蔡佳才

摘 要：本文論述了乳白玻璃陶瓷的特點(diǎn)，提出采用電熔爐進(jìn)行熔制的優(yōu)勢(shì)，對(duì)電熔爐熔制過(guò)程中易產(chǎn)生紅頂?shù)脑蜻M(jìn)行分析和提供解決措施，并進(jìn)行詳細(xì)的論述。

關(guān)健詞：玻璃陶瓷；電熔爐；紅頂；料層厚度

1 前言

陶瓷是人們?nèi)粘Ｉ畹谋匦杵?，但是陶瓷的生產(chǎn)過(guò)程需要在瓷泥階段進(jìn)行塑形，然后進(jìn)行高溫?zé)贫尚?，其過(guò)程具有不可逆的工藝技術(shù)，一旦燒制后的產(chǎn)品不合格，則成為廢品，難以重新利用。我公司生產(chǎn)的乳白玻璃陶瓷制品具有玻璃的熱塑性，可以將原材料和玻璃生產(chǎn)過(guò)程中的邊角料一起熔制進(jìn)行塑形，通過(guò)機(jī)械化連續(xù)生產(chǎn)，從而降低成本和保護(hù)環(huán)境。但是乳白玻璃陶瓷的電熔爐在使用過(guò)程中，容易出現(xiàn)“紅頂”、“翻滾”、“氣泡”、“結(jié)石”等一系列的缺陷，我公司玻璃工藝技術(shù)人員經(jīng)過(guò)不斷探索和攻關(guān)，積累了較豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，使得我們的產(chǎn)品白度、光澤度、抗熱震性不斷提高，產(chǎn)品暢銷國(guó)內(nèi)外，受到眾多顧客的好評(píng)。

2 玻璃陶瓷產(chǎn)品的定義與優(yōu)勢(shì)

2.1 日用玻璃陶瓷的定義

根據(jù)GB/T 30771-2014《日用玻璃陶瓷》標(biāo)準(zhǔn)，其中對(duì)玻璃陶瓷的定義為“由結(jié)晶相和玻璃相構(gòu)成的一類陶瓷復(fù)合材料，一般通過(guò)對(duì)玻璃進(jìn)行適當(dāng)加熱處理以使玻璃體內(nèi)產(chǎn)生足量結(jié)晶相而獲得”；對(duì)日用玻璃陶瓷的定義為“供日常使用的玻璃陶瓷制品”。日用玻璃陶瓷融合玻璃和陶瓷的雙重特性，比普通玻璃和傳統(tǒng)陶瓷的硬度高；變廢為寶、具有環(huán)保清潔特點(diǎn)，是當(dāng)前普通日用陶瓷產(chǎn)業(yè)的替代產(chǎn)品。

2.2 乳白玻璃陶瓷的優(yōu)勢(shì)

乳白玻璃大多數(shù)是通過(guò)氟化物（如氟硅酸鈉、氟鋁酸鈉、螢石等）使玻璃進(jìn)行析晶，屬于晶粒乳濁方式。

乳白日用玻璃陶瓷的外觀質(zhì)量不亞于高檔次的日用陶瓷，根據(jù)GB/T3532-2009《日用瓷器》標(biāo)準(zhǔn)之5.4.1白瓷白度表2規(guī)定，我公司的乳白玻璃陶瓷白度≥84，而白瓷白度≥70為優(yōu)等品；乳白玻璃陶瓷產(chǎn)品類型可以搭配盤、碗、碟、匙等餐具；乳白玻璃陶瓷產(chǎn)品的耐熱溫差普遍達(dá)到120℃，可用于微波爐，可以滿足人們的日常使用要求。

乳白玻璃陶瓷具有如此優(yōu)勢(shì)，但是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)乳白玻璃陶瓷的廠家并不多，原因主要是產(chǎn)品的外觀質(zhì)量白度達(dá)不到要求，產(chǎn)品的抗熱震性不達(dá)標(biāo)等，這些是制約我國(guó)乳白玻璃陶瓷發(fā)展的瓶頸，目前的先進(jìn)技術(shù)大多被美國(guó)康寧公司，法國(guó)弓箭所掌握。

3 乳白玻璃陶瓷的熔制要求與選擇電熔爐熔化的優(yōu)勢(shì)

3.1 乳白玻璃陶瓷的熔制要求

乳白玻璃陶瓷的熔制是玻璃陶瓷生產(chǎn)過(guò)程中最重要的階段。氟化物乳白玻璃陶瓷通常采用SiO2-R2O3-RO-R2O-F-系統(tǒng)，在系統(tǒng)中加入一定比例氟化物（如氟硅酸鈉、氟鋁酸鈉、螢石等），然后把各種原料混合均勻形成配合料，在高溫作用下形成粘滯的硅酸鹽熔體，被稱為玻璃液。

氟化物熔點(diǎn)較低，易揮發(fā)，加之乳濁產(chǎn)生的晶粒，受熱歷史因素的影響，玻璃的乳濁程度波動(dòng)較大，因而控制氟化物的揮發(fā)量是獲得優(yōu)質(zhì)乳白玻璃陶瓷的重要因素。氟化物乳白玻璃陶瓷對(duì)熔制溫度有嚴(yán)格要求，應(yīng)該保持爐溫的穩(wěn)定，減少爐溫的波動(dòng)。如果熔制溫度過(guò)高，則氟化物揮發(fā)量增大，玻璃中的氟化物含量相對(duì)減少，對(duì)乳濁度不利，玻璃顏色趨于半透明；如果熔制溫度過(guò)低，則玻璃未能完全熔化，產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度和耐熱穩(wěn)定性達(dá)不到質(zhì)量要求 。

3.2 乳白玻璃陶瓷選擇電熔爐進(jìn)行熔化的優(yōu)勢(shì)

采用垂直電熔爐進(jìn)行熔化，為獲得優(yōu)質(zhì)乳白玻璃陶瓷提供條件，可以降低揮發(fā)性配合料組分的揮發(fā)，同時(shí)還能保護(hù)環(huán)境。據(jù)資料顯示，在常規(guī)燃料火焰加熱的情況下，配合料中氟化物有大約40%因揮發(fā)而損失掉；而采用全電熔時(shí)，氟化物的揮發(fā)量?jī)H為2%。

冷頂垂直電熔爐的優(yōu)勢(shì)，將配合料從電熔爐上方的投料口均勻投放，形成一定厚度的配合料料層，配合料料層覆蓋在高溫玻璃液的液面上，一般料層厚道為30 ～ 60 cm，合適的料層厚度，不僅能促使低溫玻璃液的形成，加速玻璃熔化，還能阻擋易揮發(fā)成分的外逸并起隔熱作用，優(yōu)化工作環(huán)境。隨著料層厚度的增加，先熔化的玻璃液向出料口方向流出，熔化成澄清的玻璃流體，通過(guò)電熔爐底部的流液洞，經(jīng)上升道、料道、流入料盆，再由料盆分配給成型模具。我公司采用自動(dòng)離心機(jī)成型，利用高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，使流體沿模具內(nèi)表面中心向四周流動(dòng)逐漸冷卻成型為所需形狀的玻璃陶瓷制品。

4 乳白玻璃陶瓷電熔爐容易產(chǎn)生紅頂

采用冷頂垂直電熔爐熔制乳白玻璃陶瓷具有節(jié)能、減少氟化物揮發(fā)的優(yōu)點(diǎn)，但也有一系列的缺點(diǎn)，如容易出現(xiàn)紅頂、生料層太厚或者太薄、電極外露氧化等缺陷。大型電熔爐配套有自動(dòng)加料機(jī)，可以節(jié)省大量的人工，提高料層的均勻度，但是大多數(shù)電熔爐的“冷層”控制不容易，往往容易形成玻璃配合料出現(xiàn)“紅頂”，造成玻璃配合料與初步形成的玻璃液一起“翻滾”，使產(chǎn)品出現(xiàn)“氣泡”、“結(jié)石”等致命的缺陷，從而出現(xiàn)大量廢品。然而玻璃電熔爐的生產(chǎn)具有連續(xù)性、不可間斷，一旦出現(xiàn)生產(chǎn)問(wèn)題，解決起來(lái)就相當(dāng)棘手，沒(méi)有良好的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，是解決不好的。

5 乳白玻璃陶瓷電熔爐產(chǎn)生紅頂分析

5.1 乳白玻璃陶瓷熔制過(guò)程的原理

玻璃電熔爐熔化的原理是將電流通過(guò)電極引入玻璃液中，玻璃液直接通電加熱，通電后兩根電極間的玻璃液在交流電的作用下產(chǎn)生電流焦耳熱，從而達(dá)到熔化和調(diào)溫的目的。玻璃在高溫狀態(tài)下是一種電導(dǎo)體，在大多數(shù)玻璃的電熔中，玻璃的電阻率取決于溫度和堿金屬含量；熔融的玻璃中含有大量的堿金屬，如Na+、K+ 、Li+等金屬離子，其中Na+最有利于增加玻璃液的導(dǎo)電性，Na2O含量的增加使玻璃電阻率幾乎呈直線下降。依據(jù)玻璃電阻率ρ（Ω·cm）和電導(dǎo)率σ（S/cm）關(guān)系是互為倒數(shù)關(guān)系，即隨著玻璃成分中堿金屬含量的增加，可以增大玻璃液的電導(dǎo)率（由于在電熔化和電加熱中研究的對(duì)象是高溫液態(tài)玻璃，所以僅對(duì)于1000℃以上的玻璃電阻率感興趣）。但是隨著堿金屬含量的提高，玻璃液的熔化速率也會(huì)相應(yīng)提高，造成配合料料層厚度變薄或者熔透，勢(shì)必造成熔化溫度下降。

5.2 乳白玻璃陶瓷電熔熔制過(guò)程的產(chǎn)生紅頂?shù)姆治?/p>

在電熔窯爐的生產(chǎn)中，熔化溫度、操作功率及玻璃液電阻三者是密切相關(guān)的，是控制電熔窯爐運(yùn)行的主要參數(shù)。玻璃電熔爐溫度是通過(guò)操作功率來(lái)調(diào)節(jié)的，一般是采用"恒功率模式"，增大了堿金屬的含量，使得玻璃液的電阻率下降，根據(jù)熱功率P=I2R理論和歐姆電阻R=ρL/S（式中：R--電極間電阻，Ω；L--電極間距，cm；S--玻璃液深和電極的導(dǎo)電寬度的乘積，cm2；ρ--玻璃液電阻率，Ω·cm），會(huì)造成電極輸入電流的增加，導(dǎo)致鉬電極周圍溫度上升，使得鉬電極外露加快氧化，一旦鉬電極被氧化侵蝕后，其電極的電阻值也會(huì)變大，那么“恒功率模式”下的熱功率提供的熱量就會(huì)增多，導(dǎo)致窯爐的冷層厚度變薄，玻璃電熔爐內(nèi)的爐中熱量被大量散失，最終使電熔爐中的溫度被快速下降，這時(shí)就會(huì)造成玻璃配合料下沉，把未熔化的配合料帶入電熔爐的熔化區(qū)和澄清部位，產(chǎn)生結(jié)石和氣泡，形成“惡性循環(huán)”。由此可見(jiàn)，控制合適的料層厚度對(duì)電熔玻璃乳白玻璃是非常重要的，料層太薄或者被熔透是導(dǎo)致乳白玻璃陶瓷冷層垂直電熔爐“紅頂”的原因。

6 乳白玻璃陶瓷電熔爐產(chǎn)生紅頂?shù)慕鉀Q措施

6.1 乳白玻璃陶瓷電熔爐熔制過(guò)程的產(chǎn)生紅頂解決措施

那么，一旦料層厚度被破壞，料層太薄或者被熔透，需要怎樣補(bǔ)救呢？

通常有以下解決措施：第一步、適當(dāng)減少出料量，讓未充分熔化的玻璃液進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的保溫。其目的是熔融消除掉未熔化的結(jié)石，同時(shí)讓氣泡在保溫期間得到吸收，從而減少氣泡的出現(xiàn)。第二步、在減少出料量的同時(shí)，適當(dāng)快速地增厚配合料冷層的厚度（盡量不要加入碎玻璃），讓料層厚度盡快得到恢復(fù)。第三、在進(jìn)行第一步和第二步的同時(shí)，還要把"恒功率模式"的電功率適當(dāng)進(jìn)行調(diào)試，一般是先降功率再恒功率，然后再恢復(fù)到常態(tài)。

6.2 乳白玻璃陶瓷熔制過(guò)程的產(chǎn)生紅頂利用配方進(jìn)行解決的措施

解決乳白玻璃陶瓷電熔爐紅頂?shù)膯?wèn)題，還可以從玻璃成分配方進(jìn)行修改。

經(jīng)過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：玻璃液發(fā)生紅頂及翻滾主要是原因是高溫玻璃液的黏度太大，導(dǎo)致玻璃流體中的氣體散發(fā)不出去。如果氣體想要突破溢出，必然需要很大的熱量使玻璃流體的黏度變小，才能使得氣泡被釋放，一旦氣泡爆發(fā)，就會(huì)讓熱量散發(fā)出去，導(dǎo)致配合料的冷層料下沉。

生產(chǎn)乳白玻璃陶瓷的原料主要有：石英砂、氫氧化鋁、純堿、五水硼砂、碳酸鋇、碳酸鈣、氟硅酸鈉、氧化鋅等，在進(jìn)行試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)五水硼砂對(duì)玻璃液的黏度有重要的影響。在玻璃生產(chǎn)中加入五水硼砂是為了改善玻璃產(chǎn)品的性質(zhì)，B2O3可以降低玻璃的熱膨脹系數(shù)和提高玻璃的耐熱性能，最重要的是B2O3可以起到助熔的作用，五水硼砂的熔點(diǎn)只有75℃，很容易熔化，當(dāng)加熱到120℃完全失去結(jié)晶水。在試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)五水硼砂的加入量比較多時(shí)（占比14%配合料）就會(huì)引起玻璃液翻滾，形成大氣泡，故在玻璃混合料的配比中也要限制五水硼砂的加入量，一般控制在6 ～ 9%為宜。

綜上所述，乳白玻璃陶瓷在生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)冷頂配合料料層的適宜厚度被破壞后，出現(xiàn)料層變薄或者熔透，就會(huì)出現(xiàn)冷層配合料紅頂現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)品中出現(xiàn)氣泡和結(jié)石等缺陷，這些缺陷對(duì)玻璃制品來(lái)說(shuō)，都是不致命的。所以在我們認(rèn)識(shí)到出現(xiàn)紅頂?shù)臋C(jī)理后，尋求有效的解決方法，才能為生產(chǎn)和研發(fā)做出更多的貢獻(xiàn)。

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