1、第五章 光學玻璃熔煉本章通過不同的熔煉生產工藝，講述光學玻璃熔煉的生產方法。5.1玻璃電熔基礎知識5.1.1 玻璃的導電性玻璃的直接電熔就是利用高溫下玻璃液中的低價陽離子導電的性質，使玻璃液本身發熱，其發熱量滿足Q=I2×R，玻璃自身發熱使玻璃液表面的爐料加速熔化、澄清、均化。在常溫下一般玻璃是電絕緣材料，但是，隨著溫度的升高，玻璃的導電性迅速提高，特別是在轉變溫度Tg點以上，導電率飛躍地增加，到熔融狀態，玻璃變成良導體。例如：一般玻璃的電阻率，在常溫下是1011-1012歐姆·米，而在熔融狀態下降至10-2-3×10-3歐姆·米。玻璃的電導率是表示通過

2、電流的能力。玻璃的電導率分為體積電導率和表面電導率兩種，一般系指體積電導率而言。電導率與材料的截面積成正比，與其長度成反比。 SK=X L式中 K電導率X比電導率；西·米-1(S*M-1) 1S=1/1L材料長度；米S材料截面積；米2電導率為電阻率R的倒數，比電導率X是比電阻率的倒數。5.1.2 影響玻璃體積電導率的因素：玻璃的電導率與玻璃的化學組成，玻璃的溫度，熱歷史有關。玻璃的電阻率與配方組成和溫度，配方中的堿金屬離子濃度密接相關。Urnes研究了二元堿金屬玻璃在高溫下的電導率，發現Na-Si玻璃電導率最大，K-Si玻璃的電導率最小。對同一牌號的玻璃，堿金屬氧化物的摩爾含量分別是

3、25、30、35進行測量，當用Li2O3部分地代替Na2O、K2O時，其電導率明顯下降。其原因是兩種離子半徑不同的堿離子共存引起混合堿效應，在電流傳輸中，堿離子通過硅酸鹽的骨架空隙中運動，小離子半徑容易通過，而大離子被捕獲或阻擋。導致電導率降低。電導率隨溫度升高而增加，另外電導率與玻璃骨架的成鍵能力和電場強度也密切相關（一）化學組成 Na2O-CaO-SiO2玻璃各組份互相置換時電導率的變化如下圖 -2.0 -2.0 Na2O-CaO-SiO2 800 玻璃Na2O19.5 LogK LogK 800 -1.0 900 -1.0 900 Na2O-CaO-SiO2 1000 玻璃CaO10 1

4、000 12 14 16 18 4 6 8 10 Na2O% CaO% 圖A SiO2被Na2O取代 圖B SiO2被CaO取代 Na2O-CaO-SiO2 SiO274% -2.0 800 LogK 900 -1.0 1000 2 4 6 8 10 12 14 CaO% 圖C Na2O 被CaO取代從圖看出：1. 當CaO含量不變時，以Na2O置換SiO220，玻璃的電導率增加。2. 當Na2O含量不變時，以CaO置換SiO210，情況相反，玻璃的電導率降低。3. 當SiO2含量不變時，以CaO置換Na2O16，玻璃的電導率大大降低。應當指出，Na2O-CaO-SiO2玻璃的電導率遠低于Na

5、2O-SiO2玻璃的電導率，甚至低于相應的Na2O-PbO-SiO2玻璃的電導率 。對電導率影響特別顯著的是堿性氧化物，其中Na2O比K2O大，LiO2居中。在石英玻璃中只要加入幾個ppm的Na+，就可以大大增加電導率。當玻璃兼含Na2O和K2O時，其電導率低于僅含Na2O的玻璃，當Na2O：K2O1：4時，玻璃的電導率最小。二價金屬離子對玻璃電導率的影響，一般隨離子半徑的增大而減小：BeOMgOZnO CaOSrOPbOBaO二價離子降低電導率，可以解釋為：二價離子阻礙堿金屬離子的遷移導電，故離子半徑愈大，效果愈顯著。這可以解釋為什么H-ZK類玻璃的電極工作電壓比H-K9更高的原因。在R2O

6、3類氧化物中，Al2O3在一定范圍內能提高電導率，B2O3能降低電導率。(二) 溫度玻璃的電導率隨溫度的上升而上升。玻璃經淬火后的電導率比退火玻璃高；當玻璃中應力越大電導率越高，這是因為淬火和應力大的玻璃比容相對地增加，結構較為疏松，導電離子更易于通過玻璃體。5.1.3 關于玻璃的導電率理論分析在凝固的玻璃中，硅氧骨架是不能移動的 ，幾乎所有的氧化物玻璃的離子電導來源于1價陽離子，特別是Na+離子的遷移運動，為此下面將圍繞Na+離子在玻璃中移動速度（擴散速度）進行討論。1價陽離子在玻璃中移動能力，受下列各因素的制約。1. 玻璃網絡的斷裂程度斷裂愈多，陽離子越易移動。2. 陽離子本身的大小陽離子

7、半徑越小，越易移動。3. 其它陽離子（R+2 R+3 和R+4）的影響抑制作用。玻璃網絡的斷裂程度取決于（ R2O RO）的含量，隨著Na2O含量的增加，Na+離子的擴散速度加快，這一效果必將導致玻璃的電導率上升，在多組份玻璃中，情況與此相似，即隨著R2O含量的增加，導致玻璃電導率上升。1價陽離子的電導活化能隨著離子半徑的增加而增加，同時與鍵強有關，因此當含量相同時玻璃的電導率Li2ONa2OK2O。2價陽離子對1價陽離子的導電起壓制作用，從下列比較可以看出：在二元玻璃ROSiO2中，以RO置換SiO2，則電導率上升，但在二元玻璃R2OROSiO2中，以RO置換SiO2，則電導率下降，這就是抑

8、制作用。這是因為2價陽離子填充在網絡結構的空隙中，阻塞Na+離子移動所需的通道。Pb+2Ba+2Sr+2Ca+2Mg+2Zn+2Be+2 Na+離子擴散速度降低 玻璃電阻率升高 玻璃電導率升高R2O3類氧化物對玻璃電導率的影響分兩方面。一方面由于生成帶負電的四面體【BO4】-和【AlO4】-對Na+起牽制作用；另一方面則由于參加網絡結構，改變網絡空隙大小。在外電場的作用下，當Na+離子已能掙脫【BO4】-和【AlO4】-的束縛后，能否從一個空隙到另一個空隙連續運動，取決于空隙的大小。由于B+3離子小于Si+4離子，【BO4】-小于【SiO4】0,，因此網絡較為緊密，Na+離子較難通過，玻璃電導

9、率降低。反之，由于【AlO4】-大于【SiO4】，因此網絡較為疏松，玻璃電導率上升。所以玻璃加入Al2O3能增加玻璃的電導率。總之，玻璃的化學組成與電導率的關系，可以從陽離子半徑大小和網絡空隙大小得到解釋。熔融的玻璃液是以離子導電為特征，電極是以電子導電為特征，直流電會使電極表面產生沉積物和氣泡，同時電流流動需要活化能，為此，玻璃電熔只能采用交流電，并由隔離變壓器供電。5.1.4玻璃電熔的電極材料選擇與使用 電熔爐的發展與適用電極材料的開發密切相關，對電極材料的要求是：能承受1700的高溫；并有足夠的機械強度；在800時不會被氧化；具有與金屬相當的電導率；耐急冷急熱性好；不污染玻璃液；價格便宜

10、等。完全滿足上述條件的材料，難以找到。因此，不得不降低要求，要根據現場技術和經濟條件，選擇不同的電極材料。由于電極具有導電性，玻璃液又具有離子導電性，在電極與玻璃液之間將產生的接觸電阻。用金屬材料做電極時，能被熔融的玻璃液所浸潤，接觸電阻就小些；石墨作為電極材料時，它不為玻璃液濕潤，其接觸電阻就比較高，這個條件決定了電極表面的電流密度（A.cm-2），從而決定電極的負荷，電流密度 的大小與所熔制玻璃化學組成有關。目前常用的電極材料為石墨、金屬鉬、二氧化錫、鉑金等。表5-7中列出四種電極的比較。表5-7 石墨、金屬鉬、二氧化錫、鉑金電極的比較鉬氧化錫石墨Pt對玻璃氧化還原性還原中性還原在還原狀態

11、下穩定性良好不良良好不良在高溫空氣中消耗率高在1400以上時高可燃盡低對玻璃的著色情況除高價元素外良好低除多價元素之外良好低耐熱沖擊性能良好不良非常良好良好水冷的必要性有無有無操作所需費用中等高低高 鉬電極：除了鉛玻璃外，鉬電極最為普遍，為對多種玻璃熔制都適用的材料。它是由鉬粉（純度99.9999%）液壓成型，在高溫氣氛中燒結，再經加熱鍛打，制成棒狀、塊狀、板狀電極。鉬的熔點高，導電性好，機械強度大，熱膨脹系數低，加工容易，是熔煉普通玻璃較理想的電極材料。鉬電極使用時應注意的問題與氧的反應。鉬在氧化氣氛中380開始氧化，600加速氧化，超過700迅速氧化。因此暴露在空氣中的電極部分必須用水或者

12、其它惰性氣體保護。使其表面溫度低于380。玻璃中對鉬電極有害的成分如Pb、As是必須嚴格控制的，最好不要引入，對氧化銻的含量也應控制在盡可能小的范圍內。新安裝的鉬電極爐膛內的部分應用水玻璃和玻璃纖維布包裹涂蓋。嚴格控制電流密度，使其在安全的電流密度下工作。 石墨電極： 優點密度較小（1.6×10-3Kg.cm-3）它的密度比玻璃液要小的多，電極破碎或折斷的話，它會浮在玻璃液面容易除去。石墨電極具有足夠大的機械強度，尤其是高溫下耐用；缺點是：只能用于具有還原能力的玻璃，易使玻璃著色(棕色)，其次是接觸電阻大，使電極允許的電流密度降低到0.1-0.3A.cm-2。為此石墨電極的直徑比較大

13、，約為150-200mm。石墨電極不能用于熔制硼硅酸鹽玻璃和鉛玻璃。 二氧化錫電極：與鉬相反，二氧化錫是具有抗氧化作用的陶瓷材料，它除了用于熔制鉛玻璃外，還廣泛用熔制環保K、ZK、QF、QK、Bak、ZF、F、BaF及部分ZbaF、LaF類光學玻璃。二氧化錫是將燒結促進劑（如Au、Ag、Cu、Ni等加入量為0.5-2%）和降低電阻添加劑（如As2O3、Sb2O3、Ta2O3、U2O3）加入氧化錫粉末中，采用等靜壓加壓法制成塊狀或棒狀，在惰性氣氛中高溫燒結而成，密度可達6.8×10-3Kg.cm-3。二氧化錫電極導電體具有負阻特性，即電阻率隨溫度上升而下降。在400時的電阻率為0.8-

14、1.2·cm，1000時的電阻率為0.0025-0.0045·cm，因此，必須在高溫下向電極供電。否則電極上壓降過大，輸入功率過多消耗在電極上，而不是消耗在熔化玻璃上。目前在光學玻璃熔煉中常使用的SnO2電極分R型和D型兩種。R型電極導電度大，易通電，尤其是溫度低時。D型電極比重較大，氣孔率小。R型電極為普通型號，用于熔化普通玻璃或含PbO 在45 % 以下的玻璃（但長期熔化鉛玻璃會使電極的壽命縮短）。D型電極用于熔化高鉛玻璃(PbO在45%以上,85% 以下)，適用于所有的玻璃熔爐。SnO2電極使用時應注意的幾個問題： 由于SnO2電極對還原氣體敏感，遇到CO即被還原成S

15、n，為此烤爐的爐膛必須為氧化氣氛。電極的安裝時，為了更安全，在電極表面用碎玻璃涂蓋保護，或者加碎玻璃至電極以上。 嚴格控制升溫速率，避免電荷突然發生大的變化，否則可能會引起電極碎裂。 為保證電極的使用壽命，電極表面電流密度應控制在允許的最大值之下（0.7A/cm2） 在安裝時，要求電極內表面與接觸玻璃液面的耐火材料齊平，應注意侵蝕對有效表面變化影響。 生產中如果電流中斷時間30分鐘，電極重新通電時，必須緩慢增加電流；反之在生產中如果需要大幅度減少電流時也必須緩慢進行。 在爐體運行期間，不允許中斷電極的冷卻風，并應根據電極的發紅狀況調節冷卻風量。 防止電極向外移位的頂磚必須安裝到位，否則可能發生

16、電極移位。 電極的連接電纜絕對不能接錯，特別對上下兩層電極由兩個獨立的可控硅控制的爐體更不能出錯，否則將產生嚴重后果。 鉑金電極：雖然電極的性能優良，但是其價格太高，在熔化部使用的還是很少；另外如果在熔化部使用鉑金電極，其電源不能使用工頻，必須使用高周波電源。電極功率的計算電熔爐是利用玻璃高溫導電，電流流過玻璃液自身加熱，單位時間內，爐內所產生的電熱效應，其熱量Q與通過玻璃液中的電流I平方成正比，與電極間玻璃的電阻成反比，根據焦耳-楞次定律可寫成下式 Q=I2Rt式中 I-通過玻璃液的電流 R-電極間玻璃的電阻 t 電流通過的時間,S。電極的布置和功率分布不僅要考慮每層電極的電流密度均勻,又要

17、防止局部過熱.同時還要保持兩層電極間的電流有效分開.雖然它們之間有玻璃相連,但是由于層與層之間調節相位和電場干涉效應可以達到電流分開的效果。5.1.5玻璃電熔利用電能作為熱源熔制玻璃是在1920年以后才在工業上推行。電熔玻璃大致可以分為四種方式：利用電阻發熱體間接加熱；利用高頻感應加熱；利用電極通電直接加熱；利用電弧加熱熔制玻璃，因電極會污染玻璃。很早就不采用了。間接電阻電熔爐是利用安裝在玻璃溶液容器以外的專門加熱元件所產生的熱能來熔制玻璃。高頻感應加熱的電熔爐是利用渦流加熱，有的在熔制玻璃的容器內（通常為鉑制或石墨制）感應產生渦流；或在盛裝玻璃的容器內裝入金屬，感應產生渦流；以及在玻璃本身中

18、感應產生渦流等。高頻感應電熔爐適用于熔制某些光學玻璃和特種玻璃。如石英玻璃就常采用石墨坩堝來加熱。直接電阻電熔爐的應用最廣泛，它以玻璃體本身直接作為電阻來加熱。這種熔爐主要在有廉價電力供應的地區，用來熔制含高揮發成分的玻璃，極深色玻璃和某些高質量玻璃；或者于空氣污染嚴重的場合。 電熔是在玻璃液的深處進行的，預先用適當的方法（用碳棒輻射加熱）把玻璃加熱，在熔融狀態從電極通入電流，使玻璃內部產生熱量，就能夠連續熔融。這時玻璃的表面溫度低于內部。給各組電極以不同的電壓、電流，便能獲得必要的溫度分布。 光學玻璃瓷鉑連熔生產窯爐技術主要采用火焰爐電助熔生產技術。采用全電熔來熔煉氟化物、磷酸鹽、鉛玻璃等是

19、最合適的。采用標準燃料（天然氣、重油）燃燒輻射加熱的窯爐中，當火焰掠過玻璃液面時，大量的揮發組分通過煙道，再由煙囪排出。進入大氣的NOX、F化物等擴散便導致空氣污染，破壞環境，玻璃組分揮發增加，嚴重影響玻璃的均勻性。用全電熔熔制玻璃，是在配合料覆蓋層（料毯）下面進行加熱的 。配合料組份中的揮發氣體由下向上逸出時，碰到料毯進行凝結，而凝結的原料數量對配合料表面層的組合而言其值不變，所以通過流液洞的玻璃的組份與投入的配合料比較一致。因此全電熔的重要優越性之一就在于能極大提高玻璃光學常數均勻性和穩定性，對于組批要求高的產品，采用全電熔技術具有不可比擬的優點。全電熔的優缺點：1. 熱效率高，節約能源2

20、. 排出有害氣體少，利于環境保護。3. 光學常數一致性好4. 全電熔鉬電極被廣泛使用，產品的透過率指標較差。5. 產品夾雜物特別是結石氣泡質量的穩定性與電助熔爐比較要差。5.2 光學玻璃連續熔煉光學玻璃連續熔煉生產工藝具有產品質量優、生產效率高，能源、原料消耗低等優點。目前,已成為我國光學玻璃生產工藝的主流。為了滿足某些產品的特殊要求，在連續熔煉生產線上，通過工藝改進，使其集間歇和連續熔煉產方式的優點于一體；光學玻璃生產，為適應市場小批量、多品種需要，小型全鉑池爐生產工藝是今后發展的一個方向；為了提高產品數據一致性、穩定性，二次熔煉生產工藝在我國獲得巨大的發展。5.2.1.光學玻璃連續熔煉的優

21、點，國內外發展狀況1. 光學玻璃連續熔煉的優點光學玻璃的熔煉方法分為粘土坩堝法，鉑金坩堝法以及連續熔煉法三種，其優缺點見表5-1所示粘土坩堝法鉑金坩堝法連續熔煉可熔煉的玻璃傳統的玻璃范圍nd1.6硅酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽熔煉合格率30-70%50-90%90%產量中小大品種較優優優大塊制品易難易產品加工量大中小nd一致性優中中玻璃制品的取型塊、板板棒、條、塊、型料2.國內外熔煉技術發展狀況加熱技術發展是連續熔煉的基礎。1902年沃爾克（Vorlker）以其利用電流通過配合料產生的熱來熔化未熔化的玻璃，而獲得一個基本專利。當然這一原理用于實際獲得成功又經過20余年的時間。其間1905年俄國的索維吉

22、昂（Sauvegeon）獲得了采用電熔的熔窯專利；1909-1920年俄國列杰爾斯在研究十年以后，建造了一座實驗性的熔爐，產量100Kg/d。1925年他又組建一座日產5-10噸的池爐；1925年瑞典的科尼利厄斯使用電熔爐生產琥珀色玻璃和綠色玻璃。1942年康寧（Corning）公司的Dtvoe建造了多對電極的橫型光學玻璃連續熔煉池爐。二次大戰后由佩恩伯瑟（Penberthy）設計了鉬電極系統于1952年開始廣泛使采用。1956年英國的格耳（Gell）和漢恩（Ham）又推出鉬板電極。1964年開始使用二氧化錫電極。后來又發展使用鉑電極熔化質量要求高的特種玻璃和光學玻璃。日本光學玻璃工業起步較晚

23、，六十年代初期開始用連續熔煉生產帶狀產品，1965年小型鉑金連續熔煉投入使用，這比連熔技術早的美國晚15-20年，70年代日本各主要光學玻璃生產廠不斷完善連續熔煉生產線，到70年代末光學玻璃實現“3D”工藝，即連續熔化、連續成型、連續退火。由于采用精密壓型，使型料尺寸控制精度得到極大提高，這不僅減少產品的加工量，而且極大提高了光學玻璃的利用率。以工藝先進的HOYA為例，1961年其連續生產的產量占總產量96%，成品率達到90%以上。我國光學玻璃連續熔煉發展較晚，1979年小型鉑金連熔池爐投入生產，1981中型池爐開始試生產。光明光電公司于1984年從HOYA公司引進瓷鉑連熔3D法生產工藝，瓷鉑

24、連熔工藝技術國產化改進也取得較快發展，90年代末，我國的鑭系玻璃生產吸收了國外先進生產工藝技術后，也取得長足進步。隨著我國光學玻璃池爐連續熔煉技術的發展，不斷吸收國外先進工藝技術，各生產企業不斷自主創新，光電材料生產技術定會產生新的飛躍。5.2.2光學玻璃瓷鉑連續熔煉池爐構造光學玻璃瓷鉑連續熔煉池爐種類繁多，形狀各異，這是由于光學玻璃品種多，其物理化學性質、光學性能、熔制工藝等差別大。產量不同、適宜生產不同品種的爐型得到了發展。1.光學玻璃瓷鉑連熔池爐的四種分類方法： 按池爐的生產能力分a、 大型池爐2噸-5.5噸/天。b、 中型池爐0.8噸-1.5噸/天。c、 小型池爐0.2噸-0.5噸/天

25、。 按MZ加熱方式為：a、 火焰爐采用天然氣、煤氣、重油等加熱。b、 電助熔爐以玻璃直接通電加熱為主，火焰加熱為輔。c、 全電熔熔爐利用玻璃的導電特性直接通電加熱。 按MZ頂區分為a、 冷頂爐MZ粉料上部空間不加熱。b、 熱頂爐MZ有頂且粉料上部空間需要加熱。 按玻璃特性分：a、 環保玻璃池爐熔制的玻璃配方不含鉛、砷、鎘元素。b、 非環保玻璃池爐熔制的玻璃配方含鉛、砷、鎘元素。c、 大塊玻璃池爐可以連續或間歇式生產大塊玻璃的。2.光學玻璃瓷鉑連續熔煉池爐的特點 用耐火材料砌筑熔化池（有的包括澄清池） 用鉑金制作升溫、澄清、降溫、均化及出料管。 熔化部絕大多數采用電助熔技術，以提高玻璃熔化速度，

26、采用熱頂方式維持上部空間溫度。 由于光學玻璃需求是多品種，絕大部分連續熔煉池爐可以非常方便地更換品種。 全電熔（冷頂爐）主要生產需求量大的單一品種，不換牌號。3.常見的光學玻璃瓷鉑連續熔煉池爐結構 升溫部均化部熔化部降溫部澄清部 5-2 均化部澄清部升溫部熔化部 降溫部 5-3熔化部升溫部澄清部降溫均化部 5-4均化部熔化部 升溫澄清部降溫部均化部5-54.一條完整的瓷鉑連熔生產線組成框圖如下：配料熔煉成型退火瓷鉑連熔生產線檢驗、包裝 5-6配料部分主要包括：貯料料倉、稱量系統、混料、控制系統、抽風除塵系統、運轉料箱。熔煉部分主要包括：加料系統、氣爐爐體、電爐爐體、電極控制系統、空間輻射加熱燃

27、燒及控制系統、電爐加熱控制系統、抽風除塵系統、冷卻系統、攪拌裝置及其控制系統、溫度控制系統。成型部分主要包括：成型機、壓機、剪刀機、成型模具、退火爐檢驗部分主要包括：氣泡、條紋、應力、光學常數、光吸收、色度、內透過率、均勻性、物化性能等質量指標的檢驗，其中有的檢驗指標是合同的需要，有的則是生產工藝控制需要比如爐前nd的校正等。包裝部分主要包括：打包機、包裝材料等5.2.3瓷鉑連熔熔化部輻射加熱技術輻射加熱技術發展現狀：助燃介質： 空氣、氧氣（富氧）燃燒介質：天然氣、重油燒嘴：短焰、長焰、無焰富氧燃燒及全氧燃燒一、富氧燃燒 就是采用比普通或一般空氣中含氧量高的空氣來助燃。西方發達國家及前蘇聯早在

28、20世紀70年代就開始這項技術研究，并在70年代末80年代初取得良好效果。象日本的松下電氣公司和大阪煤氣公司開發的富氧裝置，其所用的膜材料是是聚硅氧烷與聚對羥基苯乙烯的交聯共聚體，能生產含氧28%的富氧空氣。美國通用電氣公司制造的富氧發生器可生產30%濃度的富氧空氣。富氧燃燒在窯爐生產上的優點如下：1.燃料在富氧狀態下能降低燃點溫度，而且燃燒速度加快，燃燒完全，從而提高了火焰溫度，獲得較好的熱輻射。由于富氧氣體在噴槍下部供入，使火焰底部溫度提高，有利于加強玻璃熔制，改善玻璃質量，提高熔化效率，增加玻璃產量。2.由于采用富氧燃燒，燃燒相對完全，火焰長度縮短，上部火焰溫度低。3.減少空氣過剩系數，

29、節約能源。采用富氧燃燒后，可適當減少二次助燃風量，從而減少廢氣排除，也減少廢氣帶走的熱量，提高熱效率，達到節能目的。4.富氧氣輔助加熱技術可以減少配合料的飛料損失。二、全氧燃燒全氧燃燒技術在玻璃窯爐中最早主要被應用于窯齡較長的玻璃窯上助熔，維持產能或延長爐齡，確保蓄熱室或換熱器故障時生產正常，以及臨時滿足高出料量的要求，但是到20世紀80年代末，隨著制氧技術的發展和電力成本降低，由氧氣燃料組成的全氧燃燒技術在玻璃窯爐中成為取代由空氣/燃料組成的常規燃料系統的更好的選擇方案，這主要是因為全氧燃燒在環保、節能、產量和質量、減少設備投資和節省廠房場地等諸多方面 均有優異表現。玻璃生產中需要的熱能大多

30、是通過燃料燃燒獲得的。燃料的燃燒是可燃元素和氧氣在高溫下的劇烈的化學反應，并釋放熱量的過程。通常燃料燃燒所需的氧氣是由空氣提供的 ，在空氣與燃料的燃燒過程中，占空氣79%的N2對燃燒的過程毫無幫助。一方面大量N2被加熱，加熱到幾百度由煙囪排入大氣中，造成大量的熱量損失，這部分損失占能耗的25%-60%；另一方面，在高溫作業中，燃料和空氣中的N2，氧化生成NOX氧化物，且重要是NO，NOX的主要危害是生成光化學煙霧及硝酸雨，減少大氣中的臭氧，危害人體健康和傷害動植物。此外。在空氣/燃料燃燒系統中，通過煙囪或蓄熱室等設備中N2約占75%，大量的煙氣不僅對環保不利，而且更容易腐蝕抽風、除塵、排煙等設

31、備。除了節能和環保的優點外，全氧燃燒還具有增強熱輻射、玻璃液溫度均勻性好、火焰空間耐火材料溫度低、熔爐穩定性好、產量高和維護減少等優點。 單位玻璃產量的NOX排放量 大大降低，降低達80%以上。 粉塵排放量大大減少，與空氣燃燒相比可減少70%-80%。 節能效果明顯，達25%-55%；產量可提高高達25%，而且改善了玻璃熔化質量，生產的玻璃質量顯著提高。 減少配合料損失，因為煙氣量的減少，煙氣攜帶的粉塵量就相應減少，特別是易揮發組份。 池爐工藝更加穩定：池爐頂的氣氛溫度更穩定，爐頂溫度更低，減少耐火材料的侵蝕，爐齡延長三、普通助燃空氣+燃氣由于環保和能耗因素，這種加熱方式將逐漸被富氧或全氧輻射

32、加熱技術所替代。5.2.4光學玻璃的熔制過程熔制是光學玻璃生產中的重要工序之一，它是配合料經過高溫加熱形成均勻、透明、無氣泡、無條紋并符合質量要求的玻璃液的過程。光學玻璃熔煉過程分為以下幾個階段1.熔化池烤爐2.電爐鉑金安裝3.電爐烤爐4.投料過程5.熔化過程6.升溫過程7.澄清過程8.降溫過程9.均化過程10.降溫過程11.出料成型一、熔化池烤爐過程1.熔化池烤爐：粉料或玻渣在熔化池需要較高的熔制溫度，爐體尺寸對溫度改變的敏感性和爐體耐火材料的熱膨脹性，這些因素都要求玻璃熔爐筑爐結束后，從環境溫度升到熔制溫度的過程應特別注意升溫速率與溫度互相配合。a.烤爐準備工作 爐內清潔處理 鼓泡器口部處

33、理-用一條玻璃擋住鼓泡器口，防止微小玻璃渣堵塞鼓泡管 瓷鉑連接部流液洞Pt保護處理 裝填玻渣量控制在玻璃熔化后淹過電極 檢查爐體緊固架、拉桿、膨脹縫、熱偶等是否符合要求。 將爐頂煙道口及觀察孔用粘土磚堵住。b. 升溫 MZ熔爐在烤爐過程升溫要求非常苛刻，除了需要控制好耐火材料的熱膨脹，保證整個爐體與緊固鋼架之間間隙配合得當，還須特別注意耐火材料本身結構的晶型變化所產生的膨脹現象。下圖為部分41#AZS耐火材料的熱膨脹曲線。 2.熱風烤爐原理：主要是利用熱風，避免明火直接進入爐內。工作原理是利用燃氣在熱風烤爐器的燃燒室中充分燃燒后產生的煙氣與大量過剩的空氣混合，形成的燃燒產物高速噴射進爐內，使爐

34、體內各部砌體在微正壓下受到燃燒產物均勻加熱。熱風烤爐的主要設備有烤爐燒嘴、鼓風機、烤爐器及附屬的控制器件和溫度檢測儀表等。熱風烤爐的優點：整個熔爐在充滿熱風條件下均勻升溫，熔爐膨脹均勻；由于燃燒始終控制在強氧化氣氛，天然氣燃燒充分，所以避免了熔爐中鉑金裝置的腐蝕；用該方法可以節約時間40%左右，節約能源40%左右；可以延長熔爐使用壽命。某生產線氣爐的升溫烤爐工藝 升溫工藝1、 室溫-200按25/小時升溫；2、 200-440按15/小時升溫；3、 440-640按12/小時升溫；4、 640-1200按10/小時升溫。烤爐注意事項：1、 熔化池升溫點火前將爐內打掃干凈并墊好玻渣以保護鼓泡器；

35、將爐頂煙道口及觀察孔用粘土磚堵住；2、 升溫時先用小口徑燒嘴（1.0）升溫，在升溫過程中根據火焰情況調節燒嘴風門并逐漸調大鼓風量，當天燃氣開到最大(壓力達到0.07Mpa時)，而溫度無法上升時，將燒嘴換為稍大口徑的燒嘴（180左右換為2.0口徑的燒嘴，600左右換為3.0口徑的燒嘴，700左右換為4.0口徑的燒嘴），盡快將溫度恢復到換燒嘴前溫度，保溫1小時后繼續升溫。3、 200打開爐體周圍冷卻空氣，隨著溫度升高，逐漸加大冷卻空氣量，在800-1000將冷卻空氣開到正常使用流量。4、 為了保證爐膛溫度均勻，在600時用保溫棉堵住流液洞（在流液洞未裝Pt器皿時）。5、 隨時觀察熱風烤爐燒嘴燃燒情

36、況及鼓風機運轉情況，注意不要熄火；如果熄火，先將天然氣關閉，取開堵住煙道口的粘土磚，鼓風機繼續鼓風10分鐘，等爐膛內天然氣稀釋后再點火；快速恢復熄火前溫度，保溫1小時后按工藝規定升溫速率升溫。6、850熔化池主燒嘴點火，逐漸調大主燒嘴天然氣及助燃空氣，并逐漸關熱風烤爐燒嘴天然氣及鼓風機風量直至關閉。7、 主燒嘴點火前移開堵住爐頂煙道口及觀察孔的磚。8、 在溫度達到300、500、800、1000、1200左右時先將爐體壓板、拉桿松開后再緊；在溫度達到1100、1150將爐體壓板、拉桿直接收緊；9、 烤爐過程中，記錄人員必須及時、準確記錄熱偶溫度及天然氣壓力。二、鉑金器皿安裝與烤爐1.鉑金器皿安

37、裝：在光學玻璃瓷鉑連續熔煉操作中，鉑金器皿安裝質量的優劣直接影響生產是否正常、器皿的壽命和產品質量，是生產操作中非常重要的部分。（1）.套筒的選擇：鉑金套筒的的尺寸與材質必須符合工藝要求；套筒的表面不能有裂紋，且不能有隱蔽性的裂紋。（2）.鉑金安裝前檢查、準備：搬運時要戴上干凈的手套，以免汗漬等有害雜質接觸鉑金；堆放時必須放在干凈的牛皮紙上。鉑金器皿必須進行試水檢查，確認沒有泄漏現象，才能進行安裝；對與可能影響條紋的焊接部位，必須檢查焊縫內壁圓滑無凸起物。安裝前將鉑金堝內外表面擦拭干凈；套筒和鉑金器皿間的填充料必須進行磁選除Fe；根據熔化池的液位線和將生產的牌號特點確定各器皿的液位線位置。（3

38、）.鉑金器皿安裝：當所有的準備工作完成以后，就根據液位線位置擺放好器皿，然后開始進行鉑金焊接。（4）. 鉑金器皿與套筒之間間隙填充：升溫池全部采用空心球填料進行澆注；澄清池采用氧化鋁粉填充；降溫池、出料均化池下半部采用空心球填料進行澆注，上半部采用氧化鋁粉填充；所有連接管采用氧化鋁粉填充；確保器皿與套筒之間間隙填充致密，無空洞現象，否則會造成鉑金器皿損壞。（5）.熱偶的焊接：由于鉑金器皿的焊接熱偶反應的是各部位的玻璃溫度，是非常重要的控制參數，所以在焊接時確保焊接質量，安裝時確保熱偶絲在使用過程中處于自由態，不會因器皿鉑金的線性膨脹而受到拉力，如果熱偶絲受到的拉力超過一定程度，熱偶將被拉斷而斷

39、路。（6）.器皿膨脹問題的處理：在Pt器皿維修中常見連管與池體連接部，池體側面常常在Pt伸長的形變力的作用下，向腔內凹進，凹進發生部位是該器皿最薄弱的環節，漏點、裂口此處最常見， 凹進程度與Pt過管的長度和安裝方式有關。1000mm的Pt管從室溫升到溫度t的膨脹系數aa=8.9877×10-6×t+1.0652×10-9×t2+0.1256×10-12×t3對長度長，膨脹量大的鉑金器皿需要高度重視，否則將給正常生產帶來極大的隱患；在鉑金焊接中我們常采用下列措施解決這類問題：a、預留膨脹空間。B、采取熱焊接。（7）.均化池及攪拌器安裝：

40、均化池安裝必須測量器皿的垂直度和水平度；在攪拌器校準前先對攪拌機進行水平校正，校正時調整絕緣墊塊高度通過水平器檢測是否水平，在攪拌機水平后，才能調整攪拌器。有攪拌器工作的坩堝，必須進行攪拌器水平位置的調校，確保攪拌器在轉動過程中保持垂直狀態，攪拌器在工作前要進行兩次位置校正；進行第一次攪拌器位置校正，要對其距底高度、前后左右進行校正，使攪拌器處于WZ池的中心，距底高度要預留出鉑金膨脹的距離，否則可能導致攪拌器與堝底粘連。2. Pt器皿加熱用的SiC元件：（1）SiC棒的特點：SiC棒是選用優質SiC為主要原料,用特殊工藝方法制成的一種非金屬高溫元件.其主要特點:A、發射波長=0.65u屬于近紅

41、外,輻射率=0.87B、導電導熱性能好,升溫快耗電少.C、化學穩定性好,不受腐蝕.D、具有良好的高溫機械強度和冷熱激變特性,不易斷.E、在一定條件下,最高溫度可達1600,且變形小,安裝方便.（2）SiC棒的化學特性在棒的燒結中,1900-2000時體積小于0.5mm2的-SiC產生結晶,立方體的-SiC在2100左右向六方體晶體轉相，在2170-2400時-SiC再結晶。（這也是SiC棒的燒結溫度）。2400以上開始升華。在1350-1500之間SiC棒表面形成SiO2保護膜，到1600保護膜達到一定厚度，阻止SiC繼續氧化，因此SiO2保護膜具有很高的化學穩定性。其化學反應式如下：SiC+

42、3/2O2 SiO2+CO SiC+2O2 SiO2+CO2當溫度達到1627時，逐漸發生下列反應：2SiO2+ SiC 3 SiO+CO使SiO2保護膜逐漸受損，SiC的氧化作用加快，所以1627以下是SiO2保護膜的安全存在溫度，即SiC棒使用的最高溫度。（3）SiC棒和介質氣體的作用SiC棒和水蒸汽在1300-1400會產生氧化作用，因此新窯烘烤時，盡量用舊SiC棒。氫氣（H2）在1300以上高溫時長期使用會使其機械強度降低。SiC+H2 SiH4+C 氮（N2）在1300以下對SiC棒有保護作用，在1300以上與SiC逐漸發生反應，生產Si3N4使SiC棒的阻值增加。SiC+N2 Si

43、3H4+3C碳棒接觸Si、Na、B等會發生反應而“發胖”損壞，操作避免玻璃液與碳棒接觸。因此SiC棒的使用壽命和溫度高低及爐內氣氛有密切的關系。（4）SiC棒的電氣特性SiC棒導電性較強，屬于高溫半導體。其電阻溫度系數不同于金屬導體，具有較大的比電阻。電阻隨溫度的升高而變化，從室溫至800，電阻溫度系數呈負值，800以上為正值。由于其電阻溫度系數的特殊性，低溫階段升溫時，要注意電流的變化，避免瞬間電流負荷過載而炸裂。同樣由于其電阻溫度系數的特殊性，在800以下，檢測阻值無使用價值，生產廠家是在1200±50用伏安法測定測定阻值。硅碳棒使用注意事項：a) 為了使每支碳棒都處于理想工作狀

44、態，安裝前測定整批碳棒的R值，將其分類，R相近的放在一組。b) 通電后用鉗流表逐一測定電流，同組碳棒電壓相等，電流值差異不得超過10%，否則應更換。c) 碳棒接觸Si、Na、B等會發生反應而“發胖”損壞，操作避免玻璃液與碳棒接觸。3. 電爐烤爐：鉑金部分升溫操作1、電爐部分升溫操作工藝（1）HZ、CZ、RZ部分：室溫- 150 按20/h升溫； 150 保溫16h； 150-500 按20/h升溫； 500 保溫4h 500-700 按20/h升溫；700 保溫4h700-900 按20/h升溫；900 保溫4h900-1350 按15/h升溫； 1350 開始保溫，等待工藝調整；（2）DZ、

45、SZ、WZ部分：室溫- 150 按20/h升溫； 150 保溫16h； 150-500 按20/h升溫； 500 保溫4h 500-700 按20/h升溫；700 保溫4h700-900 按20/h升溫；900 保溫4h900-1200 按15/h升溫； 1200 開始保溫，等待工藝調整；注意事項：1）在溫度升到150、400、700、900、1100、1200時分別檢查爐子情況及碳棒通電情況，及時更換工作不正常的碳棒，確保每一根碳棒通電正常，保證各部分均勻升溫；2）在溫度升到保溫溫度時，檢查各氣氛熱電偶位置，確保瓷管頂端與鉑金套筒10-12mm的距離；3）在升溫過程中每2小時要檢查攪拌器是否

46、有粘堝現象；4）在各部位升溫到保溫點時，用高溫計測定各部位溫度，與顯示儀表比較，并及時通知技術人員。（3）、出料管、MF管升溫操作工藝1）F1區：室溫-1000 按20/h升溫； 1000 開始保溫，等待工藝調整；2）F2區：室溫-1000 按20/h升溫； 1000 開始保溫，等待工藝調整；3）F3區：室溫-900 按20/h升溫； 900 開始保溫，等待工藝調整；注意事項 1）F1、F2、F3區升溫前先緊固各電極，檢查熱偶絕緣性能； 2）升溫過程中注意各區限流，確保電極和F管負載電流在安全值范圍內。三、配合料投入與均化：1. 配合料投入：光學玻璃池爐配合料的投入是重要的工藝環節之一，加料方

47、式影響到熔化速度，熔化區溫度，液面狀態和液面高度的穩定性，從而影響產品質量。配合料的投入方式以薄層加料最科學。 配合料薄層加料時，表面料層，由輻射和對流獲得熱量，下層粉料由玻璃液通過熱傳導取得熱量，配合料中各組分容易保持均勻分布，使硅酸鹽形成和玻璃形成速度提高。同時由于料層薄，有利于氣體排除，也縮短MZ澄清時間。此外薄層加料，減少了未熔化的配合料顆粒流入深層玻璃液的幾率。表面形成的玻璃液比其臨近和下面的玻璃液溫度低，這樣可以減少或消滅向池壁的表面流。這對減少MZ池墻的侵蝕，保證玻璃液質量和提高MZ的生產能力延長使用壽命極為有利。 配合料和碎玻璃在未進行預混合，同時按比例投料時，工藝規定先在加料

48、斗內裝填粉料，再將碎玻璃裝填在料斗內粉料上面，這是為了保證加入MZ后，使配合料如在碎玻璃墊子上熔化。處于粉料下面的碎玻璃先沉入玻璃液中熔化，而配合料則處在玻璃液上面，經受火焰輻射，逐漸熔化。這種工藝方法，可增加配合料表面的受熱面積。強化玻璃的熔融過程，使未熔化的配合料顆粒，不會沉入玻璃液中，消除玻璃出現料結石現象，從而保證玻璃質量。 加料方式選擇，為了減少液位波動及爐頂溫度波動，自動加料是工藝發展方向，將加料機與液位測量控制形成閉環控制系統，更有利于提高液位、爐頂溫度的控制精度，提高玻璃質量。加料機有多種形式，常見的有，螺旋加料機、壟式加料機、裹入式加料機、輥動式加料機、旋轉搖擺式加料機等。

49、原始的手動加料方式，遵循 “三定原則“即定時、定量、定點加料，定時固定加料時間間隔，定量每次投入的配合料及碎玻璃重量固定，定點即倒料位置必須固定，且倒料方向順序為左右交替，做到薄層加料。2.熔化池玻璃的初熔 配合料經高溫加熱變成透明的玻璃液，達到通電溫度時一般分為兩個階段，即硅酸鹽形成階段和玻璃生成階段。當熔化池玻璃液達到通電溫度時，電極通電；為了提高玻璃質量，應對初熔玻璃液采取鼓泡、攪拌等均化措施。在硅酸鹽形成和玻璃形成過程中，配合料各組份分解和揮發等會析出大量氣體。這些氣體直至玻璃形成過程完畢后，一小部分還沒有從玻璃中完全逸出，它們以氣泡形式殘留在玻璃中。同時某些組份分解溫度高，分解氣體延緩，配合料操作中有氣體帶入，以及玻璃和耐火材料相互作用等，都會在玻璃中形成氣泡。此外，在MZ玻璃形成后，玻璃液中還帶有與主體化學組成不同的條紋、結石和其它不均勻體。為在MZ內獲得均勻較好的玻璃液，就必須創造條件大幅度減少玻璃液中的氣泡和不均勻體。這就是熔化部的澄清與均化的過程。這兩個過程在在MZ中幾乎同時進行，雖然它們在本質上有區別，但相互關系卻非常密切，它們是玻璃熔制