太阳能高硼硅玻璃管生产工艺培训资料全

太阳能高硼硅玻璃管生产工艺 培训资料 山东泰和光能有限公司 2009年9月16日 目 录

一、玻璃基础知识 1.玻璃的定义 玻璃是在熔融时能形成连续网络结构的氧化物（如氧化硅、氧化硼、氧化磷等），其熔融体在冷却过程中黏度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐无机非金属材料。

2.玻璃的性质 玻璃与结晶状态不同，它的质点的排列仅在短距离内呈规则性，超过一定距离，排列的规则性逐渐消失而形成无规则性，因此，玻璃具有各向同性，即在不同的方向上具有相同的性质。 （1）光学性质 玻璃的光学性质主要从折射率，色散率，反射率以及透过率四个方面考量。 a 折射率 当光从一种介质进入到另一种介质时，在两种介质的界面处，一部分光进入到另一种介质中，并且改变了原来的传播方向，这种现象称为光的折射。折射率是物质光学性质中最基本的性质。对透明玻璃，特别是光学玻璃，折射率是玻璃使用过程中最重要的物理性质。 b 色散率 多列波在媒质中传播，它们的频率不同，传播的速度亦不同，这种现象叫色散。对于光波，复合光通过三棱镜等分光器被分解为各种单色光的现象，叫做光的色散。不同波长的光线玻璃具有不同的折射率，将折射率对波长作图，可得玻璃的色散曲线。 c 反射率 当光从一种介质射入另一种介质时，在两种介质的界面上，一部分光被反射回原来的介质中，这种现象叫做光的反射。镜面反射率取决于反射光线的介质的折射率及入射角。反射又分为镜面放射和漫反射。当一束平行的入射光线射到粗糙的表面时，因面上凹凸不平，造成反射光线向不同的方向无规则的反射，这种现象叫做漫反射。漫发射光是指从光源发出的光进入样品内部，经过多次反射，折射，散射及吸收后返回样品表面的光。漫反射的测量在提取样品组成和结构信息方面更为直接可靠。 d 透过率 强度为I0的光束通过玻璃，强度降为I，它们的比值I0/I称为透过率。透过率高说明玻璃透光性能较好。 （2）热学性质 一般来讲，材料的热学性质主要包括:热容、热膨胀、导热性、热稳定性等。玻璃的热容随温度上升而增加。在转变温度 (Tg)以下，热容的增加不显著；温度升至Tg以上时，热容迅速增加；熔融态玻璃的热容随着温度的上升而急剧增加。玻璃的热胀系数主要由玻璃的化学组成决定，Na2O和K2O显著地提高热胀系数；石英玻璃的热胀系数最小;增加SiO2 的含量可获得低热胀系数的玻璃。玻璃是热的不良导体，当玻璃突然遇冷时，常常因收缩差异引起的体积效应造成局部或表面张应力，致使玻璃破裂。能经受急剧的温度变化而不破裂的性能称为玻璃的热稳定性，它主要取决于玻璃的热胀系数、弹性模量和强度。钠钙玻璃热胀系数大，耐急冷急热能力差;硼硅酸盐玻璃热胀系数小，耐急冷急热能力强，称为耐热玻璃；热胀系数最低的石英玻璃，热稳定性最好。 （3）电学性质 在室温下玻璃是电的绝缘体,当玻璃被加热时,其导电性能随温度升高而明显增强.熔融状态下的玻璃完全变成了导电体。玻璃电熔是将电流通过电极引入玻璃液中,通电后两电极间的玻璃液在交流电的作用下产生焦耳热,从而达到熔化和调温的目的。 玻璃导电性与温度有一定的相关性，在生产玻璃需要温度很高，用热电偶测量困难时可采用测量玻璃液导电率的方式来控制玻璃液的温度。

3.高硼硅玻璃 高硼硅3.3玻璃是玻璃的一种，其成分中SiO2>80%，B2O3>12%，平均线热膨胀系数(20-300度)为α=(3.3±0.1)×10-6k-1，由此得名。高硼硅3.3玻璃的特点是：一级抗水解性能：耐水性能：在98度时耐水性为一级，在121度时耐水性为二级；化学稳定性高：耐碱性能:A2级，耐酸性能Na20≤100μgm-2；耐高温冲击：可以耐受230度的高温冲击而不会炸裂；玻璃机械性能好，耐用，耐冲击；太阳照射累计100小时后，其太阳透射比不会下降。

二、工艺流程 玻璃制造工艺分为熔融法和非熔融法。熔融法是传统的制造方法。工艺流程为：原料预加工、配合料制备、熔制、成型、退火和后加工，即得成品。工业化生产普通玻璃多用熔融法。对于不同形状的玻璃制品，常用的玻璃成型方法有吹制法、压制法、拉引法、浇筑法、压延法等。玻璃的后加工分为冷加工、热加工和化学处理三大类。冷加工包括研磨抛光、切割、喷砂、钻孔。热加工包括烧口、火抛光、火切割、火钻孔、真空成型和玻璃灯工。 硼硅3.3玻璃管具有熔化温度高、易挥发、易分层、易分相等特殊性，一般的生产工艺方法为： 配合料混合均匀后加送入电熔窑内，熔化好的玻璃液经流液洞进入上升道、料道，玻璃液在料道经溢流排泄掉表层废料，将均化好、满足成型温度的玻璃液供给供料机，再经匀料筒、吹气杆、料碗、端头进入真空跑道、保温跑道、激光检测、水平拉管机成型，然后经分选机、梳理机分拣合格玻璃管，最后经人工包装后，运输入库。 工艺流程图如下： 配合料

熔窑 流液洞 上升道 水淬

溢流

不合格品 供料道

供料机 料碗 端头 真空、保温跑道 水平拉管机

合格品 废品 分选机 梳理机 检验、包装

运输入库

玻璃熔制 温度约1600度

玻璃液输送，形成可供成型的温度 温度约1300度

质量检测 玻璃管生产简图 电熔窑

供料道 真空跑道 保温跑道 拉管机

切断机 三、主要原材料及要求 生产高硼硅3.3玻璃的主要原材料有：石英砂，五水硼砂，硼酸，食盐，氢氧化铝，碎玻璃。

1石英砂 石英砂又称硅砂，引入二氧化硅的原料。主要由SiO2(质优者可达99%以上)组成，并含少量的Al2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2和Fe2O3等。其中，Fe2O3是有害成分，它能使玻璃着色而降低透明度。某些石英砂还含有CrO3，它是一种着色能力比Fe2O3强30-50倍的着色剂，使玻璃着成绿色。TiO2使玻璃着成黄色。因此，在制造无色玻璃制品时，应控制这些氧化物的含量。SiO2

是形成玻璃的最主要成分，它以硅氧四面体[Si04]的结构组成不规则的连续网络

结构，从而形成玻璃的"骨架"，因此又称为玻璃形成体氧化物。SiO2本身就可形成玻璃，即石英玻璃。引入二氧化硅可以提高玻璃的熔制温度、黏度、化学稳定性、热稳定性、硬度和机械强度，但同时又能降低玻璃的热胀系数和密度。SiO2

的缺点是熔点高、黏度大，导致玻璃熔化、澄清和均化困难，能耗增加。

石英砂的颗粒组成与颗粒大小对原料制备、玻璃熔制、有重要影响，因此是评价其质量的重要指标。在同一份石英砂中颗粒大小不同，其铁、铝氧化物含量也不相同，粒度越小其铁铝含量越高。 SiO2相对分子量60.06，密度2.4－2.5g/m3。 石英砂的技术要求 化学成分 SiO2＞99％ Fe2O3＜0.04％ 粒度范围 32－150目 150目以下超细粉≤10% 32目以上≯0%

2五水硼砂 五水硼砂是引入B2O3和导电Na+的原料。 B203也是玻璃形成氧化物，它以硼氧三角体[BO3]和硼氧四面体[B04]为结构组元，在硼硅酸玻璃中与硅氧四面体共同组成结构网络。B2O3能降低玻璃的热胀系数，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性和力学性能，增加玻璃的折射率，改善玻璃的光泽，B2O3还起助熔剂作用，降低玻璃熔融温度，加速玻璃的澄清和降低玻璃的结晶能力。B2O3常随水蒸气挥发，当B2O3的引人量过高时，会导致玻璃熔体的黏度降低、玻璃的热胀系数增大和硬度降低等，发生反常现象。 对硼砂的质量要求：B2O3>35%,Fe3O2<0.01%,SO42-<0.02%。

3硼酸 硼酸（H3BO3）也是提供B2O3的重要原料。相对分子量61.82，密度1.44g/cm3，理论化学组成为B2O356.45%,H2O43.5%。硼酸为无色透明鳞片状晶体，微有光泽，触之有脂肪感，易融于水。硼酸在玻璃熔制的过程中易挥发。 玻璃工业对硼酸的质量要求是：H2BO3>99%,Fe3O2<0.01%,SO42-<0.2%。 4食盐 高硼硅玻璃熔化温度高，难于澄清，采用传统的澄清剂，澄清效果不明显。现在普遍采用氯化钠作为澄清剂，氯化钠的沸点为1 413 ℃。在更高的温度下，氯化钠便会从玻璃液扩散到残余气泡内，使之膨胀，从而上升溢出玻璃液。

5氢氧化铝 是提供氧化铝的主要原料。A1203能提高玻璃的黏度，降低玻璃的结晶倾向，提高玻璃的化学稳定性、热稳定性、机械强度、硬度和折射率，减轻玻璃对耐火材料的侵蚀，并有助于氟化物的乳浊。因此，绝大多数玻璃中都引人1%-3.5%的Al203，一般不超过8%-10%。

6碎玻璃 碎玻璃在使用过程中又称孰料，生产中对玻璃的用应对生产工艺制度影响很大，在配合料中加入碎玻璃可以使熔化进行得较为顺利，也可以降低气泡率。碎玻璃的加入可降低生产成本和能源消耗，增加熔出率，消除废渣公害和改善生态环境。 电熔窑正常运行时，碎玻璃量控制在30%左右。碎玻璃应经过挑选，清洗后破碎成20mm左右的小块。碎玻璃的比例过大，使玻璃含铁量增加，影响玻璃质量。 四、主要生产设备 高硼硅玻璃管生产的主要设备有冷顶电熔窑，料道，供料机，真空跑道、保温跑道，拉管机，切断设备，分选机，梳理机等。

1.电熔窑 电熔窑都是指冷顶电熔窑。高硼硅玻璃生产采用冷顶电熔炉熔制，配合料在电熔窑中熔化成玻璃液，然后拉制成玻璃管。冷顶电熔炉为全电能运行，在整个熔化池的表面有着连续分布的均匀的配合料复盖层。全电熔窑采用“冷顶”式垂直熔制工艺。整个熔化池玻璃液表面覆盖着配合料层，阻挡了熔体向窑顶热辐射，使窑炉上部空间温度降到150℃以下。同时配合料中大部分挥发成分在覆盖层中冷凝回流至玻璃，而熔制过程中放出的CO2等气体很容易穿过覆盖层进入空间。配合料层下玻璃熔体慢慢地往下流入电极区，玻璃在此区内完全熔化后，开始澄清，再流向熔化池下部，完成澄清匀化过程。熔制好的玻璃经流液洞、上升道和供料道进入工作池。 电熔窑由炉体、加热电极、电控系统等组成。炉体上半部为融化部，混合料在此熔化成玻璃液，均化澄清部在电熔窑的下部，熔化的玻璃液在此均化、澄清，形成可以成型的玻璃液。

全电窑熔化硼硅玻璃料层温度曲线分布