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1、第第3章玻璃协作料的制备章玻璃协作料的制备一、玻璃成分的设计和确定一、玻璃成分的设计和确定（一）玻璃成分设计原则：（一）玻璃成分设计原则：、依据组成、结构和性质的关系，要求设计的玻璃满足预定、依据组成、结构和性质的关系，要求设计的玻璃满足预定性能要求；性能要求；、设计的组成能形成玻璃而析晶倾向小；、设计的组成能形成玻璃而析晶倾向小；、设计的玻璃必需符合熔制、成形等工艺要求；、设计的玻璃必需符合熔制、成形等工艺要求；、按设计生产的玻璃价格低、原料易得。、按设计生产的玻璃价格低、原料易得。具体地具体地首先：依据玻璃制品的物理首先：依据玻璃制品的物理-化学性能和工艺性能，选择合适化学性能和工艺性能，
2、选择合适的氧化物系统，确定的氧化物系统，确定-种总量达左右的主要氧化物含量。种总量达左右的主要氧化物含量。这里，在利用相图或玻璃形成区图选择组成点时，应当使组成点接这里，在利用相图或玻璃形成区图选择组成点时，应当使组成点接近低共熔点或相界线，远离析晶区，以降低玻璃的析晶倾向。近低共熔点或相界线，远离析晶区，以降低玻璃的析晶倾向。1玻璃工艺学（二）玻璃成成分的设计和确定的过程（二）玻璃成成分的设计和确定的过程、提出设计玻璃的性能要求：、提出设计玻璃的性能要求：依据玻璃制品运用要求，列出以下主要性能要求：依据玻璃制品运用要求，列出以下主要性能要求：膨胀系数、软化点、热稳性、化稳性、机械强度、电学性
3、质、膨胀系数、软化点、热稳性、化稳性、机械强度、电学性质、光学性质等以及如熔制温度、成形温度、退火温度等工艺性能。光学性质等以及如熔制温度、成形温度、退火温度等工艺性能。有关的一些参数可以参照国家标准，同类产品性能要求。有关的一些参数可以参照国家标准，同类产品性能要求。明确主要性能指标明确主要性能指标最终，还应当考虑加入适当的协助原料如澄清剂、助熔剂等。最终，还应当考虑加入适当的协助原料如澄清剂、助熔剂等。此外还加入一些赐予玻璃必要性质而不使玻璃主要性质变差的此外还加入一些赐予玻璃必要性质而不使玻璃主要性质变差的氧化物，使其组成氧化物在氧化物，使其组成氧化物在-种以上。这里须结合各种氧化物种以
4、上。这里须结合各种氧化物的作用，以及双碱效应、硼反常、铝反常等学问。的作用，以及双碱效应、硼反常、铝反常等学问。2玻璃工艺学、拟定玻璃的组成、拟定玻璃的组成一般有两类状况：一般有两类状况：选择玻璃组成点，拟定玻璃组成；选择玻璃组成点，拟定玻璃组成；（）对于已有成分作局部调整（）对于已有成分作局部调整然后依据有关性质计算公式算出主要性质，并与预期要求比然后依据有关性质计算公式算出主要性质，并与预期要求比照，不符和要求时，反复调整组成，直至达到要求，最终拟定玻照，不符和要求时，反复调整组成，直至达到要求，最终拟定玻璃的组成。璃的组成。（）对于玻璃新成分的确定（）对于玻璃新成分的确定有关相图有关相图
5、玻璃形成区图玻璃形成区图首先：依据性能要求，参考已有成分，结合生产条件，调整玻首先：依据性能要求，参考已有成分，结合生产条件，调整玻璃中各氧化物的比例，拟定出原始组成；璃中各氧化物的比例，拟定出原始组成；3玻璃工艺学、试验、测试、确定组成性能测试未达到要求达到要求中试调整熔制参数组成确定，投产组成配料试验4玻璃工艺学（三）玻璃新成分的确定方法举例（三）玻璃新成分的确定方法举例、依据相图确定玻璃成分、依据相图确定玻璃成分设计一种化学仪器玻璃，要求热膨胀系数低于设计一种化学仪器玻璃，要求热膨胀系数低于*-现接受现接受-系统由图可知，红点与黄点平衡温度分系统由图可知，红点与黄点平衡温度分别为别为 和
6、和，都处，都处于低共熔点，不易析晶。后者更易熔化，于低共熔点，不易析晶。后者更易熔化，添加其它成分后，一般所须温度会高出添加其它成分后，一般所须温度会高出低共熔点低共熔点-，工业窑炉，工业窑炉可以达到次温度。故可选此组成点。可以达到次温度。故可选此组成点。5玻璃工艺学该点组成（）：该点组成（）：.：.：.另外，为了符合仪器玻璃的要求，加入确定量的其它氧化物。另外，为了符合仪器玻璃的要求，加入确定量的其它氧化物。因为要求的膨胀系数较小，所以加入的氧化物必需有利于降低热膨因为要求的膨胀系数较小，所以加入的氧化物必需有利于降低热膨胀系数，为此加入半径小、电荷高的阳离子（如、胀系数，为此加入半径小、电
7、荷高的阳离子（如、等）。、等）。最终经过性质计算，确定设计玻璃组成如下：最终经过性质计算，确定设计玻璃组成如下：氧化物氧化物SiO2Al2O3CaOMgOZnOLi2OB2O3ZrO2重量重量62.014.77.65.05.01.53.60.66玻璃工艺学P2O5Al2O3BaO、依据玻璃形成区图确定玻璃成分图中黄色部分为玻璃生成区设计一种色散低、折射率为1.548的磷酸盐玻璃。其次，应留意：I、满足光学性能要求；II、磷酸盐玻璃中P2O5的量不行过高，以免挥发过多不易限制光学性质；III、具有足够化学稳定性，析晶倾向小；依据以上特点，选择图中红点处为玻璃组成点(%)：P2O5：61.2BaO
8、:35.0Al2O3:3.87玻璃工艺学为进一步削减P2O5的挥发，提高化稳性，降低析晶倾向和调整光学常数，以B2O3代替P2O5，以CaO和ZnO代替BaO，通过试验和性质测定，确定组成如下：氧化物 P2O5B2O3Al2O3BaOCaOZnO重量50.510.73.827.34.03.78玻璃工艺学(四）对已有成分局部调整方法举例：四）对已有成分局部调整方法举例：由于好用性能的提高、生产上熔化率提高等缘由，须通过少量由于好用性能的提高、生产上熔化率提高等缘由，须通过少量多次的方式渐渐调整以达到所设计的成分。多次的方式渐渐调整以达到所设计的成分。一般地，玻璃中一般地，玻璃中Al2O3、ZrO
9、等难熔物调整量要比等难熔物调整量要比SiO2、Na2O、CaO的小些，后者较大，但一般也不宜超过的小些，后者较大，但一般也不宜超过0.1%，而对前者幅度就，而对前者幅度就更小。这样可以保持正常生产，削减制品中缺陷的产生。更小。这样可以保持正常生产，削减制品中缺陷的产生。现须要在近似器皿玻璃的成分基础上，设计一种刚化玻璃绝缘现须要在近似器皿玻璃的成分基础上，设计一种刚化玻璃绝缘子成分：子成分：氧化物氧化物SiO2Al2O3CaOMgOR2OFe2O3重量重量72.21.56.83.016.00.2原玻璃组成易熔制，料性太长，抗电性能不高，化稳性对绝缘原玻璃组成易熔制，料性太长，抗电性能不高，化稳
10、性对绝缘子来说不高。子来说不高。9玻璃工艺学所以，所以，、必需降低碱含量，以提高抗电性，化稳性和料性。、必需降低碱含量，以提高抗电性，化稳性和料性。、提高、提高Al2O3的含量，增大粘度的含量，增大粘度、二价金属氧化物具有压制效应，因此，提高、二价金属氧化物具有压制效应，因此，提高CaO量，削减量，削减MgO量后加入量后加入BaO,降低电导和介电损耗，同时缩短了料性；降低电导和介电损耗，同时缩短了料性；、利用双碱效应，调整、利用双碱效应，调整NaO/K2O的比例，提高抗电性和化稳的比例，提高抗电性和化稳性。性。调整结果如下：调整结果如下：氧化物氧化物SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2
11、ONa2OBaO重量重量 71.5 3.00.27.01.53.510.5 2.510玻璃工艺学二、协作料的计算：二、协作料的计算：基础数据：玻璃的重量百分比组成和原料的干湿基化学成分基础数据：玻璃的重量百分比组成和原料的干湿基化学成分（重量百分含量）。（重量百分含量）。计算程序计算程序 1、先以、先以100公斤玻璃为计算基准，求出各原料的用量：公斤玻璃为计算基准，求出各原料的用量：对含两种以上主要成分的原料，列出多元联立方程式，求解对含两种以上主要成分的原料，列出多元联立方程式，求解各原料的须要量；各原料的须要量；对含单一成分的原料，若对含单一成分的原料，若 2 中算中已有某原料含此成分时，
12、中算中已有某原料含此成分时，首先扣除其引入量，再计算还应加入的量。不然，则单独求其须首先扣除其引入量，再计算还应加入的量。不然，则单独求其须要量；要量；2、计算协助原料的须要量，若同时引入了主要成分，则须、计算协助原料的须要量，若同时引入了主要成分，则须减去引入此成分的主要原料相应的用量；减去引入此成分的主要原料相应的用量；3、对挥发性成分，补加所挥发的量；、对挥发性成分，补加所挥发的量；11玻璃工艺学4、计算配料的气体率和产率：、计算配料的气体率和产率：5、换算成一付协作料的原料用量并计算碎玻璃用量：、换算成一付协作料的原料用量并计算碎玻璃用量：一付协作料的总重量由所选的混料机加一付协作料的
13、总重量由所选的混料机加工实力确定，如工实力确定，如500公斤。公斤。6、计算每付协作料原料湿基用量：、计算每付协作料原料湿基用量：12玻璃工艺学7、计算协作料中生料加水量：、计算协作料中生料加水量：留意：留意：计算时：先主后辅、先干基用量，后计算湿基用量；计算时：先主后辅、先干基用量，后计算湿基用量；计算协作料的气体率应在引入协助原料和补挥发之后进行，必计算协作料的气体率应在引入协助原料和补挥发之后进行，必要的状况下需调整气体率，可用引入同量组成氧化物条件下气体生要的状况下需调整气体率，可用引入同量组成氧化物条件下气体生成量大的原料代替生成量小的原料，增加气体率；相反的替换则降成量大的原料代替
14、生成量小的原料，增加气体率；相反的替换则降低气体率。如碳酸钠与硝酸钠、白云石与碱式碳酸镁等之间的替换低气体率。如碳酸钠与硝酸钠、白云石与碱式碳酸镁等之间的替换等。等。若原料化学组成为湿基，则需求出干基总重，然后求加水量。若原料化学组成为湿基，则需求出干基总重，然后求加水量。13玻璃工艺学 经过计算，应得出下列结果：经过计算，应得出下列结果：熔制熔制100公斤玻璃液时所需的各种原料用量；公斤玻璃液时所需的各种原料用量；协作料气体率；协作料气体率；各挥发性原料补入量；各挥发性原料补入量；校正后协作料的料方；校正后协作料的料方；按每付配料量（除去碎玻璃）求出增大系数，计算出每付协按每付配料量（除去碎
15、玻璃）求出增大系数，计算出每付协作料的干基料方；作料的干基料方；湿基原料的用量；湿基原料的用量；协作料的加水量；协作料的加水量；每付协作料中碎玻璃用量。每付协作料中碎玻璃用量。14玻璃工艺学 另外，已知协作料料方以及各原料的化学组成，求玻璃的化学另外，已知协作料料方以及各原料的化学组成，求玻璃的化学组成的过程：组成的过程：依据各原料的成分和用量，计算出每种原料引入玻璃中的氧依据各原料的成分和用量，计算出每种原料引入玻璃中的氧化物数量；化物数量；除去挥发性原料的挥发损失；除去挥发性原料的挥发损失；求各氧化物的总和，再计算出各氧化物的百分数，即所求的求各氧化物的总和，再计算出各氧化物的百分数，即所
16、求的玻璃成分。玻璃成分。举例：举例：15玻璃工艺学原料的化学成分原料的化学成分/mass%SiO2Al2O3B2O3Fe 2O3CaONa2OZnOAs 2O3石英粉石英粉99.890.180.01长长石粉石粉66.0918.040.200.8314.80纯纯碱碱57.80氧化氧化锌锌99.86硼砂硼砂36.2116.45硝酸硝酸钠钠36.35方解石方解石55.78萤萤石石68.40白砒白砒99.90SiO270.5%，Al2O35.0%,B2O36.2%，CaO3.8%，ZnO2.0%，R2O(Na2O+K2O)12.5%16玻璃工艺学三、协作料的制备三、协作料的制备（一）协作料的质量要求：
17、（一）协作料的质量要求：1、具有正确性和稳定性：、具有正确性和稳定性：即各原料的化学成分，协作料的水分和粒度要求正确并保持稳即各原料的化学成分，协作料的水分和粒度要求正确并保持稳定。这就要求原料组成正确、稳定，料方计算正确，针对原料成分定。这就要求原料组成正确、稳定，料方计算正确，针对原料成分变更刚好调整，常常校正称量设备，做到称量精确。变更刚好调整，常常校正称量设备，做到称量精确。2、具有确定量的水分：、具有确定量的水分：加入确定量的水分，可以起削减粉尘、防止分层、加速熔化加入确定量的水分，可以起削减粉尘、防止分层、加速熔化（先润湿石英原料，形成水膜，溶解（先润湿石英原料，形成水膜，溶解3-
18、5%的纯碱和芒硝）、提高的纯碱和芒硝）、提高混合匀整度的作用。混合匀整度的作用。含水量：一般纯碱协作料在含水量：一般纯碱协作料在3-5%，芒硝协作料在，芒硝协作料在3-7%，砂，砂粒越细，所需水量越多。粒越细，所需水量越多。留意纯碱协作料的水化特性造成的影响和针对措施。留意纯碱协作料的水化特性造成的影响和针对措施。水分测定：水分测定：17玻璃工艺学 3、具有确定的气体率：、具有确定的气体率：受热分解后所逸出的气体对协作料和玻璃液的搅拌作用有利受热分解后所逸出的气体对协作料和玻璃液的搅拌作用有利于硅酸盐形成和玻璃均化。于硅酸盐形成和玻璃均化。过高和过低的气体率都不利于澄清。钠钙硅玻璃协作料气体过
19、高和过低的气体率都不利于澄清。钠钙硅玻璃协作料气体率应在率应在15-20%内，硼硅酸盐玻璃协作料则在内，硼硅酸盐玻璃协作料则在9-15%内。内。4、具有高匀整度：、具有高匀整度：协作料匀整度高是熔制匀整玻璃液的前提。匀整度低会造成协作料匀整度高是熔制匀整玻璃液的前提。匀整度低会造成熔制的不同步，导致缺陷产生和对耐火材料侵蚀的加剧。熔制的不同步，导致缺陷产生和对耐火材料侵蚀的加剧。18玻璃工艺学 匀整性的测定：匀整性的测定：测定方法有滴定法、电导法、比重法、筛分析法等。现有人测定方法有滴定法、电导法、比重法、筛分析法等。现有人提出在线监测法（如通过检测协作料的温度间接地分析出协作料的提出在线监测
20、法（如通过检测协作料的温度间接地分析出协作料的匀整度）。匀整度）。表示方法：表示方法：匀整度匀整度=(Min测定值测定值Max测定值测定值)100%一般匀整度要求一般匀整度要求95%也可用允许误差表示：一般要求也可用允许误差表示：一般要求 水不溶物：小于水不溶物：小于0.1%；酸不溶物：小于酸不溶物：小于 0.1%；含含 碱碱 量：小于量：小于 0.50.6%；水水 分：小于分：小于 0.50.6%；19玻璃工艺学5、协作料的氧化还原态势、协作料的氧化还原态势(Reducing and Oxydizing Potential)其中其中wi-各原料以各原料以100公斤石英砂为基准的用量公斤石英砂
21、为基准的用量 KgRi-各原料的氧化还原数各原料的氧化还原数20玻璃工艺学原料原料（1Kg/100Kg砂砂）氧化还原数氧化还原数原料原料（1Kg/100Kg砂砂）氧化还原数氧化还原数硫酸钠硫酸钠+0.67煤（煤（100%C）-6.70硫酸钙硫酸钙+0.70焦碳（焦碳（85%C)-5.70硫酸钡硫酸钡+0.4硫磺硫磺-6.4硝酸钠硝酸钠+0.32萤石萤石-1.0二氧化锰二氧化锰+1.09三氧化砷三氧化砷+0.93三氧化二铁三氧化二铁+0.25各种原料的氧化还原数各种原料的氧化还原数留意：留意：+氧化性，氧化性，-还原性；还原性；其它原料氧化还原数为其它原料氧化还原数为0；21玻璃工艺学（二）、配料工艺流程：（二）、配料工艺流程：砂岩砂岩 硅砂硅砂石灰石石灰石 白云石白云石 萤石萤石 纯碱纯碱 芒硝芒硝 煤粉煤粉 碎玻璃碎玻璃煅烧煅烧水冷水冷粗碎粗碎粉碎粉碎筛分筛分粉库粉库称量称量水水混合混合运输运输窑头料仓窑头料仓投料机投料机选矿选矿干燥干燥筛分筛分粗碎粗碎粉碎粉碎筛分筛分粗碎粗碎粉碎粉碎筛分筛分粗碎粗碎粉碎粉碎筛分筛分粉碎粉碎筛分筛分水洗水洗拆包拆包拆包拆包粉库粉库粉库粉库粉库粉库粉库粉库 粉库粉库 粉库粉库 粉库粉库 粉库粉库称量称量混合混合洗涤洗涤破碎破碎称量称量粉碎粉碎筛分筛分筛分筛分22玻璃工艺学