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玻璃结石缺陷的产生及预防

发布时间:2016/6/2

玻璃中的结石是遗留在玻璃体中的固体夹杂物。结石是玻璃体内最危险的缺陷。它的存在破 坏了产品的外观质量和力学均匀性,降低了玻璃的使用价值。结石与周围玻璃的膨胀系数相差愈 大,产生的局部应力也愈大,从而降低了玻璃的机械强度和热稳定性,甚至使之自行炸裂。当结


石的膨胀系数小于周围玻璃的膨胀系数时,在界面上则形成张应力,产生放射状的裂纹。

玻璃及其制品,一般情况下,都是多种原料按一定配方要求制成混合料,拌和均匀后,在高 温熔窑内经硅酸盐形成、玻璃形成、澄清、均化、冷却五个阶段,全部熔化成均匀的高温玻璃 液,然后成形、退火,得到理想的成品玻璃。各个阶段有各自的特点,但彼此之间又有密切的联 系并互相影响,它们在池炉中同时进行或交错进行。结石的形成有不同的原因,但没有严格的阶 段区分。如原料不纯物、原料熔化不良、耐火材料的侵蚀脱落物及其与玻璃的反应物、玻璃析晶 等都能产生结石。因此,根据结石产生的来源,可以分为:配合料结石、耐火材料结石、析晶结 石和挥发物结石等。

(1)配合料结石来源及特征在配合料中某组分未熔化的颗粒残留在玻璃液中,冷却后在玻 璃制品中所形成的结石为配合料结石。配合料结石又可分成普通配合料结石和配合料污染引起的 结石。普通配合料结石是玻璃配合料中的某种原料没有熔解好,而残留在玻璃液中所形成的。形 成配合料结石的原因较多,主要有以下几个方面:①当配合料中某种原料颗粒过大或原料细粉产 生结团时,如大颗粒的硅砂在熔炉内来不及完全熔化就随同玻璃液流至成形,此时未完全熔化的 硅砂颗粒就残留在玻璃制品中,形成配合料硅质结石。②当熔炉内温度控制不当或投料方式改 变,则配合料在熔炉内料堆的流动发生变化,使得硅砂颗粒不能够充分熔化,未完全熔化的硅砂 颗粒即形成硅质结石。窑炉操作控制不好或技术上的失误造成温度制度失常,温度分布有了变 化,形成温度降落,料堆的流动方式改变出现结石,有些玻璃出现结石是由于过量地加入配合料 引起温度不够,不能在规定的时间内将配合料熔化好,即熔化池超负荷等情况均可形成原料结 石。③由于称量错误而过多引入硅砂。④配合料混合不均,混料时间短,投人熔窑后,易熔的碱 性物质先熔解,而剩下的石英颗粒难以熔化。⑤运输过程中配合料分离,配合料分层,投入方式 不合理,造成碱粉飞散,使残留石英颗粒难以熔化而生成结石。⑥配合料水分控制失常,硅砂湿 度大,石英砂局部结成球,将导致配合料中硅砂局部集中,使得硅砂在熔化过程中速度减慢,局 部玻璃液黏度增大,在此情况下则产生硅质结石。⑦不正确的化学熔融生成硅质浮渣;在含硫酸 盐的配合料中,加入还原剂(碳)不足,引起芒硝结石污染玻璃。⑧助熔剂氐03、Na20高温下 易于挥发而使玻璃处于低熔解状态,或形成高黏度破璃液,造成难熔物质或大颗粒物质不能熔 融。⑨一些氧化还原反应造成的结石,如Ni变成NiS,PbO被还原成铅球。由此可见,形成普 通配合料结石的原因很多,必须从原料、配料、熔制等各道工序严格把关,才能避免普通配合料 结石的产生。

常见的配合料结石有硅质原料结石和芒硝结石等。硅砂原料占玻璃原料总量的60%以上, 二氧化硅的熔点又高,稍微不注意就会引起硅质结石。比如配合料混合质量不高使难熔的石英组 分局部富集,原料加工工艺控制不合理,使较大的石英颗粒入窑等,在正常的熔化作业制度下未 能充分熔化而引起硅质玻璃结石。

来源于配合料的硅质结石主要是未熔石英颗粒,常以分散的颗粒或团粒状出现,多位于玻璃 板的中上部,一般呈白色或半透明,结构疏松,气孔较多。未熔石英颗粒大部分有一定的熔蚀现 象,颗粒边部较为圆润,结石周围由于二氧化硅的溶解,形成较宽的扩散层波纹。它的黏度比正 常玻璃大,但表面张力及折射率则不如富铝玻璃,因而与周围玻璃界限不明显。结石在熔窑内停 留时间短的大部分为未熔石英颗粒,带有原始矿石或海砂结构。停留时间稍长的,有足够条件进 行交代反应,逐渐从石英颗粒边缘向中间熔蚀导致石英颗粒开裂,表面伴有明显的裂纹,在颗粒 周围和开裂处析出粒状、骨架状方石英,针状、板状鳞石英。随着停留时间的继续延长,原始颗 粒形态基本消失,为均质相的亚稳方石英过渡相,一般呈半透明状。随着熔蚀的加剧,残余石英 完全熔融后造成局部Si02组分较高,再次析出针状、棒状或放射形的松针状等形态的鳞石英或 树枝状、骨架状的方石英。在合适的条件下,鳞石英也会发生多晶转变,转变成骨架状的方石 英。结石矿物常聚集成团。在由此可见,硅质原料结石的出现,可能呈现石英晶体的原始晶相, 但大部分都有一定程度的熔蚀现象。也可能不是单纯的石英颗粒,它在一定温度条件下还可能转


化生长成针状、树枝状鳞石英和骨架状、树枝状等多形态的方石英。有时残余未熔石英已经不见 了,而硅氧骨架状晶体则聚集成团,甚至在结石团粒中填满了方石英晶体。总之,各种硅质结 石,不论是因为原料颗粒大,或结团未能熔化,都基本遵循石英—磷石英—方石英—硅酸盐玻璃 的变化规律。在偏光显微镜下这类硅质结石有以下几点特征:①残余石英颗粒或鱗石英、方石英 析晶与残余石英颗粒伴生。②鱗石英、方石英晶体除上述形态外不可能有其他形态,且结石矿物 晶体常聚集成团。③结石矿物单偏光下无色、清晰,与玻璃相对比明显且没有其他杂色。

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