刘红刚+梁其尤+魏猛+龚锋杰+王明忠+袁伟
摘 要：本文研究了实际生产中影响玻璃均匀度的因素，主要包括配合料混合均匀度、飞料及挥发物、料堆、调整料方、鼓泡器、熔化工艺、搅拌器与卡脖水包配置、耐火材料侵蚀等，从断面条纹、密度等方面分析了它们对玻璃均匀度的影响。并结合生产线情况，从原料、熔化工艺、鼓泡器、搅拌器和耐火材料选择几个方面提出了改善玻璃均匀度的方法，以指导实际玻璃生产。
关键词：超白高铝玻璃 均匀度 条纹 密度
中图分类号：TQ17 文献标识码：A 文章编号：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
随着电子玻璃的广泛应用，高铝盖板玻璃也得到了快速发展，广泛应用于显示产品中，比如手机盖板、保护贴、汽车导航板等。同时，对玻璃质量的要求越来越严格，玻璃的均匀度是玻璃质量的一项关键指标。均匀性不好的玻璃，易产生光学畸变、机械性能不稳定、CNC加工过程中易崩边等问题。因此，玻璃的均匀度受到了生产企业的高度重视，本文结合浮法超白高铝玻璃产线实际生产情况，研究了玻璃均度的影响因素，并提出了改善方法。
1 影响玻璃均匀度的因素
1.1 配合料的均匀度
配合料均匀度的大小与最佳混合时间、物料的粒度大小及粒极配比有很大关系[1]。电子玻璃使用的配合料均匀度要求大于95%，配合料的均匀度低时，配合料易产生分层或结团现象，造成玻璃的熔解、均化困难，严重时甚至会产生条纹或结石缺陷。
某线投产初期料团和条纹都较为较严重，笔者对料团和正常的配合料进行化学成分测量，结果如表1所示。从测量结果看，料团1为富MgO质料团，料团2为富K2O质料团，它们产生的原因可能有两种：（1）原料粒度过细，在加水混合时更容易吸水结团；（2）混合机靶壁、死角等部位容易黏附物料，并逐渐产生结块，在混料过程中被带出。配合料的严重结团，会造成玻璃初熔过程中产生不均匀性，不均匀的玻璃在后期的均化过程中难以完全均化，易在玻璃制品中形成条纹[2]、结石、翘曲等缺陷，造成玻璃不均匀。
1.2 飞料与挥发物
在超白高铝玻璃生产中大量使用化工原料，超细粉较多，且料方中钾、钠含量较高，造成窑内飞料较为严重。此外，熔窑热点温度高达1600℃，玻璃液会产生大量的挥发物，挥发物会在低温区形成冷凝物。根據观察，大碹、胸墙、挂钩砖、小炉出火口、后山墙、工作部烟囱等处有较多的飞料或挥发物，大碹、蓄热室碹顶、卡脖等使用硅质耐火材料的部位被碱蒸汽侵蚀严重。窑炉上部空间耐火材料受到碱侵蚀时，形成熔渣。熔渣与耐火材料形成低熔点混合物，流入玻璃熔体，就可能产生条纹或不均质玻璃液[3]。飞料和挥发物主要是通过以下两个方面影响玻璃的均匀度：一方面，玻璃液表面的不动层或对流较弱的区域，碱性组分挥发严重，造成玻璃液表面局部富硅，这些不动层受到扰动进入生产流就会形成富硅条纹；另一方面，挥发物在耐火材料表面富集或发生反应，形成碹滴或溜子落入玻璃液，也会形成条纹。
1.3 调整料方
改变配合料的化学组成，熔窑内需要很长一段时间才能达到均匀的玻璃熔体。调整料方时，窑内的玻璃成分和密度差异大，新组分玻璃液置换旧玻璃液的过程中，几乎无法避免地出现条纹缺陷。一般认为1 d内密度变化超过4个点时会产生条纹。调整料方所引起的玻璃不均匀，首先在表层玻璃发生变化，随后再向中间层玻璃渗透，从断面条纹图上看，上表、中部间玻璃分界线不平滑，互相向对方区域进行扩散、渗透。
1.4 料堆
料堆或泡界线作为熔化关键工艺控制指标之一，对玻璃的均匀度有着重要的影响。料堆的控制非常重要，尤其是对于多台螺旋投料机，各投料机之间应保持均衡下料，各料堆形态应保持稳定。投料池中不同区域的玻璃具有不同的密度，一旦料堆出现偏斜、长短波动时，就极易造成玻璃液流波动，形成初熔阶段的不均匀玻璃熔体，这种不均匀熔体在1400℃的高温下还是很稳定的。某线使用多台螺旋给料机，料堆稳定性差，料堆偏斜情况较为突出，当料堆变化时，0#底南、中、北温度会有相应变化。利用Minitab软件对条纹与0#底温度进行相关性分析。结果表明，0#池底S侧温度与条纹的Pearson相关系数=0.207，P值=0.045，P值小于0.05，结合散点图，说明0#池底S侧温度与重筋呈轻度正相关。与日常经验有一定相符，也即表明料堆偏斜过多时，条纹相对偏差。endprint
1.5 鼓泡器
鼓泡器是将压缩空气（或其他气体）经窑底鼓泡管送入玻璃液中，并在鼓泡嘴上形成一定壓力的气泡，当气泡在玻璃液中产生的浮力大于气泡与鼓泡嘴之间的吸附力时，气泡便脱离鼓泡嘴而上升。上升过程中带动相邻玻璃液上升，使上下层不均匀的玻璃液相互混合，达到强制均化的目的。但是采用自然连续鼓泡时，鼓泡易受到拉引量、熔化池底温度等参数的影响而变化。鼓泡能够有效地控制、强化和改善窑炉内的玻璃液对流，增强炉内各种物料间的热交换及物理化学反应，因此提高了玻璃液熔制过程中熔化、澄清、均化的效率。
根据经验，当鼓泡量在调整或变化时，易对熔窑内玻璃液流造成扰动，导致玻璃条纹、密度等发生波动。
1.6 卡脖水包与搅拌器配置
机械搅拌能够明显改善熔窑中玻璃液的均化，减少玻璃不均匀度。搅拌器类型、使用数量及与卡脖水包的配置，对玻璃的均化具有重要影响。为比较不同卡脖水包压深和不同类型搅拌器对条纹的影响，共制作了3种卡脖水包，高度分别为150mm/240mm/320mm，搅拌器制作了2种类型，分别为圆型和三叉式（转速均为5转/分钟），并检测不同组合状况下的条纹。
图1～图6为不同类型搅拌器和不同尺寸卡脖水包配置时的条纹图。从以上图形可以看出，搅拌器为圆型，卡脖水包尺寸为240mm时条纹相对最好。水包深度超过240mm，条纹趋差。
搅拌器使用根数不同时，形成的条纹是不一样的。使用2根或4根搅拌器，任何搅拌方向中轻微的不均匀，或工作部两侧热散失的差异都将导致工作部液流的分配不均匀，分界线会偏向一边，影响条纹。使用6根搅拌器，对透明玻璃来说，工作部液流向两侧展开较多，通常只有中间一对搅拌器的玻璃进入流道，分界线几乎不能看到。某生产线初期使用了不同数量的搅拌器，条纹如图7～图10所示。
总体上看，搅拌器使用6根时，条纹状态最好，其他时候都有不同程度的问题。而且搅拌器的不正常使用，使工作部液流遭到严重破坏，除了会引起条纹异常外，还会引起气泡缺陷增多等问题。
为了验证搅拌器转速对均匀度的影响，特制定实验方案，分别设定搅拌器速度为2、3、4、5、6、7、8转/分钟下观察玻璃的断面条纹，每种速度运行3 d，在条纹充分稳定的基础下进行对比。通过对比发现，当搅拌器速度6转/分钟时，条纹最好。此外，搅拌器和卡脖水包浸入玻璃液深度对条纹也有重要影响，需要根据实际工艺状况，配置搅拌器和卡脖水包。
1.7 熔化工艺
熔化工艺对玻璃均匀度的影响，主要体现在熔化、澄清和均化3个阶段。在熔化阶段产生的玻璃熔体是不均匀的，需要在澄清、均化阶段进行消除。实际生产中，利用热点温度和前面提到的鼓泡器与搅拌器对玻璃熔体进行均化。较高的温度和较长的熔化时间能提高玻璃的均匀度。对于超白高铝玻璃来说，热点温度一般应控制在1600℃以上，一般按照山形或桥形设定熔制温度曲线。根据实际生产经验，1#小炉与热点之间的温差控制在100℃左右，热点与末对小炉的温差控制在80℃为宜。如果1#温度过低，熔窑化料能力被削弱，过高会造成热点与投料池之间的对流减弱，同样对于熔化不利，易产生玻璃不均性缺陷[4]。
此外，卡脖至工作部的工艺对玻璃均匀性也有着重要的影响。如果工作部温度发生大的波动时，会造成工作部液流紊乱、拉引量波动、流道析晶变化层，进而产生条纹、玻璃板厚薄差大、玻璃密度变化、板面析晶缺陷增多等问题。
1.8 拉引量
随着电子玻璃越来越薄的发展趋势，熔窑的拉引量逐渐减小。很多浮法电子玻璃熔窑未充分考虑到这一发展趋势，熔窑设计吨位偏大。为了生产较薄的玻璃，不得不降低拉引量。比如，有的熔窑设计拉引量为200T/D，生产薄玻璃时拉引量降到了50T/D。长期在低拉引量状态下运行，窑内的液流与窑炉设计设想有较大差异，当拉引量调整或波动时都会引起玻璃质量的波动，产生如条纹、波纹度、气泡等方面的问题。
对某生产线的拉引量变化与密度、条纹数据进行相关性分析，发现它们都有显著的相关性。
1.9 耐火材料侵蚀
耐火材料是玻璃窑炉的结构材料，在使用过程中，受到高温、气体及液体冲刷、粉尘影响，易发生化学反应，反应产物会缓慢熔解到熔体中而造成玻璃不均匀[5]。某线熔窑产生的玻筋检测结果，如图11所示。
从扫描照片可以看出，条纹周围玻璃发生变形，造成玻璃厚度不均。能谱检测结果显示，条纹中Al2O3含量约为50wt.%，明显高于周围正常玻璃，属于富铝质条纹，此类条纹可能为熔窑液面线或上部空间铝硅质、高铝质耐火材料的侵蚀产物。
2 改善玻璃均匀度的方法
在上述分析的基础上，并结合生产线实际状况，针对玻璃均匀度，可采取以下方法进行改善。
（1）减少各原料超细粉比例，优化配合料粒度级配，优化配合料混合方式，以减轻配合料飞料或结团的问题。
（2）对于高铝超白玻璃产线，熔化热点温度一般控制在1600℃左右，热点与1#小炉之间的温差在120℃左右，热点与末对小炉之间的温差在80℃左右。
（3）使用鼓泡系统，鼓泡位置、鼓泡气量应设定合理。
（4）使用6根圆形搅拌器，搅拌器转速设定为6转/分钟。卡脖水包高度为240mm较好。
（5）合理选用优质耐火材料，优化熔化工艺，减少耐火材料侵蚀，以减轻条纹出现几率。
3 结语
综上所述，影响玻璃均匀度的因素主要包括配合料的混合均匀度、飞料及挥发物、料堆、调整料方、鼓泡器、熔化工艺、搅拌器与卡脖水包配置、耐火材料侵蚀等，通过优化配合料粒度级配、设定合适的熔化工艺、使用鼓泡器并设定合适的参数、采用圆形搅拌器并配置合适尺寸的卡脖水包、选择合适的耐火材料可以改善玻璃均匀度。
参考文献
[1]吴晓红.浅谈配合料质量对熔化的影响[J].玻璃，2006（2）：18-20.
[2]姜宏，赵会峰，王桂容.浮法玻璃固相缺陷显微结构图册[M].北京：化学工业出版社，2007.
[3]基甫生·马威德.玻璃制造中的缺陷[M].北京：轻工业出版社，2004.
[4]雷强.玻璃池窑液流形态分析[J].山西建材，2002（4）：15-16.
[5]刘文斌，李松哲.玻璃条纹的产生与消除[J].玻璃，2006（4）：47，58.endprint
