
玻璃中各種固態夾雜物無論其來源如何統稱為“結石”。其中有未完全熔化的配合料及隨著配合料進入熔體中的難熔物質,耐火材料未熔化的殘余物等,這些是從外部進入熔體中的。還有從玻璃自身析出的結晶體。一種稱為“節瘤的玻璃狀夾雜物也屬于這一類”。它們在成型過程中不變形或只稍微變形。
作為玻璃狀物質本應作為不均勻問題處理,它屬于條紋的臨界狀態;可是按照它的性質,通常它是從結石吸收了玻璃中的組分(堿)熔化而成,但沒有與主體玻璃完全混合。熔體外部的耐火材料吸收堿后熔化成玻璃狀滴入熔體中則又稱為“液滴”。
一、耐火材料結石產生原因
(1)可能結晶
玻璃體的析晶結石,是由于玻璃在一定溫度范圍內,本身的析晶所造成的。這種析晶作用在生產中稱之為“失透”。析晶結石的尺寸通常在0.01mm至幾毫米之間,形狀和色澤常是多種多樣的,但是具有一定的幾何形狀為其特征。析晶結石有單獨分布的,但大多數是聚集成脈狀、斑點、球體、條帶等。
當玻璃液長期停留在有利于晶體形成和生長的溫度下,玻璃中化學組成不均勻部分,是促使玻璃體產生析晶的主要因素。析晶結石常首先出現在各相分界線上:玻璃液表面上,氣泡附近,與耐火材料接觸部分。也常在配合料結石和耐火材料結石以及條紋、線道中開始產生。在有條紋缺陷的玻璃中,由于條紋引起的析晶常具有清晰的晶形,而且條紋所達到的范圍要比析晶范圍大得多。
(2)耐火材料
耐火材料結石類似料粉結石。但是料粉結石是帶圓卵形,耐火材料結石是磚體結構,多呈棱角狀,與玻璃體分界線較為明顯。
玻璃窯爐是用各種耐火材料砌成的,熔爐常用的主要耐火材料有硅磚,熔融石英磚、石英質耐火材料,粘土質耐火材料、高鋁質耐火材料、鋁氧系電熔鑄耐火材料(電熔鑄莫來石磚)以及鋯剛玉系電熔鑄耐火材料等。
目前玻璃熔制仍須在耐高溫材料做的容器內進行。盡管選用耐侵蝕與耐沖擊良好的偏酸性耐火材料熔化玻璃,但是由于配合料溶解,玻璃液在高溫下與耐火材料長期接觸。以及火焰、爐內氣氛的沖刷等。優質的耐火材料(包括鉬金材料)也免不了要受到一定侵蝕,被侵蝕下來的成分有些溶解于玻璃中,有些則不全溶或溶解后又再次析晶出來,隨玻璃液成型,在制品上形成結石,嚴重時造成廢品。要想制得優質產品,盡量減少玻璃缺陷,耐火材料結石,按化學組成基本分為兩大類:硅質耐火材料結石;鋁硅質耐火材料結石。
下面以硅質耐火材料為例,介紹硅質耐火材料結石出現的原因。

a.硅磚
是單一氧化物組成的酸性耐火材料,多用于池爐上部胸墻、熔窯拱頂、噴火口、間隙磚等。雖然硅磚用在熔窯的上部構造不接觸玻璃液,但是由于受堿蒸氣的侵蝕及高溫作用,硅磚有時也產生碎裂而剝落下來,生成結石,硅磚拱滴落入以及胸墻燒流物,液面過高沖刷間隙磚等都會形成結石。
硅磚的晶相組成有方石英、髹石英和中心部位含有未轉化的石英、硅磚骨料中含方石英較多。池爐前墻用的硅磚,長期處在高溫下,磚體內SiO2會轉變成很好的髹石英矛頭雙晶。由硅磚碎裂剝落的結石呈微黃色在鏡下看到矛頭雙晶鱗石英及樹枝狀方石英同時存在。在這種結石保留有硅磚的原始結構特征晶型、矛頭狀雙晶髹石英晶體。
硅磚拱滴結石為淺綠色圓形,在鏡下檢查為放射狀生長的骨架狀方石英。胸墻燒流物結石為重結晶的柱狀鱗石英晶體,晶體很大。上面有橫裂紋,粗大骨架狀方石英,為硅磚浮渣。
b.石英磚
用于低堿或無堿硼硅酸鹽玻璃池爐的池墻和流液洞部分。是酸性耐火材料,用在與玻璃液接觸的部位,要求石英磚與玻璃液接觸前要充分轉化成方石英,可提高抗蝕能力。石英磚在高溫下使用,逐漸析晶變成方石英結晶,侵蝕面是均勻的。
被侵蝕的石英磚所形成的結石呈白色,雜質少,顯微結構是外部與玻璃液接觸處為大骨架狀,團粒狀方石英。周圍氣孔多,內層有柱狀,矛頭狀鱗石英。工作池壁石英磚進入玻璃的結石多為髹石英矛頭雙晶。
二、消除耐火材料結石措施
(1)出現耐火材料結石的主要原因
①耐火材料使用不當,選用耐火材料應根據熔化溫度、玻璃成分、使用部位的不同而不同。如高硅低堿料,一般池壁用石英磚;堿性料上層用鋯剛玉磚。此外,看火孔處如用硅磚,則很容易被侵蝕出現結石,故應采用剛玉磚。
②熔化溫度過高溫度過高,則玻璃液與耐火材料反應劇烈,且流動沖刷也加劇,侵蝕加速。
③助熔劑用量過大助熔劑用量過大時,尤其是氟化物對耐火材料的侵蝕特別嚴重。
④耐火材料質量低劣,耐火材料的燒成溫度不夠,氣孔率高,原料不純,顆粒配比不當,成形壓力低(對于壓力成型的耐火材料),電熔耐火材料澆縮孔過大,制造時氣氛不適當以及退火不良,內應力大等。
⑤易起反應的耐火材料砌在一起,易起反應的耐火材料砌在一起時,如硅磚與粘土磚在1400℃以上反應劇烈。因此,在此溫度下使用時,應避免它的直接接觸。

(2)解決措施
①熔爐用的耐火材料及坩堝材質的好壞是熔化優質玻璃的主要關鍵,根據玻璃制品,熔化工藝的不同要求,選用適當的耐火材料對提高玻璃質量,減少結石缺陷的產生是重要的。原料結石和析晶,采取措施消除還是容易的,而耐火材料一經使用就不易更換,如果材質不好,使用時結石大量出現,往往會造成停產或嚴重減產,因此設計熔爐時要慎重選材。同時對耐火材料廠提出新課題,研制適合熔化玻璃的耐侵蝕、耐高溫又耐熱沖擊的新材料。
②合理的工藝操作和熔化制度是延長耐火材料使用壽命、減少結石出現的重要環節。要正確地控制火焰走向,爐溫高低、使液流波動小可使熔化正常,多出優質玻璃。要求工藝人員在操作過程中采取有效辦法,減少結石的出現。
③冷修和熱修熔爐時,要觀察熔爐各部位的侵蝕情況;拍照記錄,并取樣鑒定,積累大量資料,這對今后玻璃出現結石并判斷產生來源以及改進熔爐設計是很重要的。