1、引言

　　市場(chǎng)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(guān)于玻璃色澤，人們比較關(guān)注它的產(chǎn)品屬性和生產(chǎn)過程中的化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象；而對(duì)于生產(chǎn)過程中與玻璃色澤有關(guān)的物理現(xiàn)象，如玻璃色澤與熱傳遞的關(guān)系以及熱傳遞過程的差異對(duì)生產(chǎn)工藝的影響等問題，則缺乏必要的研究。在此，我們根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和一些測(cè)試數(shù)據(jù)，_上述問題做一個(gè)粗淺的探討，以供同行們參考。

2、玻璃色澤與“傳熱差異”

　　不同色澤的玻璃對(duì)于近紫外線、可見光和近紅外線具有不同的吸收能力。幾種顏色玻璃的光透過率曲線示于圖1。


圖1　幾種顏色玻璃的透過率曲線

　　由圖1可見，棕色玻璃對(duì)于400nm附近波長的可見光具有_的吸收能力，在400nm處出現(xiàn)_值。翠綠色玻璃對(duì)于440nm和630nm附近波長的可見光具有較強(qiáng)的選擇性吸收能力，在440nm和630nm處出現(xiàn)_值。淡青色玻璃對(duì)于可見光的吸收能力較弱，在500nm處出現(xiàn)_小值。對(duì)于近紫外區(qū)域光線的吸收能力，棕色玻璃很強(qiáng)，翠綠色玻璃適中，淡青色玻璃較弱。對(duì)于近紅外區(qū)域光線的吸收能力，三種顏色玻璃之間存在_差異，但這種差異已逐漸縮小。當(dāng)色質(zhì)相同而色濃度不同時(shí)，對(duì)光線的吸收能力與色濃度的變化呈正比例關(guān)系。

　　在玻璃生產(chǎn)過程中，光輻射與熱傳遞是密不可分的兩個(gè)物理現(xiàn)象。對(duì)于不同色澤的玻璃而言，吸收輻射光的能力愈強(qiáng)，亦即吸收高溫輻射熱的能力愈強(qiáng)，玻璃表面吸收的熱量_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(chǎn)過程中，當(dāng)玻璃色澤變更或玻璃色濃度發(fā)生變化時(shí)，將使熔化、成型、退火等工藝過程的狀況發(fā)生顯著的變化。只有了解了不同色澤玻璃的“傳熱差異”，并對(duì)因“傳熱差異”帶來的工藝變化采取相應(yīng)的對(duì)策，才能使生產(chǎn)過程得到有效的控制。

3、玻璃色澤與熔化過程

　　在玻璃熔爐內(nèi)，存在著輻射、對(duì)流、傳導(dǎo)三種熱傳遞形式。玻璃色澤的變化對(duì)于傳熱形式和傳熱效率有著至關(guān)重大的影響。_熔化過程而言，玻璃色澤變化對(duì)于工藝狀況的影響比玻璃成分變化的影響要明顯得多、嚴(yán)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(diǎn)做鉛垂線進(jìn)行不同顏色玻璃的溫度分布監(jiān)測(cè)，對(duì)于有關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后列于表1。

表1、幾種顏色玻璃在熔爐內(nèi)的溫度參數(shù)

玻璃色澤 碹頂熱電偶溫度 玻璃液面觀測(cè)溫度 池底熱電偶溫度
淡青色 1520℃ 1420～1430℃ 1200～1210℃
翠綠色 1520℃ 1430～14440℃ 1040～1060℃
棕色 1520℃ 1450～1460℃ 1120～1150℃

　　由表1可見：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(duì)應(yīng)關(guān)系，棕色玻璃的吸熱能力_強(qiáng)，液面溫度_；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(fù)雜；淡青色玻璃的情形容易理解，因?yàn)樗蛰椛涔獾哪芰^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(qiáng)，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。www.sfmingjie.com

可是，棕色玻璃的情形_有些難以理解，它吸收輻射光的能力_，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“傳熱反常”現(xiàn)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(gè)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(yīng)存在較大的溫度梯度。然而，由于棕色玻璃的吸熱能力很強(qiáng)，上層玻璃液吸收熱量后，溫度升高，體積膨脹，沿水平方向產(chǎn)生向周圍的推力，這種推力經(jīng)池壁改變傳向較下的液層，形成了對(duì)流作用力。下層的玻璃液受對(duì)流作用力的擠壓逐漸上升，在上升中吸收熱量發(fā)生體積膨脹，產(chǎn)生向周圍的推力，進(jìn)而加強(qiáng)了對(duì)流作用。棕色玻璃的強(qiáng)吸熱能力導(dǎo)致了熔化池內(nèi)的強(qiáng)對(duì)流作用，對(duì)流傳熱的加強(qiáng)彌補(bǔ)了輻射傳熱的不足，這_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(qiáng)吸熱能力導(dǎo)致的強(qiáng)對(duì)流作用。當(dāng)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(qiáng)對(duì)流。當(dāng)熔制翠綠色玻璃時(shí)，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(gè)行之有效的措施。當(dāng)在同一熔爐內(nèi)欲更換不同色澤的料液時(shí)，熔化部、工作部和供料道的工藝要素都要做相應(yīng)的調(diào)整，方能適應(yīng)因玻璃色澤的“傳熱差異”引起的工藝狀態(tài)變化。

4、玻璃色澤與成型過程

　　在玻璃成型階段，料坯內(nèi)部及料坯與模具之間的傳熱，主要是以輻射和傳導(dǎo)方式進(jìn)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(shí)，不同色澤的玻璃其吸熱能力和傳熱能力還存在著相當(dāng)大的差異，這種“傳熱差異”必然會(huì)給傳熱進(jìn)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(gè)成型工藝過程中，處于中間的玻璃層溫度_，與工藝氣和模具相接觸的內(nèi)外兩個(gè)層溫度_，熱量以輻射和傳導(dǎo)方式不斷地從高溫層向低溫層轉(zhuǎn)移。玻璃色澤不同，以輻射方式傳遞熱量的速度_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(gè)“表層硬化速度”的概念，它是左右模具冷卻強(qiáng)度和瓶子成型速度的生要因素之一。對(duì)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(jīng)歷了撲氣、倒吹氣、重?zé)?、延伸、正吹氣等工藝步驟，熱量不斷從玻璃體內(nèi)部向玻璃表層轉(zhuǎn)移，再經(jīng)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(dāng)玻璃表層硬化并足以維持玻璃體的形狀時(shí)，瓶子便成型了。

實(shí)際上，瓶子出模時(shí)，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(shí)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(shí)瓶體溫度較高；淡青色和翠綠色玻璃則介于它們之間。生產(chǎn)無色玻璃瓶時(shí)，需要較高的冷卻強(qiáng)度，否則瓶子_容易變形；生產(chǎn)棕色玻璃瓶時(shí)，需要較低的冷卻強(qiáng)度，否則瓶子易于產(chǎn)生冷斑及表面微裂紋。調(diào)整冷卻強(qiáng)度主要有兩種途徑，即機(jī)械調(diào)整和工藝調(diào)整。機(jī)械調(diào)整包括調(diào)整工藝氣用量、調(diào)整模具冷卻風(fēng)用量、調(diào)整機(jī)構(gòu)動(dòng)作配時(shí)等；工藝調(diào)整包括調(diào)整機(jī)速、調(diào)整滴料溫度、調(diào)整料坯形狀和重量等。

5、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(dāng)，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(shè)備條件下，不同色澤的瓶子進(jìn)入退火窯時(shí)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(bǔ)償?shù)臒崃渴遣煌摹?/span>

使用電加熱退火窯時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)不同色澤的瓶子在功率消耗上的差異。當(dāng)然，這對(duì)于玻璃內(nèi)應(yīng)力的消除不會(huì)產(chǎn)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(jìn)入急冷帶時(shí)，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(jìn)入遠(yuǎn)紅外線區(qū)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(duì)冷卻進(jìn)程產(chǎn)生_影響。當(dāng)玻璃色澤變更時(shí)，由于冷端噴涂工序的要求，為了獲得適當(dāng)?shù)母G門出口溫度，需要對(duì)冷卻帶的溫度制度做相應(yīng)的調(diào)整。