玻璃均勻度的影響因素及改善方法

劉紅剛+梁其尤+魏猛+龔鋒杰+王明忠+袁偉

摘 要：本文研究了實際生產中影響玻璃均勻度的因素，主要包括配合料混合均勻度、飛料及揮發物、料堆、調整料方、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玻璃均勻度的影響。并結合生產線情況，從原料、熔化工藝、鼓泡器、攪拌器和耐火材料選擇幾個方面提出了改善玻璃均勻度的方法，以指導實際玻璃生產。

關鍵詞：超白高鋁玻璃 均勻度 條紋 密度

中圖分類號：TQ17 文獻標識碼：A 文章編號：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用，高鋁蓋板玻璃也得到了快速發展，廣泛應用于顯示產品中，比如手機蓋板、保護貼、汽車導航板等。同時，對玻璃質量的要求越來越嚴格，玻璃的均勻度是玻璃質量的一項關鍵指標。均勻性不好的玻璃，易產生光學畸變、機械性能不穩定、CNC加工過程中易崩邊等問題。因此，玻璃的均勻度受到了生產企業的高度重視，本文結合浮法超白高鋁玻璃產線實際生產情況，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間、物料的粒度大小及粒極配比有很大關系[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，配合料易產生分層或結團現象，造成玻璃的熔解、均化困難，嚴重時甚至會產生條紋或結石缺陷。

某線投產初期料團和條紋都較為較嚴重，筆者對料團和正常的配合料進行化學成分測量，結果如表1所示。從測量結果看，料團1為富MgO質料團，料團2為富K2O質料團，它們產生的原因可能有兩種：（1）原料粒度過細，在加水混合時更容易吸水結團；（2）混合機靶壁、死角等部位容易黏附物料，并逐漸產生結塊，在混料過程中被帶出。配合料的嚴重結團，會造成玻璃初熔過程中產生不均勻性，不均勻的玻璃在后期的均化過程中難以完全均化，易在玻璃制品中形成條紋[2]、結石、翹曲等缺陷，造成玻璃不均勻。

1.2 飛料與揮發物

在超白高鋁玻璃生產中大量使用化工原料，超細粉較多，且料方中鉀、鈉含量較高，造成窯內飛料較為嚴重。此外，熔窯熱點溫度高達1600℃，玻璃液會產生大量的揮發物，揮發物會在低溫區形成冷凝物。根據觀察，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物，大碹、蓄熱室碹頂、卡脖等使用硅質耐火材料的部位被堿蒸汽侵蝕嚴重。窯爐上部空間耐火材料受到堿侵蝕時，形成熔渣。熔渣與耐火材料形成低熔點混合物，流入玻璃熔體，就可能產生條紋或不均質玻璃液[3]。飛料和揮發物主要是通過以下兩個方面影響玻璃的均勻度：一方面，玻璃液表面的不動層或對流較弱的區域，堿性組分揮發嚴重，造成玻璃液表面局部富硅，這些不動層受到擾動進入生產流就會形成富硅條紋；另一方面，揮發物在耐火材料表面富集或發生反應，形成碹滴或溜子落入玻璃液，也會形成條紋。

1.3 調整料方

改變配合料的化學組成，熔窯內需要很長一段時間才能達到均勻的玻璃熔體。調整料方時，窯內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程中，幾乎無法避免地出現條紋缺陷。一般認為1 d內密度變化超過4個點時會產生條紋。調整料方所引起的玻璃不均勻，首先在表層玻璃發生變化，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，互相向對方區域進行擴散、滲透。

1.4 料堆

料堆或泡界線作為熔化關鍵工藝控制指標之一，對玻璃的均勻度有著重要的影響。料堆的控制非常重要，尤其是對于多臺螺旋投料機，各投料機之間應保持均衡下料，各料堆形態應保持穩定。投料池中不同區域的玻璃具有不同的密度，一旦料堆出現偏斜、長短波動時，就極易造成玻璃液流波動，形成初熔階段的不均勻玻璃熔體，這種不均勻熔體在1400℃的高溫下還是很穩定的。某線使用多臺螺旋給料機，料堆穩定性差，料堆偏斜情況較為突出，當料堆變化時，0#底南、中、北溫度會有相應變化。利用Minitab軟件對條紋與0#底溫度進行相關性分析。結果表明，0#池底S側溫度與條紋的Pearson相關系數=0.207，P值=0.045，P值小于0.05，結合散點圖，說明0#池底S側溫度與重筋呈輕度正相關。與日常經驗有一定相符，也即表明料堆偏斜過多時，條紋相對偏差。endprint

1.5 鼓泡器

鼓泡器是將壓縮空氣（或其他氣體）經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，當氣泡在玻璃液中產生的浮力大于氣泡與鼓泡嘴之間的吸附力時，氣泡便脫離鼓泡嘴而上升。上升過程中帶動相鄰玻璃液上升，使上下層不均勻的玻璃液相互混合，達到強制均化的目的。但是采用自然連續鼓泡時，鼓泡易受到拉引量、熔化池底溫度等參數的影響而變化。鼓泡能夠有效地控制、強化和改善窯爐內的玻璃液對流，增強爐內各種物料間的熱交換及物理化學反應，因此提高了玻璃液熔制過程中熔化、澄清、均化的效率。

根據經驗，當鼓泡量在調整或變化時，易對熔窯內玻璃液流造成擾動，導致玻璃條紋、密度等發生波動。

1.6 卡脖水包與攪拌器配置

機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、使用數量及與卡脖水包的配置，對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（轉速均為5轉/分鐘），并檢測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時條紋相對最好。水包深度超過240mm，條紋趨差。

攪拌器使用根數不同時，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，或工作部兩側熱散失的差異都將導致工作部液流的分配不均勻，分界線會偏向一邊，影響條紋。使用6根攪拌器，對透明玻璃來說，工作部液流向兩側展開較多，通常只有中間一對攪拌器的玻璃進入流道，分界線幾乎不能看到。某生產線初期使用了不同數量的攪拌器，條紋如圖7～圖10所示。

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

為了驗證攪拌器轉速對均勻度的影響，特制定實驗方案，分別設定攪拌器速度為2、3、4、5、6、7、8轉/分鐘下觀察玻璃的斷面條紋，每種速度運行3 d，在條紋充分穩定的基礎下進行對比。通過對比發現，當攪拌器速度6轉/分鐘時，條紋最好。此外，攪拌器和卡脖水包浸入玻璃液深度對條紋也有重要影響，需要根據實際工藝狀況，配置攪拌器和卡脖水包。

1.7 熔化工藝

熔化工藝對玻璃均勻度的影響，主要體現在熔化、澄清和均化3個階段。在熔化階段產生的玻璃熔體是不均勻的，需要在澄清、均化階段進行消除。實際生產中，利用熱點溫度和前面提到的鼓泡器與攪拌器對玻璃熔體進行均化。較高的溫度和較長的熔化時間能提高玻璃的均勻度。對于超白高鋁玻璃來說，熱點溫度一般應控制在1600℃以上，一般按照山形或橋形設定熔制溫度曲線。根據實際生產經驗，1#小爐與熱點之間的溫差控制在100℃左右，熱點與末對小爐的溫差控制在80℃為宜。如果1#溫度過低，熔窯化料能力被削弱，過高會造成熱點與投料池之間的對流減弱，同樣對于熔化不利，易產生玻璃不均性缺陷[4]。

此外，卡脖至工作部的工藝對玻璃均勻性也有著重要的影響。如果工作部溫度發生大的波動時，會造成工作部液流紊亂、拉引量波動、流道析晶變化層，進而產生條紋、玻璃板厚薄差大、玻璃密度變化、板面析晶缺陷增多等問題。

1.8 拉引量

隨著電子玻璃越來越薄的發展趨勢，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展趨勢，熔窯設計噸位偏大。為了生產較薄的玻璃，不得不降低拉引量。比如，有的熔窯設計拉引量為200T/D，生產薄玻璃時拉引量降到了50T/D。長期在低拉引量狀態下運行，窯內的液流與窯爐設計設想有較大差異，當拉引量調整或波動時都會引起玻璃質量的波動，產生如條紋、波紋度、氣泡等方面的問題。

對某生產線的拉引量變化與密度、條紋數據進行相關性分析，發現它們都有顯著的相關性。

1.9 耐火材料侵蝕

耐火材料是玻璃窯爐的結構材料，在使用過程中，受到高溫、氣體及液體沖刷、粉塵影響，易發生化學反應，反應產物會緩慢熔解到熔體中而造成玻璃不均勻[5]。某線熔窯產生的玻筋檢測結果，如圖11所示。

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

2 改善玻璃均勻度的方法

在上述分析的基礎上，并結合生產線實際狀況，針對玻璃均勻度，可采取以下方法進行改善。

（1）減少各原料超細粉比例，優化配合料粒度級配，優化配合料混合方式，以減輕配合料飛料或結團的問題。

（2）對于高鋁超白玻璃產線，熔化熱點溫度一般控制在1600℃左右，熱點與1#小爐之間的溫差在120℃左右，熱點與末對小爐之間的溫差在80℃左右。

（3）使用鼓泡系統，鼓泡位置、鼓泡氣量應設定合理。

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

（5）合理選用優質耐火材料，優化熔化工藝，減少耐火材料侵蝕，以減輕條紋出現幾率。

3 結語

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、飛料及揮發物、料堆、調整料方、鼓泡器、熔化工藝、攪拌器與卡脖水包配置、耐火材料侵蝕等，通過優化配合料粒度級配、設定合適的熔化工藝、使用鼓泡器并設定合適的參數、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

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

[2] 姜宏，趙會峰，王桂容.浮法玻璃固相缺陷顯微結構圖冊[M].北京：化學工業出版社，2007.

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

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

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