第三节配合料制备
一玻璃成分的设计
玻璃成分的设计要考虑的主要有如下方面；
1．制品质量要求，指制品对玻璃性能的要求，如玻璃的力学性能，光学性能，电学性能，热稳定性，化学稳定性等。
2．工艺要求
2.1熔制方面应便于熔制，澄清，不易产生缺陷。例如，为使玻璃有较低的熔化温度和较小的析晶倾向，在成分上应趋向于取多组分，大部分工业玻璃中氧化物组分均在五六个以上；在选定组成点时，要尽量接近相图中的相界线或低共熔点，利用两种或两种以上不同组成的晶体间析晶时的相互干扰作用以降低析晶能力。
2.2成型方面要求玻璃的粘度-温度曲线能适应成型操作的要求，在保证产品质量的前提下，有最大的成型速度，并在成型时不能析晶。如在坩埚窑熔制，用吹制法成型复杂形状的制品时，要求玻璃的成型温度范围宽，玻璃料性长。因此，玻璃中CaO含量要低，SiO2,K2O含量要高。对于用成型机械生产制品时，要求玻璃在成型过程中有足够快的硬化速度和足够高的热稳定性。玻璃成分中应用1%-2%Al2O3代替SiO2,用3%MgO代替CaO.
2.3加工方面如热处理时不易析晶，玻璃中的氧化物不易被还原，能满足在以后的研磨，熔接等加工时的操作要求。
二原料的选择
在玻璃成分确定之后，根据生产工艺的需要和原料的价格，对天然矿物原料加以选择，确定玻璃成分中的氧化物应由哪些原料引入。原料选择的基本要求是；
1．符合玻璃既定设计的成分要求，又要为成分调整留有余地。
选择原料，既要满足既定成分的要求，又要满足能够通过调整原料用量能改变设计成分的要求。例如，为了引入SiO2，就要选用硅砂和砂岩，或选用硅砂和长石；为了引入CaO,MgO，就要选用石灰石和白云石，或石灰石和菱镁石。
2．原料质量符合技术要求
原料品位高，杂质和伴生矿物含量少，铁含量越低越好，尽量不含铬铁矿，铬尖晶石等难熔重矿物。
原料的化学成分稳定，含水量稳定，颗粒度均匀，由于矿脉，坑口不同，原料的成分必定会有波动，从而影响玻璃成分的稳定性。
3．适于熔化和澄清
选用的原料有较低的熔化温度和较快的熔化速度。如由工业氧化铝，高岭土或钒土引入Al2O3时，如配合料均匀性稍差或熔制不当，玻璃液的均匀性就会受到极大的影响；如由硅砂和长石引入Al2O3时，就能减少或避免这种影响。
尽量不用或少用氧化物，而选用能分解出这种氧化物的盐类。如玻璃中的CaO不是由生石灰引入，而由石灰石引入。这不仅因为生石灰价格高，而且还与石灰石分解时放出气体，起到搅拌和澄清作用有关。
4．容易加工破碎
要求选用的原料加工工艺简单，所用设备少，生产费用低。例如引入SiO2的原料有硅砂，砂岩和石英岩。硅砂一般不必精选和干燥，经过筛分去除杂质就可直接使用；砂岩则要经过煅烧，粗碎，细碎，工艺比较复杂；而石英岩的加工，就更为困难。因而，在其他条件允许的情况下，尽量选用硅砂而不用石英岩。
5．对耐火材料的侵蚀要小
要求原料本身尽量不侵蚀耐火材料，并尽量减少配合料中对耐火材料侵蚀严重的物料用量，如纯碱，氟硅酸钠等。例如由长石引入部分Na2O和K2O，就可减少纯碱的用量。由冰晶石引入F而不用氟硅酸钠，不仅能减少F的挥发，而且能减少对耐火材料的侵蚀。
三配合料的计算
根据玻璃成分和所用原料的化学组成就可以进行配合料的计算。计算时，可认为原料中的气体物质在加热过程中全部分解逸出，而分解后的氧化物全部转入玻璃成分中。随着对制品质量要求的不断提高，还必须考虑各种因素对玻璃成分的影响。例如，氧化物的挥发，耐火材料的溶解，原料的飞损，碎玻璃的成分等。从而在计算时对某些组分作适当的增减，以保证设计成分。
1．配合料计算中的几个工艺参数
纯碱挥散率
系指纯碱中因挥发，飞散而未参与反应的量与纯碱总用量之比值。即
纯碱挥散率=纯碱挥散量/纯碱用量×%
它是一个经验值，与加料方式，炉窑结构，熔制制度，纯碱种类（重碱或轻碱）等有关。在池窑中的飞散率一般在0。2%—3。5%之间。
芒硝含率
系芒硝引入的Na2O与由芒硝和纯碱引入的Na2O总量的重量比。即
芒硝含率=芒硝引入的Na2O/芒硝引入的Na2O+纯碱引入的Na2O×%
芒硝含率随原料供应？和熔化情况而改变，一般掌握在5%—8%之间。
碳粉含率
系指由碳粉引入的固定碳与由芒硝引入的Na2SO4之比。即
碳粉含率=碳粉用量×C含量/芒硝用量×Na2SO4含量×%
碳粉的理论含量为4。2%。？根据火焰性质，熔化方法来调节碳粉含率，生产上一般控制在3%—5%。
萤石含率
系由萤石引入的CaF2量与（生）配合料总量之比。即
萤石含率=萤石×CaF2含量/（生）配合料总量×%
萤石含率的选取与熔化条件有关，一般在1%以下。
碎玻璃掺入率
系配合料中碎玻璃用量与配合料总量之比。即
碎玻璃掺入率=碎玻璃量/（生）配合料总量+碎玻璃量×%
碎玻璃掺入率随熔化条件和碎玻璃储存量而增减，一般控制在18%—26%。
2．计算步骤
第一步先粗算。即假定玻璃中全部SiO2和Al2O3均由硅砂和砂岩引入；CaO和MgO均由白云石和菱镁矿引入。在粗算时，可选择含氧化物种类最少，或用量最多的原料开始计算。
第二步进行校正。例如，在粗算硅砂和砂岩用量时，没有考虑其他原料所带入的SiO2和Al2O3，所以应加以校正。
第三步把计算结果换算成配料单。
3．配料计算实例
高强度低膨胀微晶玻璃（Li2O-Al2O3-SiO2系统）配料计算
3.1性能要求
性能
抗折强度
MPa
抗冲击强度
cmt=3.8mm
膨胀系数
×10-7/℃
30-℃
耐热冲击温度
℃
××3mm
最高使用温度℃
微晶玻璃
75
8-10
1
耐热玻璃
40-70
40-50
31
3.2主晶相的确定
高温锂霞石线膨胀系数呈各向异性，垂直于C轴为8×10-7/℃，平行于轴C为-16×10-7/℃，粉末试样的平均线膨胀系数为-7×10-7/℃
3.3化学组成范围（wt%）的确定；
SiO-易失透75难熔融，粘度高
Al2O-易失透25难熔融，粘度高Li2O2.5-4.52.5难熔融，粘度高4.5易失透ZrO21.0-2.01.0析出大粒晶体2TiO21.0-2.01.0析出大粒晶体棕色加深Na2O0.5K2O2.03.4电磁炉顶板化学组成
SiO2
ZrO2
TiO2
Al2O3
As2O3
P2O5
MgO
K2O
Na2O
Li2O
F
65.4
2.17
2.07
22.8
0.13
1.31
0.44
0.31
0.46
4.15
0.11
3.5原料选用
硅砂（含SiO%）磷酸铝AlPO4(CP)氢氧化铝Al(OH)3(CP)氧化钛TiO2(CP)氧化锆ZrO2(工业级)碳酸镁MgCO3（CP）
硝酸钾KNO3(CP)氟化钠NaF(CP)碳酸锂Li2CO3(CP)氧化砷As2O3(CP)硝酸铵NH4NO3（AR）3.6挥散量设定（%）；P2OZrOTiOLi2O6
3.7配合料计算
硅砂SiO.40÷0.99=66.06
磷酸铝P2O51.31÷0.50=2.62AlPO42.62÷0.58=4.52Al2O34.52×0.42=1.90氢氧化铝Al2O.80-1.90=20.90Al(OH).90÷0.=31.96氧化锆ZrO22.17÷0.75=2.89氧化钛TiO22.07÷0.90=2.30碳酸镁MgCO30.44÷0.=0.92氟化钠NaF0.46÷0.74=0.62硝酸钾KNO30.31÷0.=0.67碳酸锂Li2O4.15÷0.94=4.41Li2CO34.41÷0.=10.90四配合料的要求
配合料的质量对玻璃制品的质量有较大的影响，对配合料的基本要求是；
1．颗粒组成
构成配合料的各种原料的颗粒组成，直接影响配合料的均匀度，熔制速度和玻璃液的质量。配合料的颗粒组成不仅要求同一原料有适宜的颗粒度，而且要求各原料间有一定的粒度比，其目的在于提高混合质量与防止配合料在运输过程中的分层。对一些主要原料的粒度要求为；
硅砂，长石：81孔/厘米2（24目）
白云石，石灰石，菱镁石，萤石：64孔/厘米2（20目）
纯碱，芒硝，煤粉：36-49孔/厘米2（16目）
硅砂：由于水分含量高，如不烘干，只能过25-36孔/厘米2筛（14目），以除去泥团，杂石，草根等。硅砂的颗粒组成符合一定的技术要求。
2．水分
在配合料中加水对于减少粉尘，防止分层，提高混合均匀性，加快熔制速度，有其重要的作用。
（1）使砂粒表面润湿，形成水膜，利于助熔剂的溶解与粘附（水膜约能溶解5%的纯碱和芒硝），能加速玻璃的熔制过程。
（2）加水使配合料粘性增加，减少分层现象。
（3）减少粉尘飞扬，利于改善作业环境。
（4）水分能增强配合料的热传导，加速配合料的熔化。
（5）水分受热变成蒸汽，能翻动玻璃液带出小气泡，加速玻璃液的澄清与均化。
加水量控制在3%-5%为宜，使用芒硝时，水量略为增大，不宜大于7%。如加水过多，料容易粘附于混料设备上，料也不容易混合均匀，而且过多的水分入窑，会增加熔制耗热量。
3．气体含量
在玻璃熔制过程中，某些物料受热分解放出一定量的气体，如CO2,SO2,O2,H2O等，它们能搅动玻璃液，有助于玻璃液的澄清与均化。配合料中的气体含量，对于钠钙硅玻璃，以15%-20%为宜；对铅玻璃，以9%-12%为宜。
4．配合料的均匀性
配合料的均匀性包括颗粒组成均一，水分均一，化学成分均一等。对配合料均匀度的要求为；
水不溶物：允许误差小于0。1%酸不溶物：允许误差小于0。1%
含碱量：允许误差小于0。6%水分：允许误差小于0。6%
为防止配合料层影响均匀性，应注意；
放配合料时落差要尽量小；尽量缩短从混料机到入窑口的距离，运输过程中要防止振动；混合好的配合料要尽快使用。
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