粒度分布对耐火材料来说很重要(如沙子、长石、透锂辉石),粒度太粗将导致熔化后出现结石(残余粗料)和/或结点,然而粒度太细会导致在细化过程中产生太多粉尘和/或快速的溶解反应。在老式窑中,后者(粒度太细)会在玻璃池窑中产生隔离泡沫,这些泡沫会减少热量的通过,并降低熔化速率。当不同材料的粒度分布和密度相近时理论上分层现象会减弱,然而,实际中熔融时考虑的因素通常导致沙子的粒度比商用的现成熔剂粒度细一到两个筛号。
在选择配合料时,纯度是另外一个要考虑的主要技术因素。最初的杂质,尤其是矿物原料中的杂质是铁,它会使最终的产品产生不想要的颜色而且使熔融过程变得困难。由成品决定的杂质含量是沙子中Fe2O3的含量在0.005%到0.3%之间,石灰石和长石中其含量小于0.1%。除了铁杂质外,沙子中还可能含有Al2O3、ZrO2、和Cr2O3等杂质,其中Cr会产生明显的颜色问题。如果在玻璃填料中其他产生颜色的氧化物(如NiO、Co3O4、CuO等)含量足够高也会产生颜色问题。
除了产生颜色氧化物外,配合料中的硫酸盐和氯化物杂质会导致熔融和/或成型困难。在Na2O-CaO玻璃配合料中,硫酸盐以芒硝的形式存在,其目的是去除灰泡和气泡(如产生的气体),但在某些玻璃中,Na2SO4的存在会导致SO2灰泡的产生。同样,盐(NaCl)是硼硅酸盐玻璃中常用的澄清剂,但是当-阴离子Cl-在热玻璃中过量时,它就会与成型设备表面发生反应。由于Solvay(索尔韦法)制备的碱面中Cl-离子的含量大约在0.25%,因此杂质Cl主要来自于碱面中。目前通常的做法是增加怀俄明州天然碱矿中碱面的比例,其Cl的含量小于0.02%。有机物杂质通常都被忽视,尤其在非氧化物玻璃配合料中会影响铁的氧化还原颜色。
废玻璃或碎玻璃几乎是所有玻璃炉窑中熔融配合料中的通用添加料。这种碎玻璃中的杂质同原料中的杂质一样重要。如果不注意,碎玻璃中铁的含量可能比原始配料中的铁含量还要高。前期熔融过程中来自耐火材料中的杂质量是不变的。玻璃如果与金属成型设备接触会含有一定量的金属,然而如果不通过适当的校正,碎玻璃料通常会吸收这些废料。磁性杂质(包括用于细化碎玻璃的破碎机上的污染物)主要靠滚筒磁头、盘形磁头和网格磁头等去除。一旦金属杂质进入熔融料中,就会使玻璃产生颜色,或在玻璃中产生气泡(由于反应),或者在熔融料的底部产生本征的钻口。
精确称量各种成分,彻底将各种成分混合以及避免混合后产生分层是很重要的。在批量生产中,单独称量或预先设定质量范围的方法会提高称量的准确性,而且也会缩短由皮带运送至混合机的送料时间。混料机有盘型的、碾盘轮型的、水平型的以及其他型式的,他们可能在安装在配料仓中工作,也可能在配合料传送到池窑后工作。在很多系统中,液体作为配合料的载体或后续处理的防尘剂会在混料过程中注入。通常碎玻璃会在混料卸货前加入混合的配合料中或在填窑时按比例加入。
第33单元 原始成型操作(一)
吹制玻璃
吹玻璃操作中通常用铰链模,通过打开铰链模可以取出玻璃器皿。界面为圆形的石膏模(如图7.3a),以吸水涂层做内衬,他会在玻璃和涂层之间产生气垫,这样玻璃在吹制过程中就可以在模具里旋转。热(铁)模的截面可能是圆形的也可能是不规则形状的(如图7.3b)。热(铁)模吹制过程中玻璃与模具直接接触,因此利用热模吹制的玻璃器皿表面质量不如石膏模吹制的玻璃器皿表面质量好。不管是何种类型的模具,吹制的玻璃器皿的开口端都必须切掉而且还需要进一步的进行最终(表面)加工。 通过压制和吹制两步操作制备一件最终的吹制玻璃器皿。先将料滴压入初模(雏模),然后将压好的坯料或型坯转移到成型模中。在成型模中用至于器皿颈部上方的吹起头将坯料吹成最终的形状。图7.4描绘了这一过程。
细口容器则利用另外的吹制-吹制两部操作法制备而成。将料滴置入初模(雏模)中,然后用朴气和反吹气将料滴吹制成型成坯料,然后将坯料转移到成型模中吹制成最终的形状。
无论是用压制-吹制还是吹制-吹制工艺成型的容器都不需要进一步的加工操作。
除了微型和大型的电灯外,利用康宁履带吹泡机制备电灯(泡)外壳是机械化吹制成型的非常典型
的例子。前炉中的玻璃液不断的送到机器中。玻璃液通过两个钢棍后被压成带状。这些钢棍被做成间隔一段距离有巨大截面的形状。压制的带状玻璃通过钢板履带进行传送,这些钢板履带都有一个与带状玻璃巨大截面相匹配的孔洞。玻璃通过钢板上的孔洞下落形成球状。带有吹气嘴的履带从带状玻璃上面降下,每一个吹气嘴都插入钢板的孔洞中。然后通过吹气嘴将灯泡吹起来。在带孔钢板的下面传送一连串的湿石膏模,这些湿石膏模将灯泡围住并旋转,这样从吹气嘴吹出的气体与气垫共同作用便将灯泡吹制而成。灯泡吹好后将模具打开去除,用小锤子轻敲灯泡使其与玻璃带脱离,进入传送系统送入退火炉。这种机器可以每分钟生产2200个小型灯泡。大型灯泡,尤其是壁厚很大的大型灯泡的生产效率较低。