李小娟 周美茹 武麗華 付斌捷

（河北建材職業(yè)技術學院 河北省綠色高性能建材應用技術協(xié)同創(chuàng)新中心秦皇島 066000）

0 引言

熱熔玻璃又稱水晶立體藝術玻璃或熔模玻璃。熱熔玻璃是以平板玻璃作為加工對象，采用箱式熱熔爐將其加熱到軟化點以上，使玻璃軟化或熔融，經(jīng)凹陷入模成型、退火成為一定平面、立體形態(tài)的裝飾材料，其廣泛應用于家裝行業(yè)。

1 熱熔玻璃加工工藝

熱熔玻璃在加工時，使用耐熱模具材料，經(jīng)過改裁清洗、模具制作、加熱成型、冷卻退火等工序制作成熱熔裝飾玻璃產(chǎn)品，其工藝流程如圖1［1］所示。

圖1 熱熔玻璃工藝流程

熱熔玻璃可以根據(jù)客戶要求尺寸進行改裁加工。

2 熱熔玻璃的退火溫度控制

對于熱熔玻璃的退火，有些廠家采用直接斷電自然悶冷降溫法，這個方法往往由于退火溫度制度不合理，在生產(chǎn)較厚的熱熔玻璃尤其是疊紋玻璃時，玻璃破裂的幾率上升，影響成品率。為提高成品率，通過理論計算并結合實際生產(chǎn)，提出一組科學的生產(chǎn)參數(shù)，為廠家生產(chǎn)提供參考。

（1）確定最高溫度理論值

首先確定所使用玻璃的最高退火溫度。最高退火溫度的確定可根據(jù)表1計算［2］，或者采用雙折射儀測定玻璃的退火溫度［3］。

表1 不同成分的玻璃退火溫度

當表1中的氧化物（CaO、MgO、K2O、Na2O、Al2O3、 Fe2O3、 PbO、B2O3）含量變化1%時，可按表2進行調整。

表2 組成氧化物變化1%時對退火溫度的影響

（2）確定保溫時間理論值

確定退火溫度后，制品需要在退火溫度下進行保溫，使產(chǎn)品各部分溫度均勻，以消除玻璃中固有的內應力。保溫時間可按玻璃制品最大允許應力值公式（1）進行計算［2］：

式中：t——保溫時間，min；

a——玻璃厚度（空心或單面受熱的玻璃取總厚度，實心制品取其厚度的1/2，對于熱熔疊紋玻璃，其厚度按直邊玻璃的厚度計算），cm；

n——玻璃制品最后允許的應力值，nm/cm，對于熱熔玻璃，圖案不同，形狀復雜，實際生產(chǎn)中參照瓶罐允許應力值（50～400 nm/cm）進行選取。

（3）保溫后的冷卻溫度理論值

①慢冷階段：當玻璃經(jīng)過保溫后，由于玻璃溫度仍然較高，冷卻時仍將產(chǎn)生應力，新產(chǎn)生的應力受冷卻速度影響。冷卻速度越慢，新產(chǎn)生的永久應力越小。因此，保溫后必須先進行慢冷。開始慢冷速度可參照公式（2）計算［2］：

式中：h0——開始慢冷時的冷卻速度，℃/min；

d——玻璃制品最后允許的應力值，nm/cm，對于熱熔玻璃，圖案不同，形狀復雜，實際生產(chǎn)中我們參照了瓶罐允許應力值（50～400 nm/cm）進行了選?。?/p>

a——玻璃厚度，cm。

慢冷結束后的溫度應保證低于應變點溫度。

②快冷階段：玻璃經(jīng)過慢冷后，溫度達到應變點溫度以下，此時溫度梯度只產(chǎn)生暫時應力，在保證熱熔玻璃不炸裂的條件下，盡快冷卻至出窯爐溫度即可。最大冷卻速度可參照公式（3）計算［2］：

式中：hc——快冷階段最大冷卻速度，℃/min；

a——玻璃厚度，cm。

（4）實際溫度和保溫時間確定

在生產(chǎn)中，實際的退火溫度一般比計算理論值最高退火溫度低20～30 ℃［2］，對于熱熔玻璃生產(chǎn)，通過實驗對比，選用了低于理論值最高退火溫度10～20 ℃。對于不同厚度不同圖案的玻璃需要測出成型后玻璃的最大厚度再利用公式計算其理論保溫時間，對于疊紋玻璃以紋理凸起端至底面的厚度作為計算理論保溫時間的厚度，為了保證充分退火，需在理論計算值的基礎上增加15～30 min保溫時間，對于疊紋玻璃，保溫時間應取大值。冷卻速度取計算值的20% ～30%。產(chǎn)品形狀越復雜、厚度越大，冷卻速度越要慢。當爐內溫度降為90 ℃時，熱熔爐蓋可開啟一小縫，通過自然冷卻使玻璃繼續(xù)降溫，當溫度降為30 ℃左右時即可完全打開爐蓋，繼續(xù)冷卻至環(huán)境溫度時，產(chǎn)品即可出爐。

對于不同圖案的玻璃，不同厚度的玻璃，經(jīng)過對比試驗，采用表3的參數(shù)，生產(chǎn)的產(chǎn)品質量優(yōu)良，鋼化成品率得到很大提高。

表3 某企業(yè)不同厚度玻璃的退火、保溫、冷卻速度最佳參數(shù)

（5）保溫時間的設備保障

退火過程中，玻璃板面溫度的均勻性非常重要，因為溫度不均將產(chǎn)生應力差，導致殘余應力存在，玻璃易炸裂。為保證溫度的均勻性，熱熔爐加熱系統(tǒng)可設置兩套加熱管，一套用于加熱，另一套用于溫度補償，每套加熱管又分成多組，通過溫控儀自動控溫，保障退火過程中溫度的均勻性，為保證保溫時間和冷卻速度的準確性，爐底爐頂可設置冷卻風扇。

3 熱熔玻璃的表面質量控制

（1）選用優(yōu)質的玻璃原片。熱熔玻璃的材質為浮法玻璃，玻璃的厚度可根據(jù)制品的形狀和要求而定，但玻璃必須清洗干凈再干燥，如有油跡、污穢等，熱加工后在玻璃表面會形成污點，影響玻璃質量。另外，不同廠家生產(chǎn)的平板玻璃成分不盡相同，因此玻璃的退火溫度制度也會不同，所以加工熱熔玻璃時，應盡可能使用同一廠家的玻璃，以便形成統(tǒng)一的加工制度，降低生產(chǎn)難度。

（2）玻璃的放置。熱熔玻璃放置即裝爐時，玻璃的錫面必須向下，錫面起到隔離作用，由于錫面的保護作用，加熱時玻璃和模具黏連性降低，保護了玻璃的表面質量。

（3）模具表面鋪覆隔離粉。在生產(chǎn)中，特別是以石英砂作模具生產(chǎn)紋理玻璃制品時，在石英砂表面鋪覆一層薄薄的滑石粉，燒制出的產(chǎn)品表面滑潤，亮度高，質量好。

（4）石英砂參數(shù)選擇。石英砂既作為熱載體又可作為模具材料，其質量選擇非常重要。粒度過大產(chǎn)品表面受熱不均，表面凹凸過于明顯，過小在攤平時易于產(chǎn)生粉塵，一般選用粒徑40目～80目的石英砂。此外還應選擇雜質含量少的精制石英砂，防止石英砂所含雜質與玻璃反應，影響產(chǎn)品表面質量。另外為保證良好的承托性和均勻加熱，熱熔爐爐底鋪設的石英砂厚度一般為15 cm。

（5）二氧化硫處理表面。二氧化硫具有減少鋼化彩虹、減輕玻璃下表面的劃傷、抑制玻璃表面微裂紋的擴展、延緩玻璃發(fā)霉的作用［4］，在熱熔玻璃加工過程中，采用在爐內加入分析純升華硫，升華硫在高溫下升華后與氧氣反應，形成二氧化硫，實現(xiàn)二氧化硫對玻璃表面的保護作用。使用篩子均勻地將固態(tài)粉狀的升華硫鋪設于模具的凹陷處，升華硫不要和玻璃下表面直接接觸，否則未完全轉化固態(tài)升華硫熔融物會沾附于玻璃表面，難以清理。

二氧化硫是無色氣體，有強烈刺激性氣味，有毒性，長期吸入，容易引起呼吸系統(tǒng)疾病，如慢性支氣管炎、肺氣腫等，還會增加肺癌的發(fā)生率。因此在進行熱熔玻璃生產(chǎn)過程中，二氧化硫處置不當，會對車間環(huán)境及人員產(chǎn)生嚴重影響。為保證生產(chǎn)安全，加熱過程中產(chǎn)生的二氧化硫氣體通過排氣管引入密閉的消石灰吸收池，進行中和處置。

消石灰吸收液的濃度一般為取15%～20%，消石灰吸收二氧化硫后形成CaSO3，當玻璃燒制完成后，向吸收池內通入空氣，使CaSO3充分氧化，轉化成更為穩(wěn)定無害的石膏（CaSO4·2H2O），實現(xiàn)二氧化硫的無害化處理。

4 結語

通過對比實驗，結合玻璃退火溫度、保溫時間、慢冷速度和快冷速度的理論計算值給出了一組優(yōu)化后的生產(chǎn)參數(shù)，為企業(yè)生產(chǎn)提供參考。產(chǎn)品的表面質量可以通過選取優(yōu)質玻璃、正確裝爐、合理選用石英砂、進行表面處理等措施得到改善。通過配制15%～20%消石灰吸收液，酸堿中和池吸收二氧化硫，降低對車間環(huán)境和人體健康的影響。