玻璃生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生條紋的環(huán)節(jié)及原因分析

條紋的危害與來源條紋是玻璃主體內(nèi)存在的異類玻璃態(tài)夾雜物，它是一種普遍的玻璃不均勻性的缺陷，它在化學(xué)組成與物理性能上與主體玻璃不同。條紋可理解為幾種摻合在一起的玻璃液之間通過化學(xué)反應(yīng)、物理變化、物理化學(xué)反應(yīng)，而進(jìn)行各種組分之間的相互擴(kuò)散、組織結(jié)構(gòu)之間的互相滲透和融合，在達(dá)到完全均勻之前，被冷卻形成玻璃，其內(nèi)部存在著不均勻的結(jié)構(gòu)組織。它具有與主體玻璃不同的化學(xué)組成，結(jié)構(gòu)狀態(tài)以及可以產(chǎn)生不同的理化性能。表1不同條紋對(duì)玻璃折射率的影響從產(chǎn)品的外觀上看，條紋分布在產(chǎn)品的不同部位，有的在玻璃制品的內(nèi)部，有的在玻璃制品的表面。條紋與主體玻璃的交界面呈現(xiàn)出不同的形狀。以瓶罐玻璃為例，條紋大部分呈現(xiàn)彎曲條狀、扭曲線狀以及纖維狀。大部分條紋從瓶脖開始，經(jīng)過瓶肩、瓶身一直到瓶底。明顯的條紋比較粗、比較寬，寬度在10mm以上;不明顯的比較細(xì)，像細(xì)線一樣，寬度在0.5mm以下。較為明顯的條紋在玻璃表面凸出來，用手可以感覺到，不明顯的條紋，肉眼在光線的照射下隱約可見，有的甚至肉眼看不到，必須借助光學(xué)儀器才能夠觀測(cè)到。條紋在許多廠家稱呼不同，有的稱作“線道”、有的稱作“螺絲線”、有的稱作“貓爪印”等等。條紋是一種玻璃產(chǎn)品較普遍存在的不均勻性缺陷。從條紋的危害性上看，條紋出現(xiàn)后，首先影響產(chǎn)品的美觀，嚴(yán)重地影響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，是一項(xiàng)比較明顯的外觀缺陷，從而大幅度地影響產(chǎn)品的合格率。根據(jù)不同產(chǎn)品對(duì)條紋缺陷要求的標(biāo)準(zhǔn)不同，對(duì)產(chǎn)品的合格率影響的程度也有所不同。對(duì)于一些高檔的日用玻璃產(chǎn)品，當(dāng)條紋出現(xiàn)時(shí)幾乎是百分之百地影響著產(chǎn)品的合格率。當(dāng)有些條紋出現(xiàn)時(shí)，在產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生不同大小的特征應(yīng)力，通常稱為結(jié)構(gòu)應(yīng)力，此應(yīng)力在產(chǎn)品退火時(shí)不能消除，并且能夠使產(chǎn)品自行破裂。該應(yīng)力的出現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的理化性能產(chǎn)生很大的影響，如玻璃的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等，對(duì)于一些要求比較高的產(chǎn)品，這些理化性能的降低將大幅度地降低產(chǎn)品的合格率，如對(duì)耐壓強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度要求比較高的啤酒瓶。玻璃中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力與條紋的成分組成有關(guān)，當(dāng)條紋的成分組成與主體玻璃的成分組成相差越大時(shí)，其熱膨脹系數(shù)相差得也越大，產(chǎn)生的特征應(yīng)力也就越大。圖1玻璃中產(chǎn)生的應(yīng)力條紋和主體玻璃熱膨脹系數(shù)差值(△α)的關(guān)系條紋在玻璃熔窯內(nèi)產(chǎn)生的區(qū)域通過對(duì)玻璃容器生產(chǎn)的熔制工藝過程分析，可以不難發(fā)現(xiàn)條紋產(chǎn)生的過程應(yīng)該在兩個(gè)區(qū)域內(nèi)，一個(gè)區(qū)域是玻璃液在通過玻璃熔窯流液洞之前熔化池內(nèi)的區(qū)域，該部位稱作熔制區(qū)域;另外一個(gè)區(qū)域是玻璃液已經(jīng)通過流液洞進(jìn)入工作池內(nèi)(或分配料道內(nèi))的區(qū)域以及供料道內(nèi)的區(qū)域，該部位稱作冷卻區(qū)域。2.1在熔制區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生條紋的原因(1)玻璃液熔制不良產(chǎn)生的條紋;(2)窯碹碹滴落入玻璃熔池內(nèi)沒有充分均化而產(chǎn)生的條紋;(3)耐火材料被侵蝕后部分耐火材料的組分溶入玻璃內(nèi)而產(chǎn)生的條紋;(4)各種結(jié)石熔化后溶入玻璃液內(nèi)產(chǎn)生的條紋。對(duì)玻璃在熔制區(qū)域內(nèi)熔制過程的分析，玻璃熔制過程首先是由石英砂、純堿、石灰石、碎玻璃等組成的配合料投入到玻璃熔窯內(nèi)，在高溫的作用下，部分原料立即分解產(chǎn)生氣體，同時(shí)進(jìn)行著各種固相反應(yīng)，形成硅酸鹽體。隨后部分硅酸鹽體熔化出現(xiàn)了液相，繼而轉(zhuǎn)變?yōu)榻M分不同、黏度不同的熔體，這就是最初階段的玻璃液。初熔階段產(chǎn)生的玻璃液，富含著組分不同、黏度不同的熔體，該熔體是夾雜著未熔化的殘余石英砂顆粒和大量的氣泡。各個(gè)組分和黏度不同的熔體，它們不容易互相融合，其邊界層是相對(duì)穩(wěn)定的。其中一些富含二氧化硅或氧化鋁的玻璃體，其黏度以及表面張力都很大，夾雜在整個(gè)玻璃熔體中，如果此玻璃體原來是球形的，在沒有其他外力的作用時(shí)就會(huì)保持不變，會(huì)在整個(gè)玻璃熔體中形成一個(gè)富含二氧化硅或氧化鋁的區(qū)域，這就是條紋最初的區(qū)域。通過上面對(duì)玻璃熔制過程的分析，不難發(fā)現(xiàn)在熔制區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生條紋的原因。(1)配合料方面，配合料的質(zhì)量是確保在玻璃熔制階段順利消除條紋的前提，當(dāng)下面因素出現(xiàn)時(shí)，都會(huì)造成條紋的產(chǎn)生甚至比較嚴(yán)重。首先是配合料混合的不均勻、配合料在輸送過程中產(chǎn)生的分層、配合料中部分原料的顆粒度過大、石英砂等原料的水份不穩(wěn)定變化較大、加料方式不合理或配合料水份偏低引起某些組分原料的飛揚(yáng)。其次，碎玻璃在配合料中所占的比例較多，選用的碎玻璃與主體玻璃成分之間的差異較大，碎玻璃與粉料之間混合的均勻程度較差。另外，配合料稱量系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的條紋。(2)熔制工藝方面，通過對(duì)熔制過程的分析，我們不難看出配合料在熔制過程中各項(xiàng)工藝參數(shù)的重要性，必須制定出正確合理的工藝參數(shù)并嚴(yán)格控制。首先是熔制溫度、熔制期熔窯的壓力、燃燒時(shí)火焰的長短、火焰氧化與還原的氣氛，都會(huì)對(duì)澄清帶玻璃液的黏度、表面張力產(chǎn)生影響。凡是對(duì)玻璃液黏度、表面張力能夠產(chǎn)生影響的因素，都會(huì)影響到玻璃液的均化而產(chǎn)生條紋。另外，熔池內(nèi)玻璃液流動(dòng)狀態(tài)變化引起的條紋，當(dāng)熔窯整體出料量、熔窯溫度、玻璃液面、鼓泡攪動(dòng)等工藝發(fā)生大的變化時(shí)，整體玻璃液流動(dòng)狀態(tài)就會(huì)發(fā)生大的變化，會(huì)引起熔窯池底部位或者死角部位不動(dòng)層的玻璃液參與流動(dòng)，這樣就會(huì)引起條紋的產(chǎn)生。(3)碹滴、耐火材料被侵蝕，結(jié)石熔化產(chǎn)生的條紋，這3方面產(chǎn)生的條紋都是由于玻璃熔窯在高溫狀態(tài)下，將與玻璃配合料組分無關(guān)的其他異類材料(如砌筑熔窯使用的耐火材料)通過燒損、侵蝕、熔化，形成組分、黏度、表面張力嚴(yán)重與主體玻璃不同的熔體，并摻雜熔入主體玻璃液內(nèi)形成條紋。碹滴產(chǎn)生條紋時(shí)，往往還伴著結(jié)瘤的產(chǎn)生。2.2在冷卻區(qū)域產(chǎn)生條紋的原因?qū)θ指簟敕指舻睦鋮s部結(jié)構(gòu)的分析，在玻璃形成的5個(gè)階段中，當(dāng)玻璃液通過流液洞進(jìn)入工作池(分配料道)時(shí)，也就是進(jìn)入了玻璃液形成的最后一個(gè)階段———冷卻階段。根據(jù)熔窯結(jié)構(gòu)不同，工作部火焰分隔形式可分為半分隔形式和全分隔形式。采用半分隔形式的工作部，其產(chǎn)品是需要比較高的成型溫度，工作部內(nèi)的玻璃液的溫度，完全是利用熔化部火焰空間的輻射熱量進(jìn)行加熱。另外工作池一般呈半圓形，熔窯同時(shí)供應(yīng)的幾個(gè)供料道直接從半圓形的工作池不同部位開口出料。玻璃液從流液洞出來，進(jìn)入工作池后馬上流入供料道，在這樣的冷卻過程階段，很少會(huì)產(chǎn)生條紋。這種熔窯結(jié)構(gòu)，國內(nèi)在90年代前使用的比較多，在生產(chǎn)相應(yīng)的酒瓶和飲料瓶時(shí)，很少發(fā)現(xiàn)在工作池內(nèi)產(chǎn)生條紋?，F(xiàn)在在生產(chǎn)電燈泡泡殼的產(chǎn)品時(shí)，仍然采用此種工作池的熔窯結(jié)構(gòu)，也很少看到產(chǎn)品上出現(xiàn)條紋。90年代之后，由于大量成型設(shè)備的引進(jìn)、更新?lián)Q代，出現(xiàn)了對(duì)成型溫度要求比較嚴(yán)格的雙滴式行列機(jī)，同時(shí)也引進(jìn)了國外熔窯的先進(jìn)技術(shù)。在玻璃液的冷卻階段，便出現(xiàn)了分配料道式的工作部結(jié)構(gòu)。這種工作部火焰完全是全分隔，工作池內(nèi)的玻璃液溫度不受熔化部火焰空間溫度的影響，同時(shí)在此工作部火焰空間內(nèi)部，根據(jù)供料道的出口位置情況，將工作部分割成不同的幾個(gè)火焰空間，在每個(gè)火焰空間內(nèi)配備有完善的、先進(jìn)的溫度控制系統(tǒng)。玻璃液在進(jìn)入每條供料道之前，根據(jù)每條供料道的成型溫度要求，通過分配料道內(nèi)的溫控系統(tǒng)，將溫度控制在所要求的指標(biāo)上。同樣每條供料道上也分成幾個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)都有完善的、先進(jìn)的溫度控制系統(tǒng)，以保證進(jìn)入料盆內(nèi)玻璃液的成型溫度。對(duì)于這樣完善的分配料道、供料道的冷卻結(jié)構(gòu)，也很難出現(xiàn)條紋缺陷。如90年代后國內(nèi)相繼引進(jìn)的許多家外資、合資玻璃企業(yè)，幾乎很少發(fā)現(xiàn)由于其分配料道和供料道原因產(chǎn)生的條紋。以上是對(duì)熔窯工作部結(jié)構(gòu)的分析，在此基礎(chǔ)上，針對(duì)國內(nèi)一些自行設(shè)計(jì)的冷卻區(qū)域(以分配料道結(jié)構(gòu)形式的工作池)，玻璃液冷卻過程中的一些情況進(jìn)行分析，也不難發(fā)現(xiàn)在此階段過程中條紋產(chǎn)生的原因。(1)溫度方面產(chǎn)生的條紋分配料道、供料道里玻璃液的溫度，玻璃液從流液洞出來通過上升道進(jìn)入分配料道之前，其溫度一般在1270～1320℃范圍內(nèi)。玻璃液在分配料道內(nèi)需要通過降溫和保溫控制，然后進(jìn)入供料道內(nèi)，進(jìn)入供料道內(nèi)玻璃液的溫度一般在1210～1250℃范圍內(nèi)。玻璃液在供料道內(nèi)，同樣要進(jìn)行降溫、保溫以及加熱控制，然后進(jìn)入料盆，玻璃液在料盆內(nèi)其溫度一般在1100℃左右。在料盆內(nèi)同樣更需要溫度控制系統(tǒng)的控制，以便調(diào)整到能夠滿足產(chǎn)品要求的滴料溫度。在正常生產(chǎn)過程中，分配料道、供料道里的玻璃液在流動(dòng)時(shí)總是要?dú)埓嬉徊糠植Ａб?，該部分玻璃液的溫度與剛流進(jìn)來的玻璃液溫度相比較要低，甚至低得多。分配料道、供料道中間部位流淌著剛流進(jìn)來的、溫度比較高的玻璃液，四周流動(dòng)著料道里殘存的、溫度較低的玻璃液。因此玻璃液在流經(jīng)分配料道、供料道期間始終要經(jīng)歷一個(gè)高溫玻璃液與低溫玻璃液混合、滲透、均化的過程。由于溫度對(duì)玻璃液的黏度影響很大，因此在分配料道、供料道里不同黏度的玻璃液總是混雜在一起，如果其黏度相差比較大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生條紋。溫度相差得越大，產(chǎn)生的條紋就越明顯，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)很粗、很寬，用手都能夠感覺到。由于產(chǎn)品的種類不同，各類產(chǎn)品的成型滴料溫度也不相同，相差比較大。為了保證來料溫度能夠滿足產(chǎn)品的滴料溫度———既不很高也不很低，經(jīng)過簡單的溫度控制調(diào)整就能夠達(dá)到和滿足成型要求的溫度，各生產(chǎn)廠在分配料道、供料道上采取了各不相同的措施，有些效果較好，有些辦法雖然成型溫度達(dá)到了，卻給產(chǎn)品帶來許多其他缺陷。如當(dāng)來料玻璃液溫度比較高時(shí)，有些生產(chǎn)廠通過在供料道的某些位置集中地進(jìn)行吹冷風(fēng)或壓縮空氣進(jìn)行降溫，雖然勉強(qiáng)滿足了成型溫度的要求，但結(jié)果造成產(chǎn)品出現(xiàn)較嚴(yán)重的條紋。影響分配料道、供料道玻璃液溫度的因素很多。首先是在最初的分配料道、供料道的設(shè)計(jì)上要合理。根據(jù)不同種類的產(chǎn)品以及每條分配料道、供料道出料量的不同，對(duì)每條分配料道和供料道的取料比要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以保證新流進(jìn)來的玻璃液溫度與殘存的玻璃液溫度之間相差不大。其次是分配料道、供料道的長度、深度、寬度以及坡度設(shè)計(jì)要合理，以保證玻璃液隨著生產(chǎn)流在分配料道、供料道里流動(dòng)時(shí)，在加熱系統(tǒng)的輔助下，其整體流動(dòng)速度基本相同，其上下左右玻璃液的溫度基本一致、不分層。另外，對(duì)于分配料道、供料道的底部、側(cè)面的保溫系統(tǒng)在最初的設(shè)計(jì)時(shí)也要合理，防止因保溫不當(dāng)出現(xiàn)料道3個(gè)方位的殘存玻璃液與主體玻璃液溫度相差較大。再者是在分配料道、供料道上需要配備完善的溫度控制系統(tǒng)，保證玻璃液在分配料道、供料道里各個(gè)階段所需要的溫度，同時(shí)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)變化情況，通過溫控系統(tǒng)進(jìn)行合理的調(diào)整，以確保各部分玻璃液基本上保持均勻一致。(2)其他方面原因產(chǎn)生的條紋①在分配料道式的工作池內(nèi)其磚結(jié)構(gòu)存在一些邊角部位，在此部位經(jīng)常凝積著一些不流動(dòng)的玻璃料，一般稱為“死料”，該部分料由于長期凝積，其組分和黏度與正常流動(dòng)的玻璃液有所不同。其次玻璃液在長期流經(jīng)分配料道、供料道時(shí)，隨著時(shí)間的積累，其底部沉積著一些黏度比較大的玻璃液，當(dāng)生產(chǎn)上出現(xiàn)出料量、玻璃液的溫度發(fā)生大的變化時(shí)，這些部位的不動(dòng)料、沉積料會(huì)參與流動(dòng)，而形成條紋。另外，當(dāng)分配料道、供料道等邊角部位沉積著一些鐵質(zhì)雜物時(shí)，會(huì)在產(chǎn)品上形成帶有黃色、褐色的條紋。②在還原性條件下，玻璃液黏度高于氧化性條件下玻璃黏度兩個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)表面張力也比在氧化性條件下大。表面張力小的物質(zhì)傾向于在表面張力大的物質(zhì)表面擴(kuò)散開并形成薄膜。因此對(duì)于燃燒氣體、液體燃料的分配料道、供料道，當(dāng)玻璃液表面處于還原性氣氛時(shí)，表面張力將增大，表面玻璃會(huì)立即被排擠開而讓下層物料翻到上面，這樣便出現(xiàn)兩種不同表面張力和黏度的玻璃料摻合在一起，而形成條紋。③在分配料道、供料道里，由于玻璃液表