張志勇 康璐娜 趙智均 宋清超 許世清1, 劉世民1,

（1.沙河市安全實業(yè)有限公司創(chuàng)新研發(fā)中心 沙河 054100；2.望美實業(yè)集團有限公司 沙河 054100；3.燕山大學 秦皇島 066000）

0 引言

隨著GB 11614—2022《平板玻璃》的頒布和實施，浮法玻璃橫向厚薄差已成為每個浮法生產企業(yè)所關心的問題，反映出錫槽成形水平的高低。如果控制的好，可以提高產品質量、降低生產成本，具有特定組成的浮法玻璃在成形過程中需要在一個有效的溫度區(qū)間內進行操作，在此溫度范圍內可以實現(xiàn)預期的成形效果和質量控制。由于玻璃液在成形溫度范圍內符合牛頓流體的特性，加上拉邊機對玻璃帶的節(jié)流作用，玻璃液的流速在整個玻璃帶的橫向斷面上呈拋物線狀分布［1］。退火窯內的溫度和氣氛同樣受到嚴格控制，以保證原板在退火過程中達到預期的性能指標。錫槽兩側縱向對稱分布的拉邊機在精確的自動化控制系統(tǒng)的指揮下，通過退火窯以一定的速度牽引，經過退火窯的加熱和冷卻區(qū)域，最終獲得預期的寬度和厚度值，以滿足后續(xù)生產過程的需求。橫向斷面的溫降不一致性以及拉邊機對玻璃帶的節(jié)流作用在橫向上的不均勻性，可能導致浮法玻璃厚度、厚薄差或表面光學質量等方面達不到國標所規(guī)定的要求，如果情況嚴重，還可能導致生產過程無法進行。因此，合理選擇拉邊機參數(shù)對于控制浮法玻璃的成形至關重要。

1 玻璃成形過程中玻璃帶厚薄差現(xiàn)狀

浮法玻璃工藝是利用金屬錫液面上的漂浮特性和錫液溫度場的影響，使熔融玻璃液在重力、表面張力、黏度和拉引力的共同作用下，逐漸達到攤平、拋光、定型，并使玻璃帶具有平衡厚度值的工藝過程，需要在特定的溫度控制區(qū)域中進行，以確保玻璃液的熔融狀態(tài)和錫液溫度場的穩(wěn)定。自然狀態(tài)下，玻璃帶平衡厚度為6.84 mm。若需要制造厚度超出或低于平衡厚度的玻璃板，必須使用拉邊機，可以通過改變玻璃在成形過程中的拉伸速度，實現(xiàn)對玻璃厚度的控制。

在浮法玻璃成形過程中，由于多種因素的影響，如高速拉引工藝、玻璃帶橫向溫差以及化學成分不均勻等，導致玻璃板在橫向上常常出現(xiàn)厚薄不勻的現(xiàn)象。GB 11614—2022《平板玻璃》規(guī)定板厚為4 mm的玻璃，其厚薄差小于等于0.15 mm。但在日常生產中，經常出現(xiàn)厚薄差較大的情況，超過了國標所規(guī)定的要求。對于鈉鈣硅玻璃，其成分確定之后，相應成形溫度區(qū)間以及黏度范圍也相應的確定下來。在生產過程中，第1對拉邊機位置處的玻璃液處于高溫段，這時拉邊機對其施加強制力，但作用不會持續(xù)，并且由于相對較小的黏度，玻璃帶寬度會在拉邊機作用后迅速收縮。因此需要控制第1對拉邊機處的溫度，使其處于成形溫度范圍內。通常工廠會在第1對拉邊機前側加水包，對熱端冷卻降溫，但如果操作不當會使玻璃帶邊部溫度下降過多，黏度變大，阻礙全板寬的均勻拉薄過程，使得玻璃帶邊部變厚、中部變薄，如圖1所示。為解決玻璃帶厚薄差問題，需要對玻璃成形過程中拉邊機工藝曲線進行優(yōu)化。

圖1 玻璃厚度分布圖

2 拉邊機工藝對浮法玻璃橫向厚度的影響

2.1 參數(shù)設置

本文討論的浮法玻璃錫槽成形溫度區(qū)為950～840 ℃，玻璃液黏度為104.25～ 105.75Pa·s，厚度為4 mm的浮法玻璃，通常采用4對拉邊機，為精確調控，在生產過程中，采用5對拉邊機來確保產品能夠順利地完成加工［3］，這5對拉邊機通過速度差和角度的調整，產生向內的分力，對玻璃進行拉薄處理，如圖2所示，其中夾角a為拉邊機擺角，F(xiàn)x為沿玻璃帶運動方向的縱向拉力，F(xiàn)y為垂直于玻璃帶運動方向的橫向拉力，u為玻璃帶運動速度。

圖2 生產薄板浮法玻璃拉邊機的擺角示意圖

2.2 拉邊機法厚度曲線分析

第1對拉邊機的主要作用是節(jié)流和穩(wěn)定板根，以保證玻璃液的流速呈現(xiàn)為邊部低、中部高的拋物線型。起始速度過快或過慢都會導致厚度曲線異常，適當?shù)目刂扑俣瓤梢缘玫嚼硐氲钠教範畈ＡА３Ｒ姷睦厵C速度曲線見圖3，由于比例關系，我們將速度比v縱 /vdrawing作 為因變量，其中v縱為拉邊機縱向速度，vdrawing為拉引速度。如果第1對拉邊機的速度過快，即圖3中的曲線1，節(jié)流作用過小，第1對拉邊機對拉伸玻璃帶邊部沒有起到足夠的作用，邊部降溫快，后期中部黏度較邊部小，導致隨后的拉邊機之間中部比邊部的速度級差要大，中部比邊部拉薄得多，從而導致中部更薄，邊部一直保持厚的狀態(tài)，形成盆子狀的厚度曲線（圖4（a））。如果速度過小，如圖3中的曲線3，節(jié)流作用過強，可能導致魚肚處過寬［4］，使得板中和板邊的速度差更大，造成邊部比中部拉薄得多，形成饅頭狀的厚度曲線（圖4（b））。而適當?shù)乜刂扑俣龋凑請D3中的曲線2，可以得到理想的平坦狀（圖4（c）），并且可以避免損壞已拋光好的表面，并減輕縱向波筋缺陷。在生產中，通常通過降速后魚肚達到一定寬度后的速度來確定第1對拉邊機的速度，也可以通過先估計攤平后魚肚處的寬度，粗略估算出第1對拉邊機前玻璃帶的平均前進速度，使第1對拉邊機的速度低于該速度即可。

圖3 生產4 mm玻璃時拉邊機位置與速度比的擬合曲線

圖4 常見厚度曲線

3 拉邊機工藝的優(yōu)化

根據浮法玻璃成形工藝的原理，玻璃板寬度方向厚度差異產生原因之一，是不同拉邊機在玻璃板寬度方向和縱向方向上施加的力配合不當，這些力通過調整拉邊機的速度和角度來調節(jié)。為了更清晰地呈現(xiàn)這種關系，將拉邊機的速度進行分解。由它們之間的關系可得，拉邊機速度與拉邊機擺角余弦的乘積是拉邊機的縱向速度［5］，表示為v縱 ＝vroll×cosa，拉邊機的橫向速度是拉邊機速度與拉邊機擺角正弦的乘積，表示為v橫 ＝vroll×sina，其中vroll為拉邊機速度，a為拉邊機的擺角。由于橫向速度和縱向速度之間的固定關系，因此，本研究只對玻璃厚薄差與拉邊機縱向速度的相關關系進行討論。

在拉制過程中，玻璃帶的前半段會經歷較大的變化，因為它需要承受更大的拉伸力和熱量。因此，前半段的作業(yè)控制非常重要，以確保產品的厚度和均勻性符合要求。橫向拉邊作業(yè)的調控也非常關鍵，因為它可以影響產品的寬度和形狀。通過精確控制拉邊作業(yè)，可以確保產品的尺寸和形狀符合要求，并且表面光滑、無缺陷。

為了保證薄玻璃成形過程中的效果，錫槽兩側縱向排列分布的拉邊機的速度應逐漸增加，相鄰拉邊機之間的速度比例不宜過大。在拋光區(qū)和拉薄區(qū)之間，為了有效防止拉力傳遞到拋光區(qū)，需要一個過渡區(qū)。另外，為了降低收縮率［6］，控制速度比例不能太大。如果速度比例過大，玻璃帶的橫向寬度會在橫向拉力的影響下逐漸擴大。然而，由于縱向張力和其自身的黏度，玻璃帶會試圖收縮。在此過程中，如果拉邊機的參數(shù)設置不合適，則相鄰拉邊機會使玻璃帶寬度時大時小，對玻璃的穩(wěn)定控制極為不利。在生產過程中出現(xiàn)的“葫蘆邊”［7］等缺陷就是在這個過程中產生的。因此，應合理調整速度比例，以避免此缺陷的發(fā)生。

為了確保玻璃帶在拉薄前的初始平均流速，第1和第2對拉邊機的速度比例應適度增大，以使線速度迅速提升并超過初始平均流速。同時，倒數(shù)第1～第2對拉邊機的速度比例也可以適度增大。這種速度比例的分布方式，即兩端大中間小的分布，有助于提高玻璃表面的質量。通過合理調整拉邊機的速度比例，優(yōu)化其工藝曲線，可以有效地提升產品的質量和生產效率。

在拉邊機工藝曲線的優(yōu)化過程中，需要避免出現(xiàn)如圖5所示的情況，即速度曲線上存在下降的區(qū)間段，這將導致玻璃帶之間相互糾纏，產生更多的無效相互作用。不僅會影響拉引效率，還會降低產品質量。因此，在優(yōu)化過程中，應該盡量保持速度曲線的平穩(wěn)，以避免出現(xiàn)上升后又下降的區(qū)間段?？梢酝ㄟ^調整拉邊機的參數(shù)、優(yōu)化拉邊機的設計等方式來實現(xiàn)這一目標。

圖5 生產4 mm玻璃時拉邊機位置與速度比的優(yōu)化擬合曲線

4 結論

在拉制過程中，玻璃帶的厚度、速度和寬度變化主要發(fā)生在前半段，因此需要特別注意前半段的作業(yè)控制，特別是橫向拉邊作業(yè)的調控，對于產品的質量和產量至關重要。合理選擇拉邊機的速度曲線，并控制好溫度，以實現(xiàn)穩(wěn)定生產。通過合理調整拉邊機的速度比例，優(yōu)化其工藝曲線，可以有效地提升產品的質量和生產效率。