超白玻璃生產(chǎn)中耐火材料氣泡的分析與對策

余德興 豆慶河 周賢軍 周莉

（1. 海南中航特玻材料有限公司 特種玻璃國家重點實驗室 ?？?571924；2. 海南中航特?？萍加邢薰??？?571924）

0 引言

氣泡是玻璃生產(chǎn)中常見的一種缺陷，超白玻璃相比普通玻璃，更容易在澄清區(qū)域出現(xiàn)氣泡。生產(chǎn)超白浮法玻璃時，存在的主要問題就是玻璃液澄清困難。因為超白玻璃中鐵含量低，導(dǎo)熱系數(shù)較高，是普通玻璃的3～4倍，導(dǎo)致超白浮法玻璃的透熱性好，玻璃液溫度高，黏度低，在水平方向?qū)α鲝姸却?，成形環(huán)流在澄清區(qū)停留時間短，使得玻璃液中殘留的氣泡來不及排出。由于鐵含量低，導(dǎo)致整個池深方向垂直溫度梯度明顯要比普通浮法玻璃小，池底溫度比普通浮法玻璃高6%左右，玻璃液的上下溫差相對較小，對流減小，使得氣泡排出比普通浮法玻璃更為困難。另一方面，成形環(huán)流下方的回流玻璃液在前進過程中溫度不斷上升，使本已被玻璃液吸收的微氣泡在熱化學的作用下又被重新釋放到玻璃液中。同時低鐵玻璃液黏度較低，微氣泡極易升到表面流中，導(dǎo)致成形流玻璃液中氣泡明顯上升［1］。因為超白玻璃透熱性好，池底溫度高，水平方向?qū)α鲝姸却螅瑢Τ氐?、池壁耐火材料侵蝕嚴重，還容易形成耐火材料氣泡。

1 超白玻璃生產(chǎn)出現(xiàn)的氣泡問題

某浮法玻璃生產(chǎn)線，在生產(chǎn)普通白玻期間，熔化質(zhì)量良好，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定。從普白玻璃改為生產(chǎn)超白玻璃一段時間之后，玻璃板帶的質(zhì)量逐漸下降，氣泡缺陷逐漸增多，成品率受到較大影響。氣泡在整個玻璃板帶上呈無規(guī)則分布，縱向分布上也沒有明顯規(guī)律。玻璃板面缺陷分布如圖1所示，圖中顯示的各種符號代表的缺陷，經(jīng)過取樣驗證全部都是氣泡缺陷。

2 氣泡缺陷檢測及來源分析

隨機抽取缺陷樣品檢測后發(fā)現(xiàn)，氣泡在玻璃板厚度方向上處于中下部，氣泡直徑分布在0.5～2.0 mm，氣泡內(nèi)有不明顯的沉積物。使用質(zhì)譜儀對氣泡樣品進行氣體成分分析，結(jié)果如表1所示。

表1 氣泡分析結(jié)果

氣泡內(nèi)主要含有N2、CO2和Ar等。N2體積比例79%～83%，CO2體積比例15%～20%，Ar體積比例0.7%。由此可判斷氣泡的產(chǎn)生跟耐火材料侵蝕而隨之從耐火材料氣孔里釋放的殘余空氣有關(guān)。

缺陷樣品氣泡內(nèi)高含量（79%～83%）的N2，并且N2/Ar比例與環(huán)境空氣一致，表明是跟空氣相關(guān)的氣泡。耐火材料氣孔中通常含有空氣，在還原條件下熔化的耐火材料，氣孔中的O2會轉(zhuǎn)化成CO2或者CO2和CO的混合物。氣孔一旦打開，氣孔中的O2接觸到玻璃熔體，優(yōu)先被玻璃熔體里的還原組分吸收。氣泡就會含有高濃度的N2（甚至可能高達100%），0～20%體積容量的CO2，和大約1%體積容量的Ar［2］。

氣泡直徑在0.5～2.0 mm，CO2含量低（15%～20%），且氣泡位于玻璃板厚度的中下部，表明氣泡在熔窯停留的時間較短，可判斷氣泡產(chǎn)生位置可能在熱點區(qū)域下游，熔窯的中高溫或者中溫區(qū)域，最大可能是在澄清區(qū)末端到卡脖之間，發(fā)生了局部的耐火材料侵蝕。也有可能是玻璃液穿透耐火材料的縫隙，接觸到更容易產(chǎn)生氣泡的下層耐火材料，產(chǎn)生大量的氣泡。熔窯內(nèi)的溫度波動，或者玻璃液流變化等技術(shù)條件改變，都有可能產(chǎn)生這樣的氣泡。超白玻璃的特點是水平方向?qū)α鲝?，流速較快的玻璃液流在卡脖遇阻后形成較強回流，對耐火材料沖刷嚴重。

根據(jù)氣泡分析結(jié)果，結(jié)合熔窯的實際運行情況，判斷氣泡產(chǎn)生位置在熔窯的澄清區(qū)，由于熔窯的底部耐火材料受到侵蝕產(chǎn)生了氣泡，來自底部的氣泡穿過中下層玻璃液一直上升到成形玻璃液流里，在這個區(qū)域玻璃液的溫度已經(jīng)比較低，氣泡無法排出或者被玻璃液吸收，會一直留在玻璃液中［3］。

3 熔窯工藝調(diào)整

3.1 調(diào)整熔窯末對小爐燃料用量

在保證熔化質(zhì)量的前提下，適當降低澄清區(qū)玻璃液溫度。通過降低末對小爐燃料用量來降低熔窯下游玻璃液的溫度，實現(xiàn)降低熔窯澄清區(qū)池底玻璃液溫度和減小玻璃液流動性的目的，減緩玻璃液對澄清區(qū)池底耐火材料的侵蝕作用。

3.2 降低熔窯澄清區(qū)底部保溫層厚度

將澄清區(qū)底部外層原來使用的硅鈣板保溫層拆除，并輔助通風措施降溫，內(nèi)層耐火材料的表面溫度從200 ℃降低到50 ℃，達到降低玻璃液接觸位置耐火材料溫度的目的，降低界面溫度，降低玻璃液的流動性，減緩玻璃液對澄清區(qū)池底耐火材料的侵蝕作用。

3.3 更換卡脖水包

原來使用的卡脖水包壓入深度為340 mm，改為使用壓入深度280 mm卡脖水包，可減小熔窯玻璃液回流，降低玻璃液與耐火材料界面處的溫度和流速，減緩玻璃液對澄清區(qū)池底耐火材料的侵蝕。

3.4 調(diào)整結(jié)果及驗證

經(jīng)過一系列調(diào)整后，實現(xiàn)了降低熔窯澄清區(qū)池底溫度、降低玻璃液流動性的目的。玻璃液中氣泡缺陷逐步減少，玻璃板帶的質(zhì)量逐步恢復(fù)到正常水平，并能長期保持穩(wěn)定。

該生產(chǎn)線窯期結(jié)束后放完玻璃水進行冷修時，對熔窯內(nèi)部進行檢查發(fā)現(xiàn)，澄清區(qū)末端玻璃液已經(jīng)對底部耐火材料造成了較為嚴重的侵蝕，池底AZS鋪面磚部分侵蝕，玻璃液已經(jīng)接觸到池底黏土大磚。在不采取調(diào)整措施的情況下，會產(chǎn)生大量的氣泡缺陷，影響玻璃板面的質(zhì)量，印證了當時對氣泡出現(xiàn)時做出的分析和判斷。熔窯澄清區(qū)池底耐火材料的侵蝕情況見圖2。

4 結(jié)語

由于超白玻璃鐵含量的降低，相對于普通白玻，在熔化過程中導(dǎo)熱系數(shù)、黏度會有很大的不同，在生產(chǎn)過程中對應(yīng)會產(chǎn)生池底溫度升高、玻璃流動性明顯增強等情況，對耐火材料侵蝕加劇，容易出現(xiàn)耐火材料侵蝕氣泡。

在超白玻璃窯爐設(shè)計上，需要考慮玻璃液流動比較強、侵蝕比較嚴重的部位，對設(shè)計尺寸進行優(yōu)化，使用更加耐受沖刷、抗侵蝕的耐火材料，并考慮降低這些部位的保溫效果，減少耐火材料在運行過程中的侵蝕，避免產(chǎn)生氣泡。

在熔化過程中，為了實現(xiàn)窯爐節(jié)能，通常會增加卡脖水包的壓入深度，加強窯爐的保溫，但是這些措施會影響玻璃液回流、對流，造成熔窯局部溫度升高，增加熔窯耐火材料的局部侵蝕。在超白玻璃生產(chǎn)過程中，需要綜合考慮熔窯節(jié)能、窯爐保護和長期熔化質(zhì)量穩(wěn)定的平衡，才能實現(xiàn)長期高質(zhì)量生產(chǎn)的目標。