
硼硅酸鹽玻璃是指WSiO2>75%、WB2O3>10%、而鉀、鈉含量很低的玻璃,由于氧化硼的大量引入可明顯改善玻璃電學性質及加工性能。此外,還可提高玻璃的耐水、耐大氣侵蝕化學性能,并降低熱膨脹系數,提高熱穩定性。若干年來,它們越來越廣泛地被用于機械化成型真空器件、氣體放電發光源泡殼、燈柱以及高溫化學器皿、太陽能熱水器集熱管、暗火、熱水用餐具和炊具等。
與普通鈉鈣玻璃不同,高硼硅酸鹽玻璃是一種料性特硬玻璃,通常它們是以四配位的鋁氧四面體[AlO4]、硅氧四面體[SiO4]、硼氧四面體[BO4]及部分[BO3]三面體存在,從而使玻璃結構相對穩定。
硼硅酸鹽玻璃極難熔制,不僅熔化溫度高(>1 600℃),而且黏度也高(1 600℃時,為2.0—對數值),因而熔制常數C達8,比普通玻璃高出60%~98%。在高溫熔制時,硼極易揮發(最高可達20%)。
采用煤氣加熱馬蹄型火焰池窯熔制硼硅酸鹽玻璃已經是一種較為落后的方法,它不僅占地面積大,投資費用和能耗也高,勞動環境差、強度又大,而且存在一定缺陷的玻璃料。
與火焰加熱窯不同,電熔窯熔制是先進的、科學的,用它來熔制硼硅酸鹽玻璃時,由于加熱是在配合料內部進行,并始終保持“冷爐頂”,揮發物大都冷凝在頂層配合料中,從而使硼揮發減至最小程度,熔融玻璃液的化學成分和黏度的均勻性可達到很高。例如出料量為15 t/d的電熔窯熔制硼硅酸鹽玻璃,該窯熔化池長3.2 m、寬3.6 m、深1.6 m,面積為11.5 m2、容量40 t,池壁用電熔鋯剛玉磚砌筑。采用深型熔化池有利于建立各種熔化條件,并可延長玻璃液在池內停留時間,以強化其澄清過程。熔化池上部安裝雙排共6對板狀電極,其電流密度為0.2 A/cm2,總功率1 410 kW。熔化率達1.4 t/m2·d,玻璃單位電耗為2.1 kW·h/kg。為延長流液洞使用壽命,在其內包覆金屬鉬板。可在供料槽內安裝輔助加熱電極進行保溫,并用特制白金槳葉進行攪拌。
在普通火焰窯中,玻璃熔制過程是沿著水平方向開始并進行,而電熔窯卻是沿垂直方向進行的。由此在熔化池中可形成若干不同的溫度-黏度帶及不同的熔化速度區。通常,熔窯中心部位,電極附近的溫度總是要高于流液洞隔墻處的溫度。
熔制過程中,由于溫度場中各處玻璃液的溫度差造成密度差,密度大的玻璃液將下沉,熱的玻璃液則源源流來補充,如此連續不斷形成窯中的玻璃液流。測定結果顯示它們由縱向液流、工作液流、返回液流、橫向液流和水平液流組成,彼此形成一個可供日日夜夜取用的玻璃“液泉”。
液流總是由“熱點”流向四處,縱向液流由“熱點”流向流液洞并和工作液流一起流向操作池,這一部分玻璃液流應該是質量最好、可供成型制品的,不允許含有未熔透砂粒與其他化學成分及黏度不均的玻璃料。電熔窯對出料量的變動很敏感,當出料量增大或減小時,配合料覆蓋層的厚度應作相應改變,出料量增大時,厚度增厚,反之相反。
當玻璃的熔制溫度發生變動,由低升高時,普通鈉鈣玻璃中的Fe(Ⅱ)含量將隨之相應增加,而對于硼硅酸鹽玻璃而言情況正好相反,其Fe(Ⅱ)不是增加,而是減少。正是玻璃中的二價正離子,特別是Fe(Ⅱ)含量的變化,將影響到硼硅酸鹽玻璃的一系列性能,所以在熔制這種玻璃時,一定要嚴格控制它的氧化-還原勢能,以保證成型制品質量達標。