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浮法生产线投产初期锡槽气泡问题分析

发表时间：2021/5/7 来源：《基层建设》2021年第1期作者：魏俊涛

[导读] 摘要：自我国浮法玻璃生产线出现以来，浮法玻璃关键热工设备锡槽的设计、建造、烘烤、调试和正常运行取得了长足进展，但问题依然存在。

        中国有色金属工业第六冶金建设有限公司洛阳分公司河南洛阳 471003
        摘要：自我国浮法玻璃生产线出现以来，浮法玻璃关键热工设备锡槽的设计、建造、烘烤、调试和正常运行取得了长足进展，但问题依然存在。其中，生产初期的锡冒泡问题迄今尚未完全解决，给一些浮法玻璃厂造成了巨大的经济损失。本文只论述了在正常生产过程系统下浮动玻璃生产线初始生产过程中的“锡气泡问题”。由于生产操作错误或设备损坏，很容易核实锡槽底部灌注的原因，但范围太广，本文不涉及。
        关键词：锡槽气泡；产生原因；蒸汽分压；浮法玻璃；解决措施；
        前言
        耐火粘土材料的锡槽底部是锡槽的重要组成部分，其正常生产运行状态是保证玻璃生产和质量的必要前提。但是，由于各种原因，气泡往往出现在生产开始时的锡槽底部，这可能导致严重缺陷：气泡出现在玻璃板的底部表面。气泡的长度通常介于几毫米到几十毫米之间，其深度几乎穿透玻璃板表面。气泡的频率从十几个小时到几百个小时不等，大部分在槽底的热端。某厂浮法线锡槽冷修后槽底曾出现过冒泡情况，泡源位置处于槽底2贝附近，冒泡最严重时，10分钟大小气泡（肉眼可见的泡）高达百多个，给生产带来很大损失。人们普遍认为，气泡现象是由于砖内和砖周围气体在锡溶液中形成气泡造成的。玻璃板上底面上形成的开口气泡随玻璃带移动，使得槽中的样品难以取样和分析，因此通常很难确定哪些气体形成气泡。
        一、冒泡机理分析
        1.化学反应产生的气体
        浸在锡溶液中的砖含有化学熔融水、有机物、石墨碳等材料。由热分解或产生与锡反应的气体。在一定温度下，这些物质与锡溶液相对平衡。当平衡破裂时，化学反应继续进行，产生的气体成为气泡的来源。密实耐热混凝土储罐底部含有吸收水和结合水。在烘烤时，熔解水越接近顶部，它就越完全分解，越接近底部，由于温度较低，分解越少。调试后温度升高，剩馀的熔融水再次分解，由此产生的水蒸气上升到玻璃带底部，产生鼓泡。表1是该厂提供的耐热混凝土烘烤温度与脱水量关系。可以看到，在300至600℃时，混凝土底部中仍有5 %至10 %的水，占混凝土重量的0.035%至0.085%。例如，在浮力生产过程中，0.1m耐热混凝土因浮法生产的温度升高会导致混合水的0.01%分解，即25克水蒸气，即134升至900 c。如果气泡完全形成，则可能产生134 000个1立方厘米的气泡，从而造成巨大损失。

        2.物理变化产生的冒泡
        完全浸在锡液中的槽底砖有孔隙，体积小，基本相连。表面高压锡液不能填补这些毛细血管间隙。范围内的气体相对于锡溶液的温度和压力平衡。一旦破坏平衡条件，如温度升高、气体膨胀、压力超过锡液压力、气体泄漏等这是气泡。
        3.氢气在槽底砖的渗透引起的冒泡
        低密度气体分子以比高密度气体分子更快的速度排放过多多孔材料，不同气体的渗透率与其密度的平方根成反比。即使多孔材料两侧的气体压力在开始时相同，低密度气体分子也可能进入另一侧，直到接收端的气体压力增大或减小，从而平衡两侧的压力差气体的渗透与温度场有关。H2是上游气体保护过程中最允许的气体分子之一。H2的渗透率是n 2的2.75倍，因此H2经常通过锡槽底部的砖从锡槽中出来。要扭转这种趋势，不仅要选择一种小直径材料作为锡槽底板，而且要切断H2源或保持底板所需的负压。简而言之，气泡的原因很多，其来源只能通过对气泡中气体的化学分析来确定。此外，鼓泡的前兆是大气压力的变化如果能定期监测相关零件的压力，就能有效地预防气泡事故。冷充填时，发现锡槽900℃段底部的砖表面略微脱落。这是因为锡床中熔化的玻璃液体与基础砖不接触，而k离子，Na和Ca、Mg缓慢地穿过锡液，扩散到砖表面，导致反应形成霞石和玻璃相。由于基岩膨胀系数较大，产生了平行于砖面的剪切应力，使下部砖脱落，除了渗出锡液外，底层砖一起被破坏，碎片浮起来，污染了玻璃液。
        二、锡槽槽底气泡产生原因分析
        1.氢的扩散。在锡槽的烘烤、加锡和正常生产过程中，需要将保护气体（N+H）引入槽内空间，以保持槽内的一定压力和还原气氛，并防止硅碳棒尤其是锡液的氧化。但是保护气体中的氢是一种很容易渗透的气体。在引入保护气体时，氢通过基板表面的空气孔和基板内部的裂缝延伸到基板内部，积累一定程度的气体。锡槽底部的砖在生产和处理过程中吸收一定量的水。如果在烤槽中添加锡之前没有完全排出水，则添加锡后水汽会逐渐形成，砖内及砖周围的孔会填满。随着气体的增加和槽底温度的变化，它们成为气泡的潜在来源。此外，可能还有其他意想不到的输液因素。因为这些气体可能存在，槽底底部可能有气泡要确定气泡发生时有效的气体类型，需要进行特定分析。
        2.锡槽底部的耐火系数。一开始，锡槽底部的耐火材料是撞击现场且厚度大于500毫米的耐热混凝土；由于槽底折射材料的湿度和厚度，即使时间长，耐热混凝土中的湿度也无法完全消除。因此，当锡槽内部温度在投入使用后发生变化时，耐热混凝土中残留的湿度会不断蒸发，形成锡槽中的气泡。但是，如果锡槽底砖的内外质量严重问题，以及槽底密封材料和石墨的质量问题，锡槽仍可能产生气泡。在锡槽底部应用折射材料时，如果保留在锡槽底部的伸缩接头过大，石墨粉末不牢固，锡槽底部的砖与锡槽底部的钢板间隙过大。放置锡后，锡槽底部钢板局部温度过高，锡液将继续进入锡槽底部的折射材料裂纹，将气体压入裂纹，形成锡槽气泡。此外，如果在施工现场未清理石墨粉末和螺栓密封材料，可能会与铁屑、焊接渣或有机材料等杂质混合，或隐藏在砖缝中，也可能导致气泡的形成。
        三、防止浮法线投产初期出现锡槽气泡的措施
        1.对浮法线制造链初期锡冒泡问题的分析表明，采取措施防止这一问题是可行和必要的。因此，在设计锡槽、采购材料、安装和烘烤投产时，应特别注意以下关键环节：在设计锡槽时，槽底砖预留胀缝连接的计算应准确可靠。在进行槽底耐火材料购买时，应尽可能选择质量可靠、经验丰富的产品，并对进入施工现场的槽底底部使用的所有耐火材料进行严格控制。在锡槽施工期间，在底砖施工前，技术人员应根据测量的锡槽底砖延伸率，检查并调整专用于锡底砖的伸缩接头。施工人员应严格检查施工是否符合设计要求，并在施工结束后仔细清理砖缝；此外，在施工过程中严格控制槽底砖石墨粉和密封材料的现场清洗，禁止混合石墨和密封材料。
        2.关于对锡纯度的控制，对于新投入使用的生产线，应按照国家标准（GB728-84）规定的特殊锡要求，为锡槽购买经加工的纯锡，并严格控制和控制所含锡的化学成分对于冷充填锡槽，在净化再生锡时应严格控制挥发性锡杂质的含量。在锡槽烧热过程中，应根据锡槽底部的折射材料以及锡槽安装施工的实际情况调整锡槽的烘烤升温制度，并采取相应措施，确保锡槽底部的挥发浮法玻璃生产线投入运行前，需留出一定的锡槽保温时间，并根据锡槽温度和锡质量确定锡槽的温度和绝缘时间。
        结束语
        综上，在锡槽底部安装砖时，必须及时查明所有可能导致锡槽底部冒泡的因素，并根据施工作业规则予以密切关注和认真处理。与此同时，有必要加强对耐火材料生产和加工质量以及底板安装和施工质量的管理。根据下部砖的具体情况，调整锡槽的烘烤温度制度，合理运行，避免锡槽底部的冒泡。
        参考文献：
        [1]邵国有．硅酸盐岩相学．武汉工业大学出版社．1991年版.
        [2]陈绢，等．玻璃缺陷的成因及预防措施．建材技术与应用．2001．3.
        [3]杨健，等．浮法生产线投产初期锡槽气泡问题分析．玻璃．2004年4期.