鼓泡系統在蓋板玻璃生產中的應用

王耀君 李建業 李志廣 程志悅

（1. 東旭集團有限公司 北京 100036；2. 河北光興半導體技術有限公司 石家莊 050035）

0 引言

鼓泡系統的工作原理是通過安裝在浮法玻璃窯爐底部的鼓泡管將一定量的受控氣體通入窯爐內的玻璃液中，受控氣體以氣泡的形式上升并排放到窯爐的火焰空間內。在此過程中，氣泡將窯爐下層的低溫玻璃液帶動到玻璃液表面，使得火焰空間的熱量加快向玻璃液傳遞，同時提高玻璃液的物理化學均勻性，通過這種方式形成對玻璃液獨特的攪拌作用。

鼓泡系統對玻璃液的這一獨特的攪拌作用，使得鼓泡系統在玻璃窯爐特別是特種玻璃窯爐的設計中廣泛應用。

高強蓋板玻璃由于其具有優異的耐劃傷、抗沖擊性能，在手機屏領域廣泛應用，但是也具有難熔化、難澄清的特點，需要采用一些特殊的技術設備如鼓泡系統來實現生產優質玻璃液的目的。

1 鼓泡器位置的確定

鼓泡系統設置在玻璃窯爐的位置不同，其所起的主要作用也不同。

1.1 設置在熔化區

鼓泡系統設置在配合料熔化區域，其主要作用傾向于助熔功能，即通入玻璃液內的受控氣體形成的氣泡在從窯底向玻璃液面上升過程中，主要將玻璃液內未熔化好的原料顆粒重新推送到溫度更高的玻璃液表面，進行再次熔化，同時，提高玻璃液的溫度，也加速了玻璃液中未熔原料顆粒的熔化。

在普通浮法玻璃高溫池爐的前段，由各種化工原料和礦物原料組成的經過充分混合的配合料漂浮在玻璃液表面，上面通過火焰空間的熱輻射吸收熱量，下部通過熱傳遞吸收玻璃液的熱量，從而進行熔融分解，熔化成帶有許多微小顆粒的液態進入玻璃液中。這種熔化工藝需要的時間比較長，熔化質量不高。

為了改善配合料的熔化，提高熔化效率和熔化質量，一般在浮法玻璃池爐前段的底部設置鼓泡裝置，見圖1。

圖1 鼓泡系統設置在熔化區結構示意圖

從圖1中可以看出，通過鼓泡裝置從池爐底部通入玻璃液中一定量根據工藝需要的氣體，通入氣體受到高溫急劇膨脹上升并從玻璃液表面噴涌而出，同時帶動玻璃池爐下部的未熔化好的玻璃液翻涌到玻璃池爐的表面，對玻璃液起到了攪拌的作用，促進和加速配合料的熔化。通過在熔化區設置鼓泡裝置的方式能夠提高窯爐熔化能力和熔化效率。

1.2 設置在澄清區

鼓泡系統設置在玻璃液澄清區域，所起的主要作用傾向于對玻璃液的排泡和澄清功能，即通入玻璃液內的受控氣體形成的氣泡在從窯底向玻璃液面上升過程中，主要將玻璃液內的小氣泡匯聚融合成大氣泡推送到玻璃液表面排出，同時提高玻璃液的溫度，加速玻璃液的高溫排泡、澄清過程。

普通浮法玻璃窯爐的澄清，主要靠窯爐后段的高溫環境排出玻璃液中的小氣泡，這種澄清工藝屬于被動排泡，澄清質量難以保證。

對于質量要求更高的高檔浮法玻璃，需要采取主動澄清的手段，在浮法玻璃窯爐的后段，即澄清區域的池底設置鼓泡裝置，加速玻璃液澄清，見圖2。

圖2 鼓泡系統設置在澄清區結構示意圖

同熔化區域一樣，通過鼓泡裝置從池爐底部通入玻璃液根據工藝需要的氣體，控制合適的氣體流量和壓力，氣體在玻璃液內部膨脹上升過程中，促使熔解到玻璃液內部的微小氣泡不斷匯聚成長為較大的氣泡，最終通過浮力從玻璃液表面排出，從而促進和加速了玻璃液的澄清。通過在澄清區設置鼓泡裝置提高玻璃液的澄清質量和澄清效率，從而能夠得到更優質的玻璃液。

2 鼓泡系統組成

鼓泡器一般分為水冷式和干式兩種，可根據不同的需求配置。

水冷式鼓泡器本體采用鋼材制作，成本較低，但是需要配套建設冷卻水循環系統，對水質要求較高，日常的維護成本較高。

干式鼓泡器本體一般采用貴金屬制作，初期投資成本較高，但是日常維護成本低。

水冷式鼓泡系統由潔凈氣源、冷卻水系統、鼓泡控制系統和鼓泡器組成，其結構如圖3所示。

圖3 水冷式鼓泡系統結構

干式鼓泡系統由潔凈氣源、鼓泡控制系統、鼓泡器組成。與水冷式鼓泡系統相比，干式鼓泡系統不需要水冷系統，因此日常維護的工作量相對較少。

3 鼓泡系統的應用

在高檔浮法玻璃窯爐中，設置鼓泡系統的基本目的是改善玻璃液流，實現玻璃液的物理化學均化。在實際生產過程中，通過氣泡在玻璃液中自下而上的沸騰現象，實現對玻璃液的攪拌均化。鼓泡系統的設置參數對其實施效果十分重要。

3.1 鼓泡器設置深度

為了達到最佳的攪拌均化效果，需要將鼓泡器設置到距離玻璃液面合適的深度。過深會加快窯爐耐火材料的侵蝕，影響窯爐壽命；過淺達不到攪拌均化作用。因此，需要對鼓泡器設置合適的深度。

通過對產品質量與鼓泡器插入玻璃液深度的跟蹤研究發現，當鼓泡器插入玻璃液深度h 設置為玻璃液總深度H 的1/4～3/4時，可以獲得較好的均化效果以及對耐火材料較輕微的侵蝕。當玻璃窯爐換料或者改色操作時，可以短時間將插入深度h 數值設置得小一些，一般為H 的1/10～1/3更佳，待窯爐換料或者改色完成以后再調整到正常深度。見圖4。

圖4 鼓泡器設置深度示意圖

3.2 鼓泡器參數

要獲得良好的均化效果，需要控制合適的鼓泡頻率和氣泡直徑。在日常生產中，通過控制系統來調節氣源到合適的壓力流量，實現連續鼓泡或者斷續鼓泡，并可控制氣泡頻率和氣泡直徑，以達到預期的攪拌效果，通過軟件可以實現鼓泡系統的自動控制。

鼓泡頻率并不是越快越好，過快的頻率有時反而會引起玻璃液澄清不良。鼓泡直徑過大或者過小都會對玻璃液有影響。通過對玻璃產品質量與鼓泡器泡頻、泡徑的跟蹤研究發現，泡頻控制在20～30個/min為佳，泡徑控制在300～500 mm為佳。

3.3 鼓泡器的維護和保養

為了保證鼓泡系統穩定工作，日常需要對其進行良好的維護和保養。對于水冷式鼓泡器，首先要保證冷卻水質，確保其硬度、酸堿度、水溫水壓達標，定期清理過濾器，定期檢修水泵、水塔，定期對水質進行檢測和定期更換。

4 結語

鼓泡系統的應用，對于難熔化、難澄清的高檔玻璃生產，是一個較好的提高玻璃液均化效果的手段。對于降低熔化溫度、保護耐火材料、延長窯爐壽命是一個好的措施。鼓泡系統的應用，對于提高高檔浮法玻璃窯爐的熔化質量、澄清質量，獲得優質玻璃液，對于提高窯爐生產能力有很好的促進作用。