马蹄焰玻璃窑炉窑炉气氛的控制

马蹄焰玻璃窑炉内火焰气氛的控制

朱柏杨

玻璃液对窑内气氛的变化反应极为灵敏。在无特殊要求的情况下，一般以中性焰为佳，但实际上多数采用弱还原焰。器皿玻璃配合料在使用芒硝做澄清剂时，应将熔化部的前半部调整为还原性火焰，而在澄清部应保持中性或弱氧化性气氛。澄清部采用氧化气氛利于氧化亚铁的氧化与玻璃液的澄清。特别对保温瓶和铅玻璃的熔制，必须采用氧化气氛，否则，铅玻璃及其原料会被还原出金属铅。

1、窑炉火焰气氛的概念：窑炉火焰气氛是指在熔制的过程中，窑炉内的燃烧产物中所含的游离氧与还原成分的百分比，一般将窑炉火焰气氛分为氧化气氛和还原气氛两种。

1.1、窑炉火焰游离氧含量在8%以上的称为强氧化气氛，游离氧含量在4%~5%的称为普通氧化气氛，游离氧含量1%~1.5%的称为中性气氛，当游离氧的含量小于1%，并且CO含量在3%以下时，称为弱还原气氛，CO含量在5%以上的称为强还原气氛。

1.2、气氛对熔制影响也很大，有时甚至是关键因素。在实际生产中，采用何种气氛制度来熔化玻璃配合料，要根据玻璃配方中原料的组成以及熔制过程中各阶段的熔化反映情况来确定。当玻璃配合料中所含氧化物和碳较少，且粘性低、含铁量较高时，适合氧化气氛熔化，反之，则适合于还原气氛。

1.3、气氛会影响玻璃配合料在高温下的熔化反应速度与均化澄清效果，尤其对器皿玻璃的颜色、透光度和表面质量的影响，更显突出。如果在熔窑液面上长期被煤气覆盖，即使空气过剩系数再大，烟气中CO的含量再小，火焰气氛也是还原性的。反之，如果在熔窑液面上长期被助燃风覆盖，则火焰气氛是氧化性的。但不利于微气泡的吸收和排除，单纯调整助燃风量基本不起作用。

2、窑炉火焰气氛对产品性能的影响：玻璃产品在烧成过程中会发生一系列的物理化学反应，如水分的蒸发，盐类的分解，有机物、碳和硫化物的氧化，晶型的转变，晶相的形成等。这些物理化学反应的速度，除了受温度影响之外，气氛对其也有很大的影响，如果控制不当，就会使玻璃产品产生各种缺陷。

2.1、气氛影响铁的化合价：在实际生产中，当氧化气氛烧成时，配合料中的Fe2O3在含碱量较低的玻璃相中熔解度较低，可析出胶态的Fe2O3使制品显淡淡的棕黄色，当还原气氛烧成时，形成的FeO熔化在玻璃相中呈淡绿色。当熔制气氛的波动（通过观察玻璃中制品颜色的变化了解气氛波动情况）达到一定程度时，玻璃就产生微气泡。

2.2、气氛会使SiO2还原和CO分解：在一定的温度下，还原气氛可使SiO2还原为气态的SiO，在较低的温度下它将按2SiO→SiO2+Si分解，因而在制品表面形成Si的雾斑。还原气氛中的CO在一定的温度下会按2CO→CO2+C分解。因此澄清池在还原气氛中很可能因CO分解在玻璃液体中会再被氧化成CO2形成气泡。

2.3、器皿玻璃尽量采用还原性配合料，尤其在高白玻璃生产中采用还原性配合料是不容置疑的。

2.4、保持熔制氧化还原气氛的稳定。熔制气氛既包括配合料的气氛，又包括火焰气氛。玻璃熔

制气氛由配合料的氧化还原性和火焰气氛两个因素决定，配合料的氧化还原性一般由芒硝含率、碳粉含率、硝酸钠含率等决定。

3、窑炉火焰气氛的控制：

3.1、保持热点区火焰弱还原性气氛，热点以后区域火焰呈弱氧化性气氛至关重要。生产中可以采用调整出喷火口火焰亮度、刚度、气氛等调整措施。

3.2、器皿玻璃在热点区以前的火焰气氛最好为弱还原性气氛，保持热点区火焰弱还原性气氛。在热点区是玻璃体形成的主要阶段，此时玻璃液的均化和扩散最为迅速，火焰呈还原性气氛，则玻璃液中氧的分压较小，有利于可逆化学反应2S02+02 → 2S03向生成2S03的方向移动。SO3几乎不能溶人玻璃体被迅速排出，这就降低了热点区玻中硫的溶解度，有利于热点以后微气泡中的S02和02生成SO3进人玻璃体反之，化学反应向生成S03的方向移动，在热点区玻璃中溶解较多的SO3，热点以后区域吸收微气泡中S03 (S02、02)的能力减弱。

3.4、保持热点以后区域火焰呈弱氧化性气氛：在一般情况下经过高温区的反应，玻璃中剩余的气泡主要是S02、02和少量CO2、CO等，氧化性气氛有利于微气泡中的硫和碳元素向生成S0 和CO，的方向移动。在保持热点区火焰弱还原性气氛条件下，S03和CO2在玻璃中溶解的量很少，远未饱和。热点以后区域微气泡中的S03和CO2很容易进入玻璃体，剩余微量02也能被玻璃吸收，使气泡消除。反之，若这一区域火焰呈还原性气氛，则微气泡中的硫和碳元素向生成S02和CO的方向移动，S02和CO很难进人玻璃体，微气泡难于消除。

3.5、还原气氛对玻璃液表面张力的影响：在熔化池的玻璃液如果在还原气氛下熔制，则比其在氧化气氛中熔制时的表面张力约大1/5，表面张力底，而玻璃液密度较大的玻璃液容易在熔体表面上扩散开，并逐渐下沉，与下层的玻璃液混合，从而使玻璃液均化良好。相反如果玻璃液表面具有较大的表面张力和较低的密度，则玻璃液不会扩散开来，反而牵制周围的玻璃液形成不匀质的玻璃体条纹。澄清部如呈还原气氛，会造成玻璃液的粘度加大，从而使玻璃液中的气泡不易解析，造成澄清困难，因此，出流溢洞的玻璃液含麻泡较多。

一般玻璃液熔制大部分在氧化气氛中进行，如保温瓶玻璃配合料要求在弱氧化气氛中熔制，并且火焰热点要求控制在熔化部，澄清部窑压要求比熔化部小。器皿玻璃配合料熔化时，要求保持弱还原气氛下或中性气氛中进行，目的是减少脱色剂硒粉、钴粉、还原剂芒硝的氧化挥发，要求出喷火口火焰下半部是呈还原气氛，紧贴玻璃配合料，在熔化部配合料堆和熔化部的泡沫区域要看到浑浊的黄亮色火焰，在澄清部位火焰要求呈氧化气氛，看不到火焰飘逸现象，熔制气氛的波动，打乱了熔窑内原有的氧化还原平衡，容易在玻璃液中产生微气泡。这就要求我们生产中，在原来遵循“四大稳”、“四小稳”的基础上，还要注意氧化还原气氛的稳定。

总之，窑炉气氛对玻璃配合料的熔制是具有很大的影响的，在窑炉的工艺操作过程中，应加强对喷火口火焰亮度、刚度、燃烧速度、火焰热点位置的观察，同时还应加强对烟气成分的检测分析和控制，及时对助燃空气、混合煤气产量和质量进行调整，保持烟道气氧含量控制在3%~6%之间，一氧

化碳含量控制在2%~4%之间。以确保熔化部、澄清部窑炉气氛的有效控制和及时调整，进而保证玻璃液的质量。因此在实际生产中我们认为，泡界线以前采用弱氧化气氛，泡界线以后至澄清池采用弱还原气氛，澄清池采用氧化气氛，有利于微气泡的消除。