熱力學計算研究浮法玻璃的生產工藝過程研究

李文峰?常亮

在玻璃產品中，最重要的就是就是浮法玻璃。浮法玻璃的產量很大，其整個工藝流程比較復雜，其中涉及到的因素也很多。本文就是簡述通過熱力學計算分析的方法來對浮法玻璃的生產過程的研究。

由于浮法玻璃的產量相當巨大，所以其嚴重影響到我國的經濟和相關產業。浮法玻璃制造工藝一向被公認為是玻璃生產工藝里面的規模生產技術水平最高的，但是它也存在諸多的問題，比如：其溶制時間很長、其溶制的溫度很高、其余熱和廢氣度環境的危害很大、能源和原材料的消耗量也很大等等。除此以外，生產出來的玻璃產品還依賴高溫、嚴格的氣氛控制以及長時間保溫等來確保錫槽和熔窯等生產設備的穩定。所以，對其的生產還需要做進一步研究，以促進發展的平衡。

化學熱力學就是一個能到做到全方位分析和研究的工具，不需要太多的數據就可以研究材料生產制備的熱加工過程和過程中材料的相結構以及其性能的嬗變規律。對于這一點，在鋼鐵材料的研究運用中最為顯著。然而，大家也都清楚，玻璃是典型的非晶態無定型的物質，并且它的結構極為復雜，和相結構和相組成比較簡單的金屬材料是大有不同。因此，所采用的模型、計算方法還有對應的數據庫以及其數據整理等都會不同，需要對此一一展開研究。本文是闡述通過嘗試使用化學熱力學方法來研究浮法玻璃的一些工作，希望可以啟到一定的作用。

化學熱力學計算的研究平臺MTDATA

MTDATA是一整套電子計算機軟件程序包和數據庫技術，是用于多項復雜體系化學熱力學、熱過程計算分析。它的工作原理就是以熱力學物理相平衡的原則。通過積累的簡單系統的熱力學數據和專門構建的數據庫來作為基礎，根據選擇的或者設計的模型來展開計算分析工作。全過程通過相變熱力學計算分析以及非平衡計算的模型方法和實際測量的數據，就可以氣相在內的體系各相間的真實相互轉變的關系，由此可以很清楚地知道材料的制備和加工的過程，從而找出可以提高產品質量的關鍵點和環保的途徑，這樣有助于可持續發展。針對平板玻璃而言，其結構的形成，產品性能的變化，玻璃氣泡與玻璃產品性能，其熔化制備過程中的硅酸鹽反應過程細節，氣氛與澄清，氣體成分分布以及熔窯侵蝕等對玻璃生產工藝過程很重要，可是傳統的方法卻很難深入到系統的研究，所以采用這種方法比較合適。

數據的采集和數據庫

之前就有提到說浮法玻璃的組成是非常的復雜的，而且整體體系的化學熱力學相變過程所涉及到的因素也很多。所以在這個計算處理的過程中，不能僅是簡單的數據疊加，需要專門設計計算的流程和模型以及專業的數據庫才可以滿足。所以，NPL的方法是和皮爾金頓等企業合作建設MTOX數據庫，并且不斷地升級，可以涵蓋研究中可以包含的所有的氣體系統。其數據庫的問題對于研究的結果是否具有準確性和實用性啟著關鍵的作用。在研究中，發現了浮法玻璃在高溫液態的時的氣態的含量對玻璃液的澄清和產品的光學性能影響較大。所有計算體系中，對采用的數據和數據庫需要進行部分實測和計算調整。因為一般的浮法玻璃都是氧化物體系，含氧類的氣體為主，通過氧化物的氣體傳感器，利用電化學原理，形成系統的裝置，實施實驗室和生產在線測量，經過整理、對比以及計算分析，便可以推算出玻璃窯和玻璃液中氣體的含量變化規律，以此作為化學熱力學計算的基礎數據之一。

玻璃形成的過程

普通硅酸鹽玻璃成分結構很復雜，玻璃結構的形成過程對于玻璃的研究者和制造者來說，十分重要。如果可以掌握玻璃結構的形成規律以及與制備環境條件和原料的組成的關系，就可以很全面地控制玻璃的改性、玻璃的生產以及其加工，找到工藝制度需要改進的地方和可以采用環保的生產的措施等等。雖然熱力學計算出的相比較復雜，但是它的結構變化是對應著普通平板玻璃液相形成的變化規律，這便可以結合現代的結構分析方法來分析總結出玻璃的結構和形成的特點。

玻璃生產中所用的澄清劑

玻璃澄清也就是將玻璃里面的氣泡清除掉。現在采用熱力學研究的方法就是，通過設計研制的探測器，定位安放和測量獲得氣體、氣泡的信息。進行計算，做好化學組成、溫度的研究，從而建立模型，掌握氣泡的衍生和變化的規律。從而專門研發相關的澄清劑和專門的數據庫，促進深入研究氣泡的形成變化。

總結

總而言之，熱力學計算的研究方法在浮法玻璃的生產工藝的研究中，起到了很大作用，得到了很應用。熱力學計算對于玻璃的生產工藝、玻璃結構和以及其性能的關系、還有玻璃生產的技術的進步都是具有重要意義。

（作者單位：河北南玻玻璃有限公司）