趙通

摘要：鋼化玻璃又稱安全玻璃，在建筑行業(yè)和日常生活中應(yīng)用廣泛，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷快速發(fā)展，人們對玻璃制品的需求量和需求面越來越大。然而，玻璃在鋼化的時候需要消耗大量電能，因此鋼化設(shè)備節(jié)能與否就成為用戶選擇設(shè)備時的主要指標(biāo)，也成為廣大鋼化設(shè)備制造商迫切需要解決的問題。玻璃鋼化機(jī)組節(jié)能的方法有很多，為此，主要介紹一種新的鋼化玻璃工藝—“通過式冷卻玻璃鋼化工藝”。所謂通過式是相對于玻璃在風(fēng)柵內(nèi)往復(fù)擺動冷卻鋼化而言的。

關(guān)鍵詞：鋼化玻璃；通過式；有效鋼化時間；鋼化工藝

中圖分類號：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.13.090

1 鋼化玻璃應(yīng)力的形成

鋼化玻璃是通過將玻璃加熱至玻璃的軟化溫度（590℃～620℃）后快速均勻冷卻兩表面，使得玻璃表面形成預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)，從而提高玻璃的機(jī)械強(qiáng)度。鋼化玻璃的應(yīng)力是怎樣形成的呢？我們先來看一下玻璃的一個特性：在冷卻狀態(tài)，即應(yīng)變點(diǎn)以下有一般的固體特征，是彈性體；在熱態(tài)下（軟化點(diǎn)以上）有液體特征，是粘性體，但在某一溫度范圍內(nèi)，即在應(yīng)變點(diǎn)和軟化點(diǎn)之間，卻是液、固態(tài)特征共存，是粘彈體。鋼化就是利用軟化點(diǎn)附近的特性。

玻璃加熱到軟化點(diǎn)溫度附近時，由于處于粘彈性范圍，而粘性成分多于彈性，即使存在溫差，由于分子重排運(yùn)動也不會形成任何熱應(yīng)力。如果玻璃兩面突然受到冷卻，此時表層要收縮，但受里層的約束，所以表層應(yīng)該處于張應(yīng)力，但由于粘彈范圍，此時的張應(yīng)力被瞬間松弛，因此不會破壞；但當(dāng)表層由于冷得快先固化后，中間層開始收縮時，則會受到已經(jīng)固化的表面的牽制作用，因此會使表面處于壓應(yīng)力狀態(tài)，內(nèi)部處于張應(yīng)力狀態(tài)與之平衡，并最終形成應(yīng)力平衡體系。

2 有效鋼化時間

有效鋼化時間是指玻璃鋼化時表面和中間建立其最大溫度梯度所需要的時間，是在鋼化冷卻的前幾秒鐘完成的。要深入了解有效鋼化時間我們先來研究鋼化冷卻時間對應(yīng)力形成的影響，如圖1所示。

從圖中可以看出玻璃在不同的鋼化溫度下冷卻時，都是到達(dá)6～7秒鐘，表面和中間溫差達(dá)到最大值，意味著后續(xù)的冷卻對最終鋼化應(yīng)力的形成已經(jīng)不起作用。

由此可以得出結(jié)論：鋼化冷卻的前6～7秒是最終應(yīng)力形成的關(guān)鍵，后續(xù)冷卻只是為了把鋼化玻璃冷卻到可以搬運(yùn)的溫度，所以從節(jié)能的角度出發(fā)，無須風(fēng)機(jī)始終大風(fēng)量運(yùn)行，只需要前6～7秒有足夠的冷卻，就可以保證鋼化玻璃所需要的應(yīng)力。

圖1所示是在6mm厚度玻璃時總結(jié)出來的鋼化真正的有效時間是前6～7秒，隨著玻璃厚度的減小，這個時間也隨之變短，所需要的冷卻能力（風(fēng)壓）在加大。

3 普通往復(fù)式玻璃鋼化工藝

來看普通玻璃鋼化設(shè)備，它有上下片臺、加熱爐、平冷卻風(fēng)柵、集風(fēng)箱、風(fēng)路和風(fēng)機(jī)組成，如圖2所示。

玻璃加熱到軟化溫度后，快速出爐，在冷卻風(fēng)柵內(nèi)往復(fù)擺動，風(fēng)機(jī)此時工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，使玻璃快速冷卻，待到玻璃鋼化完成后，風(fēng)機(jī)降至低頻運(yùn)轉(zhuǎn)，將玻璃冷卻至搬運(yùn)溫度。根據(jù)風(fēng)機(jī)功率的計算公式：P=Q*p/（3600*1000*η0*η1），在風(fēng)機(jī)效率一定的情況下，風(fēng)機(jī)功率跟系統(tǒng)流量Q和鋼化所需風(fēng)壓p成正比。系統(tǒng)流量是由冷卻風(fēng)柵的版面大小（產(chǎn)能）所決定的，鋼化所需風(fēng)壓主要是由玻璃厚度所決定的。玻璃越薄，所需風(fēng)壓也就越高。

4 通過式玻璃鋼化工藝

上述玻璃鋼化工藝是使用最廣泛的一種，然而在實際生產(chǎn)中我們經(jīng)常會遇到這樣的情況，在鋼化薄玻璃且風(fēng)柵版面大的情況下，一臺風(fēng)機(jī)功率不能滿足，這時候就需要增加一臺同樣的風(fēng)機(jī)并聯(lián)來滿足玻璃鋼化的需求。并聯(lián)風(fēng)機(jī)往往會使風(fēng)機(jī)的效率降低，這樣既造成設(shè)備成本的增加，也會造成電能的浪費(fèi)。

通過上面關(guān)于有效鋼化時間的介紹，我們知道在一定的換熱系數(shù)和鋼化溫度下，真正鋼化的有效時間是玻璃出爐前幾秒，后面只是需要將玻璃冷卻到搬運(yùn)溫度，所以就衍生出了通過式玻璃鋼化工藝，設(shè)備如圖3所示。

玻璃從加熱爐出來之后，首先要經(jīng)過急冷風(fēng)柵的高壓吹風(fēng)，然后進(jìn)入冷卻風(fēng)柵內(nèi)往復(fù)擺動，最終冷卻到玻璃搬運(yùn)溫度，玻璃在經(jīng)過急冷段之后其實鋼化已經(jīng)完成，那么急冷段的長度就是用（玻璃在急冷段的輥道線速度）×（有效鋼化所需時間），輥道線速度一定時，急冷段的長度就和有效鋼化時間有關(guān)系，實際上是跟玻璃厚度有關(guān)系，所以急冷段風(fēng)機(jī)功率跟玻璃厚度有很大的關(guān)系。在做同樣厚度玻璃，同樣裝載率（產(chǎn)能）的情況下，圖3中風(fēng)機(jī)1的功率相比圖2中的風(fēng)機(jī)顯著降低，而風(fēng)機(jī)2只是起到冷卻作用，功率也大大降低。并且風(fēng)柵版面（裝載率）越大，玻璃厚度越薄，此種工藝優(yōu)勢越明顯。

用此種工藝可使鋼化冷卻功耗降低，產(chǎn)能提高，但會對玻璃品質(zhì)產(chǎn)生影響，風(fēng)壓的突變，勢必會產(chǎn)生沿玻璃平面的膜應(yīng)力，一定程度影響玻璃的平整度。同時，受到散熱的影響，該工藝不適用于風(fēng)柵版面太寬的情況。

5 結(jié)論

在鋼化薄玻璃，尤其是厚度為4mm及其以下時，通過式冷卻的玻璃鋼化工藝應(yīng)用非常廣泛，在同樣產(chǎn)能的情況下，這種工藝的平均功耗更低。即使它相對于往復(fù)式玻璃鋼化工藝所做的玻璃品質(zhì)稍差一些，但在大部分情況下都是可以滿足要求的。并且它可以鋼化3mm及其以下厚度大版面的玻璃，這些都是在普通往復(fù)式玻璃鋼化設(shè)備上完成不了的。

參考文獻(xiàn)

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