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氧在玻璃熔制过程的作用及其对性能的影响

发表时间：2021/3/16 来源：《中国科技信息》2021年1月作者：杨海杰

[导读] 和其他发达国家相比较之下，目前国内整体资源利用率并不高，这样的环境下，直接使我国环境以及资源受到经济飞速发展带来的前所未有的压力，所以国家也提出了相应改善政策，要求建设资源节约型社会以及环境友好型社会。玻璃工业一直以来都是能源消耗的“大头” ，所以更好的提高能源利用率，以及尽量较少对环境的污染，同时提高玻璃质量将是我们为止奋斗的方向，本文主要讲阐述氧在玻璃熔制过程的作用，围绕其对性能的影响开展讨论

河北廊坊河北南玻玻璃有限公司杨海杰 065600

摘要：和其他发达国家相比较之下，目前国内整体资源利用率并不高，这样的环境下，直接使我国环境以及资源受到经济飞速发展带来的前所未有的压力，所以国家也提出了相应改善政策，要求建设资源节约型社会以及环境友好型社会。玻璃工业一直以来都是能源消耗的“大头” ，所以更好的提高能源利用率，以及尽量较少对环境的污染，同时提高玻璃质量将是我们为止奋斗的方向，本文主要讲阐述氧在玻璃熔制过程的作用，围绕其对性能的影响开展讨论分析，希望能为相关从业人员提供一些有效的借鉴。
关键词：氧气；玻璃熔制；性能
        1、前言
        氧在玻璃熔制过程的作用，早在西方欧美国家就得到了广泛的运用，即玻璃熔窑全氧燃烧技术，此项技术的相关研究和运用在全球都引起了巨大的关注。尤其是对于我国来说，长久以来玻璃熔制采用的都是传统空气助燃，因为燃料燃烧反应所需要的氧气基本都是在空气中取得的，导致空气成分占比比较高的氮气无法参加燃烧反应，而氧气在总体空气中所占比例也仅达到百分之二十左右。所以氮气被进行了多余的加热，同时在高温中被排入大气，导致热量的损耗不仅过多，还与氧气发生反应产生N0X，一定程度上对环境造成了破坏污染。
        2、玻璃熔制的概述
        在生产玻璃中最为主要的制作工序之一便是玻璃熔制，而通常说所的配合料经过高温加热，最终形成均匀的、无气泡的、并符合成形要求的玻璃液的过程被称为玻璃的熔制过程[1]。熔制过程中总得来说可以分为5个阶段，分别是硅酸盐形成阶段、玻璃的形成阶段、玻璃的澄清阶段、玻璃的均化阶段以及玻璃的冷却阶段。各阶段之间都有着相互影响的内在联系,其中某个阶段的进行中的稍有差错都会继续影响下阶段的反应，最终关系到产品质量的好坏。
        3、氧在玻璃熔制过程的作用
        氧气在玻璃熔制过程的实际运用可以简称氧气燃料燃烧系统，它主要的原理是将空气中的氧气分离出来，作为氧化剂与循环烟气一起送入炉中经高温燃烧，而循环烟气的主要成分为CO2，所以炉中气体大部分为O2和CO2气体。最开始它的运用体现在一些使用时间比较长的玻璃窑上，用氧气帮助其燃烧，以致于提高玻璃窑的生产产量以及延长其使用寿命。之后随着国内科技技术不断提高以及科研成果被认可，氧气渐渐成为了可以更好取代空气作为燃料燃烧的更优方案，目前国内全氧燃烧技术已经有涉及绝大部分玻璃行业，比如玻璃纤维、照明玻璃、餐具玻璃、浮法玻璃、特种玻璃、显像管玻璃、瓶罐玻璃、压延玻璃等等[2]。

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        氧气燃料燃烧系统主要的优势和作用具有以下几个方面：用氧气助燃时不会带走过多热量，并不会产生N0X，从而跟大程度提高了热效益，加快了燃烧速度；由氧气代替空气与燃料充分燃烧使得排出的烟气中不包含氮气，相比用空气助燃时，故而湿烟气量和干烟气量都得到有效降低，原本窑窖中蓄热室可以小型化，甚至可以直接不需要，使得后续作业中设备的保养维修等费用有大的压缩空间；其次，使用氧气作为燃烧燃料，还能相应减少CO、N0X以及粉尘等污染物的排放，对节能减排保护环境有重要意义。
        4、氧在玻璃熔制过程中对其性能的影响
        在全氧燃烧的环境下，和传统空气助燃做比较来说，玻璃熔体中水分含量会大大增加，而炉内水蒸汽增加之后，其体积百分比含量大概是在百分之五十到百分之五十四之间，可以降低玻璃液表面的张力，利于玻璃液中气泡的排除，或者使残留在玻璃液力的微小气泡发生反应，又被重新融入到了玻璃液中，从而起到了一定的澄清作用，使玻璃的澄清效果达到更佳[3]。
        再次与空气助燃相比，全氧燃烧条件下玻璃中羟基含量由300ppm上下增加到500ppm上下。众所周知，玻璃温度的转变以及软化温度是跟随玻璃中羟基含量的增加而减少的，这样一来，玻璃的热膨胀系数变小了，气泡变少了，转变温度也有所降低，那么低温的澄清方式则可以做到有效去除玻璃中的气泡，使玻璃质量更好。且由此可以推测，合理的运用全氧燃烧技术后，玻璃的熔制性会有相应提高，玻璃的成型性能也同样会有所提高[4]。
        空气助燃和全氧燃烧是两种完全不一样的熔制气氛，有相关资料表明，水和碱性氧化物一样对玻璃溶体的粘度有一定影响，所以对于相同组成的玻璃在600～800摄氏度范围内粘度变化幅度不明显在1300～1500摄氏度高温下，碳粉含率就会对玻璃液粘度产生一定影响，但在1500摄氏度以上，玻璃液的粘度将基本吻合。所以在同一温度下，全燃燃烧的玻璃液粘度会更低，这不仅可以给玻璃熔制带来好的影响，还可以提高产品质量，实现节能减排。
        另外，在全氧燃烧技术下，当芒硝含率相同时，碳粉含率的变化对玻璃的化学稳定性影响不大。
        5、结束语
        综合上述分析可以得知，氧气在玻璃熔制过程中的作用对于我国玻璃窑炉、玻璃熔化技术的发展都起到关键性的作用和启发。同时，在玻璃熔制过程中加大对氧化与还原程度的科学控制也是非常重要的，这是获得兼具气泡少且性能优秀的高质量玻璃的关键。还需要注意的是玻璃制品绝大部分的缺陷都来自与熔制过程中的错误操作引起的，所以玻璃熔制过程进行的顺利程度与生产出来产品的实际品质、合格率生产成本、燃料损耗以及池容寿命等都有紧密的联系。这就要求我们不断探索有利于玻璃熔制工艺方面的新想法以及新思路。
参考文献：
[1]段秋桐, 姜宏, 赵会峰,等. 全氧燃烧工艺条件下玻璃的澄清[J]. 玻璃与搪瓷, 2015, 43(1):1-6.
[2]郭冉冉. 全氧燃烧玻璃氧化还原性及其与玻璃质量关系研究[D]. 武汉理工大学, 2010.
[3]侯英兰, 张贤华, 杜震宇. 玻璃的氧化还原特性指数变化与玻璃微泡间关系的研究[J]. 玻璃, 1999(02):22-25.
[4]钱达兴, 周萘, 孙道兵. 玻璃熔制时影响氧化硼挥发的若干工艺因素[J]. 建筑材料学报, 1998, 000(002):197-200.