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全氧燃烧浮法玻璃熔制质量控制方法研究

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摘要

玻璃熔窑的全氧燃烧技术对减少能源消耗、降低生产成本、减少环境污染、提高玻璃质量、延长窑炉寿命等都具有十分重要的作用,成为现代玻璃工业发展的方向。本文针对全氧燃烧条件下浮法玻璃熔制质量控制方法问题,采用不同产地的玻璃原料,模拟空气气氛、富氧气氛和全氧气氛燃烧环境熔制了一系列不同芒硝和碳粉含率的玻璃,借助IR光谱、Raman光谱、UV光谱,结合光学显微分析、热力学性能分析和综合物性分析等,系统研究了全氧燃烧玻璃熔制工艺、澄清工艺及熔制理论,解决了全氧燃烧条件下玻璃原料控制、熔制工艺参数优化及玻璃最佳澄清区等全氧燃烧生产实际问题,提出了降温澄清工艺和全新的最佳澄清区判断方法,并从理论上探讨了全氧燃烧条件下玻璃的结构变化、水在玻璃熔制过程中的作用机理及玻璃中Fe2+／Fe比例变化规律的理论基础。本论文的创新主要包括以下几个方面:
　　 在测试方法上,首次将硫酸-磷酸混酸消解法应用到玻璃原料COD值测试之中,大大降低了测试成本、提高了测试效率。通过分析研究玻璃在370～400nm范围和520～1100nm范围的吸收峰面积与玻璃中Fe3+和Fe2+含量的对应关系,找到了利用紫外可见光谱测定璃片中Fe2+／Fe比例的新方法。该方法测试简单、快捷,测试结果准确、可靠,能够满足玻璃熔体Redox数在线监测的要求。
　　 在玻璃熔制工艺方面,研究发现全氧气氛条件下最佳的熔制温度是1560℃,玻璃含水量增大,玻璃中Fe2+／Fe比例上升,玻璃中的气泡个数减少,玻璃的热膨胀系数降低,适当降低芒硝含率有助于玻璃质量的提高。
　　 在玻璃澄清工艺方面,研究发现全氧气氛条件下玻璃最佳澄清区向玻璃Redox负值减小的方向偏移,降温澄清工艺有助于降低芒硝含率、提高玻璃质量。从所研究的玻璃来看,1450℃是最佳的降温澄清温度。
　　 在玻璃最佳澄清区判断方法上,首次提出了利用玻璃熔体高温粘度和表面张力,玻璃中Fe2+／Fe比例判断玻璃最佳澄清区的新方法,其中玻璃熔体高温粘度和表面张力判断方法更经济、更高效。
　　 在全氧燃烧熔制理论研究方面,研究发现全氧燃烧条件下玻璃水含量的增加主要是带氢键Si-OH含量的增加所致。2500cm-1附近的红外吸收与Si-OH的振动有关,而3250cm-1和3430cm-1附近的红外吸收与Fe2+-OH的振动有关。在高温玻璃熔体中,水与Fe3+和Fe2+处于动态的化学平衡状态,全氧燃烧条件下水作为还原剂与Fe3+反应,促使Fe2+／Fe比例提高；降温澄清工艺条件下外界压力的减少使玻璃中溶解的水蒸汽逸出熔体外,导致Fe2+／Fe比例下降。

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