,一配合料的加热反应：,而且从低温到高温的反应顺序会因为颗粒度大小等因素而发生改变。,单组分反应：多晶转变、盐类分解（如碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐等的分解反应）、析出结晶水和化学结合水。,多组分反应：包括有单组分自身反应，原料间生成硅酸盐和复盐的反应。,如：生成CO2的来源有碳酸盐的单组分分解、碳酸盐生成硅酸盐的反应、复盐的分解等。,因此配合料的加热反应基本上是单组分和多组分加热反应的综合。,但由于低共熔作用，在多组分配合料中碳酸盐的分解、硅酸盐的形成和均化开始得早，即多组分配合料的硅酸盐形成和玻璃形成要比双组分快得多。,玻璃工艺学,7,二硅酸盐形成过程的动力学因素,在此阶段，主要的反应为化学反应，故该阶段化学反应动力是其动力学因素。,900,1000,1100,1200,1300,SiO2+Na2O+CaO反应速度与温度,玻璃工艺学,8,10 20 30 40 50 60 70 80 分钟,分解%1007550250,1,2,3,4,1CaCO3；2CaCO3+SiO2；3CaCO3+2SiO2；4CaCO3+3SiO2；,CaCO3与SiO2在不同比例时的反应速度,玻璃工艺学,9,从上述反应关系可以得出与反应速度相关的动力学因素有：,温度的提升,各组分的自由能增加,质点运动速度加快,反应的可能性大,分子间的碰撞几率增加,反应加快,1、温度：,2、反应时间,反应时间越长,反应物减少，生成物增多,反应速度降低,3、反应物的浓度,浓度增大,分子间碰撞次数增加,反应速度增加,玻璃工艺学,10,第三节玻璃的形成阶段,一玻璃形成阶段的反应：,溶解：石英砂粒表面的SiO2进入液相；扩散：溶解的SiO2向周围熔体扩散，速度最慢；,二玻璃形成动力学,玻璃熔制过程中玻璃形成速度与玻璃组成、砂粒大小、熔制温度等有关。,1、玻璃组成：,沃尔夫（M.Volf）提出如下玻璃熔化速度常数的方程式。,一般工业玻璃,硼硅酸盐玻璃,玻璃工艺学,11,铅硅酸盐玻璃,其中：氧化物各氧化物在玻璃中的重量百分数；表示玻璃相对难熔的特征值；,与值相应的熔化温度,注意：常数是一经验值，确定熔制温度时，此常数不能认为是唯一的决定因素，它未考虑如粒度、温度等因素。,玻璃工艺学,12,2、石英颗粒的大小,鲍特维金公式：,玻璃形成的时间（分钟）；r-石英颗粒的原始半径（厘米）；K1-与玻璃组成和温度有关的常数；,3、熔制温度,索林诺夫经验公式：,玻璃形成时间（小时）；a、b常数（与玻璃组成、原料粒度有关），对窗玻璃，a=101256,b=0.00815;e自然常数t熔融体温度（）,玻璃工艺学,13,溶解的SiO2的含量%,8 16 24 32 分钟,Na2SiO3+CaSiO3+MgSiO3,Na2O2SiO2+CaSiO3+MgSiO3,说明：1、玻璃形成阶段速度慢，玻璃形成阶段速度快；,2、温度的提高能加快硅酸盐形成和玻璃形成的反应 速度；,3、随时间延长，反应速度降低。,三硅酸盐形成和玻璃形成阶段的中石英的溶解,玻璃工艺学,14,在玻璃熔制过程中，硅酸盐的形成阶段将放出玻璃配合料重量的18%左右的气体，其中大部分可以通过配合料间的缝隙排出，剩余的部分将被包裹在此阶段生成的液相和玻璃形成阶段生成的玻璃相中。,如果不加以消除，将会造成严重的缺陷，产品质量根本无从提起，那么，在硅酸盐生成和玻璃形成阶段之后，必须经历这么一个工艺过程，,这就是所谓的,玻璃工艺学,15,澄清过程就是消除玻璃 液中的气泡到允许的范围的过程。,一、玻璃液中气体的来源：,（1）配合料中某些组分的分解：,（2）配合料中某些组分的挥发：,例如：纯碱,Na2 CO3,Na2O,+,CO2,如硼 砂、硼 酸、纯 碱、芒 硝、氧化 铅、氯化 物、氧化 锑等，在不同 的熔制条件下，有着不同的 挥 发 量。,第四节 玻 璃 的 澄 清 过 程,玻璃 熔制分五个阶段，即硅酸盐的形成、玻璃的生成、澄清均化 和冷却，到澄清阶段，玻璃中会有大量的气体和气泡。,玻璃工艺学,16,(3)配合料中组分间的反应:,如:,二氧化 硅和碳酸盐之间的硅酸盐的生成的反应,SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2,(4)玻璃液和耐火材料之间的作用:,如芒硝配合料中芒硝和用以促进其分解的还原剂焦碳(C)之间的反应:,Na2SO4+C=Na2S+CO2,玻璃液渗入耐火材料的气孔,挤出气体;,玻璃液与耐火材料发生化学和物化反应,放出气体.,在还原焰中烧成的耐火材料表 面和气孔内有碳物 质的存在,碳在玻液中夺取氧而生成二氧化 碳气体.,如:,玻璃工艺学,17,(5)操作中不慎引入的外来污染物生成的气体:,如:,铁质物 件,其中的碳与玻璃液生成气体CO2,(6)配合料物料间空隙中的空气。,二、气体的种类、存在形式及气体在熔窑中的平衡状态：,（1）气体的种类：,一般主要有：CO2、SO2、SO3、O2、H2O、N2等。,（2）气体存在的形式：,物 理 溶解：较多，多是化学性质较稳定的气体,化 学结合：量最大，尤其是化学性质活泼的气体,表 面吸附：量很少,可见气泡：量少,玻璃工艺学,18,（3）气体在熔窑中的平衡状态：,窑炉,玻璃液,池窑中气体在炉气、玻璃液、气泡中的转化和平衡是由气体在各相中的分压决定的，气体总是从分压高的相进入分压低的相。,玻璃工艺学,19,r-气泡的半径v-气泡上浮速度g-重力加速度、-玻璃液和气泡的密度-熔融玻璃液的粘度,三、气泡的消除方式及其动力学因素：,1、两种消除方式：,（1）使气泡体积增大加速上升，漂浮出玻璃液表面后破裂,（2）使小气泡中的气体组分溶解于玻璃液中，气泡被吸收后消失。,2、动力学因素：,（1）玻璃中的气泡受浮力作用而以一定的速度上升，按照Stocks 定律有：,玻璃工艺学,20,使多个小气泡汇集合成一个大气泡；但实际上气泡间距远，加之玻液表面张力大，难以实现。,对于玻璃液中的气泡，其所承受的压力：,h,（2）在等温等压下，使气泡变大的两个因素：,使玻璃液中溶解的气体渗入气泡，使之增大。,玻璃工艺学,21,可以得出：,另：P=Pi=(ni*R*T)/V,Pi、ni-气泡内各种气体的摩尔数和分压力 V-气泡的体积,玻璃工艺学,22,说明：,气泡内的压力 也是影响 澄清的动力 因素；气泡的半径r越大，总压力就越小，分压力也越小；因此，溶解于玻璃液中的气体易于进入较大的气泡中而使之增大，从而易于浮出玻璃液，而后破裂。,反之，对于小气泡，则总压力和分压力就越大，不易增大，但气体组分会因此而易于扩散进入玻璃液中去。,根据：PV=n RT,可知：若 P、n 不变，温度T 降低时，气体体积 V减小。,玻璃工艺学,23,一般地，在澄清过程之后的均化 和冷却过程中：,气泡中气体的分压 玻璃液中的分压,温度降低,气泡体积 随之缩小内压力急剧增大,同时大多气体的溶解度增大,气泡 缩小内压增大,气泡完全溶解在玻璃 液中而消失,说明:小气泡是通过使其溶解在玻璃液中而加以消除的,这正是第二种消除方式的可行性所在.,玻璃工艺学,24,措施：1、机械搅拌、鼓泡；2、加入澄清剂；3、适当降温，回溶部分小泡；,玻璃工艺学,25,四、总结：,1、玻璃 液中气体来源；2、玻璃 液中气体的种类、存在形式及在熔窑中的平衡过程；3、玻璃 液中气泡的消除方式和动力 学因素；4、玻璃 液内气泡的自发的消除过程是比较慢的，所以工中常采取 措施加速澄清，其中最 为常用的就是适当加入澄清剂。,玻璃工艺学,26,第五节影响玻璃熔制过程的工艺因素,玻璃成分对玻璃熔制速度有很大的影响，例如玻璃中 SiO 2、Al 2 0 3 含量提高时，其熔制速度就减慢；当玻璃中 Na 2 O、K 2 0 增加时，其熔制速度就加快。,一玻璃成分,二配合料,对熔制过程影响较大的因素有：1原料的选择。当同一玻璃成分采用不同原料时，它将在不同程度上影响配合料的分层(如重碱与轻碱)、挥发量(硬硼石与硼酸)、熔化温度(铝氧粉 Al 2 O 3 的熔点为 2050，钾长石为 1170)等。,玻璃工艺学,27,2原料的颗粒组成。其中影响最大的是石英的颗粒度，这是由于它具有较高的熔化温度和小的扩散速度。其次是白云石、石灰石、长石的颗粒度,鲍特维金（BoTbHHKHH）提出石英颗粒大小对玻璃形成时间的影响的计算公式：t=K/r3式中 t玻璃形成时间，min；r原始石英颗粒的半径，cm；k与玻璃成分和实验温度有关的常数，当成分为SiO2 73.5%，CaO 10.5%,Na2O 16%的玻璃，试验温度为1390时，K=8.2106。从上式可看出玻璃形成时间与石英颗粒密切相关，是3次方的关系，粒度愈细，反应愈快，玻璃形成时间愈短。但颗粒0.06mm时会结团成块,玻璃工艺学,28,配合料的水分适当的含水量可防止飞尘，减少分层，提高混料的均匀度；水分受热变成蒸气逸出，能翻动玻璃液，带出小气泡，促进玻璃液的澄清和均匀，提高熔制速度 纯碱配合料含水量，芒硝配合料小于,配合料的气体率增大气体率虽然能缩短熔化时间,相应延长澄清时间,同时气体率提高还增加了配合料的成本,是不合算的，一般,碎玻璃的影响,试验证明，熔成1350 的玻璃熔体：需消耗热能约1465KJ每公斤碎玻璃；需消耗热能约2512KJ每公斤配合料。每增加10的碎玻璃用量，熔制时可节省能耗2.5。,玻璃工艺学,29,碎玻璃加入量过多将延长澄清时间。一般粒度在220mm之间熔化较快，但考虑到碎玻璃的形状及加工处理等因素，通常采用2040mm的粒度。,三熔窑的熔制制度,熔制温度制度间歇窑中，熔制过程是在同一空间不同时间内进行连续窑中，熔制过程是在同一时间不同空间内进行,玻璃工艺学,30,熔制温度是最重要的因素。温度越高，硅酸盐反应越强烈，石英颗粒的溶解与扩散越快，玻璃液的去泡和均化也越容易。试验表明，在 1450 1650 范围内，每升高 1 可使熔化率增加 因此，提高熔窑温度是强化玻璃熔融，提高熔窑生产率的最有效措施。但必须注意：随着温度的升高，耐火材料的侵蚀将加快，燃料耗量也将大幅度提高。,玻璃工艺学,31,气氛制度玻璃液对窑内气氛的变化反应极为灵敏。熔制不同组成的玻璃需相应的不同的气氛，如对铅玻璃的熔制，必须采用氧化气氛，否则，铅玻璃及其原料会被还原成金属铅。熔制铜红玻璃，硫碳着色玻璃等则必须为还原气氛窑内各处气氛的性质不一定相同，如在使用芒硝做澄清剂时，要加入一定数量的煤粉，用以进行还原反应，为防止煤粉在投料口过早燃烧，应将熔化部产前半部调整为还原性火焰；在澄清部，煤粉必须烧尽，所以澄清部应保持中性或弱氧化性气氛。澄清部采用氧化气氛利于氧化亚铁的氧化与玻璃液的澄清。通过燃料和空气比例或加入氧化还原剂调节,玻璃工艺学,32,压力制度是温度制度的保证窑内正压太大，玻璃液中气体排不出，会影响玻璃液的澄清，并造成火焰喷出，致使窑炉寿命下降，燃耗高；窑内负压，会使冷空气进入，窑内温度下降。窑内压力应保持在：贴近玻璃液面处为微正压或零压；熔炉碹顶处为a 通过调节烟道闸板开度进行调节,液面制度加料量和取液量要平衡，液面上下浮动0.5,取液量过多，使未熔好的玻璃液流到成型部，玻璃质量下降，同时加剧耐火材料的侵蚀常用辐射式液面仪测定（放射性为Co60辐射源）,玻璃工艺学,33,在配合料中引入适量的氟化合物、氧化砷、硝酸盐、硼酸盐、铵盐等均能加速玻璃的形成过程。,四加速剂的使用,氟化物在熔制过程中能降低玻璃液的粘度及提高玻璃液的透热性。另外，氟化物所蒸发的SiF4气体也有助于澄清过程的进行。因此，玻璃形成过程就可以大大加速。例如，在铝镁配合料中引入1%的氟时，在1450时，玻璃形成速度就增加到1.62倍。常用的氟化物有萤石(CaF2)、硅氟化钠(NaSiF6)和冰晶石(Na2AlF6)等，,B2O3是一种极有效的玻璃熔制的加速剂，在配合料中加入少量的B2O3(0.51.5%)时，能降低玻璃熔体在高温下的粘度，加速玻璃液的澄清和均化过程，还能改善玻璃的许多性质，提高玻璃质量。应用1.5%的B2O3可使池窑生产率提高1520%。但是价格较贵，因而在使用上受到一定的限制。,玻璃工艺学,34,As 2O 3与KNO 3的混合物能使FeO转化为Fe 2O 3，并生成无色的铁砷酸盐络合物，提高玻璃的透明度，增高透热性，并放出含氧气体，从而加速熔制过程。,Li 2O：在配合料中引入少量Li 2O(如0.1%)可降低熔化温度，减少燃料消耗，增加出料量，供料机供料槽也可降低温度约20，这是由于Li+与其它碱金属离子比较，离子半径小和场强大的原因。实践证明，还可减小对耐火材料的侵蚀，有助于延长熔窑寿命。用它代替萤石，可以减少空气污染。另外，Li 2O的引入，可以提高玻璃的化学稳定性，热稳定性和机械强度等。在熔制高硼硅酸盐玻璃时，以少量Li 2O代替Na2O后，可降低分相倾向，从而提高玻璃在退火后的抗水性。目前国际上正在扩展Li2O在玻璃工业上的应用，在玻璃组成中有较广泛地引入少量Li 2O趋势。,玻璃工艺学,35,五投料方式,加入熔窑中配合料的厚度，对玻璃的熔化速度及熔窑的生产率有重要影响。对于池窑，以往采用间歇式加料，加料时形成料堆。现多采用连续薄层加料，其优点是；配合料以薄的长垅状沿熔窑均匀分布，物料既能得到由对流和辐射方式从上方传来的热量，也能得到由玻璃液通过热传导从下方传来的热量，由于受热快，促进了配合料的熔化；因为料层薄，避免了配合料沉入玻璃液中，又由于玻璃表面层温度高，有利于气泡的排除，缩短了澄清时间。,玻璃工艺学,36,在石英光学玻璃生产工艺中常采用真空和高压熔炼技术来消除玻璃液中的气泡。采用高压使可见气泡溶解于玻璃液中，采用真空法能使可见气泡迅速膨胀而排除。,六 采用高压与真空熔炼,在窑池内进行机械搅拌或鼓泡是提高玻璃液澄清速度和均化速度的有效措施。,在用燃料加热的熔窑作业中，同时向玻璃液通入电流使之增加一部分热量，从而可以在不增加熔窑容量下增加产量，这种新的熔制方式称为辅助电熔。一般分别设在熔化部、加料口、作业部，可提高料堆下的玻璃液温度 40 70，这就大大提高了熔窑的熔化率。,八辅助电熔,七机械搅拌与鼓泡,玻璃工艺学,37,第六节玻璃熔窑,玻璃熔窑可分为池窑与坩埚窑两大类。凡玻璃品种单一、产量大的都采用池窑。若产品品种多、产量小的都采用坩埚窑。,4 按窑内火焰流动走向分(1)横火焰窑。(2)马蹄焰窑。(3)纵火焰窑,玻璃池窑有各种类型，按其特征可分为以下几类：,1 按使用的热源分(1)火焰窑。(2)电热窑。(3)火焰-电热窑。,2 按熔制过程的连续性分(1)间歇式窑。(2)连续式窑。,3 按废气余热回收分(1)蓄热式窑。(2)换热式窑。,玻璃工艺学,38,根据我国目前的能源情况，国内所有玻璃厂都采用火焰窑，或用重油，或用煤气为燃料。大中型平板玻璃厂一般均采用横焰蓄热式连续池窑,浮法窑平面图 l-投料口；2-熔化部；3、6-小炉；4-冷却部；5-流料口,一连续式池窑,玻璃工艺学,39,浮法窑立面图 1-小炉口；2-蓄热室；3-格子体；4-底烟道；5-联通烟道；6-支烟道；7-燃油喷嘴,上述类型的平板玻璃窑以重油为燃料，熔化温度为 1580 1600，熔化率为 2 2.5t/(m 2 d)，窑的使用周期为 5 8 年。,玻璃工艺学,40,火焰熔窑蓄热室内火焰离开窑膛带有大量余热，可用于加热助燃空气和煤气，以提高火焰温度和节约燃料。回收余热主要采用蓄热室或换热器。蓄热室利用格子砖蓄积从窑膛内排出的烟气的部分热量。隔一定时间后加热作业换向，格子砖再把蓄积的热量传给进入蓄热室的助燃空气和煤气。为此，蓄热室必须成对设置，使间接的加热作业连续化。换热器用陶质构件或金属管道作传热体，将烟气热量通过通道壁连续传给助燃空气。,玻璃工艺学,41,窑膛内放置单只或多只坩埚。坩埚窑（图1）中玻璃熔制的各阶段（熔化、澄清、均化、冷却）在同一坩埚中随时间推移依次进行，窑内温度制度随时间推移变动。成型时，用人工从坩埚口取料，再进行吹制、压制、拉引、浇注等，也可以坩埚底供料，或将整坩埚移出取料。坩埚材质以粘土居多，也有用铂的。形状有开口和横口（闭口）两种。开口坩埚的坩埚口朝向窑膛，能直接得到窑墙及热源辐射和传递的热能;横口坩埚的坩埚口朝向窑外，要通过坩埚壁间接取得热量，能避免窑内气氛对玻璃液的影响和污染。坩埚窑适用于熔制产量小、品种多或经常更换料种的玻璃。,二坩埚窑,玻璃工艺学,42,以电能为热源的熔窑。池窑直接用窑内的玻璃液作发热电阻，可在玻璃液不同深度处布置多组和多层电极，使玻璃液发热，并通过调节耗电功率控制温度制度。大型电池窑生产瓶罐玻璃能力达到每天150t。,三电熔窑目前国际上最先进的熔制工艺,*玻璃液面以上的空间温度很低，只有（称冷炉顶），组分挥发少如由池窑中挥发量降为,*无需设置燃烧系统和余热回收系统，热利用率高达（池窑只有）。,*对环境的污染小,*电池窑可自动控制，管理人员少，劳动条件好,*电力资源消耗大，耐火材料寿命短,玻璃工艺学,43,挥发组分 燃油、燃气窑炉 电熔窑 氟 60-70%3%铅 10%0.2%硼 10-15%1%,*适用于熔制难熔玻璃、易挥发玻璃和深色玻璃。,玻璃工艺学,44,坩埚窑有电阻加热和感应加热两种加热方式。熔制光学玻璃的坩埚窑一般在窑膛侧壁安装碳化硅或二硅化钼电阻发热体，进行间接电阻辐射加热。有的熔制特殊玻璃的坩埚窑采用感应加热方式，靠在窑中及玻璃液中感应产生涡电流进行加热。,坩埚窑电熔窑,玻璃工艺学,45,十九世纪七十年代开始出现，成功地在许多空气助燃的玻璃熔窑上采用一对全氧喷枪，促进熔化和澄清，可使大部分熔窑提高拉引率 1030%，从中取得了许多玻璃熔窑使用氧气的经验。1988 年美国能源部给美国 Praxair 公司下达任务，要其将真空吸附制氧装置使用在大型商业玻璃窑上，实施全氧燃烧技术。2002 年北美(包括美国,加拿大和墨西哥),全氧燃烧窑已有 136 个,占北美玻璃熔窑总数的 25%,尤其是有 3 座大型浮法玻璃窑采用了全氧燃烧技术。,四全氧燃烧,全氧燃烧：助燃气体由空气改为氧气，氧气的纯度85%全氧助燃：玻璃熔窑中，部分设置全氧燃烧系统（浮法玻璃熔窑俗称的“0”号小炉助熔）,玻璃工艺学,46,玻璃熔窑结构改变：全氧燃烧窑炉取消了蓄热室、小炉、换火系统。就采用横火焰窑炉的玻璃厂而言，熔化部厂房跨度可缩小2/5，主生产线投资减少30%左右。采用全氧燃烧的熔窑，无需“传统换火工艺”使得玻璃熔化更加稳定，近乎达到理想境界。,玻璃工艺学,47,用空气作玻璃熔窑助燃介质时，有效助燃的仅是空气中 20%左右的氧气，其余 80%绝大部分是氮气，氮气不仅不能助燃，反而带走大量的热量，降低熔窑的热效率，而且在高温下 N 2 会生成污染环境的 NOx。全氧燃烧,能耗可降低 28.1%（若使用配合料和碎玻璃预热,能耗又可降低 21.9%）。全氧燃烧，不仅节省燃料,也大幅降低随烟气排放的污染物，NOx 降低 80%,CO 减少 80%,烟尘降低 30%以上.,采用全氧燃烧后，由于溶解而进入玻璃液的水份(以羟基形式存在)会大量增加,水份也起澄清作用，因而可适当降低配合料中硫酸盐用量,既可减少 SO 2 的排放，又不会降低玻璃质量。,玻璃工艺学,48,第六节玻璃池窑用耐火材料的选用和蚀变,近 40 年来，由于耐火材料的质量有了显著的提高，新型耐火材料又不断涌现，使玻璃工业在高温强化熔融技术上取得了很大的进展。例如，熔化温度由 1450 提高到 1580 1600，熔化率由 1.2 t/(m 2 d)提高到 3 t/(m 2 d)，窑的使用周期由 1.5 年延长到 5 8 年，由熔制造成的缺陷大幅度降低，等等。,(1)有足够高的耐火度；(2)有相当高的高温力学强度；(3)高温体积稳定性好；(4)抗玻璃液、碱性飞料、火焰的侵蚀能力强。此外，还有对玻璃液不产生污染、热稳定性好以及对尺寸公差、价格等的要求。,玻璃熔制对的耐火材料要求：,玻璃工艺学,49,SiO 2 系、Al 2 O 3-SiO 2、A1 2 03-SiO 2-ZrO 2系、MgO 系等。,耐火材料按其耐火度可分为：,1580 1770 的普通耐火制品；1770 2000 的高耐火制品；2000 的特高耐火制品。,按其化学成分可分为：,一耐火材料的种类和选用,玻璃工艺学,50,硅氧质耐火材料(SiO 2 系),硅砖：它是由纯度高、结晶细密的石英质岩石与少量石灰乳混合后经煅烧而成。其中熟料是废硅砖粉。组成范围是：SiO 2 94 98；Ca01.5 3.5；R 2 O0Al 2 O 3 0.2 2；Fe 2 O 3 0.3 3.0；,适用于砌筑各种碹体、山墙、冷却部胸墙等。不适宜砌筑与玻璃液相接触的池壁等。,硅砖的特点：,主晶相鳞石英和方石英，最大的热膨胀发生在 300 以下，因此，在烤窑时须特别注意；在 700 以上一般不会对硅砖砌体造成破坏。硅砖的热稳定性较差，850 的硅砖在水中急冷而不破坏的次数只有 1 2 次。,硅砖的荷重软化温度高、有良好的抗酸性渣性能，但抗玻璃液中 R 2 O 的能力差，抗玻璃液的冲刷能力也差。,玻璃工艺学,51,2)白泡石：又称泡沙石或白砂石。是一种天然的耐火材料，它是由高岭石粘结的石英砂岩。外观选择应以青灰色、致密坚硬、不含杂质和条纹者为佳。其主晶相以石英和高岭石为主。有明显的层状构造和各向异性。白泡石的耐火度波动在 1650 一 1730 之间。,白泡石的膨胀性与硅砖不同，700 800 时的热膨胀系数最大，此时最易炸裂。煅烧后的白泡石，荷重软化温度与耐压强度都有明显提高，残余膨胀小，体积稳定，抗热冲击性也大为改善，所以一般都采用煅烧后的白泡石作耐火材料。,白泡石的特点：,在中小型池窑上已广泛用作池壁砖。,玻璃工艺学,52,2)高铝砖。它以高铝矾土为原料，在 1500 下烧制而成。随 A1 2 0 3 含量不同，其主晶相也不相同，Al 2 O 3 含量低时以莫来石晶相为主，含量高时以刚玉晶相为主，其中均含有少量的玻璃相。高铝砖的耐火度、荷重软化温度、抗玻璃液侵蚀的能力都比粘土砖高。,2 硅酸铝质耐火材料(Al 2 O 3-Si0 2 系),粘土砖。是由耐火粘土为主要原料制成的耐火砖。Al 2 O 3 的含量在 30 46，主晶相是莫来石与部分 SiO 2 晶体(以方石英为主)，并有相当数量的玻璃相。耐火度可达 1580 1750，但荷重软化温度只有 1300 1450。允许的使用温度一般为 1300 以下。,主要用于熔窑温度较低的部位，如池底砖、熔化部和冷却部最下层的池壁砖、大梁砖、蓄热室下部的墙、炉条碹、格子砖下部、烟道碹等。,主要用于温度较高的承重部位，如蓄热室的间隔墙和侧墙、蓄热室的半圆碹等。,玻璃工艺学,53,把耐火材料的原料放在电弧炉中进行熔化，再浇注成型、缓慢冷却而成。其特点是组织稳定、结构致密、力学强度高、荷重软化温度高、耐蚀性能优良。,3 电熔耐火材料(A1 2 O 3-Si0 2-ZrO 2 系),(1)电熔锆莫来石砖(又称黑铁砖)它是最早的电熔耐火材料,(2)电熔锆刚玉砖(又称白铁砖)其主要晶相为紧密共存的刚玉(-Al 2 0。)和斜锆石(Zr0 2)，玻璃相的含量很少。是目前抗玻璃液侵蚀最佳的材料。组成范围：A1 2 0 3 47 51；ZrO 2 30 43；Si0 2 10 18。一般把电熔锆刚玉砖中按 ZrO 2 含量分为 30#、33#、35#、40#等若干级,电熔锆莫来石砖和电熔锆刚玉砖主要用于熔窑投料池、池壁、流液洞、喷嘴砖、下间歇砖等与玻璃液相接触的部位。,玻璃工艺学,54,目前在玻璃窑上使用的碱性耐火材料有：镁砖、镁硅砖、镁铬砖、铬镁砖等。镁砖是以方镁石为主晶相，MgO 的含量为 80 85。镁砖的抗碱性能强，抗酸能力差烧结镁砖以烧结镁砂为原料，加入含亚硫酸盐的纸浆废液作结合剂，在 1600 1700 下烧成，其主矿相为方镁石，含少量玻璃相。不烧结镁砖是在烧结镁砂中加入矿化剂和低温结合剂，经加压成型、干燥而成制品。,4 碱性耐火材料(MgO 系),主要用于蓄热室上部的格子体和蓄热室墙的上半部。,玻璃工艺学,55,二耐火材料在熔窑中的蚀变,温度：玻璃的熔制是在高温下进行的，热点的最高温度可达1600或更高。配合料、玻璃液和碱蒸气与耐火材料之间的侵蚀反应与温度成指数函数关系，试验证明，在正常熔制作业温度范围内，每升温50，对耐火材料的侵蚀速率增加一倍。,配合料的超细粉：熔窑中耐火材料所受的侵蚀主要来自飞料、飞料主要侵蚀熔的上部（包括大碹、胸墙、小炉各部位）和蓄热室。其中以蓄热室较为严重。,一）影响因素,配合料和玻璃液的挥发物主要侵蚀熔窑的上半结构,玻璃工艺学,56,配合料中杂质铁杂质铁造成熔制温度升高据有关测定Fe2O3含量为0.088%的玻璃液，池窑玻璃表面与池窑底温差为35，而Fe2O3达到0.51%玻璃液，其温差可达380。正是由于Fe2O3和FeO存在，使玻璃在窑中表面和深层的温度差扩大,配合料中的水水分能增加熔化时的热传导，使配合料容易熔化；由于减少了飞料，因而也可减少对熔窑耐火材料和余热利用装置的腐蚀。,玻璃液面的波动将耐火材料上形成的一层保护膜冲刷掉，使新的耐火材料表面裸露出来，进一步受到侵蚀,玻璃工艺学,57,耐火材料的质量和砌块组合不同的耐火材料组合在高温和玻璃液作用下会产生低温共熔反应，降低其荷重软化温度和机械强度,玻璃工艺学,58,二）耐火材料的蚀变,硅砖：气体进入砖缝，在1400 冷凝成液体，快速侵蚀硅砖形成洞粘土砖：玻璃液进入气孔中，溶解砖中游离i和莫来石；蓄热室粘土砖受飞尘侵蚀后，生成釉层，会堵塞格子砖砖：水平缝上方受侵蚀较下方严重，因上方高粘度的保护层受重力作用易向下流动镁砖：高纯镁砖主晶相为方镁石，1430以上时方镁石晶体在碱蒸汽的作用下逐渐长大，体积变化会使砖表面发生龟裂、破碎、粉化直至剥落。含镁材料对、的抗蚀性极差,