加工Low-E镀膜玻璃的钢化设备

Low-E镀膜玻璃钢化设备技术一、Low-E玻璃对钢化技术的要求随着《民用建筑节能管理规定》2006年的实施，节能效果良好的Low-E中空玻璃在我国进入快速发展阶段，可钢化Low-E镀膜玻璃大量使用，促进具有Low-E镀膜玻璃加工技术和能力钢化设备进入快速发展时期。根据今年4月份在上海举办的第25届中国国际玻璃工业技术展览会上展示的钢化设备的最新技术，用于建筑玻璃加工的钢化设备都具有对流加热功能，以更好地加工出高质量的可钢化Low-E镀膜玻璃为最新钢化设备的特点。钢化设备的关键技术是玻璃在炉膛内的均匀加热、在钢化段快速均匀冷却，均匀的含义包括玻璃上下面对称均衡、玻璃表面均匀加热和冷却。由于冷却时气体的压力和速度较快，均匀冷却相对容易实现，所以钢化最关键的技术是玻璃在炉膛内的均匀加热。玻璃加热有辐射、传导、对流三种方式，传统的钢化设备主要加工普通浮法玻璃，钢化设备的加热方式采取辐射加热为主，再加上少量起到热平衡作用的压缩空气对流方式来解决加热均匀性的问题；传导加热限于与玻璃接触的陶瓷辊道部分、炉膛上部没有传导加热的条件，玻璃与陶瓷辊道均属于热不良导体、且玻璃与辊道接触为线接触，传导加热在总加热的比重并不大，据有关资料介绍为10%左右。Low-E镀膜玻璃的E值在0.02~0.2之间，大大低于普通白玻E值的0.84。Low-E玻璃节能原理是对红外辐射能量的低辐射、高反射性能，而钢化玻璃加热需要的炉膛加热温度在660~700℃之间，炉丝在这个温度范围发出热能正好是红外波段；这样Low-E膜面的高抗红外辐射特性使玻璃在传统的辐射钢化炉内加热时，玻璃的上下表面吸热性能存在明显的差别，加工难度显著增加。传统辐射炉加工Low-E玻璃时，由于膜面对辐射热能的阻挡加热时间要长50%以上才能使玻璃加热到钢化需要的温度，并且由于玻璃下表面吸收热量高于上表面，玻璃在加热炉内长时间处于上弯状态，造成玻璃变形、严重时造成光畸变。采用对流加热的方式，通过控制玻璃上下表面的对流风量和风压，利用对流加热补偿膜面辐射加热的不足、使玻璃上下表面实现对称均衡加热，缩短Low-E镀膜玻璃在加热炉内的加热时间，提高镀膜玻璃的生产效率和质量，所以对流加热是近年钢化技术研究和改善的重点。从钢化玻璃加热过程中需要玻璃上下均衡加热、玻璃表面均匀加热的要求来看，要保证镀膜面与玻璃面的加热均衡、表面均匀，一是要具有高效先进的对流加热系统、以保证加热过程中玻璃上下表面均衡加热，二是要有精准的加热温度控制以消除Low-W镀膜玻璃因对流加热易造成玻璃边部温度高于中部温度的现象；先进的对流加热方式和精准的加热温度控制是高性钢化设备要具备的技术。二、新型钢化设备的特点建筑玻璃行业目前普遍认为某公司近期针对可钢化Low-E镀膜玻璃开发的双室钢化设备是目前世界上加工Low-E镀膜玻璃技术性能最好的钢化设备。小型化对流加热系统、点对流跟踪加热、自动辊道加热控制及配套的控制技术是该设备的最新技术特点。1、设备的特点--高效先进的对流加热系统1）、大功率的对流风机高效先进的对流加热系统的特点之一是炉膛上部采用了多台大功率高温风机。对于2440*6000mm炉膛，上部对称安装了6台大功率高温对流风机，图1，可以提供以往采用压缩空气对流加热10倍以上的对流风量，用来满足更低E值得Low-E玻璃膜面加热要求；强大的高温对流风量使Low-E镀膜玻璃进入到炉膛后，玻璃膜面吸收的对流热能和少量辐射热能以平衡玻璃面吸收的辐射、传导和对流热能，使玻璃在炉膛内一直保持平直，避免镀膜玻璃因膜面对辐射热能的阻挡造成的玻璃两面不均衡，玻璃在炉内上翘的现象。2）、小型化对流加热区域高效先进的对流加热系统的特点之二对流风管的小型化，上部加热炉丝安装在小型化的对流风管内部，并且对流风管成小角度倾斜，见图2。对流风管的小型化使得加热区域细化，温控区域由原来的预热炉的22个区增加为200多个区，每一区有一条加热炉丝、一个测温热电偶，借助强大的调功控制功能，根据设定温度和测量的实际温度、设定或自动检测到的玻璃在加热炉膛内的位置、温度变化趋势等，实时进行加热炉丝投入加热的功率进行调整以实现温度的精准控制，加热温度的精准控制为玻璃表面的均匀加热提供了技术支持。为了保证运动的玻璃加热更均匀、避免出现此前钢化设备加热炉丝与玻璃运动方向一致、出现条状加热温度不均的情况，小型化的对流加热风管带一定小角度倾斜，图2；使得玻璃在炉膛内前后运行过程中，消除对流风管间隙和风管下部温度不一致造成的影响，使玻璃的加热温度更加均匀。玻璃加热温度均匀是保证钢化玻璃的波形变形小、应力斑均匀的前提条件。图1：高温风机强制对流加热系统图2：带一定倾角小型化加热区2、点对流加热技术：点对流加热技术充分考虑了对流风嘴的构造，每个风嘴的独立可控，实现精准的加热控制。该对流加热控制技术解决了早期的对流加热，一旦开启对流加热功能，无论风嘴下面有无玻璃风嘴一直吹气，见图3；点对流加热技术科根据玻璃在炉膛内实际位置，有玻璃的位置吹气对流加热、无玻璃的位置对流停止，见图4。该项技术通过控制对流和加热丝成组控制，提供非常精准的对流曲线设置，根据玻璃不同部位需要热能的不同对流压力不同，实现玻璃本身加热温度均匀，消除边部过热变形，见图5。采用这种对流加热技术的钢化加热炉，由于炉膛内玻璃边部和中部的温度可以实现精准控制，所加工的钢化玻璃的光学变形更小、应力更均匀，应力斑也可得到相应的改善。图3：普通的吹气方式图4：点对流吹气方式图5：玻璃不同位置对流压力不同图6：自动轨道加热控制3、自动辊道加热控制钢化炉内的陶瓷辊道不但是传动的支撑辊，还起到热传导和热辐射的作用，陶瓷辊道的加热控制，对于玻璃在炉膛内的加热均匀性至关重要；辊道加热温度如控制不好将导致热的传递不均，从而影响玻璃的均匀加热、进而影响钢化玻璃质量。设备采用了自动辊道加热系统，在靠近辊道的位置安装辊道温度检测热电偶，系统自动采集辊道温度并将温度信息传递到控制系统，根据设定的辊道温度与实际测量的辊道温度的差值，快速调整加热器的功率，自动调节底部加热功率从而控制辊道温度在一个合适的范围内，见图6。自动辊道加热控制系统，有效地消除辊道加热的干扰问题，可以有效提高钢化玻璃质量。控制系统采用了具有独立温度控制模块的德国倍福Beckhoff工业PC系统，速度更快、实现位置和温度的实时控制，提高了该型号钢化设备的温控制精度，从而实现Low-E钢化玻璃质量的提升。三、国产钢化设备应对Low-E玻璃加工技术对流加热的方式主要有两种，一是压缩空气强制对流方式，二是高温风机强制对流方式。凡是要加工Low-E镀膜玻璃的钢化设备，必须具有其中的一种。1、压缩空气强制对流方式：压缩空气强制对流是将早期仅起到热平衡作用的压缩空气对流管，在设计和制造上增加在炉膛内的出气口的数量与对流管的长度，加大压缩空气的对流量并经过相应的技术改进来实现对流加热功能，见图7。改进的方式一是在炉外增加热交换装置和加热装置，压缩空气加热后再进入炉膛，使辐射炉具有一定的对流效果，可以满足生产Low-E镀膜玻璃的需要；二是在压缩空气出口位置增加一个气流回旋装置、形成一个负压区，使炉内高温空气形成环流来加热玻璃（文丘里效应、Tam早期专利）。压缩空气对流加热方式是早期辐射加热炉膛改造经常使用的方式、改造后的辐射炉可以加工可钢胡Low-E镀膜玻璃；有些设备公司也采取此种强制对流方案制造新设备，设备造价相对较低。这种方案的优点是结构简单，可满足加工单银LOW-E钢化玻璃，但所加工LOW-E钢化玻璃质量的变形相对较大，特别是光学影像变形较差。2、高温风机强制对流方式：高温风机强制对流方式是目前普遍采用的方式，基本原理类似电吹风，即风机和加热炉丝安装风道内，风机将炉膛内的高温空气吸入到对流风管内，再吸收加热炉丝发出的热量通过风机在风道内形成的气流将热量快速吹到玻璃表面、对玻璃进行加热。这种对流方式又有大风箱和小风箱两种。1）、大风箱结构：风箱尺寸大，内部安装有多个炉丝，见图8；这种结构的高温对流加热方式，可以实现Low-E镀膜玻璃上下表面均衡加热的需求，避免Low-E镀膜玻璃在加热炉内上翘的现象，消除玻璃底部畸变，但由于对流使炉膛大面积温度均匀，易使玻璃边部吸热多于中间，造成Low-E镀膜玻璃钢化加热时边部温度相对偏高，边部过热变形较重。目前GlastonCCS900预热炉，国内兰迪、精工等公司的新型钢化设备采用这种大风箱型的高温风机强制对流方式。2）、小风箱结构：是一个风管或几个风管内安装一条炉丝，每个风管组成单独的对流加热单元，见图9；这种方式使对流加热的区域小型化，通过对细分的加热区域进行准确的加热温度控制，对流加热功能除了使玻璃上下表面均衡加热、避免在加热阶段Low-E玻璃上翘造成玻璃底部变形外，小型化的温度控制区域可以在炉膛内根据玻璃位置形成玻璃中间温度高、边部温度低的球面加热场，从而使玻璃表面温度均匀；目前普遍认为这种强制对流加热方式是比较好的钢化对流加热技术，最能体现玻璃本身均匀加热的要求。目前Glaston新型的FC500上部对流、国内运通公司等采用小风箱结构。小风箱结构可以将加热区域分的更细，但要实现小区域温度检测和控制，需要控制系统增加更多的控制点，即需要配合更大的加热控制系统才可以实现玻璃加热温度更均匀的控制。3、加热炉丝和对流风管分开安装的强制对流技术，小型化的风管和加热炉丝并排安装，图10。风管将发热丝旁边的热空气吹向玻璃表面对玻璃进行加热，北玻的新型钢化设备采用的这种强制对流方式。与炉丝安装在风管内的方式相比，这种方式由于炉丝处于裸露状态，传到玻璃表面的热能中辐射占的比重较多，属于辐射对流混合加热方式；相对而言将炉丝全部包含在对流风管内的方式称为全对流加热方式。即使是全对流方式、由于风管风箱在高温下也有大量的辐射能，实际也是辐射+对流，不同结构，辐射和对流的比例不同而已。同样的结构，温度越高辐射所占的比重越大，温度越低则对流占的比例大；加工Low-E镀膜玻璃钢化时炉温的设定温度相对加工白玻钢化时较低，可以更好地发挥对流加热效果，提升Low-E镀膜玻璃钢化质量。图7：压缩空气对流加热图8：炉丝在大风箱内的对流加热图9：炉丝在风管内的小风箱对流加热图10：对流管和炉丝并列的对流加热目前家具玻璃、太阳能玻璃、厚板等专用钢化设备主要是采用辐射加热，对于钢化平整度有较高要求的建筑工程外墙玻璃、特别是加工Low-E镀膜玻璃的钢化设备均采用对流或辐射加对流的加热方式，所以各钢化设备公司新开发的钢化设备大部分有对流加热功能，来满足市场需求。自水平钢化设备的诞生之日起，对流加热技术就有应用，早期只是作为辅助功能；进入新世纪后，随着Low-E镀膜玻璃的钢化需要，钢化对流加热技术近10年进入快速发展阶段。目前对流加热技术钢化设备加工Low-E镀膜玻璃的加热时间已经从早期设备的比同厚度白玻加工时间延长60%以上降低到20%以下，产品质量除了光学影像变形还有一些差别外，其他的指标已经与普通白玻钢化基本一致，Low-E镀膜玻璃的先镀膜后钢化的产品已在对外观影像变形没有特殊要求的工程上获得广泛应用。相信随着Low-E镀膜玻璃的广泛使用和质量提升的要求，钢化设备及工艺技术会不断改善。