CN1230937A - 硅钠钙型玻璃组合物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及按浮法转变成平板玻璃的硅钠钙型玻璃组合物,所述的碱金属氧化物含量为9%至13.3%。

Description

硅钠钙型玻璃组合物

本发明涉及新型硅钠钙型玻璃组合物。此类玻璃组合物常用于“玻璃板”工业，即为建筑工业和汽车工业提供玻璃板的玻璃工业。

此类工业用玻璃的常用生产方法包括首先将原材料熔融，这使得可能得到希望的玻璃组合物，然后按照浮法在熔融金属浴上使之形成玻璃板。

实际需求导致玻璃板工业降低其生产成本。除能耗而外，玻璃的价格构成很大一部分在于原材料。

更具体而言，对于欧洲和美洲大陆的工厂来说，碱金属氧化物的成本，尤其是氧化钠的成本，构成了组合物价格的60％-80％。最常见的组合物中碱金属氧化物的含量一般大于13.5％，一般更大于14％。碱金属氧化物的具体作用在于帮助组合物熔融，并降低其高温下的粘度。因此，降低碱金属氧化物的含量，同时保持常用的生产条件，尤其是熔融和精制条件，不导致出现尤其在形成玻璃板的阶段析晶(dévitrification)的危险，似乎是很困难的。

但是，发明人有任务开发出更加经济的新型硅钠钙型玻璃组合物，它可以在不改变常用装置和装置操作条件的情况下熔融，然后转化为玻璃板。

通过一种用于按浮法转变成玻璃板的硅钠钙型玻璃组合物，发明人达到了这一目的，所述的组合物中碱金属氧化物的含量以重量百分比计，为9％-13.3％。

本发明人由此克服了一种技术偏见，即认为降低碱金属含量，将导致一方面不能熔融，另一方面在浮法生产过程中的成型阶段析晶。事实上，本发明的组合物从原材料成本的角度看是经济的，可以熔融然后按浮法成型。降低碱金属氧化物的含量必然导致高温下粘度上升，但是业已发现，熔融仍可进行，并且无需额外的能耗。另外，发明人已证实，加工时间可以缩短，缩短加工时间可以降低生产成本，或者弥补熔融阶段可能更高的能耗需求。

按照本发明的一个优选的实施方案，碱金属氧化物的含量大于12.5％，优选大于13％。这一碱金属氧化物含量还可以改善耐火材料的持久性。另外，它简化了对炉和成型装置的监控限制，熔融和加工更容易，降低了析晶的危险。

组合物中碱金属主要是氧化钠和氧化钾。氧化钾还可以有利地呈杂质形式。

按照本发明的一个有利的实施方案，氧化钠的含量为7％-13.3％，优选大于11.1％，更优选大于12.5％。

按照本发明的一个优选实施方案，氧化钙和氧化镁的含量之和小于13％。按照这一方案，氧化钙和氧化镁的含量之和小于常用的浮法熔融生产玻璃板的组合物中的相应含量。降低这些氧化物的含量，有助于通过降低析晶温度来减小析晶的危险。

另外，降低这些氧化物的含量可以降低生产得到的玻璃的密度。这一结果同样有助于降低玻璃板的生产成本。实际上，市场上玻璃的价格是按每平方米计算，而不是按重量来计算的，降低密度可以带来系统而显著的经济效益。

另一方面，降低密度，从而降低单位面积的重量，可以引起汽车工业的兴趣，汽车，尤其是电能驱动的汽车，越来越要求降低其重量。

优选地，该组合物的转变点(粘度η满足1ogη=14.6的温度)为540-550℃，优选为547-548℃。这一转变点尤其可以保持玻璃板的通常处理温度不变，例如弯折条件、刚化条件等。

按照本发明，优选地对应于logη=3.5的温度与对应于液态的温度之差大于50℃。按照这一标准，可以按浮法工艺生产玻璃板，而析晶的危险性很小，并且就玻璃的操作温度范围而言其操作条件舒适。

试验中已证实，玻璃的操作温度范围仍相当宽，这一宽的温度范围还可以带来直接或间接的经济效益。实际上，这可以降低玻璃在倾入锡浴时的温度，从而节省能源，或者可以提高产率，即单位时间内的玻璃板的产量，从而提高效率。

按照本发明的一个优选的实施方案，玻璃组合物中含有如下重量比例的如下成分：

SiO₂    72％-74.3％

Al₂O₃  0-1.6％

Na₂O    11.1％-13.3％

K₂O      0-1.5％

CaO       7.5％-10％

MgO       3.5％-4.5％

Fe₂O₃   0.1％-1％。

已证实，与通常经熔融并按浮法转化为玻璃板的玻璃组合物相比，本发明所定义的组合物氧化钠含量较低，由此就原材料成本而言带来了经济效益。此外，碱土金属氧化物的含量，尤其是氧化钙的含量降低，特别减小了析晶的危险且降低了玻璃的密度。再次与通常通过熔融并经浮法制成平板玻璃的组合物相比，因为上述氧化物含量的降低通常被二氧化硅含量的增加所补偿，后一特征，即玻璃密度的降低，被进一步加强了。

至于Al₂O₃，因为使用了一定量的沙子为原材料，其量可以达到1.6％。但是，Al₂O₃含量有利地低于1％，甚至优选地低于0.6％。但是考虑到其稳定作用，氧化铝的含量优选地为至少0.2％。

K₂O的含量可以达到1.5％，这同样是因为某些用作原材料的沙子所带入的。但是钾(potasse)含量有利地低于0.5％，优选低于0.2％。

本发明的玻璃组合物还可以含有其他的组分，尤其是本领域技术人员已知的用于制造彩色玻璃的组分。

一种特别有用的无色玻璃组合物的基质中含有如下重量比的组分：

SiO₂          73.6％

Al₂O₃       0.6％

Na₂O          13.1％

K₂O           0.2％

CaO            8.4％

MgO            3.6％

Fe₂O₃        0.1％

其他氧化物    0.4％。

通过比较常用的按浮法制备平板玻璃的组合物和本发明的组合物，本发明优点的细节将会了然。

进行比较的两个组合物如下(其含量以重量百分比计)：

	A	B
				本发明的组合物	现有技术的组合物
SiO2	73.6％	71.5％
			Al2O3	0.6％	0.6％
Na2O	13.1％	13.7％
			K2O	0.2％	0.2％
CaO	8.4％	9.65％
			MgO	3.6％	3.9％
其他氧化物	0.5％	0.45％

首先，为了比较本发明组合物A相对于组合物B(组合物B可以熔融)熔融的可能性，进行了熔融性试验。为了进行这些试验，在置于旋转环形炉床边缘的铂容器内，用Sheffield火焰(丙烷火焰，[O2]=1.4％-1.7％)炉制备了玻璃。在炉内用四个容器制备了一系列独立的熔融玻璃，每个200克，并始终保持通风口开启。将温度调节在1470℃。每次熔融的两次进料间隔20分钟。第二次进料15分钟之后，将全部200克熔融玻璃倾出，形成约1厘米厚的玻璃板。在550℃刚化之后，在双目观察(对每一玻璃板，在其上划定若干数量1平方厘米范围的表面，进行观察)的基础上，对每一玻璃板得到其平均配合料结石值，然后换算成每千克的配合料结石值。

配合料结石的分布不成线性，因此比较配合料结石数值的对数值。

测量的结果报告如下：

组合物A:4.69

组合物B:4.62

这一结果表明组合物A的可熔融性与组合物B相差很小。在工业条件下的炉内，这一结果得到了证实，从而可以按照浮法生产玻璃板的常用条件来制造玻璃。

测量了这些玻璃的特征并报告如下：

	A	B
			Tlogη=2	1470	1430
Tlogη=3.5	1130	1100
			Tliq	1020	1030
密度	2.48	2.51

T_logη=2和T_logη=3.5是分别对应于logη=2和logη=3.5(η是粘度)时的温度。T_liq是呈液体时的温度。

这些结果首先表明本发明的组合物比组合物B熔融稍难。

但是，如前所述，发明人已有证据表明，可以缩短精制时间，从而可以在通常条件下熔融和精制本发明的玻璃组合物。

液体温度T_liq和T_logη=3.5表明可以按浮法制成玻璃板。甚至业已证实，与可能预期的正好相反，形成玻璃的操作温度范围比现有技术的大。因此本发明的组合物可以按浮法熔融和形成玻璃，其原料成本显著降低。

此外，从此组合物制成的玻璃密度小于现有技术玻璃的密度，这同样带来不可忽视的经济效益。事实上，虽然组合物A和B之间的密度差看起来很小，仍然必须认识到这一区别直接影响了终产品的成本。

Claims (9)

1．用于按浮法转变成玻璃的硅钠钙型玻璃组合物，其特征在于碱金属氧化物含量为9％至13.3％。

2．权利要求1的组合物，其特征在于碱金属氧化物含量大于12.5％，优选大于13％。

3．权利要求1或2的组合物，其特征在于Na₂O含量为7％至13.3％。

4．权利要求3的组合物，其特征在于Na₂O的含量大于11.1％，优选大于12.5％。

5．上述权利要求中一项的玻璃组合物，其特征在于氧化物CaO和MgO的含量之和小于13.5％。

6．上述权利要求中一项的玻璃组合物，其特征在于应变点为540℃-550℃，优选为547℃-548℃。

7．上述权利要求中一项的玻璃组合物，其特征在于粘度η满足logη=3.5的温度和液态温度之间的差大于50℃。

8．上述权利要求中一项的玻璃组合物，其特征在于基质含有如下重量比的组分：

SiO₂       72％-74.3％

Al₂O₃     0-1.6％

Na₂O       11.1％-13.3％

K₂O        0-1.5％

CaO         7.5％-10％

MgO         3.5％-4.5％

Fe₂O₃     0.1％-1％。

9．权利要求8的玻璃组合物，其特征在于基质含有如下重量比的组分：

SiO₂     73.6％

Al₂O₃   0.6％

Na₂O     13.1％

K₂O      0.2％

CaO           8.4％

MgO           3.6％

Fe₂O₃       0.1％

其他氧化物    0.4％。