一種玻璃組合物的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及浮法玻璃熔制技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種玻璃組合物。
【背景技術(shù)】
[0002] 浮法玻璃工藝技術(shù)因熔融玻璃液漂浮在熔融金屬液(錫液)的表面來成型為平板 玻璃而得名。其優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品質(zhì)量高,產(chǎn)量大,便于自動化生產(chǎn)。鈉鈣硅浮法玻璃工業(yè)的一般 工藝流程主要包括配合料制備、平板玻璃熔化、玻璃液加熱到熔制溫度以及玻璃的成形和 退火處理。而在整個(gè)生產(chǎn)工藝流程中,平板玻璃熔化以及玻璃液加熱到熔制溫度所消耗的 能耗占總能耗60%以上。將混合均勻的配合料高溫加熱,經(jīng)一系列復(fù)雜的物理化學(xué)變化,熔 融形成透明、均一的玻璃液,此過程稱為玻璃的熔化,此過程中所消耗的能量即為熔化熱。 而玻璃的熔制溫度通常是指玻璃熔體的粘度為IOPa *S時(shí)所對應(yīng)的溫度。目前,熔制溫度通 常在1460°C左右,玻璃制造廠商為了提高玻璃產(chǎn)品的產(chǎn)量和玻璃的質(zhì)量,通常會使用大量 的燃料來在較短時(shí)間以及較高的溫度下熔化玻璃配合料,因此玻璃生產(chǎn)成本顯著增加。此 外,由于熔制溫度較高,玻璃窯爐的耐火材料易出現(xiàn)過早損壞,造成生產(chǎn)效率的降低。
[0003] 玻璃制品深加工企業(yè)從玻璃制造企業(yè)購買浮法工藝生產(chǎn)的平板玻璃并將這些玻 璃加工成許多商品,如鏡子、浴門、汽車玻璃等等。這樣的加工通常需要對玻璃進(jìn)行加熱處 理。在加熱過程中由于溫差的存在,就會產(chǎn)生熱彈性應(yīng)力,在冷卻后就可能在玻璃中存在永 久應(yīng)力,減弱玻璃的強(qiáng)度。因此,必須進(jìn)行退火,以消除玻璃內(nèi)應(yīng)力。玻璃退火時(shí)的溫度控 制至關(guān)重要,退火溫度過高,可能使玻璃變形或出現(xiàn)麻點(diǎn);退火溫度過低,不能有效消除玻 璃內(nèi)部殘余的應(yīng)力而影響玻璃強(qiáng)度(玻璃退火溫度點(diǎn)一般相當(dāng)于玻璃轉(zhuǎn)變溫度點(diǎn),即粘度 為1012Pa · S所對應(yīng)的溫度點(diǎn),在此溫度下保溫能迅速消除應(yīng)力)。因此,如果玻璃的退火 溫度發(fā)生較大改變,廠商必須重新確定玻璃退火工藝制度,而這將耗費(fèi)人力資源、資金以及 時(shí)間。
[0004] 因此,向玻璃制造廠商提供一種調(diào)節(jié)熔化組合物的方法,能夠在降低玻璃熔制溫 度、熔化熱和熔制能耗的同時(shí),使玻璃退火溫度與原始玻璃基本上保持不變對廠商來說是 有利的。
[0005] 目前,已有專利(CN 1501894A)報(bào)道了一種調(diào)節(jié)玻璃的熔制溫度而基本上不改變 玻璃退火溫度的方法。該方法包括增加玻璃組合物中的CaO的含量并降低MgO的含量,其 中增加的量與降低的量相同或幾乎相同。MgO和CaO雖然同屬于網(wǎng)絡(luò)外體,但是鈣離子在高 溫時(shí)活性較大,有極化橋氧和減弱硅鍵的作用,因此能降低玻璃的高溫粘度。但是由于鈣離 子有很強(qiáng)的集聚作用,因此玻璃中CaO含量較高時(shí),玻璃的析晶傾向增大,造成玻璃成品良 品率下降。此外,研宄表明,增加玻璃組合物中的CaO的量并降低MgO的量會引起玻璃制品 熱膨脹系數(shù)的增大,會引起玻璃制品抗熱沖擊能力下降,從而造成玻璃質(zhì)量變差。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種降低玻璃的熔制能耗,基本上不改變玻璃 退火溫度,同時(shí)提升玻璃質(zhì)量的玻璃組合物。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案:
[0008] -種玻璃組合物,它包括基礎(chǔ)玻璃部分和外加劑部分,所述基礎(chǔ)玻璃組分包括 70. 55 ~72. OOwt % 的 Si02, L 55 ~I. 80wt % 的 Al2O3,8. 15 ~8. 85wt % 的 CaO, 4. 45 ~ 4. 80wt % 的 MgO, 13. 55 ~13. 85wt % 的 Na2O,及(λ 30 ~(λ 35wt % 的 K2O ;前述組分之和滿足 100% ;所述外加劑為占前述組分0. 01~5. 9〇¥七%的B203。
[0009] 上述方案中,所述外加劑為占上述組分3. 50wt%~5. 9〇¥七%的B203。
[0010] 上述方案中,所述外加劑為占上述組分4. 70被%的B203。
[0011] 氧化硼是玻璃形成體氧化物,通常以硼氧三角體[BO3]和硼氧四面體[BO 4]的結(jié)構(gòu) 形式存在于玻璃結(jié)構(gòu)體系中,并能與硅氧四面體[SiO4]共同組成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。氧化硼在高溫 900°C以上時(shí),主要以硼氧三角體[BO 3]的形式存在,因此能夠降低玻璃的高溫粘度,降低玻 璃熔制溫度,起到助熔的作用。在低溫300°C以下時(shí),引入少量B 2O3時(shí)B主要以硼氧四面體 [BO4]的形式存在。由于[BO 4]帶有負(fù)電,吸引了部分網(wǎng)絡(luò)外體陽離子,使得玻璃的集聚程 度以及析晶能力下降。同時(shí),當(dāng)B主要以[BO4]形式存在時(shí)可以使玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加完 整,從而會降低玻璃的熱膨脹系數(shù),提高玻璃的抗熱沖擊能力。當(dāng)玻璃中B 2O3較多時(shí),B則 主要以硼氧三角體[BO3]形式存在,會降低玻璃網(wǎng)絡(luò)的連接程度,從而使玻璃的熱膨脹系數(shù) 增大,抗熱沖擊能力下降。因此B 2O3引入量有個(gè)最佳值或者最佳范圍。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是:在降低玻璃的熔制能耗而基本上不改變 玻璃退火溫度的同時(shí),玻璃的熱膨脹系數(shù)減小,耐水性能有所改善。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明,但并不局限于下面所述內(nèi)容。
[0014] 根據(jù)表1中的本發(fā)明玻璃的5個(gè)實(shí)施例和對比例的玻璃化學(xué)組成制備玻璃配合 料,表1的橫向是玻璃實(shí)施例排序,縱向是各實(shí)施例和對比例配方中氧化物含量以及玻璃 相關(guān)性能。
[0015] 因石英砂顆粒較大,而實(shí)驗(yàn)所用的坩堝體積小,首先把礦物原料放入三頭研磨機(jī) 中研磨0. 5小時(shí),篩選出150~200目的顆粒,分析純試劑為超細(xì)粉,可以不做進(jìn)一步處理。 按表1中玻璃化學(xué)組成制備玻璃配合料各樣品配置,手工初步混合后,倒入自制混料機(jī)中 充分混合后置于干燥設(shè)備中保存;然后,根據(jù)GB/T6678-2003化工產(chǎn)品采樣總則的要求,隨 機(jī)選取5個(gè)不同點(diǎn)取樣,每份樣品用天平準(zhǔn)確稱取2g,加入100mL的蒸餾水,放在磁力攪拌 器上攪拌5min使水溶鹽全部溶解,然后根據(jù)電導(dǎo)法測試其均勻度。均勻度達(dá)到要求后(均 勻度大于等于98. 5% ),準(zhǔn)確稱取30mg樣品,進(jìn)行DTA測試。利用K線法對DTA測試曲線 進(jìn)行分析處理,便可測得配合料在100~1200°C的熔化熱。
[0016] 將均勻度達(dá)到要求的混合料置于剛玉坩堝內(nèi),把坩堝放入1300°C的電爐內(nèi),隨后 將電爐的溫度升至1550°C,于1550°C下恒溫2h。將熔化好的玻璃液部分澆注在預(yù)熱好的不 銹鋼模具上,成型后馬上送到退火爐內(nèi),在550°C、500°C、450°C的條件下分別保溫lh,然后 隨爐自然冷卻至室溫,退火后的玻璃試樣供隨后的性能實(shí)驗(yàn)測試用。剩余的玻璃液進(jìn)行水 淬,將水淬顆粒在烘箱中進(jìn)行烘干,烘干后的玻璃顆粒用于高溫黏度以及耐水性能的測試。
[0017] 將成型好的玻璃切割成5mmX 5mmX 20mm的長方體,使用Linseis L75單桿垂直式 熱膨脹儀測試其平均熱膨脹系數(shù)。使用Orton高溫旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)對烘干后的玻璃顆粒進(jìn)行高 溫粘度的測試,利用MYEGA對測試曲線進(jìn)行擬合,得到其粘溫曲線,其中,熔制溫度、成型上 限溫度、成型下限溫度、退火溫度分別為黏度IOPa · SUO3Pa · SUO7Pa · SUO12Pa · S所對應(yīng) 的溫度,成型溫度范圍為成型上限溫度與成型下限溫度之間的差值。最后,取烘干的玻璃粉 末按照GB/T6582-1997玻璃在98°C耐水性的顆粒試驗(yàn)方法和分級中的方法,測得每克玻璃 顆粒析出堿的質(zhì)量。
[0018] 由以上實(shí)施例可知,當(dāng)加入B2O3后(實(shí)施例1、2、3、4、5),玻璃熔體的熔制溫度以及 配合料熔化熱均有所下降,而退火溫度與未加入B 2O3的玻璃樣品(對比例)最大相差僅4°C 左右,成型溫度范圍隨著B2O3的加入量的增加而縮小,說明加入B2O 3后的玻璃料性能滿足浮 法玻璃成型工藝的要求;玻璃的熱膨脹系數(shù)減小,耐水性能有所提高。其中,實(shí)施例3、4、5 所制備樣品的退火溫度與對比例相差約1°C左右,因此,B 2O3的更優(yōu)選加入量為3. 50wt%~ 5. 90wt%。而實(shí)施例5所制備的玻璃樣品,其熱膨脹系數(shù)最小,配合料熔化熱也最低,因此, B2O3的更優(yōu)選加入量為4. 70wt%。
[0019] 表1對比例及實(shí)施例1-5玻璃化學(xué)組成以及性能測試結(jié)果
[0020]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種玻璃組合物,其特征在于,它包括基礎(chǔ)玻璃部分和外加劑部分,所述基礎(chǔ)玻璃 組分包括 70. 55 ~72. OOwt % 的 Si02,1. 55 ~I. 80wt % 的 Al2O3,8. 15 ~8. 85wt % 的 CaO, 4. 45 ~4. 80wt% 的 MgO, 13. 55 ~13. 85wt% 的 Na2O,及 0? 30 ~0? 35界七%的 K2O ;前述組分 之和滿足100% ;所述外加劑為占前述組分0. 01~5. 90被%的B203。
2.如權(quán)利要求1所述的玻璃組合物,其特征在于,所述外加劑為占上述組分 3. 50wt %~5. 90wt% 的B2O3。
3.如權(quán)利要求1所述的玻璃組合物,其特征在于,所述外加劑為占上述組分4. 70wt % 的B203。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種玻璃組合物,它包括基礎(chǔ)玻璃部分和外加劑部分,所述基礎(chǔ)玻璃組分包括70.55~72.00wt%的SiO2,1.55~1.80wt%的Al2O3,8.15~8.85wt%的CaO,4.45~4.80wt%的MgO,13.55~13.85wt%的Na2O,及0.30~0.35wt%的K2O;前述組分之和滿足100%;所述外加劑為占前述組分0.01~5.90wt%的B2O3。本發(fā)明所生產(chǎn)玻璃的熔制溫度與熔制過程中的能耗均有所下降,而退火溫度與原始玻璃基本保持一致,同時(shí)玻璃的熱膨脹系數(shù)有所減小,耐水性能有所改善。
【IPC分類】C03C3-091
【公開號】CN104743876
【申請?zhí)枴緾N201510098554
【發(fā)明人】陶海征, 董齊志, 李長久, 武煜騰, 陳闊, 沈陽, 趙修建
【申請人】武漢理工大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月6日