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    新聞資訊/News

    玻璃噴砂機分析色澤對玻璃制瓶生產工藝的影響

    2018-01-25   
      市場上的玻璃瓶罐按色澤劃分主要包括無色、淡青色、翠綠色和棕色四大類。關于玻璃色澤,人們比較關注它的產品屬性和生產過程中的化學反應現象;而對于生產過程中與玻璃色澤有關的物理現象,如玻璃色澤與熱傳遞的關系以及熱傳遞過程的差異對生產工藝的影響等問題,則缺乏必要的研究。在此,我們根據生產實踐經驗和一些測試數據,就上述問題做一個粗淺的探討,以供同行們參考。

      1、玻璃色澤與“傳熱差異”

      不同色澤的玻璃對于近紫外線、可見光和近紅外線具有不同的吸收能力。棕色玻璃對于400nm附近波長的可見光具有極強的吸收能力,在400nm處出現很大值。翠綠色玻璃對于440nm和630nm附近波長的可見光具有較強的選擇性吸收能力,在440nm和630nm處出現極大值。淡青色玻璃對于可見光的吸收能力較弱,在500nm處出現很小值。對于近紫外區域光線的吸收能力,棕色玻璃很強,翠綠色玻璃適中,淡青色玻璃較弱。對于近紅外區域光線的吸收能力,三種顏色玻璃之間存在一定差異,但這種差異已逐漸縮小。當色質相同而色濃度不同時,對光線的吸收能力與色濃度的變化呈正比例關系。

      在玻璃生產過程中,光輻射與熱傳遞是密不可分的兩個物理現象。對于不同色澤的玻璃而言,吸收輻射光的能力愈強,亦即吸收高溫輻射熱的能力愈強,玻璃表面吸收的熱量就愈多,透過玻璃體以輻射形式傳遞的熱量則愈少。這種因玻璃色澤不同所致的吸熱能力的差異和傳熱能力的差異,我們姑且稱之為“傳熱差異”。在玻璃生產過程中,當玻璃色澤變更或玻璃色濃度發生變化時,將使熔化、成型、退火等工藝過程的狀況發生顯著的變化。只有了解了不同色澤玻璃的“傳熱差異”,并對因“傳熱差異”帶來的工藝變化采取相應的對策,才能使生產過程得到有效的控制。

      2、玻璃色澤與熔化過程

      在玻璃熔爐內,存在著輻射、對流、傳導三種熱傳遞形式。玻璃色澤的變化對于傳熱形式和傳熱效率有著至關重大的影響。就熔化過程而言,玻璃色澤變化對于工藝狀況的影響比玻璃成分變化的影響要明顯得多、嚴重得多。不同顏色的玻璃在熔爐中的溫度分布存在著較大的差別。為了便于比較,以48m2燃油馬蹄焰熔爐為參考爐型,爐體全保溫,無鼓泡裝置,熔化池深1200mm,過熔制熱點做鉛垂線進行不同顏色玻璃的溫度分布監測。

      在相同的熔制溫度下,不同顏色的玻璃其液面溫度和池底溫度均存在著明顯的差別。從液面溫度來看,與玻璃色澤的“傳熱差異”存在對應關系,棕色玻璃的吸熱能力很強,液面溫度很高;翠綠色玻璃次之,淡青色玻璃又次之。從池底溫度來看,問題變得有些復雜;淡青色玻璃的情形容易理解,因為它吸收輻射光的能力較差,透過玻璃體以輻射方式傳到池底的熱量較多,故此池底溫度較高;翠綠色玻璃的情形也容易理解,它吸收輻射光的能力較強,透過玻璃體以輻射方式傳到池底的熱量較少,故此池底溫度較低??墒?,棕色玻璃的情形就有些難以理解,它吸收輻射光的能力極強,為什么池底溫度反而比翠綠色玻璃高出許多呢?是什么因素造成了這種“傳熱反?!爆F象呢?原因可能是這樣的:我們可以把料池中的玻璃體分成若干個液層,由于棕色玻璃的透光能力較弱,以輻射方式從較上液層向較下液層傳遞的熱量較少,故此各液層間的溫差較大,沿池深方向本應存在較大的溫度梯度。然而,由于棕色玻璃的吸熱能力很強,上層玻璃液吸收熱量后,溫度升高,體積膨脹,沿水平方向產生向周圍的推力,這種推力經池壁改變傳向較下的液層,形成了對流作用力。下層的玻璃液受對流作用力的擠壓逐漸上升,在上升中吸收熱量發生體積膨脹,產生向周圍的推力,進而加強了對流作用。棕色玻璃的強吸熱能力導致了熔化池內的強對流作用,對流傳熱的加強彌補了輻射傳熱的不足,這就是棕色玻璃池底溫度較高的原因所在。

      一般說來,在相同的工藝條件和溫度制度下,用基本組分相同而色澤不同的玻璃相比較,熔制棕色玻璃可以獲得較好的玻璃均勻性和較高的熔化率。究其原因,恰恰是由于棕色玻璃的強吸熱能力導致的強對流作用。當然,這里回避了存在鼓泡裝置的情況,鼓泡裝置的介入將改變傳熱條件,而鼓泡裝置的作用也正是為了加強對流。當熔制翠綠色玻璃時,如欲提高池底溫度、玻璃均勻性和熔化效率,安裝鼓泡裝置是一個行之有效的措施。當在同一熔爐內欲更換不同色澤的料液時,熔化部、工作部和供料道的工藝要素都要做相應的調整,方能適應因玻璃色澤的“傳熱差異”引起的工藝狀態變化。

      3、玻璃色澤與成型過程

      在玻璃成型階段,料坯內部及料坯與模具之間的傳熱,主要是以輻射和傳導方式進行的。而在該溫度范圍,輻射熱主要是以可見光和近紅外線形式傳播的。此時,不同色澤的玻璃其吸熱能力和傳熱能力還存在著相當大的差異,這種“傳熱差異”必然會給傳熱進程施予重要影響。

      我們可以把雛型和瓶子都看作若干玻璃層組合的整體。在整個成型工藝過程中,處于中間的玻璃層溫度很高,與工藝氣和模具相接觸的內外兩個層溫度很低,熱量以輻射和傳導方式不斷地從高溫層向低溫層轉移。玻璃色澤不同,以輻射方式傳遞熱量的速度就不同。傳熱速度的快慢順序是:無色、淡青色、翠綠色、棕色。

      在此引入一個“表層硬化速度”的概念,它是左右模具冷卻強度和瓶子成型速度的生要因素之一。對于不同色澤的玻璃來說,傳熱速度快則表層硬化速度慢,而傳熱速度慢則表層硬化速度快。在成型過程中,料坯經歷了撲氣、倒吹氣、重熱、延伸、正吹氣等工藝步驟,熱量不斷從玻璃體內部向玻璃表層轉移,再經過玻璃表層向模具周圍空間傳遞熱量。模具及工藝氣吸收熱量并使玻璃體逐漸冷卻,當玻璃表層硬化并足以維持玻璃體的形狀時,瓶子便成型了。實際上,瓶子出模時,不同色澤的玻璃其瓶體溫度是有較大差別的。無色玻璃傳熱速度較快,釋放熱量較多,出模時瓶體溫度較低;棕色玻璃傳熱速度較慢,釋放熱量較少,出模時瓶體溫度較高;淡青色和翠綠色玻璃則介于它們之間。生產無色玻璃瓶時,需要較高的冷卻強度,否則瓶子就容易變形;生產棕色玻璃瓶時,需要較低的冷卻強度,否則瓶子易于產生冷斑及表面微裂紋。調整冷卻強度主要有兩種途徑,即機械調整和工藝調整。機械調整包括調整工藝氣用量、調整模具冷卻風用量、調整機構動作配時等;工藝調整包括調整機速、調整滴料溫度、調整料坯形狀和重量等。

      4、玻璃色澤與退火過程

      在玻璃退火階段,輻射熱主要是以近紅外線形式傳遞的。在退火溫度下,棕色玻璃與翠綠色玻璃的輻射傳熱能力基本相當,而淡青色玻璃和無色玻璃的輻射傳熱能力要高一些。在同樣的設備條件下,不同色澤的瓶子進入退火窯時的瓶體溫度是有差異的,棕色瓶子溫度較高,翠綠色瓶子次之,淡青色瓶子又次之。因此,在加熱保溫帶,不同色澤的瓶子所需外界補償的熱量是不同的。使用電加熱退火窯時,會發現不同色澤的瓶子在功率消耗上的差異。當然,這對于玻璃內應力的消除不會產生明顯的影響。在緩冷帶,無色及淡青色瓶子釋放熱量的速度較快,而棕色及翠綠色瓶子釋放熱量的速度較慢。因此,由緩冷帶進入急冷帶時,不同色澤的瓶子其瓶體溫度略有差異。在以后的冷卻過程中,熱輻射逐步進入遠紅外線區域,不同色澤玻璃的放熱速度已無明顯差異,但以前的瓶體溫差將對冷卻進程產生一定影響。當玻璃色澤變更時,由于冷端噴涂工序的要求,為了獲得適當的窯門出口溫度,需要對冷卻帶的溫度制度做相應的調整。

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