高硼硅玻璃熔制工艺探讨

李强 ,杨兵 ,刘志杰

摘要：高硼硅玻璃是一种特种玻璃，高硼硅玻璃的光学和热力学性能优良，但是也存在熔化难、硬度高、成型难等问题，所以，熔制池窑的合理选型及熔制工艺的恰当选择是优质高硼硅玻璃生产的重要保障。本文主要对高硼硅玻璃熔制工艺进行探讨。

关键词：高硼硅；玻璃；熔制

引言

随着生活水平的提高，人们对日常用品的质量要求越来越高。双层玻璃杯的材质是高硼硅玻璃，通常是用封口机将玻璃内外管封口、并在1300℃以上的高温烧制成双层玻璃杯。杯子晶莹剔透，不但适于观赏，而且冲茶效果极佳，双层玻璃杯已成为饮水泡茶的绝佳茶具，同时价廉物美，深受广大消费者的喜爱。

1高硼硅双层玻璃杯的内应力

所谓内应力是指去除外部荷载后仍残存在物体内部的应力。内应力是由于材料内部宏观或微观组织发生了不均匀的体积变化导致的。在热加工过程中，高硼硅双层玻璃杯会因各种原因产生内应力，包括结构应力和热应力。(1)结构应力。因化学组成不均匀导致玻璃内部结构不均匀形成结构应力。这种应力属于永久性应力，主要由气泡、结石和条纹产生的应力。在熔化过程中由于混料不均匀产生的应力，一般存在于不均匀的结合界面上，成份不同导致的热膨胀系数不同会成为高硼硅双层玻璃杯内应力和裂纹源。另外，独特的造型设计也会产生应力，比如带棱、角的高硼硅双层玻璃杯的棱角部位应力较大，也属于结构应力。(2)热应力。在高硼硅双层玻璃杯成型过程中，由于冷却时散热不均匀出现温差所产生的应力称为热应力。玻璃中的热应力按其存在的特点分为暂时应力和永久应力。玻璃在加热或冷却过程中因内外表面的温度差形成一定的温度梯度，产生一定的热应力，这种热应力随着温度梯度的变化而变化，称为暂时应力。在常温情况下，玻璃内外层温度均衡，即在温度梯度消失后的玻璃中仍然存在热应力，这种应力称为永久应力或残余应力。高硼硅双层玻璃杯中的热应力分布不均匀，会降低高硼硅双层玻璃杯的机械强度和热稳定性，影响高硼硅双层玻璃杯的安全使用，甚至会发生高硼硅双层玻璃杯自裂、自爆现象。因此，为了保证使用高硼硅双层玻璃杯的安全性，现已规定各种高硼硅双层玻璃杯的残余内应力不能超过某一规定值。测量高硼硅双层玻璃杯内应力是控制高硼硅双层玻璃杯质量的有效方法。

2高硼硅玻璃工业熔窑烟气脱硼脱酸脱硝除尘技术

此工艺的首要目的在于克服现有技术缺陷，满足高硼硅玻璃工业熔窑烟气脱硼脱酸脱硝除尘的需求，在满足排放标准的同时，尽量降低物料消耗，不过度增加企业负担。具体工艺流程包括如下步骤：1）高硼硅玻璃熔窑出口烟气通过环保进口烟道进入喷水降温塔，使烟气温度降至160℃以下，从而达到大部分硼酸固化的目的，以方便进一步去除硼酸。2）降温后的烟气再进入脱硼脱酸塔，与喷入的熟石灰进行反应中和烟气中剩余酸性物质。脱酸后的烟气进入布袋除尘器脱除粉尘、固态硼酸及脱酸反应物。上述烟道及设备阻力由脱酸风机克服。2）脱酸风机出口低温烟气进入烟气换热装置低温段与脱硝出口高温烟气进行换热将温度升至240℃左右，再进入烟管道经烟气升温燃烧装置将烟温加热至320℃，达到脱硝温度。4）升温后的烟气在烟道中与喷入的氨水充分混合，之后进入触媒陶瓷滤管脱硝除尘器，进行辅助脱酸脱硝及二次除尘，最终洁净的高温烟气进入之前的烟气换热装置高温段与脱酸风机出口的低温烟气进行热交换后，通过脱硝风机至烟囱入口达标排放。5）布袋除尘器及触媒陶瓷滤管脱硝除尘器灰斗底部安装仓泵，除尘器脱除的废灰及反应物通过仓泵输入废料仓。该研究的技术路线各项污染物脱除效率均可达90％以上。不仅如此，该工艺也具有良好的经济效益。在满足排放标准的同时，全程无须考虑废水二次污染治理，合理利用余热资源，尽量降低物料消耗，不过度增加企业负担。

3高准确度水三相点容器

水三相点是ITS-90中极其重要的定义固定点。因水三相点的重要地位，在温度计量领域高准确度水三相点复现倍受世界各国的关注。其复现值的精确性及复现技术的提高，是保证ITS-90实施的关键，开展高准确度水三相点的相关研究非常必要。采用中国计量科学研究院2021年最新研制硼硅玻璃和石英玻璃水三相点容器，并分析内部高纯水的氢氧同位素组成。通过水锤冲击效应判断容器内残余气体的含量：来回倒置容器，发出尖锐的咔嚓声。这表明容器内有很少的非水蒸气外的残余气体，有相当高的真空度。通过对中国计量科学研究院研制的带氢氧同位素分析报告的高准确度硼硅玻璃、石英玻璃水三相点的研究，得出以下结论：（１）对于新制作的高准确度水三相点容器，采用氢氧同位素修正可显著减小水三相点容器间的差异。同位素修正前，水三相点容器复现的水三相点温度差值在0.058mK范围内；同位素修正后，容器间差值缩小至0.017mK。因此，氢氧同位素修正是减小水三相点容器差异的关键之一。（2）依据实验结果对高准确度水三相点容器水三相点复现的不确定度进行评定，其水三相点复现的扩展不确定度为0.066mK（ｋ＝2）。（3）高准确度水三相点容器具有相同的水源，然而容器内氢氧同位素存在差异，产生的原因主要是同位素分馏效应引起的。

4碱土金属氧化物含量对模拟高放废液玻璃固化体析晶行为

放射性废液处理是核能安全利用、可持续发展的最后一环。高放废液具有成分复杂、放射性强、生物毒性大和半衰期长等特点，是当前放射性废液处理和处置的最大难题。玻璃固化技术是目前国际上普遍认同的处理高放废液的最佳途径，也是目前唯一实现工业化应用的处理方式。玻璃固化是将含有放射性核素的废液与玻璃基材在高温下熔融形成玻璃，从而将高放废液转化成更易储存和永久处置的固化体。玻璃固化技术已经发展了四代，当前我国采用第三代焦耳炉玻璃固化技术处理现存的高硫高钠高放废液。我国在高硫高钠高放废液玻璃固化冷调试过程中，发现透辉石(CaMgSi2O6)晶相易聚集于熔池底部造成熔炉堵塞的问题，严重影响高放废液固化处理进程。因此，玻璃固化体析晶行为的研究受到科研学者的广泛关注。碱土金属氧化物对玻璃析晶有着十分重要的影响:(1)碱土金属氧化物含量的降低使玻璃网络聚合度增大，玻璃网络聚合度越大，熔体越不易调整为有规则的排列，即玻璃固化体越不易析晶;(2)热处理过程中的析晶主要与高场强Ca2+、Mg2+积聚有关，高场强Ca2+、Mg2+能自发地从硅氧玻璃网络中分离出来，在液相线温度以上产生分相，两相的成分梯度越大，分相越严重，分相为析晶提供界面，增大了分相基团聚集的概率，为析晶提供了动力学条件，从而促进析晶现象的发生。

结语

玻璃杯的原材料是高硼硅玻璃，为食品餐饮级，由高硼硅玻璃杯大小的内外管经过封口机在高于1300℃温度烧制而成，只要管理好退火设备，严格控制退火温度和退火时间，就能降低和消除由内应力导致的裂纹和爆裂，提高高硼硅双层玻璃杯产品合格率和使用寿命。

参考文献

［1］杨德博.高硼硅玻璃全电炉产品结石缺陷分析及产生原因探究［J］.玻璃搪瓷与眼镜，2020，48（1）：38-42.

［2］徐正本，王宏彦，张超.高硼硅玻璃全电熔窑生产工艺控制探讨［J］.冶金与材料，2018，38（6）：114-115.

［3］吴文玲.高硼硅玻璃的产品质量控制［J］.江苏建材，2018（1）：9-11.