论文部分内容阅读
【摘 要】我公司工业园分厂主要生产高档棕色瓶，红棕色的质地是理想的高档口服液、保健品、高档饮料包装的首选，但是，由于瓶罐玻璃着色工艺本身存在的缺陷，要达到优美的红棕色受到多种生产工艺条件的限制，从原料质量、配合料质量到熔制工艺的各个环节都会对色泽的形成产生一定的影响。因此，如何控制着色稳定，保持良好的红棕色，是我工作中一直探索的问题。
【关键词】氧化指数；玻璃瓶
1、棕色玻璃瓶的着色机理
我公司生产的玻璃瓶属于普通的钠-钙-硅玻璃系统，棕色的形成来源于应用广泛的“硫碳”着色机理，虽名为“硫碳”着色，但其中的碳仅起还原剂的作用，并不参与着色，真正对颜色起决定作用的是其中的硫离子、铁离子。
在玻璃熔体中，硫以硫化物S2-的形态与玻璃原料中引入的铁以Fe3+的形态共存，Fe3+离子与S2-离子之积的大小作为衡量色心浓度的标志，决定了玻璃着色浓度的深浅。在一定的氧化还原条件下，玻璃中的氧化铁（Fe2O3）会被还原成氧化亚铁（FeO）或硫化亚铁（FeS）和生成Fe2S3，其中硫化铁（Fe2S3）与多硫化钠形成棕色的着色团----硫铁化钠（NaFeS2），当这个着色团的浓度达到一定的量值时，玻璃就会呈现出优美的红棕色。
2、我公司原来控制玻璃瓶色泽的方法及缺陷：
自生产棕色瓶以来，我公司对玻璃瓶色泽的控制主要是靠肉眼观察成品颜色，再根据观察结果来调整料方中还原剂煤粉的用量，来达到控制玻璃瓶色泽的目的。但是煤粉中的碳并不参与着色，仅起调整还原程度的作用，同批等量的煤粉在不同的配方下，并不能获得相同的色泽效果。在实际生产中，经常遇到的情况是在同批等量的煤粉的条件下，如果调整了料方，特别是在调整了石英砂用量以后，瓶子颜色就会出现大的波动，生产出来的玻璃瓶颜色或偏深或偏浅，需要多次调整料方中煤粉的用量进行校正。
对于我公司分厂的中型窑炉来说，如要调整色泽至少需要10个班次，大约80小时的时间才会产生效果，因此至少有10个班次的瓶子色泽不是很理想。
另外，调整配方中煤粉的用量难度很大，因为增减煤粉的量并没有什么理论根据，只是根据以往的经验数进行调整，难免出现调整的量不到位的情况，一般需要半个多月的时间才能将瓶子颜色恢复。由于玻璃的生产从配合料配制到玻璃成品的产出存在一定滞后，因此根据成品的颜色去调整配方中煤粉的用量，生产出来的瓶子颜色波动较大，色泽不稳定，其局限性是显而易见的。
3、利用配合料氧化还原指数（Redox）控制色泽
为了解决瓶子颜色波动较大的弊端，保持成品色泽的稳定，改变单纯以结果控制源头的缺点，必须寻找一种快速有效办法，从生产流程的源头即配合料的配方开始就控制成品的色调，使实际生产过程中，无论原料、配方等如何变化，成品的颜色能够基本保持稳定。
3.1利用配合料氧化还原指数的依据：
分析“硫碳”着色的机理，我认为玻璃瓶之所以能形成优美的红棕色，起决定作用的因素是，在一定的氧化还原条件下玻璃熔体中[Fe3+]离子和[S2-]离子浓度之积的大小。
而玻璃熔体中的氧化还原程度除受熔制温度、燃料种类、火焰形状及助燃空气量等条件影响外，主要与组成玻璃配合料的原料及其配比有着密切的联系。
资料表明，在玻璃原料中都含有一定的氧化性或还原性组分，使原料处于一种相对固定的氧化还原状态。经准确测定后，就可以通过调整配合料的组成确定配合料的氧化还原指数，从而确定玻璃熔体中的氧化还原程度，达到控制玻璃瓶色泽的目的。
这种计算控制方法称为配合料氧化还原指数控制。这里介绍的就是通过计算配合料氧化还原指数，控制配合料的氧化还原程度，达到控制玻璃瓶颜色的目的。
3.2利用配合料氧化还原指数控制色泽的方法
要使玻璃瓶具有稳定的红棕色，必须使玻璃熔体处于稳定的还原状态。在组成玻璃配合料的原料中，芒硝、重晶石、铁红粉具有氧化性，石英砂等其它矿物原料中含有的有机物碳化物具有还原性，但是控制配合料的氧化还原指数主要还是通过在配合料中加入强还原性的煤粉，利用煤粉中引入的碳来起决定作用。为了控制好配合料的还原程度，我们主要计算重晶石、芒硝、煤粉、铁红粉等4种原料相对于石英砂的配比对配合料氧化还原指数的影响。通过查阅相关文献，结合我公司的生产实际，确定了适合窑炉运行的氧化还原指数的经验公式（式中用量单位为kg）、氧化还原指数基本值。
Redox指数=（芒硝用量/石英砂用量）*2000*0.67+（重晶石用量/石英砂用量）*2000*0.4+（铁红粉用量/石英砂用量）*2000*0.25-（煤粉用量/石英砂用量）*2000*0.6*6.7。
式中：原料的用量----每付配合料中各种相关原料的实际用量
2000---我们在计算时是以2000㎏的石英砂加入量为基准。
0.67---芒硝的氧化还原系数
0.4---重晶石的氧化还原系数
0.25---铁红粉的氧化还原系数
0.6---煤粉中的含碳量
-6.7---100%碳的氧化还原系数
3.3使用方法：
利用上面这个经验公式，可以很方便的计算出每个料方的氧化还原指数。以本厂正在使用的一个配方为例，计算如下。
配方：石英砂283㎏，煤粉2㎏，芒硝2.5㎏，重晶石5㎏，铁红粉0.8kg，每付配合料熔成的玻璃液726.5㎏。Redox指数=（2.5/283）*2000*0.67+（5/283）*2000*0.4+（0.8/283）*2000*0.25-（2/283）*2000*0.6*6.7=-29.4346。
由于每个Redox指数都对应着一种颜色，为了得到客户需要的红棕色，在实际生产中，我们采集了色调稳定的20个料方，利用肉眼的视觉感受能力，按照玻璃瓶色调的深浅分为红棕稍浅、正色红棕、红棕稍深三组，再分别计算出这30个料方各自对应的Redox指数及各组的平均Redox指数，作为我们日常配方中使用的标准Redox指数的允许范围。
在计算任一料方的标准Redox指数时，我们先按基础玻璃成分计算出所需的各种原料的用量，在根据标准Redox数的允许范围要求，将芒硝、煤粉的用量进行微量调整，使配合料的Redox数符合要求范围，以保证成品能获得预先设定的稳定色调。
3.4 使用效果
自我公司采用Redox指数控制颜色的办法后，每当颜色需要调整时，我们只需查阅一下所需色泽所对应的Redox指数，再根据其值得允许范围，将配合料的组成原料作一些适当调整，只用很短的时间，就可以准确无误的调出所需色泽，保持生产稳定，提高企业的生产效率和经济效益。
结论：
综上所述，通过预先计算配合料Redox指数的方法，再辅以观察成品颜色对煤粉或芒硝用量进行微量调整，减少玻璃瓶色泽的波动，保持稳定的玻璃瓶颜色，在实际工艺控制上是行之有效的。
通过三年多的实践，我们利用配合料Redox指数成功的控制了玻璃瓶的颜色，使玻璃瓶的色泽长期保持了稳定的红棕色，并能按照顾客的要求对成品色泽进行或深或浅地微调，极大地满足了客户的要求。这种控制方法，从源头上减少了玻璃瓶颜色波动的可能性，保证了玻璃瓶色泽的稳定，有效提高了公司的市场竞争力。
【关键词】氧化指数；玻璃瓶
1、棕色玻璃瓶的着色机理
我公司生产的玻璃瓶属于普通的钠-钙-硅玻璃系统，棕色的形成来源于应用广泛的“硫碳”着色机理，虽名为“硫碳”着色，但其中的碳仅起还原剂的作用，并不参与着色，真正对颜色起决定作用的是其中的硫离子、铁离子。
在玻璃熔体中，硫以硫化物S2-的形态与玻璃原料中引入的铁以Fe3+的形态共存，Fe3+离子与S2-离子之积的大小作为衡量色心浓度的标志，决定了玻璃着色浓度的深浅。在一定的氧化还原条件下，玻璃中的氧化铁（Fe2O3）会被还原成氧化亚铁（FeO）或硫化亚铁（FeS）和生成Fe2S3，其中硫化铁（Fe2S3）与多硫化钠形成棕色的着色团----硫铁化钠（NaFeS2），当这个着色团的浓度达到一定的量值时，玻璃就会呈现出优美的红棕色。
2、我公司原来控制玻璃瓶色泽的方法及缺陷：
自生产棕色瓶以来，我公司对玻璃瓶色泽的控制主要是靠肉眼观察成品颜色，再根据观察结果来调整料方中还原剂煤粉的用量，来达到控制玻璃瓶色泽的目的。但是煤粉中的碳并不参与着色，仅起调整还原程度的作用，同批等量的煤粉在不同的配方下，并不能获得相同的色泽效果。在实际生产中，经常遇到的情况是在同批等量的煤粉的条件下，如果调整了料方，特别是在调整了石英砂用量以后，瓶子颜色就会出现大的波动，生产出来的玻璃瓶颜色或偏深或偏浅，需要多次调整料方中煤粉的用量进行校正。
对于我公司分厂的中型窑炉来说，如要调整色泽至少需要10个班次，大约80小时的时间才会产生效果，因此至少有10个班次的瓶子色泽不是很理想。
另外，调整配方中煤粉的用量难度很大，因为增减煤粉的量并没有什么理论根据，只是根据以往的经验数进行调整，难免出现调整的量不到位的情况，一般需要半个多月的时间才能将瓶子颜色恢复。由于玻璃的生产从配合料配制到玻璃成品的产出存在一定滞后，因此根据成品的颜色去调整配方中煤粉的用量，生产出来的瓶子颜色波动较大，色泽不稳定，其局限性是显而易见的。
3、利用配合料氧化还原指数（Redox）控制色泽
为了解决瓶子颜色波动较大的弊端，保持成品色泽的稳定，改变单纯以结果控制源头的缺点，必须寻找一种快速有效办法，从生产流程的源头即配合料的配方开始就控制成品的色调，使实际生产过程中，无论原料、配方等如何变化，成品的颜色能够基本保持稳定。
3.1利用配合料氧化还原指数的依据：
分析“硫碳”着色的机理，我认为玻璃瓶之所以能形成优美的红棕色，起决定作用的因素是，在一定的氧化还原条件下玻璃熔体中[Fe3+]离子和[S2-]离子浓度之积的大小。
而玻璃熔体中的氧化还原程度除受熔制温度、燃料种类、火焰形状及助燃空气量等条件影响外，主要与组成玻璃配合料的原料及其配比有着密切的联系。
资料表明，在玻璃原料中都含有一定的氧化性或还原性组分，使原料处于一种相对固定的氧化还原状态。经准确测定后，就可以通过调整配合料的组成确定配合料的氧化还原指数，从而确定玻璃熔体中的氧化还原程度，达到控制玻璃瓶色泽的目的。
这种计算控制方法称为配合料氧化还原指数控制。这里介绍的就是通过计算配合料氧化还原指数，控制配合料的氧化还原程度，达到控制玻璃瓶颜色的目的。
3.2利用配合料氧化还原指数控制色泽的方法
要使玻璃瓶具有稳定的红棕色，必须使玻璃熔体处于稳定的还原状态。在组成玻璃配合料的原料中，芒硝、重晶石、铁红粉具有氧化性，石英砂等其它矿物原料中含有的有机物碳化物具有还原性，但是控制配合料的氧化还原指数主要还是通过在配合料中加入强还原性的煤粉，利用煤粉中引入的碳来起决定作用。为了控制好配合料的还原程度，我们主要计算重晶石、芒硝、煤粉、铁红粉等4种原料相对于石英砂的配比对配合料氧化还原指数的影响。通过查阅相关文献，结合我公司的生产实际，确定了适合窑炉运行的氧化还原指数的经验公式（式中用量单位为kg）、氧化还原指数基本值。
Redox指数=（芒硝用量/石英砂用量）*2000*0.67+（重晶石用量/石英砂用量）*2000*0.4+（铁红粉用量/石英砂用量）*2000*0.25-（煤粉用量/石英砂用量）*2000*0.6*6.7。
式中：原料的用量----每付配合料中各种相关原料的实际用量
2000---我们在计算时是以2000㎏的石英砂加入量为基准。
0.67---芒硝的氧化还原系数
0.4---重晶石的氧化还原系数
0.25---铁红粉的氧化还原系数
0.6---煤粉中的含碳量
-6.7---100%碳的氧化还原系数
3.3使用方法：
利用上面这个经验公式，可以很方便的计算出每个料方的氧化还原指数。以本厂正在使用的一个配方为例，计算如下。
配方：石英砂283㎏，煤粉2㎏，芒硝2.5㎏，重晶石5㎏，铁红粉0.8kg，每付配合料熔成的玻璃液726.5㎏。Redox指数=（2.5/283）*2000*0.67+（5/283）*2000*0.4+（0.8/283）*2000*0.25-（2/283）*2000*0.6*6.7=-29.4346。
由于每个Redox指数都对应着一种颜色，为了得到客户需要的红棕色，在实际生产中，我们采集了色调稳定的20个料方，利用肉眼的视觉感受能力，按照玻璃瓶色调的深浅分为红棕稍浅、正色红棕、红棕稍深三组，再分别计算出这30个料方各自对应的Redox指数及各组的平均Redox指数，作为我们日常配方中使用的标准Redox指数的允许范围。
在计算任一料方的标准Redox指数时，我们先按基础玻璃成分计算出所需的各种原料的用量，在根据标准Redox数的允许范围要求，将芒硝、煤粉的用量进行微量调整，使配合料的Redox数符合要求范围，以保证成品能获得预先设定的稳定色调。
3.4 使用效果
自我公司采用Redox指数控制颜色的办法后，每当颜色需要调整时，我们只需查阅一下所需色泽所对应的Redox指数，再根据其值得允许范围，将配合料的组成原料作一些适当调整，只用很短的时间，就可以准确无误的调出所需色泽，保持生产稳定，提高企业的生产效率和经济效益。
结论：
综上所述，通过预先计算配合料Redox指数的方法，再辅以观察成品颜色对煤粉或芒硝用量进行微量调整，减少玻璃瓶色泽的波动，保持稳定的玻璃瓶颜色，在实际工艺控制上是行之有效的。
通过三年多的实践，我们利用配合料Redox指数成功的控制了玻璃瓶的颜色，使玻璃瓶的色泽长期保持了稳定的红棕色，并能按照顾客的要求对成品色泽进行或深或浅地微调，极大地满足了客户的要求。这种控制方法，从源头上减少了玻璃瓶颜色波动的可能性，保证了玻璃瓶色泽的稳定，有效提高了公司的市场竞争力。