硅酸盐玻璃熔化温度的计算

硅酸盐玻璃熔化温度的计算裕吴让融..(大连轻工业学院)CaleulationofMeltingTemperatureofSilieateGla“e.W“石泊”夕了。即(Dal扭nIn毗ituetofLightl二dustry)AbstraetonthebasisofWang`:work“]andopt恤让atfonprineiple,theconsatnt口`intheequatio。勃realeulatingtheerf.elencemeltingetmeP.la七ureofsilieaetgla戏5hasbeenr气valua以by伽.ldinatero饭tionmethod,bywhiehthemult问imensionaloPt恤izedcaleulationhasbeentransferredintosomeon--edimensionaloPt恤izedcaleulations.Thismethod15simPlein份Icnlationandlessindeviation,50it访sniatblefortheglasse3withwiderangeofl汕eeooetnt(wt%)incomP0sitfon.Byeomparingthe阁eulatfonswitiltheex拌:imentaldaatof60di任eern七gla脱s,ithasshownthatthedeviatfonsanddi价rene臼withintileran邵of士28oCand士52oCbetweenthecaleulatedvaluesandex详.l恤enatldaatofmeltingetmePartu.loare75%and95%,resPectively.Thedev协tionoftheealeulationofth汤meth喊15le朋thanthatofWang`5result,themetilod15,the.lefore,usefulinPraetice.在玻璃成分时,熔化温度的计算具有重要意义。三十多年来,国内外学者对硅酸盐破璃熔化温度的计算提出了各种经验以~”,解决了一定范围的问题。但是,尚有计算误差大、适用面小等不足。1983年王承遇和陶瑛提出了玻璃理论熔化温度、实际熔化温度和参考熔化温度的概念“,,给出了计算参考熔化温度的经验公式,可以计算的玻璃成分达10种以上,计算误差小,得到了广泛地应用。但是公式中给出的计算系数只适用于在氧化物含量(w七多)变化范围较小时的计算。本文根据优化原理,用坐标轮换法重新计算出该公式中。的数值常数。当氧化物含量(w七多)在较大范围变化时,其对应的计算系数均为同一常数,从而扩大了计算范围。由60个玻璃的实验数据和计算结果表明,玻璃的计算熔化温度与实验铭化温度的偏差和文献〔4〕相比较,平均下降18多。一、理论部分若玻璃组成为:(1)510,,(2)AI,aO,(3)Na,O,(4)K,O,(5)B:oa,(6)oao,(7)Bao,(8)PbO,(9)ZnO,(IO)MgO。计算玻璃参考熔化温度可用下式.1986年10月2日收到。.本工作得到了王承遇、陶瑛教授的指导。玻瑞与抢先竹卷’2期.钻。全计.0。十习只认`=1(1y式中O。是温度常数(oC),认和P`分别为氧化物的计算系数和含量(衬多)。实际上,任何一种玻璃的计算熔化温度和实验熔化温度T弃总是不同的。其误差用函数:,表示灼一O0十燕.PJ认一严(了一丸”)(2)(1)式中O`(感一o,10)的选取应使(2)式的误差函数值:,尽可能地小;另外,由于各种氧化.物的化学性质不同,它们对玻璃熔化的影响也各不相同r们,所以o`间的数值关系应符合一定的化学性质要求。例如,通常加入8心,和AI,0:玻璃变得难熔,故O。>0(社~1,2);而加入其它氧化物玻璃变得易熔,故a。<o(诏~3,10)。又如,碱金属离子对熔化的影响取决于极化能力,因而N+a比K+更易熔,故o。<o’等等。由此可知,影响玻璃熔化温度计算的因素是十分复杂的。依照优化原理可将上述问题近似地转化为11维空间里的约束优化计算、,产、7护、.了、尹、,产、.了、护砂矛、`尹`、叮了、了r、了.、矛U矛户丫mi.n烈.o)一烈弓5.七.G`,>O(咯1:0,,<0(落2二习.。<G。+:(感3~10二一0。!<0.5伽4,(么~0,10)=0,2)二3,10)3,5)`5~7,9)06<0“<G功}o。一1400}<200一般说来,该计算的解较复杂。根据经验,本文采用了一种直接解法—坐标轮换法的,它将多维优化计算转化为若干次一维优化计算,每次计算时固定十个变量,仅对一个变量在给定的区间内直接进行优化计算,并不断地轮换这种计算,直到满足要求为止。实际计算表明,该方法是有效的,计算机程序也较简单。设8:和8,为计算系数O`和目标函数F(认)的控制精度,了为待定变量O式o式了`10)的序号,〔乙,司为变量01的取值区间,万万为划分该区间的等间距数。令马,二一T护,计算步骤如下:1.输入。:,e,,P,`和初值O二0,(感~0,11;歹一1,。);F。一F(O奋o))(感一o,10)、2.键盘输入K,乙,“,HN;3.H~(。一劝/HN;4.0二一乙+云*丑(卜。,H万);由(3)~(9)式确定F:~min.F(o动和对应的口。5.如果H簇8,则转向步骤7;6.乙~OK一H;二~aK+H;F。~尸期转向步骤3;7.输出。`(落一o,10),F:;。一~!Fn一F,}一。.,~一.`一`二0.州米1一,万一`}、8,纵U将!叫少探J勺l刃019.键盘输入NN;10.如果NN价0则转向步骤2..16。玻瑞与雄瓷17卷2期且.结束。步骤1中的初值诀0)伟·0,10)也要满足约束条件〔(4)~(9)式〕。本文计算时。·6.0二、结果与讨论文中计算使用BAsIO语官,在mMse6肠。微型计算机上完成。计算硅酸盐玻璃参考熔化温度的数值常数0.和各氧化物含量(衬多)的允许范围见表1。部分硅酸盐玻璃的计算榕化温度和实验熔化温度的比较情况见表2。本文的计算熔化温度与实验熔化温度的偏差统计分布见表3。表i计算硅酸盐玻璃熔化温度的数值常数C`和各氧化物含组(耐%)的允许范围Table1Caloulationofeon日tantC`for斑eltingtomePratnerfOsilioateglas.es5555510,,AI刃。。场OaaaOaoooBaOOO入a刃刃K,()))Pl又〕〕MgOOOZnOOOCCC---盛.4675551.962444一4.971555一4.051333一2.572000一10.594000一8.红7888一2.39D666一1303888一2.052000尸尸...38~8000<11.555<1555<1000<21.222<17.333<1777<33333<5.333<12.555*温度常数0C~工344.931表2硅酸盐玻璃计算熔化温度与实验熔化温度的比较Table2ComParisonofoaloulatedmeltingte斑Peratureofsilieateglasse.withtheirrealmeltingtemPeratureinexPeriment.0.310.611.33.77.96.91450140015〔幻144014801510142014401450139014401460140()149014731378148514531467150014301431145813831437146214011490+23一22一15+13一13一10+10一9+8一7一3+2+10十1.6一1.6一1.0十0.9一0.9一0.7+0.7一0.6+0.6一0.5一0.2+0.1+0.10玻玻璃成分Gla朗conz砂成红。刀(Wt%)))实验值值计算值值计算偏差差伙伙伙ealllCaleulat司司Devia七王onnn竹竹竹01曰。。Voluoooofff(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((00)))Cal户uIatinooo5551场场Al刃:::巧O,,CaOOOBaoooNa,000K刃刃卫boooMgOOOZnOOO不荡荡荡(。娜娜0000000000000.3337.13331.977721.04441.266616.21112.18884.255512.0444145000147333+23336667.988810.6665.86667.性2226.2221On闷闷7.09990.48881.03330.7444140000137888一22224448.88811.3337.77771.99990_4666666666666616.55510.89993.6664.266615〔幻幻148555一15556666.35551110.54443.7777717。8880.911118885.333111144000145333+13336668.65552.4448.67777.99999114连连11.13336.76666612.生666148000146777一13337775557,88882226.9999999999999999999999916.5552.4666669.5666151000150000一10006665.333337.8888811.699910.79993.433319.57777777142000143000+10005558.111115.29999921.2221.25557.055512。67777777144000143111一999七七1.555557.777777石.4441.622215.1888888888145000145888+888666夕乙99999999914.盛7771。加加16.6555555555139000138333一7770000000000000000000.433312.87779.2888888888144000143777一333盛盛习.5555555555555555555555146000146222+2226662.7999999999999999999999140()))140111+1116668.65555555555555555555551490001490000006662.26666666666666666666666666666666.37777777777777777777777777771.计算得到简化由表1可知,本文给定的氧化物计算系数O`适用于氧化物含量(w七%)有较大的变化范日。例如,510,的含量在38~80W七多时,其计算系数均为同一常数值O`~4·4675。而文献l’]摇将该含量(w七外)划分为五段,对应五个不同的计算系数。所以本文的计算更为简便。玻瑞与拾光炸卷2期·17.表8计算熔化温度与实验熔化温度偏差的统计分布Table8Statistiodi.tribution吐aoleulationdeviationbetweenaoluolatedmetlingtemPeraturaendre压1metlingtemPeartureinexPeriments___:、`:__塑贱_二:__,。。、1士1。}士2,{*`l】士52二立兰兰兰兰二二兰:兰二-{—}—!—}—相对偏差}二l,,八1.01二。,,`1~占:~二刁二一J,盛:~一,门子\l土土】士4。丫}工01工0·U一二二二兰竺兰士二二二竺一-{—}—{—}—伯苏公布}一一l-一l_。~l。,二___,_二__夕与`~工几二之二_二__,、、{怪1.’了!’f勺l谷心.了l梦O刀U`,“L,U,`u`万以`。u“Ul,、物,}}}}幼.计算偏差小(见表2、3)由60种玻璃实验数据计算表明,本文的计算熔化温度与实验熔化温度的偏差在士28。C和士52OC(相对偏差各为土1.9外和3.6界)范围的就占到75外和9石多。与文献〔4]相比较,计算偏差平均下降18%。3.方法简单采用坐标轮换法,在给定的区间上将多维优化问题转化为若千次一维优化计算,从而使计算大为简化。计算结果表明,该方法是有效的,具有实用意义。用计算机研究玻璃熔化温度的计算不同于以往的研究方法以~幻,本文初步探讨了用优化方法计算硅酸盐玻璃的熔化温度,并且获得了比以往更好的结果。但是影响计算熔化温度因素是复杂和多方面的,因而深入地进行这方面的工作是有意义的。参考文献[1]Volf.M:ohem树yrofGlass印1,M卿ow,(1950)[2〕〔苏IA.H.达握利吉尔(郑庆海等译):《晶质玻璃颜色玻璃和乳浊玻璃》,轻工业出版社,(功eo)〔3〕干福熹等:《光学玻璃》,科学出版社,北京。964).[4]WagnChe。盯uadnTaOYing,Gl出朋Teohnology,解[5〕(1983)〔51中国科学院数学研究所:《优选法》,科学出版社,北京,砂5健8(1975).月,.......叫卜…0..二,.`..心,.`.0月..`,....`..`..`.0`..`.0...`.0..二,…0司..明,....月,.`,…0`.....`..`..`.....(上接第象页)空间,因而不存在硼挥发问题,大大减少了表面浮渣,溢流量可减少50%(见图5)。采用该技术的关键问题在于隔焰砖的材质和加热方式。隔焰砖材质不过关,会缩短料道寿命,在玻璃液中产生气泡、结石与条纹。加热方式选择不当,会造成玻璃液温度不均匀。.4、6.炉料道隔焰砖为含错33多无缩孔AZS砖。在加热方式上,吹机料道为火一电混合加热,上部空间是口混系列嫩烧器加热,通过热电偶获得的温度反馈信号自动调节煤气量。下部玻璃液中擂入钥电极辅助加热,恒功率控制。.4炉温控精度为士2℃,#5炉为士0.5“O保证了料滴的重量恒定和料质的均匀。表是4特、犷炉与日本NEG公司一窑炉有关数据的比较。我厂的生产实践证明,采用电助熔技术是大幅度提高高硼硅玻璃的产量和熔化质量,降低燃料消耗,提高熔化热效率和熔化率的有效手段。。2召。玻璃与搪瓷炸卷2期