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1、浮法厚玻璃的退火摘要：浮法厚玻璃退火质量的好坏将直接影响其切裁率和成品率。本文回顾了退火窑理论的发展和我国退火技术的现状，结合实践阐述了厚玻璃退火的基本思路和我国浮法玻璃退火存在的一些问题。关键词： 退火窑 退火理论 厚玻璃退火应力退火曲线Abstract： The thick glass in method that float the quality backs the fire quantity will affect directly its slice to cut the rate with the finished product rate. This text looks ba
2、ck to back the theoretical development in kiln in fire to back the present condition of the fire technique with the our country， joining together to practice to expatiate the thick glass back the fiery and basic way of thinking to float with the our country the method glass backs the some problem th
3、at fire exsits.Keywords： Back the fire kiln Back the fire theories Thick glass Back the fire Should dint Back the fire curve引言：退火工艺是浮法玻璃生产工艺的重要组成部分，退火质量的优劣直接影响玻璃生产的成品率及最终产品的使用效果。目前，有关浮法玻璃退火理论的研究尚处于探索阶段，相关环节对玻璃退火质量的影响也还处于研究探讨之中，因此，浮法玻璃退火过程的控制仍是目前浮法工艺中一个相对薄弱的环节，需要我们在传统退火理论的基础上，不断进行分析、总结，以期找出提高浮法玻璃退火质量
4、的恰当方法和步骤。 浮法玻璃退火理论的发展自从英国人发明了浮法工艺生产平板玻璃后，浮法玻璃的退火也成为广大玻璃科技工作者的研究课题，在这方面研究开发较早的国外公司主要以比利时公司为代表，其它公司如法国安东尼公司等也进行这方面的研究工作。1.1 6070年代浮法玻璃退火理论浮法工艺的特点是拉引速度快，厚度变化范围大，玻璃技术工作者提出了适应浮法工艺的退火理论，其主要思想为： 1.1.1 玻璃在锡槽成型后离开锡槽的温度约为，玻璃板能被冷端操作者接受的温度约为左右，在这个温度区间，玻璃经历了从塑性体到弹性体的变化过程，大约在的温度是这种变化的转折点。1.1.2 玻璃退火主要解决两个问题。()残余应力
5、值要合适 太小易碎，太大不易切裁；（）暂时应力分布均匀 否则，在冷却过程中玻璃板面易出现物理缺陷，甚至炸裂。在高于温度时玻璃通过变形吸收温度差形成永久应力，在低于时，玻璃温度达到室温时，暂时应力也随之消失。1.1.3 玻璃板在一定的温度范围内可以快速冷却，特别是以下，可以最大限度地冷却玻璃板。1.1.4 考虑到玻璃板平整度对温度差的敏感性，在高温区用间接换热方式对其降温，低温区用冷风直接冷却，且这些冷却强度能够控制。1.2 80年代浮法玻璃退火理论通过若干年的实践，解决浮法玻璃的退火已不成问题，但降低退火窑的成本，提高其运行效率已成为该技术领域的目标，年公司宣布该公司已成功地对退火窑的冷却系统
6、进行了有效的改造。其内容为：将玻璃板在的温度区间内的冷却方式由原来的间接冷却改为由热风循环直接冷却，这种工艺的最大优点就是可以将退火窑缩短，增加操作灵活性，而热风并不另外增加热源，而是用玻璃散发的热量。该公司将这种区域起名为()区。年代末，法国公司开始生产浮法玻璃退火窑设备，从此打破了几乎是公司独霸的市场。公司主要以生产钢铁行业热处理成套设备为主，具有一定的实力。该公司研究玻璃退火窑考虑了玻璃退火特性的同时，较明显的结合有钢铁热处理设备及工艺技术的特点。主要表现在以下几个方面：1.2.1 在玻璃的退火区玻璃板上部用热风循环间接冷却玻璃板。玻璃板的温差由风温来调节，玻璃板下部的温差由管道的风量来
7、调节。1.2.2 冷却器全部为圆管，而且在退火后区玻璃板上下的冷却器都为一层。1.2.3 在热风循环直板冷却区后端设有个热风排泄烟囱，前端装有一个隧道压力控制系统，以调控烤窑及生产时退火窑的热工状态。1.2.4 保温壳体采用外死内活的结构形式，装拆灵活、易维修。1.2.5 电加热器放在壳体外部、易于维修。玻璃板下没有任何加热设备。年代初期，、公司产品均打入我国玻璃行业，两家产品均满足了洛阳浮法的工艺要求。由于两家产品工艺技术措施不完全相同，在我国浮法玻璃行业实际上也形成了两种对操作习惯的不同认识。1.3 90年代浮法玻璃退火理论进入年代，玻璃制造商更加注重新技术的开发，而新技术新装备的开发首先
8、取决于新的理论的产生。过去，人们普遍认为玻璃退火点到应变点的温度区间内是退火的重要区域，这一点已被实践证明，作为两种工艺的代表和公司只是做法上不同，前者用冷风逆流间接冷却玻璃，后者用热风逆流循环冷却玻璃。而在退火前区，玻璃温度在范围内，两种工艺在认识与装备上几乎达到一致。即：在这个温度区间内，由于玻璃的塑性性能较好，可以用冷风顺流间接换热方式冷却玻璃板（如图）。在这个区域内，如果采用逆风方式冷却玻璃板，则开始由于的风温与玻璃温度差较大，换热效率较高，玻璃本身感到的降温速度是由大到小。结束时，由于两者温差较小(-)换热效率就较低，而从玻璃本身产生残余应力的机理上看，的玻璃粘度比的大，也就是玻璃在
9、高温时吸收温差的能力比低温时的大，相对更容易产生残余应力，因而更需要缓慢冷却玻璃板。如果在这个区域，采用顺风间接冷却玻璃板，刚开始冷却时，由于玻璃板与风温差较大( )，换热速度较大。冷却结束时，由于玻璃与风温差( )较小，换热速度较小，玻璃本身感到的降温速率是由大到小，这样就满足了玻璃退火合理控制残余应力的要求（图所示），另外公司在纵向退火工艺上有新的调整，年代，/退火窑，区长度设计或，区设计成和，共长.，而年代则把区设计成长，区不分和，共长。与公司的/退火窑产品性能见表，几种纵向退火工艺布置见表22 我国浮法玻璃退火技术状况：我国洛阳浮法退火技术经历了几个发展阶段2.1 全电砖结构退火窑采用
10、国外年代的退火理论，将退火窑设计成砖结构隧道式，窑内装有电加热器和风冷却器，这种形式的退火窑最大特点是造价较低，但存在窑密封保温不好，操作不灵活，维修不方便，玻璃板不能太宽等缺点。2.2全钢全电退火窑（传统冷风工艺）退火窑采用年代国外浮法玻璃退火理论，全钢结构，窑内装有电加热器和风冷却器，其特点为：造价相对较高，但窑密封性能好。易操作、易维修。2.3全钢全电退火窑（新型冷风工艺）年代初期，通过生产实践和引进产品。我国自行设计出了全钢全电浮法退火窑，其原理与结构基本上与公司年代末及年代初的产品相同，直到年代初期，我国浮法玻璃行业几乎都是这种产品。2.4全电全钢退火窑（热风工艺）1996年11月我
11、国第台热风工艺全钢全电退火窑投入运行，这台设备吸收了公司的工艺特点，兼顾了我国工厂的操作习惯及制造行业的条件，其技术性能水平基本接近公司年代初产品性能。综上所述，到目前为止，我国浮法玻璃制造行业全电砖结构退火窑，全电全钢传统冷风工艺退火窑，全钢全电新型冷风工艺退火窑，全电全钢热风工艺退火窑共存，各个工厂也都总结摸索出一套适应这些设备的操作运行办法，从而促进了行业的技术进步。3.厚玻璃退火的基本思路随着浮法工艺在我国的迅速发展，国内浮法企业已从5mm、6mm的常规生产，向多品种厚玻璃的规模生产迈进。在摸索厚玻璃成形工艺的同时，退火工艺也日益显现出不容忽视的作用。到目前为止，不少厂家均生产过10m
12、m、12mm的厚玻璃，成形已不是突出问题，而退火质量则成为制约产品切裁率及持续规模生产的一个重要的、甚至是决定性的因素。用拉边机成形的厚玻璃，板边比齿印内的玻璃薄，边部散热比板中部多。因此，板边比中部温度低。在退火区，这种温差的存在，将使温度均衡后的玻璃边部受压应力，中部受张应力，切割掰断时，切口出现多角或少角，也就是说横切边部不走刀线。在冷却区，这种温差的存在，边部将受张应力，中部将受压应力，厚度越厚，温差越大，边部极易发生纵炸。在生产10mm、12mm时，常出现沿齿痕附近的纵炸条，损失严重。玻璃的退火是一种消除或减小玻璃中的残余应力至允许值的热处理过程。这个过程是在退火窑内完成的。对浮法工
13、艺，玻璃带温度经此由600冷却至70左右。退火中所需控制的热应力分为两类：一是由纵向温降梯度所引起的厚度应力(或称为端面应力)，二是由玻璃带的横向温度所引起的表层应力。两者又均有永久应力和暂时应力之分。以下主要就永久应力的控制进行论述。3.1厚度应力的控制现今，不同厚度浮法玻璃的残余应力是以板芯应力(即残余中心张应力)的大小来衡量的。即：=4.4572G式中：板芯应力(nm/cm)玻璃厚度(cm)GB区冷却速度(/min)由此，很容易得到板芯应力与拉引量Q(t/d)、原板宽W(m)及B区长度L(m)的关系：=8.66Q/(LW)(取玻璃带在B区进出口温差为70)从上式可以看出，板芯应力的大小与
14、拉引量、生产厚度成正比，与B区长度及原板宽度成反比。比利时CUND公司例举了不同厚度永久应力的允许和使用值：倘以5mm、21.5nm/cm的应力值为基准，若假定在不同厚度的玻璃生产中拉引量等均不变，则相应的板芯应力值如下：从中可以比较出，在拉引量等均不作调整的情况下，6mm生产能满足使用应力要求，而10mm及其以上的玻璃生产时，其板芯的永久应力将超过其使用值，甚至在19mm生产时，超过其允许的极大值。所以，对于10mm以上厚玻璃的生产，欲取得理想的板芯应力，须降低拉引量或延长退火区的长度。3.1.1降低拉引量降低拉引量是满足不同厚度的厚玻璃生产要求的一种手段，参照上面数据，以5mm的拉引量作为
15、基准，在生产12.7mm、19mm时欲达到其永久应力的使用值，若其它条件不变，则拉引量需依次降低17.7%和39%。即随着生产厚度的增大，拉引量的降低幅度增大。现有退火窑，一般在设计说明上大都标注有219mm的生产能力，但实际运作起来，15mm及其以上厚玻璃的生产难度极大。由于12mm以上厚玻璃生产时，单纯大幅度降低拉引量，势必出现拉引量同锡槽固有设计能力的悬殊差别，此时，低吨位的玻璃液带进的热量较少，欲满足成形的温度要求，即使提高些流道温度，仍需要很大的电加热进行必要的补偿。当然，这里提到的使用值是较小的，且没有标注对测试样品的具体取样要求和规格(毕竟切裁后板芯应力会部分释放，样品规格越小，
16、应力释放越多)，实际生产中我们虽无须将此作为一种绝对的数字依据，但生产中应绝对把握这种方向和趋势。3.1.2延长退火B区长度现有退火窑在设计上，一般地对400t/d的窑来说，其B区长度在21m左右，500t/d的窑其B区长度为24m。相应地，其5mm板芯应力值约为21nm/cm，以5mm、500t/d的窑为基准，12.7mm及19mm生产时，若拉引量不变，仅单纯从B区长度考虑，欲满足其使用板芯应力值的B区长度分别为29.1m和39m。因此，厚玻璃生产中，拉引量维持不变时，B区长度应相应延长。延长B区长度的途径有两种：(1)对于一个确定的退火窑，可以通过减小玻璃带在B区的冷却速度，达到相对延长该
17、温度区段长度的目的。但这样无疑会增加退火后区冷却负担，易使玻璃带出敞开区的温度偏高，而快速直接急冷又有害，从而对装箱造成影响。(2)在新窑设计上，有意识地增加B区的长度。由于以上值毕竟是可以放宽的，况且在实际生产中再通过对拉引量进行一些必要的调整，设计整体投入并不大，这样能够实现退火窑真正意义的满足15mm以上的生产。这一点供大家探讨。综上，在厚玻璃生产中，欲取得较理想的板芯应力，应对拉引量和退火B区长度统筹兼顾，综合考虑，作出适当调整，并根据自身实际，力争找出一个在拉引量作小幅调整的情况下，取得满意退火质量的上佳方案。自然，通过现场对厚度允许公差的控制及板宽的调整，也能对减少板芯应力值起到一
18、定的辅助作用。3.1.3实际生产中，锡槽出口温度应以稳定的低温控制为宜在玻璃板逐渐冷却过程中，其厚度上的温度分布呈抛物线形，即中心比表面热，其差值：T=a2.R/8K式中：a厚度R冷却速度K导热系数玻璃越厚，其温差就越大，出口处的低温控制，可使其在A区的冷却速度相对慢些，进而缩小其厚度上的温差，对消除或减小板芯应力有利，同时也为B区的退火创造了良好的条件。3.2表层应力的控制由玻璃带的横向温差所引起的表层应力是退火中又一个至关重要的控制环节。表层应力控制的好坏直接影响玻璃的退火和切裁。在玻璃生产过程中，由于各部位升温、散热条件的差异，玻璃板产生一定的横向温差是必然的，而且总是存在着玻璃板边部温
19、度比中部温度稍低的情况。鉴于这种情况，其控制思路是设法提高边部温度，降低中部温度，尽可能减小横向温差，以使产生的内应力不影响成品率。以我公司浮法一线采用的法国斯泰因热风循环退火窑为例，在退火区之前，边部风温设定比中部风温高1020；在退火区后，则通过控制阀门的开度大小，使玻璃板整体实现较为均匀的降温。对玻璃板横向温差的有效控制，能明显提高玻璃的切裁成品率，这是退火工艺的重要控制内容之一。按传统的划分，A区为预退火区，B区是重要退火区。但在生产的实际操作中，从锡槽出口到B区出口，均应视为减小表层应力的重要退火区段。毕竟，B区以前过大的横向温差所形成的过大应力在B区是无法松弛的。所以，仅注重B区的
20、温度控制是片面的和不可取的，这难免会出现此种疑问：生产同样厚度的玻璃时，B区温度基本无变化，有时生产情况挺好，而再生产时，退火却很糟，原因就与此有直接关系。应该说，玻璃板在锡槽出口的温度控制，是玻璃退火的第一步。这里包括两方面的内容：首先，稳定锡槽的出口温度，波动力争控制在1。这将在很大程度上减小退火温度的相应波动，极大地稳定退火的温度制度。与此同时，控制缩小玻璃板的横向温差，必要时，开启锡槽出口两侧的电加热。在此基础上，将A区的横向温差控制在12(中部略高)，这在生产中是完全能够做到的，进而有效控制B区的横向温差，使从锡槽出口到B区出口的一整个重要退火区段处于良好的温度制度下，从而取得满意的
21、退火质量。当然，退火后区所产生的暂时应力，也会对切裁产生不容忽视的影响，这里不再赘述。在采用拉边机法进行厚玻璃的生产时，玻璃板横向会出现自由边比拉边机齿内偏薄的问题。基地生产10mm，当靠近齿印的内侧厚度为9.65mm时，自由边厚为8mm，相差17%。12mm生产时的对应数据分别为11.65mm和9.62mm，其最边部为8.95mm，我们自由边宽度两边均为50mm左右。这种厚度差势必造成原板横向上的温差，使边部过冷。为此，从成形操作上，应力争缩小自由边的宽度，从退火方面，或临时加设自由边部的加热器，或适当加强中部的冷却。从实践看，通过加强成形的操作控制，能使问题得以解决。目前，国内厂家对各种厚
22、度的允许板芯应力值尚缺乏自己的实践积累数据，生产线上为数不多的在线应力测试仪有待真正充分发挥作用，实际操作上多以经验为主，遇到某些具体问题，调节带有一定的盲目性。这就急待通过同仁的努力，使国内浮法玻璃的退火从感官上的行与不行，到依据数据、曲线，向科学化方向迈进出一套适应这些设备的操作运行办法，从而促进了行业的技术进步。3.3 暂时应力对超厚浮法玻璃退火的影响 暂时应力是退火下限温度以下，由于快速冷却造成玻璃板的内外温差引起的应力。在此温度下，玻璃完全变成弹性体，当玻璃冷却到常温时，内外温差消失，暂时应力也就消失了，由于快速冷却造成过大的暂时应力，往往会引起玻璃板的炸裂。处理暂时应力的方法与处理
23、永久应力的方法是不同的，不熟练的操作人员往往采取不适当的方法而加剧了炸裂，越调越糟，最后被迫放弃快速冷却的手段，甚至停止了F区的冷却风，使得玻璃板到切割区还处于较高的温度，影响了切割的质量。3.4纵向温度梯度的控制玻璃板上下表面温差的影响一般情况下，在分析退火问题时，对玻璃板横向温差考虑得较多，而对玻璃板上下表面温差考虑得较少。玻璃板上下表面降温速度的差异，同样会对退火质量产生一定程度的影响。因此，在退火窑的下部设置測温仪器(如热电偶)是十分必要的。根据致密性原理，在对玻璃上下表面温差的控制方面，应该遵循下表面比上表面温度稍高的原则。(1)锡槽出口温度进行稳定的低温控制，如果5mm生产时出口温
24、度为600，厚玻璃生产时该处温度范围大致在585600之间，且出口玻璃带横向温差不超过3。(2)严格控制A区的出口温度。从纵向考虑，A区的目的只有一个，使玻璃板的温度在该区出口时，达到退火上限。对于冷风逆流工艺来说，该点温度若偏低，或换句话说，使玻璃板的退火上限温度前移，是十分有害的，这势必造成玻璃板在退火最敏感的上限区域内的冷却速率增大，不利于板芯应力的消除。实际生产中，A区出口温度是我们严格控制的温度点，尤其对10mm以上的玻璃，当偏离理想值5，退火明显恶化。众所周知，浮法玻璃的退火上限温度550左右，但生产中的退火温度以镍铬镍硅热电偶监控为主，热电偶距玻璃板的距离一般在2080mm，其显
25、示的空间温度与玻璃板的实际温度毕竟是有差异的。所以，摸索该温度的理想值是厚玻璃退火的又一个关键所在。(3)由于退火窑结构的特殊性，B区以自然冷却为主，强制辐射冷却由C1区承担，使退火下限向C1区延伸。正由于此，15mm较5mm常规生产时的拉引量仅需小幅调整。这种退火窑结构的特殊性和在实践中显现出的对各种厚度的良好适应性，对今后退火窑设计改进具有启发的意义。3.5 退火曲线的控制退火曲线的控制对厚玻璃退火温度的控制比对薄玻璃的要求要高。因为玻璃成型过程产生的应力与玻璃制品的成型厚度成正比关系，玻璃越厚，其产生的内应力越大。对厚玻璃退火过程的控制，除了要考虑成形等影响因素外，对退火曲线的调整是需要
26、考虑的又一重要因素。根据我们生产10以上厚玻璃的实践，在适当降低拉引速度的前提下，退火区及退火区之前的温度可以保持基本不变(实际上冷却速度已经降低)；退火区以后应较大幅度地调整阀门开度，以降低冷却速度。根据法国斯泰因公司提供的数据，生产12厚的玻璃时，在退火区温度保持不变的情况下，只要降低拉引量5%以上，就可以使玻璃中残余的永久应力符合要求。由于厚玻璃比薄玻璃的退火控制更为全面、严格，因而将其作为判断退火窑综合控制能力的标准。实际生产中，对退火曲线的控制除了运用在线应力分析仪分析退火质量的优劣外，还可以用玻璃横切后的切割质量来判断。如果玻璃裁切的横断面光滑明亮，就可以初步判断退火曲线的控制较为
27、合适。4 浮法玻璃退火存在的问题从设计与生产实践看，我国浮法退火技术领域尚存在一些值得重视的问题：(1)设计基本上是参照、两大公司年代初的工艺技术进行设计的，但只做到了宏观方面的相似，微观环节并没有达到技术要求，如：玻璃板平面辐射传热性能、保温材料的热性能与安装的关系，环境温度对玻璃板热交换的影响等。(2)国内的情况是设计部门将设计图交给建设单位，由建设单位选择制造厂家进行制造，验收检验不到位，运行后往往才发现许多部位达不到设计要求。在国外主体非标制造总装及性能测试都在承担设计的公司完成，因此，产品最终使用性能都能达到设计要求。(3)标准设备选型退火窑上使用的风机，蝶阀一般都是标准设备选型。建
28、设单位对这些设备的重要性往往认识不足，造成设备选型不合格。从实际运行看，风机压力、风量不足、蝶阀精度不够都是较常见的影响玻璃温度调节精度的因素。(4)材料质量不过关从国产退火窑实际运行看，新投产的退火窑其电加热元件、壳体隔热材料的性能还说得过去，当使用一段时间后人们会奇怪地发现，加热元件发热量下降，壳体的散热量增加，这说明这些材料的性能还是不稳定的，影响退火窑热工制度的稳定。(5)生产运行性能良好的退火窑取决于设计、制造、选型、操作等各个环节的合理先进及相互间的有机配合，但国产退火窑往往在这几个方面是脱节的，操作人员甚至包括有关技术人员对已经运行的退火窑的工作原理操作方法、产品常见问题的处理方
29、法都没有完全掌握，这就很难发挥出设备的性能。5结语浮法玻璃退火工艺比较复杂，解决好退火问题是提高玻璃成品率的关键。目前对浮法玻璃退火理论的研究尚处于探索阶段，对退火过程的控制远未达到理想的要求，需要在生产实践中不断总结、探索提高。参考文献：1. 张永革.浮法厚玻璃的退火.玻璃,1998年05期 2. 张有新.浮法玻璃退火技术的回顾与展望.中国建材装备,998年04期 3. 冯丽荣.浮法玻璃的退火特点及其在厚、薄玻璃上的应用.玻璃,1999年01期4.许超，周世圭.玻璃工艺原理.北京：中国建筑工业出版社，1981.312-3325.，.玻璃退火和钢化.张玉智等译.北京：中国建筑工业出版社6. 孙立群.2001年02期7. 李志毅.2002年02期8. 张战营.姜宏.刘缙.曹钦存.