摘要：本文通过对两种不同颗粒度配比石英砂的熔制结果分析，进行了熔块的气泡试验以及高温观察熔制气泡试验等研究。同时结合生产线实际应用切换石英砂期间，窑炉池底温度波动、玻璃条纹变化，进一步得出石英砂粒度波动对玻璃熔制效果在一定条件下，粒度较小更易使玻璃熔制，而且保持粒度波动稳定性更易保证生产线玻璃的熔制质量。
1、前言
在TFT玻璃生产过程中，原料质量的控制是玻璃产品质量控制的重要环节，其中玻璃配合料的颗粒级配明显影响到玻璃的熔制过程。目前国内一些玻璃生产厂家在玻璃原料质量控制中，往往着重于对原料化学组成及均匀性等方面的控制，对玻璃原料颗粒级配的控制基本上还停留在凭经验的阶段。因此通过理论和实验相结合的手段，研究玻璃配合料中石英砂粒度波动对玻璃熔制的影响具有重要意义。以下分别就不同粒度级配的石英砂通过玻璃熔制、高温观察炉动态观察以及入料后池底温度波动、条纹变化等进行说明。
2、玻璃熔制
玻璃熔制是配合料经过高温加热形成均匀的、无气泡的，并符合成形要求的玻璃液的过程。在这个过程中玻璃配合料经历了硅酸盐形成、玻璃形成、澄清、均化、冷却等。在实际生产过程中，将粉料直接加入高温区域时，硅酸盐形成过程进行的非常迅速，而且随粉料组分的增多而加快，而玻璃形成则非常缓慢，其形成速度主要由料粉的熔融速度决定。所以为了模拟产线熔炉的熔制过程，设置熔融温度程序如下：采取1560℃保温3h，1600℃保温2h，1630℃保温1.5h熔制，然后取出熔制玻璃液进行成形，并在730℃保温1h退火冷却。同时为了更好的对比不同粒度级配的石英砂参与配料熔制玻璃特点，采取了两种不同粒度级配的石英砂，分别按相同固定成分料方（总重量600g）进行称量与混合后，放入高温炉按设定程序进行玻璃熔融成形，并对成形冷却后的玻璃熔块进行气泡个数统计。通过对比熔块气泡个数，在一定程度上能够反映出不同粒度级配的石英砂，在同等条件下的熔制效果。
以同一厂家1#砂D50/48um与2#砂D50/82um分别用于配合料配制并熔融后形成的玻璃熔块。1#砂D50/48um配制熔成后熔块，2#砂D50/82um配制熔成后熔块。
通过观察对比，2#熔块气泡个数较1#熔块气泡个数偏多，而且较集中，气泡形态偏大，熔制效果较差，则说明D50/48um的石英砂比D50/82um对玻璃熔制有利。
3、高温动态观察熔制试验
通过模拟生产线高温熔融成玻璃熔块，并进行熔块气泡个数统计能够看出石英砂粗细粒度级配对玻璃熔制的影响。为了更形象的验证，同时采取了高温动态观察熔制试验，即按相同固定成分料方（总重量50g）进行称量与混合，并利用高纯石英矩管作为容器，放入高温动态观察熔炉，按照程序：20℃/min升温至500℃，10℃/min升温至1400℃，5℃/min升温至1600℃，并1600℃保温3h，进行动态熔制观察，通过摄像记录仪装置记录熔制过程中，气泡变化动态情况。
在硅酸盐形成和玻璃形成过程中，当完成配合料配制与混合后，开始投放配合料于熔炉中进行加热。在配合料加热时，开始是固相反应，有大量气体逸出。碳酸钙等能够直接分解逸出二氧化碳，其他化合物与二氧化硅相互作用才能分解。随着二氧化硅和其他组分开始相互作用，形成硅酸盐和硅氧组成的烧结物；接着出现少量液相，这种液相属于低温共熔物，它能够促进配合料的进一步熔化，反应很快的转向固相与液相之间进行，又形成了另一个新相，并不断出现许多中间产物。随着固相不断向液相转化，液相不断扩大，配合料的基本反应完成了由硅酸盐和游离二氧化硅组成的不透明烧结物，硅酸盐形成过程基本结束。
为了更好的验证玻璃熔制的理论，使用高温动态观察熔炉能够更形象的了解玻璃熔制的具体过程，并更好的佐证了玻璃熔制理论的正确性。并且通过高温动态观察熔炉对两种不同石英砂粒度级配参与配制的配合料熔融记录，也能够证明不同石英砂粒度对玻璃熔制的影响，而且通过对比较细石英砂粒度更易于玻璃熔制。
通过对比1#砂配制料方与2#砂配制料方高温动态观察熔炉动态熔制现象，不难看出：在530℃时显示将配合料刚放进熔炉时的固相状态；在1200℃时显示，配合料形成了硅酸盐和硅氧组成的烧结物，出现低温共熔物，并将很快会向固相与液相转化进行；在1500℃时显示固相不断向液相转化，液相不断扩大，大量气泡排出；刚升温至1600℃时显示，达到液相完全状态，并且大量气泡、上浮排出至液面，玻璃液逐渐向澄清态过渡；1600℃时显示保温2h时，1#砂配制料方样品与2#砂配制料方样品当大量气泡排出后由于张力原因出现玻璃液内部剩余未完全排出的部分气泡。
由以上实验可以看出高温观察熔炉不仅能够很好的佐证玻璃熔制理论，而且能够使观察玻璃熔制过程现象更形象化。然后通过综合对比图7当1600℃保温2h后，1#砂配制料方样品与2#砂配制料方样品玻璃液内部剩余未完全排出的部分气泡大小、数量，能够更鲜明得出在熔制澄清方面1#砂配制料方样品较2#砂配制料方样品较好。
当两种方法验证得出不同石英砂粒度对玻璃熔制带来不同的影响后，由于在玻璃熔制过程中存在着固相、液相、气相，以上各相相互作用，由此而构成较为复杂的相的转化和平衡关系。有些人可能会顾虑：实验过程是否能够完全验证实际生产，毕竟玻璃实际生产工艺制度和玻璃熔窑结构与实验存在差距。为了进一步验证不同粒度级配石英砂对玻璃熔制的影响，通过实际生产切换石英砂粒度批次时的玻璃窑炉池底温度变化，以及玻璃条纹变化进行佐证。
4、生产线影响实例分析
在生产线中，由于熔窑容量有限，而且石英砂使用量大等原因，往往很难保证同一批石英砂的使用。而且结合玻璃形成阶段的反应，在由不透明的半熔烧结物转化为透明的玻璃液过程中，由于石英砂的溶解和扩散速度之比较各种硅酸盐慢的多，所以玻璃形成过程的速度实际上取决于石英砂的溶解—扩散速度，而溶解—扩散过程首先是石英砂表面发生溶解，而后溶解的二氧化硅向外扩散。两者的速度是不同的，其中扩散速度很慢，所以石英砂粒的溶解速度取决于扩散速度。同时石英砂颗粒在熔体中的溶解速度是与溶解的二氧化硅从表面向熔体扩散系数、砂砾表面二氧化硅与熔体中二氧化硅浓度差、交界层厚度及接触面积等有关。
在生产过程中，当烧结物向透明液体转化过程中，经过一段时间后，并在工艺条件控制很好的情况下，玻璃液中已经没有未起反应的配合料，但是玻璃液中还存在着大量的气泡和条纹，当大量溶解的石英砂粒径不稳定时，扩散不均匀，会使气泡和条纹出现不均匀的现象。而且在石英砂切换使用过程中，当投入新批次或者粒度控制不稳定的情况下，由于温度波动或偏低会使粘度增加而导致石英砂颗粒未能完全溶解而形成玻璃缺陷。
为了佐证上述情况，进行切换使用石英砂，在投入新批次石英砂二天，窑炉池底温度发生变化，即切换前石英砂粒度D50/45um，切换后石英砂粒度D50/50um。然而当石英砂参与的配合料进入窑炉完全溶解后，由于换批过程中粒度不同等差异，导致玻璃液在池炉中形成不同随着液流流动的玻璃层，进而形成了条纹明显缺陷，以致影响了成品玻璃质量。
根据跟踪切换过程相关数据采集，得到池底温度变化数据和条纹变化数据。
如池底温度变化数据可见，换批过程中BTC3#温度上升明显，约20℃，换批结束后，温度回落，但比换批前高约10℃，由此可见石英砂换批期间粒度波动对熔制的影响。
根据TFT玻璃品质管控要求，当玻璃条纹等级≥4级时，玻璃予以判废处理。如条纹变化数据可见，石英砂在新旧批次切换时严重影响生产工艺的稳定，导致玻璃板面条纹判废。由此得出，石英砂粒度对生产线正常生产带来的影响不容小觑。在石英砂使用过程中，粒度管控尤为重要。
5、结束语
石英砂在玻璃熔制过程中起主要的作用，通过文中多个实验以及实际生产中的切换应用，得出以下结论。
不同石英砂粒度对于玻璃熔制反应不同，而且石英砂粒度D50偏细时，更易有利于玻璃熔制。在控制石英砂粒度D50偏细时，前后批次的波动性至关重要，会严重影响池底温度及玻璃条纹变化，所以保持粒度波动稳定性更易保证生产线玻璃的熔制质量。
