劉紅剛+梁其尤+魏猛+龔鋒杰+王明忠+袁偉

摘 要：本文研究了實(shí)際生產(chǎn)中影響玻璃均勻度的因素，主要包括配合料混合均勻度、飛料及揮發(fā)物、料堆、調(diào)整料方、鼓泡器、熔化工藝、攪拌器與卡脖水包配置、耐火材料侵蝕等，從斷面條紋、密度等方面分析了它們對(duì)玻璃均勻度的影響。并結(jié)合生產(chǎn)線情況，從原料、熔化工藝、鼓泡器、攪拌器和耐火材料選擇幾個(gè)方面提出了改善玻璃均勻度的方法，以指導(dǎo)實(shí)際玻璃生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：超白高鋁玻璃 均勻度 條紋 密度

中圖分類號(hào)：TQ17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）07（b）-0114-05

Abstract：The influence factors of glass homogeneity in the process of production were studied in this paper， which mainly included the mixing uniformity of bath， dust or volatile matter， heap， adjusting t raw material rates， bubbler， melting process， stirrer and neck water package allocation， refractory erosion， etc.， their influence on glass homogeneity were analyzed from the section of stripe and the density. Combined with the production line， the way of improving glass homogeneity were raised from raw materials， melting process， bubbler， stirrer and refractory selection to guide the actual glass production.

Key Words：Ultra high alumina glass； Homogeneity； Cross stripe； Density

隨著電子玻璃的廣泛應(yīng)用，高鋁蓋板玻璃也得到了快速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于顯示產(chǎn)品中，比如手機(jī)蓋板、保護(hù)貼、汽車導(dǎo)航板等。同時(shí)，對(duì)玻璃質(zhì)量的要求越來(lái)越嚴(yán)格，玻璃的均勻度是玻璃質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。均勻性不好的玻璃，易產(chǎn)生光學(xué)畸變、機(jī)械性能不穩(wěn)定、CNC加工過(guò)程中易崩邊等問(wèn)題。因此，玻璃的均勻度受到了生產(chǎn)企業(yè)的高度重視，本文結(jié)合浮法超白高鋁玻璃產(chǎn)線實(shí)際生產(chǎn)情況，研究了玻璃均度的影響因素，并提出了改善方法。

1 影響玻璃均勻度的因素

1.1 配合料的均勻度

配合料均勻度的大小與最佳混合時(shí)間、物料的粒度大小及粒極配比有很大關(guān)系[1]。電子玻璃使用的配合料均勻度要求大于95%，配合料的均勻度低時(shí)，配合料易產(chǎn)生分層或結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，造成玻璃的熔解、均化困難，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生條紋或結(jié)石缺陷。

某線投產(chǎn)初期料團(tuán)和條紋都較為較嚴(yán)重，筆者對(duì)料團(tuán)和正常的配合料進(jìn)行化學(xué)成分測(cè)量，結(jié)果如表1所示。從測(cè)量結(jié)果看，料團(tuán)1為富MgO質(zhì)料團(tuán)，料團(tuán)2為富K2O質(zhì)料團(tuán)，它們產(chǎn)生的原因可能有兩種：（1）原料粒度過(guò)細(xì)，在加水混合時(shí)更容易吸水結(jié)團(tuán)；（2）混合機(jī)靶壁、死角等部位容易黏附物料，并逐漸產(chǎn)生結(jié)塊，在混料過(guò)程中被帶出。配合料的嚴(yán)重結(jié)團(tuán)，會(huì)造成玻璃初熔過(guò)程中產(chǎn)生不均勻性，不均勻的玻璃在后期的均化過(guò)程中難以完全均化，易在玻璃制品中形成條紋[2]、結(jié)石、翹曲等缺陷，造成玻璃不均勻。

1.2 飛料與揮發(fā)物

在超白高鋁玻璃生產(chǎn)中大量使用化工原料，超細(xì)粉較多，且料方中鉀、鈉含量較高，造成窯內(nèi)飛料較為嚴(yán)重。此外，熔窯熱點(diǎn)溫度高達(dá)1600℃，玻璃液會(huì)產(chǎn)生大量的揮發(fā)物，揮發(fā)物會(huì)在低溫區(qū)形成冷凝物。根據(jù)觀察，大碹、胸墻、掛鉤磚、小爐出火口、后山墻、工作部煙囪等處有較多的飛料或揮發(fā)物，大碹、蓄熱室碹頂、卡脖等使用硅質(zhì)耐火材料的部位被堿蒸汽侵蝕嚴(yán)重。窯爐上部空間耐火材料受到堿侵蝕時(shí)，形成熔渣。熔渣與耐火材料形成低熔點(diǎn)混合物，流入玻璃熔體，就可能產(chǎn)生條紋或不均質(zhì)玻璃液[3]。飛料和揮發(fā)物主要是通過(guò)以下兩個(gè)方面影響玻璃的均勻度：一方面，玻璃液表面的不動(dòng)層或?qū)α鬏^弱的區(qū)域，堿性組分揮發(fā)嚴(yán)重，造成玻璃液表面局部富硅，這些不動(dòng)層受到擾動(dòng)進(jìn)入生產(chǎn)流就會(huì)形成富硅條紋；另一方面，揮發(fā)物在耐火材料表面富集或發(fā)生反應(yīng)，形成碹滴或溜子落入玻璃液，也會(huì)形成條紋。

1.3 調(diào)整料方

改變配合料的化學(xué)組成，熔窯內(nèi)需要很長(zhǎng)一段時(shí)間才能達(dá)到均勻的玻璃熔體。調(diào)整料方時(shí)，窯內(nèi)的玻璃成分和密度差異大，新組分玻璃液置換舊玻璃液的過(guò)程中，幾乎無(wú)法避免地出現(xiàn)條紋缺陷。一般認(rèn)為1 d內(nèi)密度變化超過(guò)4個(gè)點(diǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生條紋。調(diào)整料方所引起的玻璃不均勻，首先在表層玻璃發(fā)生變化，隨后再向中間層玻璃滲透，從斷面條紋圖上看，上表、中部間玻璃分界線不平滑，互相向?qū)Ψ絽^(qū)域進(jìn)行擴(kuò)散、滲透。

1.4 料堆

料堆或泡界線作為熔化關(guān)鍵工藝控制指標(biāo)之一，對(duì)玻璃的均勻度有著重要的影響。料堆的控制非常重要，尤其是對(duì)于多臺(tái)螺旋投料機(jī)，各投料機(jī)之間應(yīng)保持均衡下料，各料堆形態(tài)應(yīng)保持穩(wěn)定。投料池中不同區(qū)域的玻璃具有不同的密度，一旦料堆出現(xiàn)偏斜、長(zhǎng)短波動(dòng)時(shí)，就極易造成玻璃液流波動(dòng)，形成初熔階段的不均勻玻璃熔體，這種不均勻熔體在1400℃的高溫下還是很穩(wěn)定的。某線使用多臺(tái)螺旋給料機(jī)，料堆穩(wěn)定性差，料堆偏斜情況較為突出，當(dāng)料堆變化時(shí)，0#底南、中、北溫度會(huì)有相應(yīng)變化。利用Minitab軟件對(duì)條紋與0#底溫度進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果表明，0#池底S側(cè)溫度與條紋的Pearson相關(guān)系數(shù)=0.207，P值=0.045，P值小于0.05，結(jié)合散點(diǎn)圖，說(shuō)明0#池底S側(cè)溫度與重筋呈輕度正相關(guān)。與日常經(jīng)驗(yàn)有一定相符，也即表明料堆偏斜過(guò)多時(shí)，條紋相對(duì)偏差。endprint

1.5 鼓泡器

鼓泡器是將壓縮空氣（或其他氣體）經(jīng)窯底鼓泡管送入玻璃液中，并在鼓泡嘴上形成一定壓力的氣泡，當(dāng)氣泡在玻璃液中產(chǎn)生的浮力大于氣泡與鼓泡嘴之間的吸附力時(shí)，氣泡便脫離鼓泡嘴而上升。上升過(guò)程中帶動(dòng)相鄰玻璃液上升，使上下層不均勻的玻璃液相互混合，達(dá)到強(qiáng)制均化的目的。但是采用自然連續(xù)鼓泡時(shí)，鼓泡易受到拉引量、熔化池底溫度等參數(shù)的影響而變化。鼓泡能夠有效地控制、強(qiáng)化和改善窯爐內(nèi)的玻璃液對(duì)流，增強(qiáng)爐內(nèi)各種物料間的熱交換及物理化學(xué)反應(yīng)，因此提高了玻璃液熔制過(guò)程中熔化、澄清、均化的效率。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)鼓泡量在調(diào)整或變化時(shí)，易對(duì)熔窯內(nèi)玻璃液流造成擾動(dòng)，導(dǎo)致玻璃條紋、密度等發(fā)生波動(dòng)。

1.6 卡脖水包與攪拌器配置

機(jī)械攪拌能夠明顯改善熔窯中玻璃液的均化，減少玻璃不均勻度。攪拌器類型、使用數(shù)量及與卡脖水包的配置，對(duì)玻璃的均化具有重要影響。為比較不同卡脖水包壓深和不同類型攪拌器對(duì)條紋的影響，共制作了3種卡脖水包，高度分別為150mm/240mm/320mm，攪拌器制作了2種類型，分別為圓型和三叉式（轉(zhuǎn)速均為5轉(zhuǎn)/分鐘），并檢測(cè)不同組合狀況下的條紋。

圖1～圖6為不同類型攪拌器和不同尺寸卡脖水包配置時(shí)的條紋圖。從以上圖形可以看出，攪拌器為圓型，卡脖水包尺寸為240mm時(shí)條紋相對(duì)最好。水包深度超過(guò)240mm，條紋趨差。

攪拌器使用根數(shù)不同時(shí)，形成的條紋是不一樣的。使用2根或4根攪拌器，任何攪拌方向中輕微的不均勻，或工作部?jī)蓚?cè)熱散失的差異都將導(dǎo)致工作部液流的分配不均勻，分界線會(huì)偏向一邊，影響條紋。使用6根攪拌器，對(duì)透明玻璃來(lái)說(shuō)，工作部液流向兩側(cè)展開較多，通常只有中間一對(duì)攪拌器的玻璃進(jìn)入流道，分界線幾乎不能看到。某生產(chǎn)線初期使用了不同數(shù)量的攪拌器，條紋如圖7～圖10所示。

總體上看，攪拌器使用6根時(shí)，條紋狀態(tài)最好，其他時(shí)候都有不同程度的問(wèn)題。而且攪拌器的不正常使用，使工作部液流遭到嚴(yán)重破壞，除了會(huì)引起條紋異常外，還會(huì)引起氣泡缺陷增多等問(wèn)題。

為了驗(yàn)證攪拌器轉(zhuǎn)速對(duì)均勻度的影響，特制定實(shí)驗(yàn)方案，分別設(shè)定攪拌器速度為2、3、4、5、6、7、8轉(zhuǎn)/分鐘下觀察玻璃的斷面條紋，每種速度運(yùn)行3 d，在條紋充分穩(wěn)定的基礎(chǔ)下進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)攪拌器速度6轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，條紋最好。此外，攪拌器和卡脖水包浸入玻璃液深度對(duì)條紋也有重要影響，需要根據(jù)實(shí)際工藝狀況，配置攪拌器和卡脖水包。

1.7 熔化工藝

熔化工藝對(duì)玻璃均勻度的影響，主要體現(xiàn)在熔化、澄清和均化3個(gè)階段。在熔化階段產(chǎn)生的玻璃熔體是不均勻的，需要在澄清、均化階段進(jìn)行消除。實(shí)際生產(chǎn)中，利用熱點(diǎn)溫度和前面提到的鼓泡器與攪拌器對(duì)玻璃熔體進(jìn)行均化。較高的溫度和較長(zhǎng)的熔化時(shí)間能提高玻璃的均勻度。對(duì)于超白高鋁玻璃來(lái)說(shuō)，熱點(diǎn)溫度一般應(yīng)控制在1600℃以上，一般按照山形或橋形設(shè)定熔制溫度曲線。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，1#小爐與熱點(diǎn)之間的溫差控制在100℃左右，熱點(diǎn)與末對(duì)小爐的溫差控制在80℃為宜。如果1#溫度過(guò)低，熔窯化料能力被削弱，過(guò)高會(huì)造成熱點(diǎn)與投料池之間的對(duì)流減弱，同樣對(duì)于熔化不利，易產(chǎn)生玻璃不均性缺陷[4]。

此外，卡脖至工作部的工藝對(duì)玻璃均勻性也有著重要的影響。如果工作部溫度發(fā)生大的波動(dòng)時(shí)，會(huì)造成工作部液流紊亂、拉引量波動(dòng)、流道析晶變化層，進(jìn)而產(chǎn)生條紋、玻璃板厚薄差大、玻璃密度變化、板面析晶缺陷增多等問(wèn)題。

1.8 拉引量

隨著電子玻璃越來(lái)越薄的發(fā)展趨勢(shì)，熔窯的拉引量逐漸減小。很多浮法電子玻璃熔窯未充分考慮到這一發(fā)展趨勢(shì)，熔窯設(shè)計(jì)噸位偏大。為了生產(chǎn)較薄的玻璃，不得不降低拉引量。比如，有的熔窯設(shè)計(jì)拉引量為200T/D，生產(chǎn)薄玻璃時(shí)拉引量降到了50T/D。長(zhǎng)期在低拉引量狀態(tài)下運(yùn)行，窯內(nèi)的液流與窯爐設(shè)計(jì)設(shè)想有較大差異，當(dāng)拉引量調(diào)整或波動(dòng)時(shí)都會(huì)引起玻璃質(zhì)量的波動(dòng)，產(chǎn)生如條紋、波紋度、氣泡等方面的問(wèn)題。

對(duì)某生產(chǎn)線的拉引量變化與密度、條紋數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)它們都有顯著的相關(guān)性。

1.9 耐火材料侵蝕

耐火材料是玻璃窯爐的結(jié)構(gòu)材料，在使用過(guò)程中，受到高溫、氣體及液體沖刷、粉塵影響，易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物會(huì)緩慢熔解到熔體中而造成玻璃不均勻[5]。某線熔窯產(chǎn)生的玻筋檢測(cè)結(jié)果，如圖11所示。

從掃描照片可以看出，條紋周圍玻璃發(fā)生變形，造成玻璃厚度不均。能譜檢測(cè)結(jié)果顯示，條紋中Al2O3含量約為50wt.%，明顯高于周圍正常玻璃，屬于富鋁質(zhì)條紋，此類條紋可能為熔窯液面線或上部空間鋁硅質(zhì)、高鋁質(zhì)耐火材料的侵蝕產(chǎn)物。

2 改善玻璃均勻度的方法

在上述分析的基礎(chǔ)上，并結(jié)合生產(chǎn)線實(shí)際狀況，針對(duì)玻璃均勻度，可采取以下方法進(jìn)行改善。

（1）減少各原料超細(xì)粉比例，優(yōu)化配合料粒度級(jí)配，優(yōu)化配合料混合方式，以減輕配合料飛料或結(jié)團(tuán)的問(wèn)題。

（2）對(duì)于高鋁超白玻璃產(chǎn)線，熔化熱點(diǎn)溫度一般控制在1600℃左右，熱點(diǎn)與1#小爐之間的溫差在120℃左右，熱點(diǎn)與末對(duì)小爐之間的溫差在80℃左右。

（3）使用鼓泡系統(tǒng)，鼓泡位置、鼓泡氣量應(yīng)設(shè)定合理。

（4）使用6根圓形攪拌器，攪拌器轉(zhuǎn)速設(shè)定為6轉(zhuǎn)/分鐘。卡脖水包高度為240mm較好。

（5）合理選用優(yōu)質(zhì)耐火材料，優(yōu)化熔化工藝，減少耐火材料侵蝕，以減輕條紋出現(xiàn)幾率。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，影響玻璃均勻度的因素主要包括配合料的混合均勻度、飛料及揮發(fā)物、料堆、調(diào)整料方、鼓泡器、熔化工藝、攪拌器與卡脖水包配置、耐火材料侵蝕等，通過(guò)優(yōu)化配合料粒度級(jí)配、設(shè)定合適的熔化工藝、使用鼓泡器并設(shè)定合適的參數(shù)、采用圓形攪拌器并配置合適尺寸的卡脖水包、選擇合適的耐火材料可以改善玻璃均勻度。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳曉紅.淺談配合料質(zhì)量對(duì)熔化的影響[J].玻璃，2006（2）： 18-20.

[2] 姜宏，趙會(huì)峰，王桂容.浮法玻璃固相缺陷顯微結(jié)構(gòu)圖冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[3] 基甫生·馬威德.玻璃制造中的缺陷[M].北京：輕工業(yè)出版社，2004.

[4] 雷強(qiáng).玻璃池窯液流形態(tài)分析[J].山西建材，2002（4）：15-16.

[5] 劉文斌，李松哲.玻璃條紋的產(chǎn)生與消除[J].玻璃，2006（4）： 47，58.endprint