龐立業(yè)

（吳江南玻玻璃有限公司 蘇州 215200）

0 引言

為了滿足厚度2 mm超白壓延玻璃鋼化指標(biāo)要求，對(duì)原鋼化爐裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)改造。玻璃鋼化效果除了與玻璃成分相關(guān)以外，鋼化強(qiáng)度主要取決于玻璃加熱速率和玻璃淬火溫度梯度。2 mm超白壓延玻璃因其厚度較薄，在加熱過(guò)程中極易產(chǎn)生變形，影響玻璃外觀和玻璃性能。因而優(yōu)化設(shè)置2 mm玻璃的加熱曲線十分關(guān)鍵。同時(shí)嚴(yán)格控制玻璃在高溫區(qū)停留的時(shí)間，時(shí)間太長(zhǎng)玻璃會(huì)變形，太短玻璃溫度不足，鋼化效果不夠。為了解決鋼化過(guò)程中存在的缺陷問(wèn)題，采用技術(shù)方案是設(shè)定2 mm玻璃的加熱曲線，嚴(yán)格控制玻璃在高溫區(qū)、冷卻區(qū)停留的時(shí)間，在加熱區(qū)內(nèi)加熱到玻璃轉(zhuǎn)變溫度點(diǎn)，通過(guò)風(fēng)機(jī)淬火快速冷卻至室溫狀態(tài)，使玻璃表面產(chǎn)生壓應(yīng)力與玻璃內(nèi)部產(chǎn)生張應(yīng)力，提高玻璃的抗壓、抗彎、抗沖擊等強(qiáng)度［1］，且通過(guò)控制鋼化爐裝備加熱速率和玻璃淬火溫度梯度，解決玻璃鋼化極易變形疑難問(wèn)題。

1 超白壓延玻璃鋼化原理概述

為了滿足太陽(yáng)能光伏電站用玻璃要求，光伏企業(yè)一般采用透過(guò)率高、反射率低的超白壓延玻璃，其表面設(shè)有壓花凹紋，凹槽的深度可為0.20～0.35 mm，玻璃成分中的鐵含量不大于150×10-6，透光率可達(dá)92%以上。其板面可進(jìn)行鋼化深加工。鋼化原理是將玻璃加熱接近軟化點(diǎn)時(shí)，在玻璃表面急速冷卻，使壓縮應(yīng)力分布在玻璃表面，而張引應(yīng)力則在中心層，增加玻璃的安全度［2］，滿足鋼化后的玻璃強(qiáng)度要求。

2 設(shè)計(jì)鋼化爐裝置結(jié)構(gòu)方案

2.1 原鋼化爐設(shè)備利舊改造

原企業(yè)鋼化生產(chǎn)線的鋼化爐設(shè)備可鋼化尺寸為2 000 mm×1 000 mm×2.5 mm的玻璃，已是使用數(shù)年，設(shè)備陳舊，設(shè)計(jì)參數(shù)達(dá)不到鋼化2.0 mm超白壓延玻璃性能要求，需要針對(duì)鋼化爐裝置進(jìn)行更新改造。工藝參數(shù)設(shè)置遵循低溫短時(shí)間原理，利用熱平衡系統(tǒng)的作用，實(shí)現(xiàn)2.0 mm鋼化玻璃批量生產(chǎn)，從設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)層面上分析，摸索出滿足2.0 mm超白壓延玻璃鋼化爐設(shè)備規(guī)格參數(shù)，達(dá)到全鋼化標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 設(shè)計(jì)改造方案

設(shè)計(jì)思路：鋼化爐系統(tǒng)設(shè)置加熱區(qū)和風(fēng)冷區(qū)以及傳輸機(jī)構(gòu)區(qū)段。加熱區(qū)中，玻璃的上方和下方均設(shè)有加熱裝置；風(fēng)冷區(qū)中，玻璃的上方和下方均設(shè)有風(fēng)柵，風(fēng)柵與供風(fēng)裝置相連，風(fēng)柵上設(shè)有多個(gè)出風(fēng)孔。傳輸機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)輥采用陶瓷輥，傳動(dòng)輥設(shè)置不同的輥道間距。通過(guò)優(yōu)化設(shè)置鋼化參數(shù)，設(shè)計(jì)合理鋼化爐裝置結(jié)構(gòu)等方法，滿足2.0 mm超白壓延玻璃達(dá)到全鋼化程度的要求。

2.2.1 鋼化參數(shù)設(shè)置

鋼化爐加熱方式采用矩陣式加熱，加熱控制點(diǎn)達(dá)468個(gè)，控溫更加精準(zhǔn)到位。

鋼化爐加熱時(shí)間可達(dá)137 s。

鋼化爐溫度650～710 ℃。

鋼化爐輥采用Φ45的細(xì)輥，并采取多種輥間距，高溫區(qū)輥間距最小可達(dá)70 mm。

2.2.2 采用渦輪增壓供風(fēng)方式

鋼化用淬火風(fēng)機(jī)采用渦輪增壓方式，取代原來(lái)的軸流風(fēng)機(jī)加壓。

風(fēng)壓35 000 Pa，流量約80 000 m3/h。

2.2.3 改變風(fēng)柵結(jié)構(gòu)

根據(jù)流體力學(xué)原理，將以往的平風(fēng)柵每條風(fēng)帶均布24個(gè)孔，改為每條風(fēng)帶按一定規(guī)律非均勻地布排風(fēng)孔，使每一處風(fēng)壓和風(fēng)量都相同。

增加風(fēng)柵導(dǎo)流板，確保淬火產(chǎn)生的熱風(fēng)能盡快散去。

定期清理風(fēng)孔，增大風(fēng)壓，減少加熱時(shí)間，提高產(chǎn)能。

2.3 改造鋼化爐結(jié)構(gòu)

改造后的新型鋼化爐裝置見(jiàn)圖1。

改造后的2 mm超白壓延玻璃鋼化裝置，滿足2 mm厚度玻璃鋼化，可有效避免玻璃在鋼化過(guò)程中產(chǎn)生變形［3］，具體結(jié)構(gòu)功能：

（1）鋼化裝置結(jié)構(gòu)依次設(shè)置了加熱區(qū)和風(fēng)冷區(qū)，傳輸機(jī)構(gòu)帶動(dòng)玻璃依次穿過(guò)加熱區(qū)和風(fēng)冷區(qū)。

（2）加熱區(qū)的頂部和四周設(shè)有第一罩板且底部設(shè)有第一底板，冷區(qū)的頂部和四周設(shè)有第二罩板且底部設(shè)有第二底板。

（3）加熱區(qū)和風(fēng)冷區(qū)之間設(shè)有空位區(qū)。第一罩板朝向空位區(qū)的端面設(shè)有用以供玻璃穿過(guò)的通孔，第二罩板朝向空位區(qū)的端面設(shè)有開(kāi)口，開(kāi)口處設(shè)有導(dǎo)流板組件。

（4）導(dǎo)流板組件包括多片間隔排布的導(dǎo)流板，導(dǎo)流板的上部通過(guò)連接組件與導(dǎo)向滑塊固定相連，冷區(qū)朝向空位區(qū)的端部設(shè)有支架，支架上設(shè)有供導(dǎo)向滑塊上下滑動(dòng)的導(dǎo)向桿，架上橫向螺紋連接有多個(gè)螺桿，豎向螺桿的長(zhǎng)度延伸方向?yàn)樨Q直方向，橫向螺紋與豎向螺桿相互垂直，螺桿穿過(guò)支架且其前端面抵持在導(dǎo)向滑塊上。

3 2 mm超白壓延玻璃鋼化工藝技術(shù)

3.1 鋼化升溫曲線設(shè)定

（1）設(shè)計(jì)一種2 mm超白壓延玻璃的鋼化方法，生產(chǎn)過(guò)程均勻加熱和快速升溫，設(shè)定加熱溫度與時(shí)間，實(shí)現(xiàn)溫度有效控制，確保鋼化玻璃每一位置都實(shí)現(xiàn)有效溫差控制。將玻璃依次勻速通過(guò)加熱區(qū)的多個(gè)加溫區(qū)間進(jìn)行升溫［4］，玻璃的升溫曲線如下：

S1： 0～30 s由室溫升溫至300 ℃；

S2： 30～55 s繼續(xù)升溫至350 ℃或360 ℃；

S3： 55～75 s繼續(xù)升溫至400 ℃或420 ℃；

S4： 75～90 s繼續(xù)升溫至550 ℃；

S5： 90～100 s繼續(xù)升溫至630 ℃；

S6： 100～105 s維持溫度在630 ℃；

S代表每一節(jié)爐體的速率（或升溫梯度），共6節(jié)。時(shí)間為橫坐標(biāo)，溫度為縱坐標(biāo)，能畫(huà)出6段斜線。

（2）105～108 s加速穿過(guò)加熱區(qū)和風(fēng)冷區(qū)之間的空位區(qū)，隨后進(jìn)入風(fēng)冷區(qū)；

（3）對(duì)玻璃進(jìn)行高壓淬火，在1.5 s內(nèi)由630 ℃下降至150 ℃；

（4）將玻璃進(jìn)行低壓冷卻，在10 s內(nèi)繼續(xù)下降至90 ℃，采用鋼化方法鋼化效果好，可有效避免2 mm玻璃在鋼化過(guò)程中產(chǎn)生變形。

3.2 鋼化加溫區(qū)間設(shè)定

（1）通過(guò)加熱絲對(duì)玻璃的上表面和下表面同時(shí)進(jìn)行加熱。加熱區(qū)具有一一對(duì)應(yīng)于所述玻璃升溫曲線的多個(gè)加溫區(qū)間，每個(gè)加溫區(qū)間對(duì)應(yīng)的加熱區(qū)內(nèi)的環(huán)境溫度依次為：

T1區(qū)間：400～500 ℃；

T2區(qū)間：500～550 ℃；

T3區(qū)間：550～600 ℃；

T4區(qū)間：600～650 ℃；

T5區(qū)間：650～700 ℃；

T6區(qū)間：700～720 ℃。

（2）玻璃在加熱區(qū)內(nèi)的傳動(dòng)輥上進(jìn)行傳輸，對(duì)應(yīng)于T1區(qū)間傳動(dòng)輥的輥間距為90 mm；對(duì)應(yīng)于T2區(qū)間、T3區(qū)間傳動(dòng)輥的輥間距為75 mm；對(duì)應(yīng)于T4區(qū)間至T6區(qū)間的傳動(dòng)輥的輥間距為70 mm。

3.3 鋼化工藝設(shè)定

（1）采用風(fēng)冷的方式進(jìn)行淬火，采用渦輪增壓方式供風(fēng)。

（2）中高壓淬火時(shí)的風(fēng)壓為46 000 Pa，風(fēng)量為80 000 m3/h。

（3）風(fēng)冷區(qū)朝向加熱區(qū)的一側(cè)端面設(shè)有開(kāi)口，開(kāi)口處位于玻璃上方設(shè)有導(dǎo)流板組件，開(kāi)口處位于玻璃的上方和下方均設(shè)有壓縮空氣吹管組件，導(dǎo)流板組件位于壓縮空氣吹管組件的外側(cè)，風(fēng)冷區(qū)位于玻璃上方產(chǎn)生的熱風(fēng)由壓縮空氣吹管組件限制在導(dǎo)流板組件之內(nèi)并排至外部。

（4）采用沿玻璃的傳輸方向依次間隔設(shè)置的多組風(fēng)柵組對(duì)玻璃吹風(fēng)使其冷卻，風(fēng)柵組垂直玻璃傳輸方向設(shè)置。

（5）上、下風(fēng)柵均與供風(fēng)裝置相連，上、下風(fēng)柵上設(shè)有朝向玻璃吹風(fēng)的多個(gè)出風(fēng)孔。

4 實(shí)施效果

（1）玻璃強(qiáng)度提高。鋼化后玻璃的機(jī)械強(qiáng)度、抗沖擊性、抗彎強(qiáng)度能夠達(dá)到普通玻璃的4～5倍。

（2）玻璃熱穩(wěn)定性提高。鋼化玻璃可以承受巨大的溫差而不會(huì)破損，抗拒變溫差能力是同等厚度普通浮法玻璃的3倍。

（3）玻璃安全性提高。鋼化玻璃受強(qiáng)力破損后，迅速呈現(xiàn)微小鈍角顆粒，從而最大限度地保證人身安全。

（4）玻璃鋼化避免變形。改造后的鋼化爐，采用高溫渦輪增壓供風(fēng)、上下風(fēng)柵增加導(dǎo)流板及風(fēng)孔，有效使淬火產(chǎn)生的熱風(fēng)能盡快散去，有效避免2 mm超白壓延玻璃在鋼化過(guò)程中產(chǎn)生變形。

（5）鋼化過(guò)程有效控制。設(shè)計(jì)了新的鋼化過(guò)程升溫曲線與降溫梯度參數(shù)的工藝制度，通過(guò)在線檢監(jiān)測(cè)與控制，有效提高了玻璃鋼化的效率和成品率。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)原有鋼化爐設(shè)備更新改造，滿足了2 mm超白壓延玻璃的鋼化工藝生產(chǎn)。企業(yè)選擇技術(shù)路線是在設(shè)備鋼化過(guò)程中的“加熱區(qū)、空位區(qū)和冷風(fēng)區(qū)”實(shí)現(xiàn)鋼化效果。通過(guò)設(shè)計(jì)改進(jìn)鋼化爐結(jié)構(gòu)與配置等關(guān)鍵技術(shù)，滿足鋼化工藝操作制度，如加熱方式、加熱時(shí)間、玻璃輸送速度、渦輪增壓供風(fēng)方式、風(fēng)柵導(dǎo)流板的風(fēng)孔降溫等系列操作，鋼化后的性能，符合太陽(yáng)能電站用玻璃具有高透率與光電轉(zhuǎn)化效率，而且板面平整不變形、抗沖擊力強(qiáng)等的優(yōu)秀品質(zhì)。