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第三章 玻璃生产工艺

第三章 玻璃生产工艺. 硅酸盐工艺学. 玻璃制备的一般工艺流程. 原料加工 配料 配合料制备 熔制 成型 退火 检验 玻璃深加工. 工艺过程. 第一节 玻璃原料 一、常见氧化物按作用分类：. 硅酸盐工艺学. 二、原料的选择 1. 原料的质量要符合要求，且成分稳定； 包括原料的化学、矿物、颗粒组成符合要求；原料的纯度；化学成分、水分要求稳定。

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第三章 玻璃生产工艺

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  1. 第三章 玻璃生产工艺 硅酸盐工艺学

  2. 玻璃制备的一般工艺流程 原料加工 配料 配合料制备 熔制 成型 退火 检验 玻璃深加工 工艺过程

  3. 第一节 玻璃原料 一、常见氧化物按作用分类： 硅酸盐工艺学

  4. 二、原料的选择 1. 原料的质量要符合要求，且成分稳定； 包括原料的化学、矿物、颗粒组成符合要求；原料的纯度；化学成分、水分要求稳定。 2. 原料要易于加工处理； 3. 成本低、能大量供应； 4. 少用质量过轻以及对人体有害的原料； 5. 对耐火材料的侵蚀要小。 硅酸盐工艺学

  5. 第二节 原 料 • 主要原料：主要成分 • SiO2 Na2O CaO Al2O3 MgO • 辅助原料：使玻璃获得某种必要性质、或加速玻璃熔制过程而引入的原料。

  6. 一、引入SiO2的原料 硅酸盐玻璃的主要成分，构成玻璃结构网络骨架，赋予玻璃优良的性质。如好的化学稳定性、机械强度、硬度、增加透明性。但过多，玻璃熔融粘度大，熔制温度高， 不利于生产。一般工业玻璃中SiO2占60～75%，钠钙硅玻璃>70%，光学玻璃40～80%。 主要原料：硅砂（石英砂）、砂岩 硅酸盐工艺学

  7. 二、引入Al2O3原料 少量的Al2O3可以降低析晶倾向，提高化学稳定性、热稳定性、机械强度。量多引起玻璃粘度增大，一般用量<8～10%。 主要原料：长石、高岭土 硅酸盐工艺学

  8. 三、引入Na2O的原料 助熔剂，降低玻璃粘度、化学稳定性、热稳定性、机械强度。一般用量<16%。 主要原料：纯碱（Na2CO3）、芒硝（Na2SO4） 硅酸盐工艺学

  9. 四、引入CaO的原料 • CaO：增加玻璃的化学稳定性、机械强度和电绝缘性。但是析晶性强，且硬化速度快，使成形温度范围变窄。平板玻璃中CaO含量<10%。 • 主要原料：石灰石、方解石等 硅酸盐工艺学

  10. 五、引入MgO的原料 • MgO: 提高玻璃的化学稳定性、热稳定性和机械强度 用MgO取代部分的CaO，能改善玻璃的成形性能，降低析晶倾向；平板玻璃，瓶罐玻璃中一般用量3～4% • 主要原料：白云石、菱镁矿 硅酸盐工艺学

  11. 六、澄清剂 高温放出气体，或能降低玻璃液粘度以促进排除气泡的物质。 1. 硫酸盐：Na2SO4、BaSO4、CaSO4 Na2SO4比较普遍，在钠钙硅玻璃如平板、瓶罐玻璃中，用量为配合料的1～1.5%，日用玻璃采用BaSO4，用量0.5%，低碱或无碱的玻璃用CaSO4，用量0.5%。 硅酸盐工艺学

  12. 2. 氧化砷（As2O3）氧化锑（Sb2O3） 与NaNO3或NH3NO3等共用。低温时，吸收硝酸盐放出的氧，高温分解放出氧气而起澄清作用。 As2O3+O2→As2O5 As2O3用量0.2～0.6%，硝酸盐1.5～5%。有毒，改用Sb2O3，作用一样。 硅酸盐工艺学

  13. 3. 硝酸盐Ba(NO3)、NaNO3 Ba(NO3)比NaNO3分解温度高，澄清效果好，常用于钡质光学玻璃 4. 氟化物（降低熔体粘度）， 氯化物（高温气化挥发）

  14. 七、着色剂 玻璃的颜色取决于可见光线内的选择吸收。被吸收光的颜色与观察到的颜色互称补色。 1. 离子着色剂：离子或分子状态存在于玻璃中，离子或分子对光线有选择性吸收的作用。如Mn化合物呈紫色（3～5%），CoO呈天蓝色（0.001～0.01%）镍紫（0.003～0.03 % ） 2. 胶体着色剂：原子或分子以胶粒（1～100μm）存在于玻璃中。胶粒性质、大小、浓度对着色有影响。有金(红）、银（黄）、铜（红）、锑等。 3. 化合物着色剂：硫化镉（黄色）、硒化镉（红） 硅酸盐工艺学

  15. 八、脱色剂 无色玻璃有良好的透明性。过渡金属离子使玻璃着色。脱色的实质就是消除或减弱铁氧化物等的着色作用。 • 1.物理脱色：中和，使玻璃变白或灰色，利用颜色的互补关系，有害杂质呈黄、黄绿色由兰、紫色与其互补，所以，常用的物理脱色剂有：硒、氧化亚钴、氧化亚镍、氧化锰、氧化钕 硅酸盐工艺学

  16. 2.化学脱色：通过化学反应使着色氧化物着色程度减弱以提高透光度。2.化学脱色：通过化学反应使着色氧化物着色程度减弱以提高透光度。 Fe2+着色能力大于Fe3+，所以熔制时保持氧化气氛，再加入氧化剂如NaNO3、 As2O5等，效果较好。 低温时，硝酸盐放出氧，As2O3吸收变成As2O5， 高温时，As2O5＋4FeO→As2O3+2Fe2O3

  17. 九、氧化剂和还原剂 玻璃熔制时 能分解放出氧的物质成为氧化剂；反之，成为还原剂。 氧化剂的原料有：硝酸盐、 As2O5 、氧化铈等。还原剂的原料有：煤粉、木屑、焦炭、氧化锡、铝粉等。 硅酸盐工艺学

  18. 十、乳浊剂: 使玻璃产生乳白不透明的原料。 机理：玻璃中析出的晶体、气体或分散粒子与基础玻璃间出现折射率差，引起光线散色而产生乳浊效果

  19. 不溶或难溶的化合物：以细粒状态悬浮于玻璃中，如SnO2、ZrO2、Sb2O3；不溶或难溶的化合物：以细粒状态悬浮于玻璃中，如SnO2、ZrO2、Sb2O3； 析出式乳浊剂：玻璃液冷却时析出微晶（0.1～10μm）如ZrO2、TiO2、SiO2； 胶体乳浊剂：碳、硫、磷、氟等以胶体状态存在，使玻璃乳浊。 微小液滴：根据折射率的不同，使玻璃产生乳浊效果 玻璃工业中常用的乳浊剂有：氟化物、磷酸盐、锆化合物、砷化合物、锡化合物、氧化锑等。

  20. 第三节 原料的加工 一、作用：将大块原料破粉碎、过筛使之成为一定大小的颗粒，提高熔化速度和玻璃液的均匀度。 根据原料性质、加工处理的数量选择适当的机械设备，尽量实现自动化、技术先进可靠、经济合理、流程顺畅。 二、工艺流程：有单系统、多系统和混合系统三种。多采用混合系统，用量较多的原料单独采用一个原料加工处理系统，用量小、性质相近的原料共用一个系统。 硅酸盐工艺学

  21. 举 例 • 硅砂：硅砂由汽车运输进厂砂库码垛。由翻斗车装运到原料车间硅砂仓，经担升机提升，平面摇筛筛分，合格硅砂入称量排库仓。 • 硅石：采用1台鄂式破碎机粗碎，1台圆锥破碎机中碎，3台对辊破碎机细碎，3台斗式提升机输送，2台六角筛筛分，合格粉料进入称量排库仓。

  22. 白云石：采用1台鄂式破碎机，2台对辊破碎机破碎，3台斗式提升机提升输送，2台六角筛筛分。合格粉料进入称量排库仓。白云石：采用1台鄂式破碎机，2台对辊破碎机破碎，3台斗式提升机提升输送，2台六角筛筛分。合格粉料进入称量排库仓。 • 纯碱：采用1台笼型碾和1台六角筛破碎筛分，用半式提升机输送。合格粉料进入称量排库仓。 • 芒硝：采用1台双齿辊破碎机，1台六角筛加工，斗式提升机输送。合格粉料进入称量排库仓。

  23. 三、玻璃组成的设计和确定（补充） 1. 列出所设计玻璃的性能要求； 2. 参考相关相图和玻璃形成图，拟出玻璃组成； 3. 试验、测试、调整、确定组成。

  24. （一）瓶罐玻璃 • 基本要求：熔化良好、均匀，尽可能避免各种玻璃缺陷；满足成形要求；具有一定的化学稳定性，避免与盛装物发生作用；制品有一定的热稳定性和一定的机械强度。 • 组成：采用Na２O－CaO－SiO２为基础，引入适量的Al２O３，MgO改善玻璃的析晶倾向、增强化学稳定性、机械强度和改善成形性质。医用玻璃和化工用瓶采用硼硅酸盐玻璃。

  25. （一）瓶罐玻璃 • 绿色啤酒瓶其组成：SiO2 68.0 Al2O3 3.6 CaO 8.5 MgO 2.3 Na2O＋K2O 1.57 BaO 1.0 Cr2O3 0.07 MnO 0.09 Fe2O3 0.51 • 汽水瓶： SiO2 65.0 Al2O3 8.0 CaO 11.0 MgO 1.0 Na2O＋K2O 1.57 BaO 0.3 Cr2O3 0.07 MnO 0.09 Fe2O3 0.50

  26. （二）器皿玻璃 • 性能要求：高的透明度、白度或鲜艳的颜色、具有一定的热稳定性、化学稳定性和机械强度。 • 组成：派来克斯玻璃Na２O－BaO－SiO２系统或铅硅酸盐无碱玻璃

  27. （二）器皿玻璃 • 中国吹制杯的组成 • SiO2 74.3 Al2O3 1.4 B2O3 0.3 CaO 6.5 MgO 1.4 Na2O 15.3 ZnO 0.6 • 机制高脚酒杯 • SiO2 2.21 Al2O3 1.7 BaO 3.77 CaO 6.6 Na2O 14.99 K2O 1.35 • 中铅晶质玻璃 • SiO2 58.40 PbO 25.3 CaO 6.6 Na2O 2.41 K2O 14.05

  28. （三）平板玻璃 • 要求：易于熔化和澄清、制品有良好的化学稳定性、成形温度范围析晶倾向小、玻璃料性短。 • 组成： • 如浮法玻璃： • SiO2 72~72.2 Al2O3 1.3~1.5 Na2O＋K2O 13.4~14.6 CaO 8.2~8.9 MgO 2.9~4.0 Fe2O3 0.17

  29. 四、配合料的计算（补充） 根据玻璃的重量百分比及原料的化学成分，计算熔化1000Kg玻璃所需的各种原料用量。注意：各组成氧化物挥发损失、飞扬损失及溶入耐火材料对成分的改变，在计算时对某些组分作适当的增减以保证设计成分。

  30. （一）配合料计算中的几个工艺参数 • 1. 纯碱挥散率：挥发、飞散量与总量的比值，一般0.2～3.5% • 2. 芒硝含率：芒硝引入的 Na2O与芒硝和纯碱引入的Na2O重量之比，一般5～8%。 • 3. 煤粉含量：煤粉引入的固定C与芒硝引入的Na2SO4之比，煤粉的理论含率为4.2%，生产上一般控制在3～5%. • 4.萤石含率：由萤石引入的CaF2量与原料重量之比，一般18～26%。

  31. SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O SO3 总计 72.4 2.1 0.2 6.4 4.2 14.5 0.2 100 （二）计算实例 已知：1. 玻璃的设计成分

  32. 原料 含水率 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O Na2S O4 CaF2 硅砂 砂岩 菱镁矿 白云石 纯碱 芒硝 萤石 4.5 1.0 — 0.3 1.8 4.2 — 89.70 98.76 1.73 0.69 1.10 24.62 5.12 0.56 0.29 0.15 0.29 2.08 0.34 0.10 0.42 0.13 0.12 0.43 0.44 0.14 0.71 31.57 0.50 51.56 0.16 0.02 46.29 20.47 0.37 3.66 0.19 57.94 41.47 95.03 70.28 2.各种原料的化学成分（%） 煤粉 含 C 84.11%

  33. 3. 配料的工艺参数与数据 纯碱挥散率 3.10% 玻璃获得率 82.5% 碎玻璃掺入率 20% 萤石含量 0.85% 芒硝含量 15% 计算基础 100kg玻璃液 煤粉含量 4.7% 计算精度 0.01

  34. 第四节 配合料的制备 一、质量要求： 1. 具有正确性和稳定性； 2. 有一定的颗粒组成（防止分层现象）； 3. 具有一定水分； 4. 具有一定气体率； 气体率=逸出气体量／配合料总量×100% 钠钙硅酸盐玻璃，气体率为15～20%。 5. 混合均匀。 6. 加入一定量的碎玻璃。一般在18～26% 硅酸盐工艺学

  35. 二、配合料的称量 按配合料计算计算结果确定配料单，进行原料的称量。 称量设备： 电子称：特点是快速准确 精度：1/1000 配合料称量混合生产系统使用减量法计算机在线控制全自动生产线

  36. 三、配合料的混合 1. 混合设备的结构和性能； 2. 加料顺序；先加石英，同时加水进行混合，再加纯碱、长石、石灰石、白云石。 3. 加水量及方式；配合料细，加水量多；水应加在石英原料的表面而不能直接加在配合料中。 4. 原料的物性(比重、颗粒组成、表面性质等)。 硅酸盐工艺学

  37. 1.名词解释： • 澄清剂、物理脱色、化学脱色、乳浊剂 • 2.简述配合料的质量要求。

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