玻璃瓶生產技術論文

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1海藍色玻璃瓶生產技術特點

1.1配合料及碎玻璃

玻璃配合料中CoO用量很少，為了提高稱量精確性，有利于與其他原料混合均勻，應該在配料前制備混合鈷。先將氧化鈷與干方解石粉或長石粉按0．5%或1%比例預混均勻過篩。配料時，按氧化鈷被稀釋的比例稱取混合鈷，再稱取氧化銅和部分方解石粉或長石粉進行小料預混，仔細攪拌混和均勻，防止出現著色劑聚集的狀況，然后與其他原料混合。玻璃瓶生產中加入相當比例的碎玻璃能節約資源，減少熔制耗能。生產海藍色玻璃瓶同樣可以大量使用碎玻璃，包括回爐的海藍色碎玻璃和無色鈉鈣玻璃碎玻璃。這兩種碎玻璃可以按任何比例加入使用，碎玻璃總量可達60%或更多。引入大量碎玻璃時，要注意以下幾點:

(1)使用無色碎玻璃時，在配合料中應補充足量的著色劑，補充量與碎玻璃加入有關。

(2)在熔制過程中，以碳酸鈉形式引入Na2O時，Na2O揮發量約1.2%，以硫酸鹽形式引入Na2O時，Na2O揮發量約6%。回爐碎玻璃的化學成分會與玻璃設計成分有所不同。當碎玻璃引入量超過20%時，需要補足氧化鈉。

(3)使用外購無色鈉鈣碎玻璃時，應制訂外購碎玻璃質量標準，選用與海藍色玻璃設計成分接近的高白料瓶罐玻璃，貨源要相對穩定，防止金屬物、泥土、混凝土塊、砂子、耐火材料、塑料、煤灰和紙屑等雜物混入。分析外購碎玻璃成分，按外購碎玻璃引入量計算SiO2、Al2O3、CaO、Na2O等成分的調整量，對配合料組成作相應調整，使混合玻璃成分符合海藍色玻璃設計成分要求。

(4)碎玻璃比例增加會帶來澄清困難，在經過前述化學成分方面的調整，玻璃黏度—溫度關系已經滿足要求后，玻璃配合料中還要補充澄清劑用量。100kg碎玻璃補充復合澄清劑0．5～0．6kg。

(5)碎玻璃加入比例高達50%～60%時，必須把碎玻璃看成是組成玻璃的主要原料，十分重視對碎玻璃的管理。碎玻璃要經過揀選、清洗、破碎成5～30mm小塊，干燥、除鐵后儲存在碎玻璃庫備用。

(6)外購碎玻璃可能長期與大氣中的水汽作用，表面受到侵蝕風化，風化形成的風化產物與內部成分不均勻;玻璃內部因以往成型降溫過程形成的潛晶和微晶造成結構不均勻;這些都會導致玻璃強度下降，玻璃發脆，為此碎玻璃在入窯前要與配合料充分混和，熔化溫度適當提高5～10℃，將潛晶和微晶熔透使碎玻璃和配合料成為成分和結構均一的玻璃液。

1.2熔制

海藍色玻璃的熔化溫度不宜過高，熔窯氣氛要保持氧化氣氛。比較鈷藍色玻璃、銅天藍色玻璃和海藍色玻璃三者的光譜曲線，可以看到海藍色玻璃與銅天藍色玻璃的光譜曲線相似，這是因為海藍色玻璃著色劑以氧化銅為主。兩者都與鈷藍色玻璃的光譜曲線有顯著區別。鈷藍色玻璃在780～2526nm紅外區中僅在1250～1750nm有部分吸收，其余都有高的透過率;海藍色玻璃和銅天藍玻璃紅外區的吸收帶一直延伸到2500nm。它們在780～2526nm紅外區的透過率約比鈷藍色玻璃低46%，比高白料玻璃低53%。這就導致熔制海藍色玻璃的熔窯中在熔化池深度方向玻璃液降溫比較快，靠池底玻璃液溫度要比高白料玻璃或鈷藍色玻璃低得多。池窯熔制玻璃時，配合料層漂浮在玻璃液面上。在上部火焰輻射加熱和下部玻璃液傳導加熱的共同作用下，熱量從配合料層上、下兩個方向向中心層傳遞。配合料溫度升高，熔制過程得以展開。海藍色玻璃的透熱性差，其表面層以下玻璃液溫度比高白料玻璃和鈷藍色玻璃低，不但使玻璃液向配合料的傳導加熱比較弱，影響到配合料熔化速度，還使玻璃液黏度增大，澄清速度減緩。海藍色玻璃液相對較低的池底溫度，決定了熔窯熔化池的深度不能太深。熔化池玻璃液容量偏少，也影響到熔窯取用比、出料量和熔化率。經驗證明，海藍色玻璃熔窯熔化池深度以1．3m左右為好。我們在熔化面積30m2的燃發生爐煤氣馬蹄焰池窯中熔制海藍色玻璃，熔化溫度1560～1570℃(輻射高溫計)，熔化率1．2t/m2•d。

1.3成型

海藍色玻璃的成型工藝基本上與其它玻璃相近，但是海藍色玻璃較差的透熱性，關系到玻璃液輻射傳熱的能力，一定程度上對成型工藝產生影響。高水平的制瓶作業依賴于獲得優質的料滴，所以有“優質料滴是得到優質制品的一半”的說法。得到優質料滴的前提是供料道內玻璃液的溫度均勻、穩定。供料道分為冷卻段(包括后冷卻段、前冷卻段)和調節段。來自工作池或分配料道的玻璃液，在冷卻段逐步降溫。在調節段入口處達到略低于料滴成型的溫度，再通過調節段的適當加熱，使進入料盆的玻璃液溫度達到料滴成型所需要的溫度。海藍色玻璃透熱性差，造成表面冷而中心層溫度偏高，容易在調節段和料盆中出現溫度不均狀態，供料道長度不宜太短。配置給1臺6組單滴料行列式制瓶機的供料道長度約5m，寬660mm，玻璃液深度不大于160mm。在玻璃成型階段，料滴內部及料滴與模具之間的傳熱方式主要是輻射和傳導。顏色玻璃成型時存在“傳熱差異”。成型過程中，熱量不斷從料滴內部向玻璃表層轉移，再經過玻璃外表面向模具傳遞熱量。海藍色玻璃紅外透過率低，熱輻射性差，傳熱速度比較慢。瓶子表面硬化速度比較慢，出模時瓶體溫度比較高。因此，海藍色玻璃瓶制瓶機機速要適當慢一些，模具的冷卻風要小一些，以減少瓶子可能出現的炸口、冷斑等缺陷。

2常見缺陷及其解決方法

2.1析晶

玻璃處于介穩狀態，在一定條件下存在自發析晶傾向。鈉鈣硅酸鹽玻璃中常見的析晶晶相是β－硅灰石(β－CaO•SiO2)、透輝石(CaO•MgO•2SiO2)和失透石(Na2O•3CaO•6SiO2)。根據馬丁•赫潑許的結晶速度—溫度關系圖［6］，失透石的析晶溫度范圍是780～930℃，β－硅灰石的析晶溫度范圍是800～1030℃，透輝石的析晶溫度范圍是825～1000℃。相對結晶速率最大的溫度分別是900℃，930℃和950℃。失透石的相對結晶速率最大，β－硅灰石和透輝石的最大結晶速率分別為失透石的41%和15%。海藍色玻璃基本化學組成和高白料玻璃相近，CaO質量分數約8%～9%，玻璃的析晶傾向并不大，在正常的玻璃瓶生產工藝條件下不會出現析晶。但是A廠生產海藍色玻璃瓶時曾發生嚴重的析晶現象，它的特征是“白色條狀結晶物”，無論把熔化溫度升到1590℃，還是降到1565℃，始終沒能使結晶物癥狀變輕，在1570℃勉強維持生產。據了解A廠出現嚴重析晶現象的36m2窯，熔化池深1200mm，澄清池深1500mm;50m2窯，熔化池深1400mm，澄清池深1900mm。有人把白條狀結晶物當成徐州鑫匯耐火材料廠電熔AZS磚被蝕損的產物，懷疑電熔磚質量有問題。恰好該廠另一座用鄭州遠東耐火材料廠電熔AZS磚的26m2窯，熔化池深1100mm，澄清池深1200mm，沒有出現析晶現象，似乎證實了這個判斷，實際不然。B廠熔制海藍色玻璃30m2窯，熔化池深1300mm，同樣選用徐州鑫匯耐火材料廠電熔AZS磚，卻從未出現析晶現象。所以造成析晶現象的原因不是耐火材料的質量問題，而是36m2窯和50m2窯不恰當的熔化池(澄清池)深度造成的。A廠原設計熔窯用于熔化高白料，熔化池(澄清池)深度較大是合理的，但是轉換成熔化海藍色玻璃，池深就顯得過深，致使靠池底玻璃液溫度過低，在下層產生一層高黏度不流動玻璃液，此層玻璃液因停留不動，不僅會溶解大量耐火材料而改變成分，還會因處于析晶溫度范圍而析晶。當池窯溫度波動時會使這些變質玻璃進入成型流，使制品出現條紋、結石和析晶。析晶現象還可能發生在供料道中，大多與不正確的供料道冷卻方式有關，如供料道某些部位，特別是料盆區域溫度過低等。需要注意的是當工作池溫度偏高，流入供料道的玻璃液溫度太高，增加了供料道冷卻玻璃液的難度，迫使在供料道進行高強度冷卻，可能造成料盆等部位溫度過低而出現析晶。消除析晶的方法:

(1)熔化池(澄清池)深度不可太深，以1．3m左右為宜。

(2)制定正確的熔制溫度制度，熔化溫度要穩定，防止溫度過高和大的波動。

(3)制定正確的從工作池到料盆區域的溫度制度，重視供料道溫度調節操作，加強冷卻段的冷卻作用，務必不讓料盆區上部空間溫度過低。

(4)檢查玻璃化學組成，必要時適當減少氧化鈣含量，增加氧化鋁、氧化鎂含量來降低玻璃析晶能力。

2.2結石海藍色玻璃中的結石主要有兩類:粉料結石和耐火材料結石。

(1)粉料結石，通常是未熔石英。玻璃工廠采購濕式生產石英砂的最大顆粒直徑小于20目(0．85mm)，在正常情況下不會出現未熔石英結石。有些購入的石英砂粒度分布可能不合乎要求(小于0．1mm的極細小顆粒比例較大)或石英砂儲存條件不好，雨天石英砂含水量超標仍勉強使用，都會使熔制狀況惡化而出現粉料結石。未熔石英結石大都是小于0．85mm的，呈分散狀，有時也有1～3mm聚集狀。出現大于1mm聚集的大顆粒未熔石英結石的原因是石英砂中小于160目(0．097mm)的極細小顆粒結成團粒。石英巖在機械能的作用下，粉碎成為具有較高自由表面能的小顆粒。具有巨大表面能的極細小顆粒有強烈的降低內能的傾向，呈現出強烈的聚集作用，因此砂子愈細愈容易結團。石英砂含水量大，使砂子結團加劇。極細小砂粒聚集成的團粒結構，在混料中部分遭到破壞，部分保留下來。純堿只能包裹在砂團粒的外面。隨著配合料溫度下降，純堿和水生成碳酸鈉水化物Na2CO3•nH2O，會吸干配合料中全部水份，配合料變得干燥，表面被純堿包裹的砂團因失水變得堅硬。熔制時砂團內部二氧化硅無法與氧化鈉等成分反應生成硅酸鹽。在長時間高溫和周圍高黏度玻璃液作用下，由于體積擴散和表面擴散作用，發生粘滯流動而完成了空隙的排除，顆粒之間產生粘合或聚集，再結晶成為大顆粒石英。其邊緣由于逐步熔化而變圓。因為其比重較小，大部分會浮在玻璃液表面，形成石英浮渣，部分夾雜在玻璃液中流向成型區，成為石英結石［9］。解決未熔石英結石的方法是:①制訂合理的石英砂質量標準:≥20目的石英砂含量為0，20目～40目石英砂含量小于%，40目～120目石英砂含量大于85%，120目～160目石英砂含量小于15%，＜160目的石英砂含量為0，石英砂含水量(6±1)%。②配合料中加入0．5%芒硝(Na2SO4)可以消除石英浮渣。

(2)耐火材料結石。隨著玻璃熔窯技術進步，熔窯中與玻璃液接觸部位已普遍使用電熔鋯剛玉磚，熔窯運行中窯內高溫、火焰、粉料、玻璃液流對耐火材料的蝕損過程，孫承緒教授已有專門論述。在正常的生產過程中，耐火材料被蝕損的過程是持續、均勻的，不會引起玻璃產品中的耐火材料結石缺陷。海藍色玻璃中的耐火材料結石有時非常嚴重的原因是某些工藝制度不合理。海藍色玻璃的工藝特性已說明其熔化率會低于高白料玻璃。如果不恰當地試圖用提高熔化溫度的方法為追求高熔化率，結果可能會適得其反。孫承緒教授指出“玻璃液溫度升高時，蝕損會加快，溫度升高50～60℃，電熔磚壽命約縮短一半”。前述兩家生產海藍色玻璃瓶的工廠，同樣使用徐州鑫匯耐火材料廠生產的同型號電熔鋯剛玉磚。A廠熔化溫度1590℃，從2011年5月9日改換藍料生產到2012年3月停止生產，均沒有擺脫結石困擾。流液洞進口上方池壁磚液面處不到14個月被侵蝕穿孔［7］。B廠熔化溫度1560～1570℃，耐火材料結石廢品率平均0%～1%。當不恰當地提高熔化溫度到1570～1580℃時，耐火材料結石廢品率上升到2%～5%，該窯使用約27個月停窯大修時看到小爐舌頭碹損壞塌落，因火焰長引起部分花格墻熔流，工作池碹嚴重損壞，而熔化池池壁磚和流液洞狀況良好。在修復熔窯上部的部分結構后，該窯很快重新啟動投入運行，預計可以繼續使用18個月左右。兩家玻璃廠耐火材料結石廢品率和熔窯壽命相差巨大，驗證了過高的玻璃液溫度會使耐火材料蝕損加快的科學論斷。A廠簡單化的認為出現耐火材料結石就是耐火材料質量有問題，而忽視了不合理的熔制方法也會導致大量耐火材料結石產生，熔窯結構某些不合理設計及池壁冷卻風缺失也是產生耐火材料結石的重要原因。解決耐火材料結石的方法是設計合理的熔窯結構和工藝規程，科學地確定熔化溫度指標，改善熔窯運行管理。改進池壁冷卻風的配置，加強冷卻效果，減弱玻璃液對耐火材料的蝕損。

2.3氣泡

海藍色玻璃在合理的熔制工藝制度下，玻璃液得到良好的澄清，基本上不存在氣泡缺陷。偶然出現氣泡時，往往與熔窯熔化溫度波動、玻璃液液面波動或不恰當的加料方法有關。當石英砂太濕造成熔制困難時，未熔石英、條紋、氣泡會同時出現。某玻璃廠生產海藍色玻璃瓶時出現以下現象:該窯配置2條供料道，其中1條供料道玻璃液中沒有密布小氣泡，證明熔化池玻璃液澄清已經完成，而另一條供料道玻璃液中經常出現針尖狀或放大的密布小氣泡，其成因與工作池溫度有關。由于該窯熔化池和工作池上部空間采用花格墻分隔，熔化溫度和火焰長度對工作池影響很大。一側小爐噴出的火焰長度比另一側的長，在一側花格墻上流掛的熔滴明顯多于另一側，工作池該側的溫度明顯高于另一側。經流液洞冷卻的玻璃液在過熱的工作池一側被重新加熱，出現二次氣泡。大量細小的二次氣泡不可能在供料道中消失，從而造成氣泡廢品。當降低熔化溫度、縮短火焰長度后，隨著工作池溫度下降，這些細小氣泡直徑變小，直至消失。解決二次氣泡產生的根本措施是把熔窯熔化部和工作部上部空間全分隔，使工作池溫度可以單獨調整，保持在1250℃以下。按照從流液洞到料盆逐步降低玻璃液溫度的要求，制定合理的溫度制度。

3提高海藍色玻璃瓶生產技術水平的建議

(1)根據海藍色玻璃特性，設計合理的熔窯結構，包括熔化池(澄清池)的深度不宜過深，熔化池與工作池(分配料道)上部空間全分隔。為整個生產過程制定合理的工藝規程，包括配合料組成和制備，碎玻璃處理及成分調整，熔窯運行及制瓶等各個環節。

(2)提高海藍色玻璃熔窯熔化率，不能過分依賴于提高熔化溫度。除了本文提到的各種改進方法以外，如果把海藍色玻璃配合料進行壓塊密實，能夠較大幅度地提高熔化率。

(3)海藍色玻璃瓶用作高檔酒包裝容器，對玻璃瓶的質量要求比較高。玻璃廠在生產過程中要重視對各工藝環節的管控，認真按照相關的工藝規程作業，以好的工作質量來保證實現好的產品質量，提高產品合格率。

作者:凌根華陸慶基單位:吳江光華玻璃廠