超白玻璃生产中耐火材料气泡的分析与对策 

建筑玻璃与工业玻璃 

  气泡是玻璃生产中常见的一种缺陷，超白玻璃相比普通玻璃，更容易在澄清区域出现气泡。生产超白浮法玻璃时，存在的主要问题就是玻璃液澄清困难。因为超白玻璃中铁含量低，导热系数较高，是普通玻璃的3〜4倍，导致超白浮法玻璃的透热性好，玻璃液温度高，黏度低，在水平方向对流强度大，成形环流在澄清区停留时间短，使得玻璃液中残留的气泡来不及排出。由于铁含量低，导致整个池深方向垂直温度梯度明显要比普通浮法玻璃小，池底温度比普通浮法玻璃高6%左右，玻璃液的上下温差相对较小，对流减小，使得气泡排出比普通浮法玻璃更为困难。另一方面，成形环流下方的回流玻璃液在前进过程中温度不断上升，使本已被玻璃液吸收的微气泡在热化学的作用下又被重新释放到玻璃液中。同时低铁玻璃液黏度较低，微气泡极易升到表面流中，导致成形流玻璃液中气泡明显上升。因为超白玻璃透热性好，池底温度高，水平方向对流强度大，对池底、池壁耐火材料侵蚀严重，还容易形成耐火材料气泡。

1、超白玻璃生产出现的气泡问题

  某浮法玻璃生产线，在生产普通白玻期间，熔化质量良好，生产工艺稳定。从普白玻璃改为生产超白玻璃一段时间之后，玻璃板带的质量逐渐下降，气泡缺陷逐渐增多，成品率受到较大影响。气泡在整个玻璃板带上呈无规则分布，纵向分布上也没有明显规律。玻璃板面缺陷分布如图1所示，图中显示的各种符号代表的缺陷，经过取样验证全部都是气泡缺陷。

图1 玻璃板面缺陷分布

2、气泡缺陷检测及来源分析

  随机抽取缺陷样品检测后发现，气泡在玻璃板厚度方向上处于中下部，气泡直径分布在0.5〜2.0mm，气泡内有不明显的沉积物。

  气泡内主要含有N2、CO2和Ar等。N2体积比例79%〜83%，CO2体积比例15%〜20%，Ar体积比例0.7%。由此可判断气泡的产生跟耐火材料侵蚀而随之从耐火材料气孔里释放的残余空气有关。

  缺陷样品气泡内高含量(79%〜83%)的N2，并且N2/Ar比例与环境空气一致，表明是跟空气相关的气泡。耐火材料气孔中通常含有空气，在还原条件下熔化的耐火材料，气孔中的O2会转化成CO2或者C〇2和C〇的混合物。气孔一旦打开，气孔中的O2接触到玻璃熔体，优先被玻璃熔体里的还原组分吸收。气泡就会含有高浓度的N2(甚至可能高达100%)，0〜20%体积容量的CO2，和大约1%体积容量的Ar。

  气泡直径在0.5〜2.0mm，CO2含量低(15%〜20%)，且气泡位于玻璃板厚度的中下部，表明气泡在熔窑停留的时间较短，可判断气泡产生位置可能在热点区域下游，熔窑的中高温或者中温区域，最大可能是在澄清区末端到卡脖之间，发生了局部的耐火材料侵蚀。也有可能是玻璃液穿透耐火材料的缝隙，接触到更容易产生气泡的下层耐火材料，产生大量的气泡。熔窑内的温度波动，或者玻璃液流变化等技术条件改变，都有可能产生这样的气泡。超白玻璃的特点是水平方向对流强，流速较快的玻璃液流在卡脖遇阻后形成较强回流，对耐火材料冲刷严重。

  根据气泡分析结果，结合熔窑的实际运行情况，判断气泡产生位置在熔窑的澄清区，由于熔窑的底部耐火材料受到侵蚀产生了气泡，来自底部的气泡穿过中下层玻璃液一直上升到成形玻璃液流里，在这个区域玻璃液的温度已经比较低，气泡无法排出或者被玻璃液吸收，会一直留在玻璃液中。

3、熔窑工艺调整

3.1调整熔窑末对小炉燃料用量

  在保证熔化质量的前提下，适当降低澄清区玻璃液温度。通过降低末对小炉燃料用量来降低熔窑下游玻璃液的温度，实现降低熔窑澄清区池底玻璃液温度和减小玻璃液流动性的目的，减缓玻璃液对澄清区池底耐火材料的侵蚀作用。

3.2降低熔窑澄清区底部保温层厚度

  将澄清区底部外层原来使用的硅钙板保温层拆除，并辅助通风措施降温，内层耐火材料的表面温度从200℃降低到50℃，达到降低玻璃液接触位置耐火材料温度的目的，降低界面温度，降低玻璃液的流动性，减缓玻璃液对澄清区池底耐火材料的侵蚀作用。

3.3更换卡脖水包

  原来使用的卡脖水包压入深度为340mm，改为使用压入深度280mm卡脖水包，可减小熔窑玻璃液回流，降低玻璃液与耐火材料界面处的温度和流速，减缓玻璃液对澄清区池底耐火材料的侵蚀。

3.4调整结果及验证

  经过一系列调整后，实现了降低熔窑澄清区池底温度、降低玻璃液流动性的目的。玻璃液中气泡缺陷逐步减少，玻璃板带的质量逐步恢复到正常水平，并能长期保持稳定。

  该生产线窑期结朿后放完玻璃水进行冷修时，对熔窑内部进行检查发现，澄清区末端玻璃液已经对底部耐火材料造成了较为严重的侵蚀，池底AZS铺面砖部分侵蚀，玻璃液已经接触到池底黏土大砖。在不采取调整措施的情况下，会产生大量的气泡缺陷，影响玻璃板面的质量，印证了当时对气泡出现时做出的分析和判断。熔窑澄清区池底耐火材料的侵蚀情况见图2

图2 熔窑放玻璃水后澄清部池底照片

4、结语

  由于超白玻璃铁含量的降低，相对于普通白玻，在熔化过程中导热系数、黏度会有很大的不同，在生产过程中对应会产生池底温度升高、玻璃流动性明显增强等情况，对耐火材料侵蚀加剧，容易出现耐火材料侵蚀气泡。

在超白玻璃窑炉设计上，需要考虑玻璃液流动比较强、侵蚀比较严重的部位，对设计尺寸进行优化，使用更加耐受冲刷、抗侵蚀的AZS电熔砖耐火材料，并考虑降低这些部位的保温效果，减少耐火材料在运行过程中的侵蚀，避免产生气泡。

在熔化过程中，为了实现窑炉节能，通常会增加卡脖水包的压入深度，加强窑炉的保温，但是这些措施会影响玻璃液回流、对流，造成熔窑局部温度升高，增加熔窑耐火材料的局部侵蚀。在超白玻璃生产过程中，需要综合考虑熔窑节能、窑炉保护和长期熔化质量稳定的平衡，才能实现长期高质量生产的目标。我们豫华电熔科技有限公司致力于生产玻璃窑炉熔铸AZS耐火材料，秉承着”质量第一，信誉至上”服务至诚的企业理念。