全氧燃烧浮法玻璃下表面渗锡的特征分析
发布日期： 2020-08-17 10:46:07 阅读量（379） 作者：玻璃熔窑一般以空气作为助燃气体，空气中氧气含量只有21%，其余约78%的氮气在玻璃熔化过程中被无效率的加热，并在高温下排出窑体，造成了很大的能源浪费，这部分热量损失占能耗的20%以上，而且N2在高温下与O2反应生成NOx气体，NOx气体排入大气层会造成严重的环境污染。为了解决空气助燃所带来的这些问题，全氧燃烧技术逐渐引起各国的关注和重视。经过多年的理论研究和实际生产发现全氧燃烧技术具有众多优势，同时也有一些不利因素，如玻璃容易发霉、深加工容易出现钢化彩虹等。
本文针对全氧燃烧生产线生产的玻璃深加工后容易出现钢化彩虹的问题，对比空气助燃玻璃熔窑生产玻璃和全氧燃烧玻璃熔窑生产玻璃下表面渗锡量的变化和下表面渗锡随深度分布的变化情况，分析全氧燃烧生产线玻璃下表面渗锡的特征，为工业生产提供理论依据。
1 实验与讨论
1.1 全氧燃烧玻璃渗锡量的变化情况
X射线荧光分析仪(XRF)是一种普遍适用的材料成份分析仪器，可以高效分析出玻璃中渗锡量。本实验确定对锡元素选用SnL线系，用ZSX Primus Ⅱ型X射线荧光光谱仪在加速电压50 kV，加速电流50 mA条件下对样品进行分析。其制样方法是将待测玻璃原片直接切裁成样品盒样大小，放在仪器上进行测定即可。把XRF测定出的锡计数与分光光度法测得的渗锡量数值进行曲线拟合得到渗锡量。
选取国内某公司的两条浮法生产线，一条是普通浮法，另一条是全氧燃烧浮法，两条生产线锡槽保护气体、槽压、成型温度制度均一致。从两条生产线上选取5组同一厚度、相同生产参数的玻璃样品，用X射线荧光分析仪测试样品下表面渗锡量，结果见表1。
表1 普通浮法和全氧燃烧浮法同一厚度玻璃下表面渗锡量
结果表明，同一厚度的玻璃，全氧燃烧工艺生产的下表面渗锡量大于普通浮法玻璃下表面渗锡量，且随着玻璃厚度的增加，二者差值增大。
1.2 全氧燃烧玻璃渗锡随深度分布的变化情况
电子探针显微镜(EPMA)是用细聚焦电子束入射样品表面，对样品表面微区成分的定性和定量分析，也可对在样品表面做元素的面、线、点分布分析。本实验采用JXA-8230型电子探针，在加速电压为20 kV、束流为2.005 A的条件下对样品进行测试，在样品断面光滑区域以样品下表面为起点往样品深度方向每隔0.1 mm进行波普扫描分析锡元素的强度直至25 mm处停止扫描，谱图显示出样品下表面锡元素随深度分布的曲线。
选取同样的两条浮法线的玻璃样品，厚度同为2.0 mm，用电子探针分析仪测出玻璃下表面渗锡随深度分布情况，结果如图1所示。
图1 锡槽加铁后普通浮法和全氧燃烧浮法玻璃下表面渗锡随深度分布
由图1可知，两种浮法玻璃下表面渗锡随深度分布的特征基本是一样的，但是全氧燃烧浮法
玻璃下表面渗锡量高于普通浮法玻璃，渗锡深度也大于普通浮法玻璃，这与上述X射线荧光分析出的结果是一致的。
1.3 讨论
全氧燃烧是浮法玻璃熔化新技术，它以纯氧替代空气作为助燃介质，极大地减少了空气中无效氮气的引入 ， 起到了显著的节能减排效果 ，但同时全氧燃烧玻璃熔窑中产生高达50%～55%水汽分压，这使得采用全氧燃烧工艺生产的玻璃含水量可达到(450～650)×10-6而普通空气助燃工艺玻璃含水量为(200～300)×10-6 。代志祥 、段秋桐 等利用红外光谱对玻璃含水量进行测试，测试结果表明：全氧燃烧浮法玻璃含水量为475×10-6而普通浮法玻
璃含水量约为300×10-6。全氧燃烧浮法玻璃中含水量高对渗锡的影响有：
(1)全氧燃烧浮法玻璃在成形过程中，玻璃将发生脱羟基反应，水蒸气进入锡槽后，减
弱保护气体的作用，使锡的污染增加，从而使锡的渗入量和扩散深度增加。
(2)全氧燃烧浮法玻璃因含有较多的羟基，离子间距变大，阴离子基团对阳离子作用力
减小，致使玻璃在与锡液的接触面发生离子交换的反应加强。
(3)水进入玻璃熔体对其结构的影响类似于网络外体氧化物如Na2O的作用。水在硅酸盐玻璃中使Si-O-Si键断裂，相当于解聚作用。致使玻璃网体中Si四面体配位基团比例和短程结构的不对称性发生了变化，玻璃黏度变小，锡的扩散阻力变小，导致锡的渗入量和扩散深度增加。
2 结论
(1)全氧燃烧浮法玻璃下表面渗锡量高于普通浮法玻璃，且玻璃越厚渗锡量高出的越多;
全氧燃烧浮法玻璃的渗锡深度也大于普通浮法玻璃。
(2)全氧燃烧浮法玻璃下表面渗锡量和渗锡深度高的原因，主要是全氧燃烧浮法玻璃中含水量高，因此运用全氧燃烧熔化技术时，必须更加注意锡槽的污染问题，尽量减少锡的氧化，才能更有效地控制玻璃的渗锡量。
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