章 寅

(中國建材國際工程集團(tuán)有限公司，蚌埠 233018)

超白光伏玻璃壓延機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

章 寅

(中國建材國際工程集團(tuán)有限公司，蚌埠 233018)

壓延機(jī)直接影響超白光伏玻璃的成形，該文主要介紹了超白光伏玻璃壓延機(jī)對(duì)玻璃質(zhì)量的影響，分析了影響壓延機(jī)性能及穩(wěn)定性的關(guān)鍵技術(shù)。

超白光伏玻璃； 壓延機(jī)； 關(guān)鍵技術(shù)

超白光伏玻璃是一種壓花玻璃，玻璃板的一面為光面，一面為花紋面，太陽光照射到花紋面時(shí)，花紋可增加太陽光透光率。由于其透光率高，廣泛用于太陽能電池板的蓋板，其作用是保護(hù)晶體硅的組件。隨著全球?qū)η鍧嵞茉刺柲艿睦迷絹碓蕉?，太陽能電池板的需求?huì)不斷增長(zhǎng)，因此對(duì)超白光伏玻璃的需求也會(huì)不斷擴(kuò)大。

壓延機(jī)是超白光伏玻璃成型的主要設(shè)備，它的功能與浮法玻璃生產(chǎn)線的錫槽和密封箱功能相同。熔化的玻璃液經(jīng)過沿口的唇磚，通過壓延輥輥壓成形，成形后的玻璃帶通過接應(yīng)輥道和過渡輥臺(tái)向后輸送，最后進(jìn)入退火窯進(jìn)行退火。在輸送過程中同時(shí)對(duì)玻璃帶進(jìn)行降溫，以達(dá)到合適的溫度進(jìn)入退火窯。在玻璃板降溫的過程中還要保證玻璃板的橫向溫差小以利于玻璃退火。壓延機(jī)性能直接影響成品玻璃的質(zhì)量，尤其對(duì)玻璃板縱橫向厚薄差、玻璃板平整度、玻璃表面花紋等影響較大。壓延機(jī)性能及穩(wěn)定性直接影響超白太陽能玻璃生產(chǎn)的連續(xù)性，當(dāng)壓延機(jī)出現(xiàn)影響玻璃質(zhì)量的故障時(shí)，會(huì)造成生產(chǎn)的中斷，對(duì)企業(yè)來說損失是巨大的。因此，性能優(yōu)越且穩(wěn)定性好的壓延機(jī)對(duì)于超白光伏玻璃的生產(chǎn)十分關(guān)鍵。由于壓延機(jī)處于玻璃熔窯的沿口處，高溫的玻璃液要通過壓延輥輥壓成形為玻璃帶，此處環(huán)境溫度能超過80 ℃，而玻璃板的輻射熱更惡劣，這就對(duì)壓延機(jī)性能要求更高。國內(nèi)好多超白光伏玻璃生產(chǎn)廠家都選用德國制造的壓延機(jī)，德國的壓延機(jī)設(shè)計(jì)理念較先進(jìn)，配套件以及加工件的性能都比國內(nèi)優(yōu)越，壓延機(jī)的整體性能要比國內(nèi)高出一籌。

1 壓延機(jī)組成

超白太陽能玻璃壓延機(jī)主要有壓延機(jī)主體和過渡輥臺(tái)兩大部分組成(見圖1)。壓延機(jī)主體包括溢流口唇磚系統(tǒng)、上下壓延輥、傳動(dòng)系統(tǒng)、氣墊系統(tǒng)、上壓延輥前后調(diào)整機(jī)構(gòu)、壓延機(jī)主體前后調(diào)整機(jī)構(gòu)、接應(yīng)輥、傳動(dòng)系統(tǒng)和壓延機(jī)主體機(jī)架；過渡輥臺(tái)主要包括過渡輥、傳動(dòng)系統(tǒng)、前后調(diào)整系統(tǒng)及機(jī)架。

2 壓延機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 壓延輥高精度平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)

上下壓延輥高精度平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)是超白光伏玻璃壓延機(jī)的最為關(guān)鍵技術(shù)，因?yàn)椴Ａ耆可舷聣貉虞佪亯撼尚危舷聣貉虞佭\(yùn)轉(zhuǎn)精度直接影響玻璃板的厚薄差，花紋質(zhì)量以及平整度。壓延輥高精度平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)包括兩方面：首先，壓延輥運(yùn)轉(zhuǎn)的跳動(dòng)度要?。黄浯?，上下輥的運(yùn)轉(zhuǎn)速度要能做到精確控制，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)速度波動(dòng)要小。

壓延輥跳動(dòng)度小和運(yùn)轉(zhuǎn)速度平穩(wěn)才能保證通過上下輥擠壓成形的玻璃帶厚薄差小，平整度高。一般要求冷態(tài)壓延輥的跳動(dòng)度在0.1～0.15 mm之間。要做到壓延輥冷態(tài)時(shí)合適的跳動(dòng)度，首先壓延輥本身的精度至關(guān)重要，輥體本身圓柱度和輥?zhàn)觾啥溯S頭的同軸度要高，精度要在6級(jí)精度以上，其次輥?zhàn)觾啥说妮S承支撐座加工精度要能滿足要求。

冷態(tài)壓延輥運(yùn)轉(zhuǎn)跳動(dòng)度合適只是保證壓延輥運(yùn)轉(zhuǎn)精度的第一步，最終是保證壓延輥在工作狀態(tài)下也就是熱態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)精度高，這就要求輥?zhàn)拥牟馁|(zhì)在熱態(tài)時(shí)變形小，軸承與軸頭之間要運(yùn)轉(zhuǎn)精度高。對(duì)壓延輥來說，一般要求壓延輥要選用耐熱鋼，耐熱鋼可以使輥?zhàn)釉诟邷貭顟B(tài)下變形小，上壓延輥材質(zhì)一般選用耐熱鋼2Cr13，下壓延輥由于需要刻花，而2Cr13硬度較高不利于刻花，所以下壓延輥一般選用耐熱鋼20CrNiMo。

壓延輥兩端支撐軸承應(yīng)選用耐高溫的自潤(rùn)滑的滑動(dòng)軸承，這種滑動(dòng)軸承能耐300 ℃高溫，在高溫下膨脹量小，軸承內(nèi)表面有耐磨層，而且耐磨層能自潤(rùn)滑，能適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間無潤(rùn)滑油狀態(tài)下與軸頭之間的摩擦。要使軸頭與軸承之間運(yùn)轉(zhuǎn)良好，除了選用合適的軸承外，壓延輥軸頭與軸承之間的間隙大小也至關(guān)重要，間隙過大會(huì)使壓延輥在旋轉(zhuǎn)過程中跳動(dòng)大，間隙過小在熱態(tài)時(shí)軸頭膨脹可能會(huì)和軸承抱死。

因此，要根據(jù)軸頭直徑的大小以及熱態(tài)下軸承處的溫度進(jìn)行計(jì)算輥?zhàn)虞S頭與滑動(dòng)軸承之間的間隙，保證在熱態(tài)時(shí)軸頭與軸承有良好的配合。壓延輥的運(yùn)轉(zhuǎn)速度的精確控制，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)速度波動(dòng)小，相對(duì)來說比較好實(shí)現(xiàn)，只需要上下壓延輥分開單獨(dú)傳動(dòng)，各自的傳動(dòng)電機(jī)帶上旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)輥?zhàn)拥乃俣冗M(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤反饋，通過軟件實(shí)行速度閉環(huán)控制，就能實(shí)現(xiàn)壓延輥速度的精確控制。

2.2 壓延輥的冷卻

壓延輥冷卻是超白光伏玻璃壓延機(jī)關(guān)鍵點(diǎn)，冷卻好才能保證壓延輥在熱態(tài)下輥體變形小，同時(shí)能把玻璃帶的熱量帶走。壓延輥在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中長(zhǎng)期與高溫的玻璃液接觸，壓延輥前部熔窯沿口處的玻璃液溫度能達(dá)到1 100 ℃，經(jīng)過壓延輥輥壓成型的玻璃帶溫度要降到800 ℃以下，因此需要帶走大量的熱量(見圖2)。這就要求壓延輥除了自身散熱外還得有其他的散熱方式，因此需要對(duì)壓延輥進(jìn)行水冷。輥體水冷是減小輥體變形帶走玻璃帶熱量的關(guān)鍵。工業(yè)上應(yīng)用較多的輥體水冷方式是循環(huán)式冷卻(見圖3)，進(jìn)出水都在輥體的同一端，水從輥體的一端進(jìn)入通過放置于輥體內(nèi)腔的進(jìn)水管將冷卻水送至輥體的另一端，冷卻水從進(jìn)水管流出，從進(jìn)水管和輥體內(nèi)壁之間的空腔再回流至進(jìn)水端出水。這種冷卻方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但冷卻效果只能調(diào)節(jié)水流量的大小沒其他調(diào)節(jié)手段，而且水流在腔體中回旋，會(huì)增加阻力，影響流速，同時(shí)在水流回旋過程中可能形成水流的死角，造成局部輥體溫度過高。

德國的壓延機(jī)設(shè)計(jì)了一種單通的水冷方式(見圖4)，即冷卻水從壓延輥一端進(jìn)入從另一端流出，腔體中間設(shè)置內(nèi)芯，內(nèi)芯與輥體內(nèi)壁之間的環(huán)形空間被4個(gè)分隔板分隔成4個(gè)扇形空間，冷卻水進(jìn)入腔體后分別進(jìn)入4個(gè)獨(dú)立的扇形截面空腔，每個(gè)空腔有自己獨(dú)立的出水口。這種單通式輥體冷卻方式有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1)水流從輥體的一端進(jìn)入，從另一端出，水流在腔體中沒有回旋，因此水流阻力小，流速快，能把輥體的熱量很快帶走；2)輥體內(nèi)腔放置了內(nèi)芯和4個(gè)分隔板，內(nèi)腔被隔成4個(gè)小的扇形腔，能保證每個(gè)空腔都能充滿冷卻水，空腔充滿水就能確保輥體內(nèi)壁能與冷卻水進(jìn)行充分的熱交換；3)每個(gè)扇形空腔都有各自的出水口，可通過調(diào)節(jié)各自出水流量的大小來調(diào)節(jié)各自區(qū)域的冷卻效果。

鑒于以上幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)，這種單通式的冷卻方式在冷卻效果和調(diào)節(jié)手段方面都優(yōu)于循環(huán)式冷卻方式，國外的壓延機(jī)基本都采用這種單通式冷卻方式。因此壓延輥的冷卻方式應(yīng)采用這種單通式。

2.3 氣墊系統(tǒng)

氣墊系統(tǒng)也是超白光伏玻璃壓延機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。以前普通壓花玻璃壓延機(jī)沒有氣墊，采用水冷托板箱。水冷托板箱就是用鋼板焊接而成的水包，內(nèi)部通冷卻水，經(jīng)過壓延輥輥壓成形的玻璃帶直接通過托板箱向后輸送，這時(shí)玻璃帶與托板箱直接接觸，由于此時(shí)的玻璃帶處于軟化狀態(tài)，托板容易對(duì)玻璃表面形成擦傷，而且托板箱整體通水，若玻璃帶在橫向上有較大溫差也無法調(diào)節(jié)。

超白光伏玻璃壓延機(jī)為了解決這方面的問題，采用了接應(yīng)輥加氣墊的結(jié)構(gòu)形式(見圖2)，在輥?zhàn)又g的空檔設(shè)置氣墊系統(tǒng)，氣墊一般設(shè)置三道，第一道在下壓延輥和第一個(gè)接應(yīng)輥之間，其他兩道在接應(yīng)輥之間。第一道氣墊在橫向設(shè)置分區(qū)較多，一般橫向設(shè)置五至七個(gè)區(qū)，第二道和第三道氣墊橫向一般分為兩至三個(gè)區(qū)。每個(gè)區(qū)有自己的獨(dú)立的控制閥可控制每區(qū)的風(fēng)量大小。

氣墊有兩大作用：其一，起到托舉玻璃板的作用，因?yàn)椴ＡО逶趧偝鰤貉虞仌r(shí)溫度高，玻璃帶處于軟化狀態(tài)，在玻璃板引頭時(shí)如沒有氣墊的托舉容易造成玻璃帶掉板，正常生產(chǎn)時(shí)如沒有氣墊的托舉會(huì)造成玻璃帶的變形；其二，氣墊系統(tǒng)還可以對(duì)玻璃板進(jìn)行冷卻，以及起到調(diào)整橫向玻璃板溫差的作用。熔窯沿口橫向玻璃液溫差較大時(shí)，會(huì)造成出壓延輥的玻璃板的橫向溫差較大，由于氣墊系統(tǒng)在橫向有多個(gè)分區(qū)，可通過調(diào)節(jié)每區(qū)的風(fēng)量的大小來調(diào)整玻璃板的橫向溫差。特別是第一道氣墊有五至七個(gè)分區(qū)，能很好地調(diào)節(jié)剛輥壓成形的玻璃帶的橫向溫差。因此，氣墊系統(tǒng)既解決了玻璃板與托板擦傷問題又能起到調(diào)整玻璃板橫向溫差的作用，對(duì)于超白太陽能玻璃壓延機(jī)來說至關(guān)重要。

2.4 接應(yīng)輥及過渡輥的冷卻

接應(yīng)輥及過渡輥的冷卻也是超白光伏玻璃壓延機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。接應(yīng)輥和過渡輥的冷卻首先是保證在熱態(tài)環(huán)境下輥?zhàn)颖旧聿荒苡写蟮膹澢冃?，彎曲變形過大會(huì)帶動(dòng)軟化的狀態(tài)的玻璃帶上下起伏波動(dòng)，影響玻璃板的質(zhì)量。

但如果接應(yīng)輥和過渡輥冷卻后溫度過低也會(huì)對(duì)玻璃板產(chǎn)生影響。如果輥?zhàn)颖砻鏈囟冗^低，玻璃帶與輥面接觸時(shí)，二者溫差過大，在接觸的過程中會(huì)使接觸點(diǎn)玻璃板急劇冷卻，會(huì)在玻璃表面留下微裂紋，這種微裂紋會(huì)影響最終成品質(zhì)量。若是接應(yīng)輥或靠進(jìn)熔窯方向的過渡輥表面溫度過低，不僅會(huì)產(chǎn)生微裂紋而且會(huì)使玻璃板出現(xiàn)波浪形彎曲(見圖5)。在接應(yīng)輥和過渡輥臺(tái)靠近熔窯方向的區(qū)域玻璃帶的溫度高，玻璃處于軟化狀態(tài)，玻璃帶和接應(yīng)輥和過渡輥不可能處于線接觸，此時(shí)玻璃帶與輥?zhàn)咏佑|面是弧面，若輥?zhàn)颖砻鏈囟冗^低會(huì)使玻璃帶與輥?zhàn)咏佑|的弧面急速冷卻，從而在玻璃板面形成波浪形彎曲，這種彎曲會(huì)最終會(huì)留在成品玻璃板上。

因此，接應(yīng)輥和過渡輥冷卻要適中，做到冷卻適中有幾種措施：首先，冷卻水量要能做到可調(diào)，當(dāng)輥?zhàn)颖砻嫠疁剡^低時(shí)，可減小輥?zhàn)拥睦鋮s水量；其次，輥?zhàn)拥谋诤癫荒芴?，輥?zhàn)颖诘暮穸却罂勺屳佔(zhàn)觾?nèi)壁部分溫度較低，從里向外輥?zhàn)拥臏囟葷u漸升高。內(nèi)壁溫度低可以保證輥?zhàn)拥恼w剛性好，變形小。由于壁厚度大，輥?zhàn)颖砻鏈囟纫膊粫?huì)過低。另外，國外的壓延機(jī)為了減小玻璃帶與接應(yīng)輥和過渡輥接觸產(chǎn)生快速的熱交換，在輥?zhàn)油獗砻驽兺繉?，涂層材料為陶瓷，由于陶瓷熱傳?dǎo)率較低，減慢了玻璃板與輥面接觸點(diǎn)的冷卻速度。由于輥?zhàn)油獗砻嫱繉涌紤]到附著力等因素，不能鍍的太厚，一般厚度只有0.3～0.4 mm，因此實(shí)際對(duì)于降低熱傳導(dǎo)的效果不太明顯，而且陶瓷鍍層的價(jià)格昂貴，好多超白光伏玻璃廠家不把輥面鍍陶瓷作為首選。

2.5 組件的耐溫性

壓延機(jī)位于熔窯和退火窯之間，熔窯沿口處玻璃液溫度能達(dá)到1 100 ℃，會(huì)向外輻射大量的熱量，而且玻璃帶通過壓延機(jī)輸送時(shí)也會(huì)釋放大量的熱量，因此壓延機(jī)的位置環(huán)境溫度很高，夏天時(shí)環(huán)境溫度能達(dá)80 ℃以上。這就對(duì)壓延機(jī)的組件要求能耐高溫環(huán)境，首先壓延機(jī)的機(jī)架要能承受高溫環(huán)境，型材在高溫環(huán)境下許用應(yīng)力會(huì)降低，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮放大型材或選用厚壁型材等。機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件如減速機(jī)、升降機(jī)、軸承、萬向傳軸等除選用耐高溫的產(chǎn)品外，還要考慮運(yùn)行時(shí)使用耐高溫的潤(rùn)滑脂。電氣現(xiàn)場(chǎng)控制箱應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高溫區(qū)域，電纜和插頭等應(yīng)耐高溫，電機(jī)絕緣等級(jí)應(yīng)在F級(jí)以上，防護(hù)等級(jí)IP55以上。玻璃液和玻璃帶在此處溫度很高，除了考慮環(huán)境溫度外，還要考慮玻璃液和玻璃帶的輻射熱，對(duì)于重要的配套件如電機(jī)、減速機(jī)、升降機(jī)及軸承等要設(shè)計(jì)帶保溫棉密封罩或水包擋住輻射熱。

2.6 電氣控制的操作性和安全性

由于壓延機(jī)所處的區(qū)域環(huán)境比較惡劣，對(duì)操作和使用人員來說，工作強(qiáng)度大，因此電氣控制及軟件應(yīng)盡量做到人性化，比如現(xiàn)場(chǎng)附近設(shè)置可操作的觸摸屏，操作人可以邊觀察壓延機(jī)邊實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的操作。

軟件應(yīng)做到將盡量多的數(shù)據(jù)反饋到系統(tǒng)中，如減速機(jī)的速度、風(fēng)閥的開度及壓桿壓力等，操作人員可以很清楚地了解設(shè)備的各種狀態(tài)，以便于對(duì)機(jī)器作出調(diào)整。電氣控制的安全性對(duì)于壓延機(jī)來說也相當(dāng)重要，因?yàn)閴貉訖C(jī)在正常生產(chǎn)的過程中是不能隨便停止運(yùn)轉(zhuǎn)的，一當(dāng)停止，整個(gè)熔窯沿口的玻璃液就將硬化堆積在壓延輥上，會(huì)造成重大事故。所以在電氣控制上要考慮安全性，控制各電機(jī)的變頻器應(yīng)能做到一旦出現(xiàn)故障，能自動(dòng)切換至備用變頻器上，電機(jī)出現(xiàn)電流異常和溫升超標(biāo)等要立即給出報(bào)警信號(hào)讓操作人員去處理，而不是讓電機(jī)停轉(zhuǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)的急停按鈕應(yīng)有保護(hù)措施，非操作人員很難觸碰等。

3 結(jié) 語

一臺(tái)高性能且穩(wěn)定性好的壓延機(jī)對(duì)超白光伏玻璃生產(chǎn)廠家來說是至關(guān)重要的，壓延機(jī)性能優(yōu)劣直接影響玻璃的產(chǎn)量和品質(zhì)，直接關(guān)系到廠家的經(jīng)濟(jì)效益。壓延輥運(yùn)轉(zhuǎn)精度高，壓延輥、接應(yīng)輥及過渡輥冷卻良好，氣墊系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，機(jī)器組件的耐高溫，機(jī)器操作方便和安全性高，這些都是高品質(zhì)壓延機(jī)必須具備的。壓延機(jī)的開發(fā)設(shè)計(jì)者們應(yīng)考慮這些關(guān)鍵點(diǎn)，從而不斷提高超白光伏玻璃壓延機(jī)的技術(shù)水平，為超白光伏玻璃生產(chǎn)廠家提供更優(yōu)質(zhì)的機(jī)器。

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Key Technology about Low-iron Photovoltaic Glass Rolling Machine

ZHANG Yin

(China Triumph International Engineering Group Co,Ltd，Bengbu 233018，China)

Rolling machine directly influences the forming of low-iron photovoltaic glass.This paper mainly introduces the effect of low-iron photovoltaic glass rolling machine on glass quality，and analyzes the impact of the key technology for the performance and stability of rolling machine.

low-iron photovoltaic glass； rolling machine； key technology

10.3963/j.issn.1674-6066.2015.02.019

2014-12-05.

章 寅(1974-)，高級(jí)工程師.E-mail:zhyin@ctiec.net