在超白浮法玻璃的生产过程中，玻璃的熔化澄清质量与玻璃的产量和良品率息息相关。玻璃的主要原料为石英砂、白云石、石灰石、纯碱等。其中石英砂的主要成分为SiO2，占原料总量60%以上，是玻璃最主要的原料。白云石主要成分为CaMg（CO3）2，占原料总量的15%左右。石灰石的主要成分为CaCO3。玻璃的熔制过程是配合料经高温加热，发生一系列物理、化学反应，最终形成均匀的玻璃液相的过程。不同粒度的原料对配合料的熔解和扩散会产生影响。石英砂、白云石和石灰石占原料总量的80%以上，研究这三种物质的粒度大小对玻璃熔化澄清质量的影响至关重要，关系到玻璃的产量、质量、合格率等，同时也会对生产成本产生影响。
实验实验样品
超白玻璃组成设计如表1所示，选用元明粉与炭粉作为澄清剂。本实验标准筛将石英砂分为＜0.mm、0.～0.6mm、0.6～0.71mm三种粒度，按照表2将其混合为8组不同粒度级配的混合砂。
表1 超白浮法玻璃组成设计
表2 八种不同粒度级配的石英砂
将白云石分为＜0.mm、0.～2mm、2～3.35mm三种粒度，按照表3将其混合为2组不同粒度级配的混合原料。将石灰石分为＜0.mm、0.～2.36mm两种粒度，按照表4将其混合为2组不同粒度级配的混合原料。
表3 两种不同粒度级配的白云石
表4 两种不同粒度级配的石灰石
实验结果与讨论将表2中1#～8#的石英砂，分别加入表3和表4中粒度划分为标准的白云石和石灰石，混合料粒度级配如表5所示。
表5 混合料粒度级配其中编号为S1#～S4#的原料，保持2～3.35mm粗粒度石英砂为0.10%不变的条件下，改变＜0.mm的石英砂含量7%、10%、12%、15%，称为细粒度组。编号为S5#～S8#的原料，保持＜0.mm细粒度石英砂为7%不变的条件下，改变2～3.35mm的石英砂含量0.50%、1.00%、1.50%、2.00%，称为粗粒度组。（1）石英砂粒度对熔化澄清质量的影响实验中将液面回落稳定温度作为初熔温度，通过高温影视仪，测得S1#～S8#样品的初熔温度，记录并绘制成图像，如图1所示，随着石英砂粒度的增大，初熔温度有所增加。玻璃的熔化过程为缓慢发生的，在高温下石英砂颗粒的表面发生熔解，生成了硅酸盐熔体。与此同时，SiO2逐渐向硅酸盐熔体内扩散，使得石英砂颗粒逐渐减小，最终完成从固相到液相的转变。根据硅酸盐形成阶段动力学，SiO2向硅酸盐熔体内的熔解速度主要取决于扩散面积，石英砂粒度越细，扩散面积就越大，导致扩散的速率就越快，初熔温度也就越低；当石英砂粒度较粗时，扩散面积小，扩散的速率也就越慢，导致玻璃的熔化过程中发生固液反应较为困难，初熔温度也就越高。图1 S1#～S8#号原料对初熔温度的影响
本实验使用玻璃熔化分析软件，分别测得S1#～S8#原料各个阶段25mm×50mm选区内气泡的数量，记录并绘制图像，如图2所示。图2 不同石英砂粒度的配合料在熔化过程中气泡的数量
由图2中可以看出，S3#配合料（＜0.mm为12%）澄清效果最好，粒度过大或过小均不利于澄清。颗粒过粗会导致难熔，随着保温时间增加，未熔物逐渐发生固液反应熔化，在玻璃液中产生气泡，增加气泡的数量。而颗粒过细，在澄清初期会发生剧烈的固相反应，形成密集而分散的小气泡，这些气泡在澄清后会部分残存于玻璃液中较难排除，使得气泡数量增加，影响澄清质量。所以，石英砂粒度过大或过小均不利于玻璃的熔化澄清过程，国际上对石英砂的粒度有严格的控制标准，直径以0.～0.5mm为宜。我国一些厂家对石英砂原料的粒度把控不够严格，经常出现细粉过多的情况。（2）白云石粒度对熔化澄清质量的影响
将表3中不同粒度级配的白云石，分别按比例加入表2中编号为1#的石英砂，得到编号为B1#、B2#的配合料，如表6所示。表6 改变白云石粒度级配的配合料其中B1#配合料选取标准粒度石灰石（0.～2.36mm占95.5%，＜0.mm占4.5%），并选取标准粒度白云石。B2#配合料保持石灰石粒度为标准不变，改变白云石的粒度为粗颗粒。随着白云石颗粒粒度的增大，初熔温度有所增加。原理与石英砂类似，由于颗粒粒度较粗，导致颗粒本身较为难熔，进而导致玻璃的熔化过程中发生固液反应较为困难，导致初熔温度升高。使用玻璃熔化分析软件，测得B1#、B2#两组配合料各个阶段25mm×50mm选区内气泡的数量，记录并绘制图像，如图3所示。图3 不同白云石粒度的配合料熔化过程中气泡数量从图3可以看出，在保持白云石＜0.mm颗粒质量分数不变的情况下，增加粗粒度白云石质量分数会使超白玻璃在熔化过程中产生较多气泡；粗粒度白云石颗粒质量分数降低，熔化澄清过程中气泡数量会减少。原因：增大白云石的粒度，物理化学反应的接触面积降低，不利于熔化。但这也并不意味着原料粒度越小越好，如果白云石颗粒粒度过细，会吸附在石英砂颗粒上，阻碍石英砂与其他氧化物发生反应。白云石粒度增加到2.5mm时，会提高玻璃的熔化澄清质量，但当颗粒尺寸大于3mm时，将不利于玻璃的熔化澄清。（3）石灰石粒度变化对熔化澄清质量的影响
将表4中不同粒度级配的石灰石，分别按比例加入表2中编号为1#的石英砂，得到编号为C1#和C2#的配合料，如表8所示。表8 改变石灰石粒度级配的配合料C1#配合料选取标准粒度白云石，并选取标准粒度石灰石。C2#配合料保持白云石粒度为标准不变，改变石灰石的粒度为细颗粒（0.～2.36mm占85.0%，＜0.mm占15.0%）。随着白云石颗粒粒度的增大，初熔温度有所增加。原理与前两种原料相同，较粗的颗粒会导致颗粒本身较为难熔，进而导致玻璃的熔化过程中发生固液反应较为困难，初熔温度升高。使用玻璃熔化分析软件，测得C1#、C2#两组配合料各个阶段25mm×50mm选区内气泡的数量，记录并绘制图像，如图4所示。图4 不同石灰石粒度的配合料熔化过程中气泡数量
从图4可以看出，原配合料澄清效果较好，降低石灰石粒度会对超白玻璃的澄清带来不利影响。大粒度的石灰石对初生液相润湿性差，使得初生液相可以顺利通过其间隙，并对石英砂充分润湿，加大硅酸盐反应的速率。但当石灰石用量较少时，石灰石细粉会出现团聚现象，导致实际颗粒尺寸的增加，对玻璃的熔化澄清过程起促进作用。
结论通过对不同粒度的石英砂、白云石、石灰石对超白玻璃熔化澄清过程的影响研究，得出如下结论：
（1）随着超白石英砂粒度的增大，超白玻璃初熔温度增加。（2）超白砂粒度过大或过小都会影响玻璃熔化澄清质量，在＜0.mm细粉含量达12%时，澄清效果最好。（3）白云石粒度增大，初熔温度增大，熔化阶段产生气泡的数量会增多，将粒度控制在一定范围内，将有利于玻璃的熔化澄清。（4）石灰石粒度减小，初熔温度减小，熔化阶段产生气泡的数量会增多，不利于玻璃的熔化澄清；若石灰石细粉含量较少，会产生团聚效应，有利于玻璃的熔化澄清。作者单位：北京工业大学材料与制造学部年第2期扫码