氣泡是玻璃中存在的最普通也最難解決的缺陷,在坩堝爐中尤為突出,如何判斷和認識氣泡,對消除氣泡十分重要。
氣泡的類型在一般的玻璃中分三類。第一類是澄清氣泡,是在初熔及澄清之后殘余在玻璃中的氣泡;第二類是再生氣泡(即二次氣泡),是玻璃熔體中大體已不存在氣泡,但在某一時間又從玻璃中析出所分解的氣體而形成的氣泡;第三類氣泡中是些夾雜的氣態(tài)、液態(tài)或固體異物,它們是空氣泡、工作氣泡、鐵質(zhì)氣泡、污染氣泡等。值得眾多企業(yè)注意的是第三類氣泡,在生產(chǎn)中由于工藝操作不規(guī)范,往往人為地制造了氣泡。
澄清氣泡
(1)由于化學澄清劑不足。如加入的多價氧化物澄清劑量少,玻璃中沒有足夠的氣體產(chǎn)生,所以不能將玻璃中產(chǎn)生的微小氣泡帶動上升到液面后消失。
(2)化學澄清劑超量。如加入多過的氧化澄清劑,尤其是氧化鈰、硝酸鈉、白砒等增大了熔體中澄清氣體的過飽和程度,在有限的時間內(nèi)氣泡不能完全排出,溫度下降時,氣泡的濃縮速度很小,故殘留在玻璃液中。一般氧化鈰用量超過180g就會出現(xiàn)這種情況,鈰鈦等特殊料除外。
(3)玻璃液流的作用。如池爐生產(chǎn),在同一時間內(nèi)加料、熔化、澄清、冷卻、產(chǎn)品制作等都在同一過程進行,由于取料作業(yè)形成玻璃液流、玻璃液對流、加料及火焰作用,將玻璃液向前推進時夾裹了氣泡(或氣流)。從坩堝爐中挖取大料,涌動料液或料桿插入液面過深都會造成液流作用,將已澄清的料液破壞,出現(xiàn)氣泡。夏季天氣炎熱,車間電扇吹動,室外空氣進入,都會給液面造成波紋,產(chǎn)生氣泡。
(4)水蒸氣氣泡。在所有玻璃的殘余氣體中,水蒸氣幾乎都占較大的部分,它來源于配合料中所含的水分,人們都認為水分在100會蒸發(fā)掉,但水在玻璃熔體中不是以分子的狀態(tài)溶解,而是以OH離子進入硅氧四面體結構中,有時在1300時都不易排出。如我縣某兩個玻璃廠一直存在著許多針尖大的小氣泡,采用各種改變配方、增加爐溫都無濟于事,后將石英砂晾曬,恢復到原配方和爐溫后,氣泡便消失了。
以上這些小氣泡一般都是均勻分布在玻璃中,在澄清料液較好的后期或在工作池(坩堝料面)溫度較低時會被吸收一部分,像紅料、琥珀料化成后涼料我們用冷風吹料面,讓其盡快吸收氣泡就是這個道理。如果澄清過程不好,即使料液靜置或工作溫度較低,玻璃液氣泡中的N?,CO?及少量水氣均不會消失,如果工作黏度過低還會出現(xiàn)嚴重的條紋。
再生氣泡
配合料氣體雖然在初熔以前大部分排出或在初熔及澄清階段析出,但溶解在熔體的氣體是不能夠完全除去的。由于液體中過飽和氣體(氧化澄清劑量過大)或過還原吸入氣體或料液變熱,或機械作用以及電化學原因,均可再生氣泡(或重沸氣泡)。在配合料中如果一味地增加澄清劑的加入量就加大了重沸的傾向。
(1)物理原因。溫度的差別改變了溶解度造成溶解氣體的濃度差,而機械由于振動、攪動,粗糙的表面促成了氣泡形成。已經(jīng)涼好的玻璃液再加熱到高于澄清時的溫度,便會出現(xiàn)重沸,使溶解吸收的用肉眼看不到的微小氣泡變熱后,分壓增大重新放出,集聚溢出。或在料液動蕩時裹入氣體、黏附氣體,這些氣體主要是N?,O?,SO?,氣體的溶解度隨溫度增高而降低,高溫時間愈長所含氣體量愈少,重沸傾向也愈小,所以澄清階段要溫度高、時間長。在坩堝周圍壁面出現(xiàn)的二次氣泡較多的原因之一是由于液體與壁的接觸流動。假若用料桿過多接觸液面,都可看作是對液面的攪拌。
熱爆口邊緣出現(xiàn)氣泡,大都是由于玻璃液內(nèi)氣泡變熱溢出或與火焰氣體特別是還原焰接觸,火焰中的氫很快滲入玻璃中產(chǎn)生組分還原,反應生產(chǎn)的水蒸氣擴散速度比較小而不易排出形成氣泡。烘口時由于用手指捏杯口,手上汗跡等殘留臟物會產(chǎn)生CO?氣泡。所以在加工操作時都應掌握好火焰氣氛和產(chǎn)品的干凈。還有一種是由于在坩堝中取大塊玻璃時出現(xiàn)較大原拉伸力而產(chǎn)生了真空氣泡，所以在取大料時雖然由于料在溫度較低，但也不能過猛過急。
(2)化學原因。溶解度的變化和熔體的組成。玻璃的組成不同，相遇一處時就會導致溶解度急劇變化，最明顯的是出現(xiàn)了條紋層，仔細地看，在條紋經(jīng)過的部分通常布滿了氣泡，而氣泡又使條紋層變形，形成無規(guī)則麻絲裹泡的現(xiàn)象。大家很清楚，玻璃液無論是和坩堝壁還是和耐火材料接觸，由于耐火材料組成與玻璃體成分不同，在壁緣上或接址區(qū)域的料液都黏附著氣泡。液體流動，沖刷了耐火材料，耐火材料含有較高的SiO?、Al?O3這部分物質(zhì)浸入到玻璃液中，改變了成分組成，降低了氣體的溶解度，從而排出更多的氣體，但氣泡足夠大時，受到玻璃液流的剪力作用離開原地或分裂成小氣泡又重提了上述的侵蝕過程。
窯爐氣氛與玻璃熔體之間的反應出現(xiàn)的再生氣泡，主要發(fā)生在燃燒火焰與液面接觸的熔化爐中，由于窯爐氣氛的氧化或還原焰，使玻璃液中的各種鹽類、氮、氧、酸根等物質(zhì)熔解度增大或降低，在溫度波動時出現(xiàn)重沸氣泡。當坩堝爐的缸口封閉不嚴密，火焰進入缸內(nèi)時，這種火焰呈還原性火焰，將會把料液面氣叢溶解度的平衡破壞，同樣出現(xiàn)二次氣泡。
由雜質(zhì)產(chǎn)生的氣泡
由氣態(tài)、固態(tài)、液態(tài)夾雜物造成的氣泡缺陷占玻璃制品報廢的很大比例,這些氣泡大都是在操作中人為造成的。
3.1由氣態(tài)雜質(zhì)產(chǎn)生的氣泡
(1)由周圍氣體造成的氣泡。如用煤油、乙炔加熱某部位時,已成型的玻璃到軟化點時,被吹動部分會裹入周圍的氣體或煙氣;挑料取料時將玻璃料液分開或?qū)蓚€玻璃液表面黏合的過程中都可能夾入空氣;在安手把、圓柄、粘底、接挺兩層玻璃料重疊,因為空氣在冷卻時收縮,出現(xiàn)凹穴,相接時會夾入氣體形成氣泡;壓制玻璃時,扎孔或插絲均會將氣體頂入而形成氣泡。供料機供料時由于剪刀吻合不好會產(chǎn)生剪刀印氣泡;沖頭上下運動時因為料碗密封不嚴同樣會吸入空氣造成氣泡。
(2)從耐火材料的氣孔中逸出的氣泡。耐火材料溶解在玻璃液中改變了玻璃液的成分從而改變了氣體的溶解度。用久的坩堝出現(xiàn)被侵蝕的流道,池爐被腐蝕的穴洞、磚縫均會在毛細管力的作用下使玻璃液被進入很細的氣孔中,氣體則由較粗的氣孔流出。腐蝕進行得愈快,材料的氣孔率愈大,玻璃液的黏度愈低,則形成的氣泡數(shù)愈多。如普通坩堝使用一天,其耐火材料物質(zhì)被溶解大約為300g左右,若用剛玉磚熔化1t玻璃耐火材料液熔解150g左右。
3.2固態(tài)或液態(tài)夾雜物造成的氣泡
(1)在操作中,員工將料桿往地下咚,目的是為了除掉桿頭上的玻璃,但卻不注意桿頭上沾上灰土,桿頭的玻璃末敲凈,冷凝物、煙塵、鐵器、耐火土、灰塵等掉入玻璃液中,這些都是由碳分組成的還原性物質(zhì)要被氧化,從而改變了液體中氣體的溶解度,生成了氣泡。
被腐蝕了的工具如挑料桿、料勺,上面的金屬氧化物脫落進液體中也會出現(xiàn)氣泡。
(2)多次纏裹料絲。如接觸窯爐氣氛中的煤煙、表面黏積的硝水或Na2SO4時,中間就會出現(xiàn)一層白蒙蒙的霧狀物,這其實是夾裹在中間的、反應或分解形成的許多微小氣泡。由于油霧、煤、油、蒸氣等煙氣中和塵埃中常含有大量的碳,直接與玻璃接觸同樣產(chǎn)生氣泡。
(3)料絲造成的氣泡。取料時,料絲拉長往往流入玻璃液中產(chǎn)生氣泡,是由于料絲離開料液,溫度相對較低,并吸附周圍空氣。再則,料絲沿缸脖子流下,不斷侵蝕缸口耐火材料,耐火材料中富含的SiO2和Al2O3的物質(zhì)浸滲到料液中,其黏度已與整體玻璃液黏度不一,氣體的溶解度亦不相同,再進行融合時便產(chǎn)生了氣泡。因此,杜絕拉料絲是很有道理的。
(4)液面的上下波動,不僅將澄清部分未均化的、氣體溶解度不均衡的料液提前引申過來,而且沿附池壁的黏度較大的料液也都被沖刷下來滲入到使用部分。其氣體溶解度與整體料質(zhì)成分不一,要形成條紋和氣泡,所以保持液面平靜是非常重要的。頻繁地在同一處取料會造成料液疲勞,也就是在同一穴窩處取料,料液還未休息形成平面,又發(fā)生波動,出現(xiàn)的窩圈來回晃動將吸附在表面的氣體又埋裹在玻璃液中,不僅造成料泡上的條紋,根據(jù)氣體溶解度不一的原理,同樣會形成氣泡。
(5)至于耐火材料、紙片、木質(zhì)塵土、水滴、飛粉、硫酸鈉以及在加料時不注意,缸口、出料口的遮擋不嚴落進去的飛土、液滴造成的氣泡，另外還有電化學原因和鹽類泡。
