石英陶瓷在浮法玻璃生產(chǎn)中的應用

引言玻璃的生產(chǎn)從制備好的配合料開始，經(jīng)過了熔化、澄清均化、冷卻、成形、退火等一系列復雜的工藝過程。在整個過程中，主要物理變化、化學變化、物理化學變化都是在溫度的連續(xù)性變化中實現(xiàn)的。因此，玻璃工藝技術水平的提高與建造玻璃熔窯、錫槽、退火窯等所需材料性能的改善、種類的增加密不可分，尤其玻璃熔制技術的發(fā)展很大程度上依賴于耐火材料制造技術的進步和質量的提高。石英陶瓷是以熔融石英為原料，以普通陶瓷的生產(chǎn)工藝為方法而制得的一種酸性耐火材料，它可以制成各種異形產(chǎn)品和大規(guī)格的產(chǎn)品。石英陶瓷具有導熱系數(shù)小、熱震穩(wěn)定性好、熱膨脹系數(shù)小、介電常數(shù)低、耐酸堿腐蝕性好、電絕緣性好等一系列優(yōu)異性質，故自問世以來，迅速在耐火材料和中等溫度下抗溫度激烈變化的結構材料應用中得到了推廣，其應用領域正逐步擴大，涉及到了宇宙飛船、火箭、導彈、雷達、鋼鐵、冶金、玻璃等諸多領域，是一種很有前途的陶瓷材料。本文對石英陶瓷的生產(chǎn)工藝和性能進行了對比分析，結合石英陶瓷制品在浮法玻璃生產(chǎn)應用現(xiàn)狀，挖掘石英陶瓷在浮法玻璃生產(chǎn)中的使用潛力具有重要的現(xiàn)實意義。石英陶瓷及成型方法石英陶瓷坯體的成型方法主要有注漿成型、熱壓鑄成型、凝膠注模成型、等靜壓成型等。其中，注漿成型、凝膠注模成型是國內常用的方法。表1列出了石英陶瓷制品的主要成型方法及優(yōu)缺點。表1石英陶瓷制品的主要成型方法及優(yōu)缺點成石英陶瓷的性能不同種類的石英陶瓷，二氧化硅的含量略有不同，一般為99%以上，高純的二氧化硅組成賦予了石英陶瓷產(chǎn)品許多優(yōu)良的特性：較小的熱膨脹系數(shù)，溫度達到800℃時，其熱膨脹系數(shù)僅為0.5×10-6/℃，在無機材料中幾乎是最低的，使得石英陶瓷具有優(yōu)良的體積穩(wěn)定性、抗高溫蠕變性及熱震穩(wěn)定性；較低的導熱系數(shù)，并且其導熱系數(shù)隨溫度變化很小。表2幾種常用石英陶瓷的成型工藝和產(chǎn)品理化性能注：表中荷重軟化溫度按GB/T5989－1998（示差-升溫法）所規(guī)定的測試方法測定的結果。石英陶瓷在浮法玻璃生產(chǎn)中的應用現(xiàn)狀石英陶瓷在玻璃熔窯中的應用。浮法玻璃熔窯是大型連續(xù)運行的高溫熔融爐，內部環(huán)境十分嚴苛，很多耐火材料處于液-固-氣三相高溫條件下，熔窯使用壽命的不斷延長、玻璃質量的持續(xù)提高對熔窯用耐火材料提出了更高的要求，二者相互促進不斷取得新的技術突破。石英陶瓷作為一種新型耐火材料已經(jīng)在熔窯前臉吊墻鼻區(qū)被成功使用，該部位是窯爐被侵蝕最嚴重的部位之一，由于窯爐內部為正壓，大量堿性粉塵及蒸氣隨著噴出的火焰不斷沖蝕鼻區(qū)磚，在鼻區(qū)磚表面易形成、富堿的低黏度鈉硅酸鹽，加劇侵蝕作用，所以鼻區(qū)磚一般采用鋯剛玉磚、鋯莫來石磚，采用水包作為擋火門。但是這樣一方面導致侵蝕脫落的難熔物進入玻璃液內，導致玻璃缺陷的形成；另一方面由于擋火門水包帶走大量熱量造成能源浪費。石英陶瓷在錫槽和退火窯中的應用。目前，國內電子玻璃生產(chǎn)線和高檔浮法玻璃生產(chǎn)線已逐漸開始采用石英陶瓷輥道作為過渡輥臺和退火窯熱端輥子。過渡輥臺由3根輥子作為輥道組成，是浮法玻璃生產(chǎn)線中把玻璃從錫槽引入退火窯的過渡區(qū)域。溫度在1050℃左右的玻璃液經(jīng)過錫槽內一系列的工藝過程到達錫槽末端脫離錫液面，依靠過渡輥臺輥子的承托和傳輸進入退火窯。這時候玻璃帶的溫度仍然高達600℃以上，有時玻璃帶出錫槽時，下表面攜帶錫液、錫灰等雜質，傳統(tǒng)的過渡輥臺采用Ni-Cr耐熱不銹鋼制作，錫液、錫灰易附著在耐熱鋼輥表面，有些結合十分緊密，不易清除，嚴重污染輥材表面，造成玻璃下部表面劃傷。另外，耐熱鋼輥導熱率較高，容易形成玻璃底部表面的過冷卻現(xiàn)象，產(chǎn)生應力裂紋。而石英陶瓷過渡輥臺輥道，與傳統(tǒng)采用的耐熱鋼輥相比有著導熱系數(shù)小、熱震穩(wěn)定性好、熱膨脹系數(shù)小、不易沾附錫灰及雜物等優(yōu)點，使得玻璃底部表面因附渣造成的表面缺陷數(shù)量大大減少，同時減輕了玻璃下表面的過冷卻現(xiàn)象，有效消減了應力裂紋，減少了硬劃傷的數(shù)量。因此石英陶瓷過渡輥臺輥道已迅速得到推廣應用。石英陶瓷在浮法玻璃生產(chǎn)中的進一步應用分析。浮法玻璃成形錫槽是浮法玻璃生產(chǎn)線的核心，在錫槽內，錫槽槽底磚起著承托熔融錫液和玻璃液的重要作用，是影響錫槽能否正常運行的關鍵結構材料。在浮法玻璃生產(chǎn)中錫槽槽底磚的質量原因出現(xiàn)過如下問題：（1）由于磚體積密度低、氣孔率高，尤其是連通氣孔多，磚抗堿滲透能力差，磚體上部會吸收Na2O生成鈉長石或霞石等產(chǎn)生體積膨脹，發(fā)生塊狀剝片上浮，而嚴重影響玻璃板的質量和錫槽的正常運行。（2）由于連通氣孔多，透氣度高，磚體的氫氣擴散度也大，錫槽底部易產(chǎn)生氣泡，使玻璃板下表面出現(xiàn)氣泡，影響玻璃質量，成品率降低。（3）由于磚體本身結構強度（尤其抗折強度）不夠，或磚體彈性差，磚體體積穩(wěn)定性差，在長期使用中導致磚體大塊開裂或斷裂，出現(xiàn)上浮，導致浮法玻璃生產(chǎn)線無法正常生產(chǎn)。錫槽前區(qū)空間溫度約1050℃，玻璃板溫度1020℃，槽底磚上表面溫度1000℃。作為石英陶瓷制品其塑性隨著溫度升高而增加，脆性隨溫度升高而減少，所以其彎曲強度是隨著溫度升高而增加。據(jù)有關實驗表明，從室溫升至1100℃時熔融石英陶瓷的抗彎強度增加了33%。分析認為開發(fā)合適厚度的低氣孔率高致密石英陶瓷板，以代替目前錫槽槽底大磚是解決槽底磚帶來的生產(chǎn)問題的一條有利途徑。因此，在浮法玻璃生產(chǎn)中，應根據(jù)不同的使用環(huán)境和要求，從產(chǎn)品質量、設備壽命、投資成本三方面綜合分析考查，選擇合適的耐火材料，以實現(xiàn)效益最大化。結語隨著科學技術的發(fā)展，浮法玻璃的生產(chǎn)技術也在不斷地完善和提高，我國的浮法玻璃產(chǎn)量已經(jīng)連續(xù)多年位居世界第一，玻璃生產(chǎn)技術已經(jīng)完成了從跟跑、并跑到領跑的過程。圍繞著改善玻璃質量、延長窯爐使