平板玻璃成型

7.2平板玻璃成形1.平板玻璃的定义指其厚度远远小于其长和宽，上下表面平行的板状玻璃制品。2.分为窗玻璃、压花玻璃、夹丝玻璃、夹层玻璃、双层中空玻璃、有色玻璃、吸热和反射玻璃、光致变色玻璃、釉面玻璃、玻璃空心砖、波形玻璃。槽形玻璃、镀膜玻璃等。3.平板玻璃生产工艺综合图有槽垂直引上无槽垂直引上及对辊引上平拉成形浮法成形浮法成形－锡槽结构狭缝引下法（薄玻璃）溢流引下成形成形（薄玻璃）7.2平板玻璃成形7.2.1浮法玻璃及其特点1952年英国皮尔金顿观察水中漂浮的油滴，产生浮法生产玻璃设想。1953年开始实验，1959年成功并申请了专利（FloatProcess）。浮法玻璃可与研磨抛光的玻璃表面相比。工艺特点：建设快、投资省、质量好、产量高、成本低、品种多。（1）国内外发展概况皮尔金顿公司1960年建成世界第一条浮法生产线，规模300t/d，只能生产厚6.3~6.5mm玻璃，表面有疵点，质量并不高。1962年开始转让专利，美国匹茨堡首先申请购买。60年美国1条浮法线，65年全世界17条，70年30条，77年62条，81年83条线。各国平板工艺由有槽，无槽，平拉等逐渐转向浮法，机械研磨抛光的平板线几乎全部消失。全世界平板年产量：60年434万吨，90年2300万吨。目前浮法生产产量占世界80%以上。1967~1977年工艺及产量均是全盛发展时期规模：500~600~715t/d产品规格：2~30mm，板宽3.3~4.06m，最大达5.6m。2mm板拉速度900m/h，4mm板1300m/h。利用计算机控制生产，全线生产自动化。1978年后美国owens公司907t/d，前苏联1000t/d，日本1200t/d。国内情况：自力更生研究开发，60年代中曾去英国购买专利未成，1965年实验室研究到1971年的生产性试验线取得成功。1972年可稳定生产4~9mm的玻璃，以后又生产3mm玻璃。1981年通过国家级鉴定，定名为“中国洛阳浮法”。有其独特之处。目前洛阳浮法技术可控制1.3mm板，对其它板厚的拉制速度、锡耗等指标也达较高的水平。1993年国内浮法生产线统计有25条线生产至今估有130条线以上（包括外资及合资）我国是世界上浮法玻璃产量最大的国家。（不是人均）。浮法玻璃使用于建筑用、车辆用窗玻璃。对于铅玻璃以及用As、Sb等氧化物做澄清剂的玻璃不能用浮法来成型。锡槽内的锡要求强还原气氛，N2+H2，由于H2及Sn的还原作用会导致玻璃中的Pb、As、Sb等还原，使玻璃出现问题。（2）浮法成型工艺特点①成型时不需克服玻璃的自重传统成型拉引力需克服重力及玻璃液粘滞力,用辊子夹住，玻璃表面易产生压痕。平拉法用一辊承重，玻璃温度700℃长时间使用辊子表面平整度差时在玻璃表面形成不平整面。而浮法靠锡液承托玻璃重量，拉引力只克服粘滞力。玻璃在过渡台处温度在600℃，且与辊子为线接触。②抛光（充分利用了表面活力）引上法中为不掉炉须使玻璃温度从940℃迅速降至600℃以下，因粘度变化迅速，表面张力抛光作用显不出来。而浮法中玻璃在较长锡槽中通过，温度下降较慢，在抛光区玻液温度＞1000℃，粘度小使玻璃表面得到充分抛光，表面平整，无波筋条纹。③成型中横向温差小配合料均化及良好的熔化澄清是先决条件，要保证玻液粘度均匀使成型玻璃带横向厚度均匀，成型横向温差小是一重要因素。垂直引上或平拉一般其板中与板边的温度差均大于50℃左右。而浮法在长40~60m锡槽内完成，槽内横向温差在±10℃以内。④可生产特薄及特厚板国外:0.55~25mm的高质量玻璃利用其它方法成型中要克服重力，对＜1mm或＞12mm板困难很大。而在较长锡液面上无需克服重力而做水平拉引，可充分发挥玻璃表面张力作用，不影响抛光质量。⑤成型中温降小，牵引速度快引上、平拉法：玻液引上到成型在≤1m左右距离内完成，温度由940℃迅速降至600℃，粘度迅速上升，否则掉炉，设水包使玻璃急冷，还会带来更多问题。浮法：在锡槽内玻璃温度分区控制，槽长依据规模而定。对一种厚度玻板其拉引速度可相差很大，120m/h~360~460m/h。⑥浮法的作业操作周期长引上，平拉：成型室玻璃液层厚，上下温差大，易出现析晶，其成型作业期短一般一个月需停拉，加热成型室挖去有析晶的玻璃，以免掉炉等问题和玻璃缺陷。浮法：玻液1100℃由流槽进入锡槽，其流量靠流槽及闸板控制，玻液在流槽内流动快而且层厚很小，上下几乎无温差，其成型作业期主要由流槽及流量闸板的质量及冲刷程度决定，一般在一年左右。⑦可生产大板宽、大板面的玻璃玻液重力由锡液承托及水平拉制，且锡槽横向温差小，可制备大板宽玻板，大于600t/d线板宽＞4m。特大面积板材19mm×3.5m×15m,可浮法生产切裁。⑧可在线镀膜在槽装设镀膜装置，通入需蒸镀的金属有机物，用化学沉积蒸镀如Si，Al，Cu，Sn等膜，成本远比线外镀膜要低。⑨易实现切装自动化由于水平拉制，且玻璃经退火炉退火，便于玻璃的检验、纵横切裁，铺纸喷粉等。而引上不这么方便。浮法的缺点：①基建投资高，一条线（350t/d）需总投资3.5~4.5亿，按产量计要低。②浮法线规模大，不适宜小批量生产。③锡槽内还原气氛（N2+H2）,玻璃中Fe3+→Fe2+颜色加重，要求原料质量严而高。配料少用芒硝，避免生成硫化锡粘附在玻璃表面增加锡耗、使玻璃表面不光泽。（3）浮法玻璃的化学组成及特点①化学组成特点“高钙中镁低铝微铁”成型在104~108P粘度区域内呈现出“短料性”的特点，呈现出料性短的特点。器皿生产人工吹制要求“长料性”。SiO2熔点1713℃，Al2O32050℃，SiO2取代部分Al2O3有利玻璃熔制、澄清，可克服Al2O3快凝给玻璃带来条纹和小波纹。以RO取代部分R2O（RO指CaO、MgO、BaO等，R2O指Na2O、K2O等）可弥补因Al2O3减少对玻璃化稳性影响。使浮法玻璃光洁明亮，并提高抗霉性能，降低成本。美国浮法玻璃中Al2O3从早期1.2%减至0.8%，R2O由14%减至13.8%，RO由12.2%增至12.4%，有些国家Al2O3减至0.1~0.15%。CaO作用：＜106.8P（温度＞744.03℃）时CaO降低玻璃粘度，促进熔制，＜744.03℃时CaO增加粘度，浮法高速拉制提供条件。CaO＞10%反而增加熔融玻璃粘度且增加韧性。一般控制CaO＜10%。MgO：103.3~1010.7P1147.76~603.72℃增加粘度。＜103.3P（＞1147.76℃）及＞1010.7P（＜603.72℃）降低粘度，提高玻璃韧性，降低退火温度及失透倾向。一般MgO≤4%。随耐材质量提高，可对玻璃采取双高（高温熔融及澄清）作业，R2O有降低趋势，提高K2O/Na2O比值，有利提高玻璃化稳性，防止玻璃发霉。一般拉制R2O＜14％，有13.5％或更低。Fe2O3为有害成分，影响透光性，熔制影响透热性，＜0.1％。Fe2+（兰）着色能力为Fe3+（黄绿）十倍，浮法因还原气氛而使玻璃兰绿色。原料应水洗、浮选、酸洗、磁选。设计浮法玻璃成分，应满足玻璃性能需求，其次考虑原料，不能迁就原料使等级下降。SiO2Al2O3CaOMgONa2O/K2OFe2O3SO3英国(样品)英国(报道)美国（63年）美国（69年）日本（74年）法国中国设计洛阳杭州72.472.572.471.3872.5073.0072.671.5721.2011.200.151.600.11.01.41.59.208.98.111.767.708.98.08.88.203.003.13.842.544.03.954.03.04.014.0013.3/0.514.0/0.0113.2614.013.6/0.0513.5/0.0514.5/0.414.0＜0.10.10.130.110.090.10.10.20.130.30.30.30.20.177.2.2浮法玻璃成型原理（1）玻璃粘度及表面张力玻璃的成型是一个流变过程，随粘度的变化而变化，表面张力使玻璃表面平滑光亮。①玻璃粘-温特性对浮法生产的成型及退火起十分重要作用。浮法采用富尔切尔计算粘-温特性，也可参考大连王承遇文计算熔化温度。玻璃熔制、澄清、抛光、展薄、冷固退火对应粘度值：(玻璃组成对应前表中国设计)对于成形区域粘度值logη/P温度/℃1、熔化澄清2、成形3、析晶4、焊接5、自由流动6、制品出模7、软化点8、烧结1.5～24～84～64～6577.67～101646.7～1460.961037.02～707.191037.02～829.921037.02～829.92918.29761.60727.56761.6～625.98对于成形区域粘度值logη/P温度/℃9、自重变形11、转变点12、退火下限13、应变点14、退火变形15、退火范围16、退火区域17、抛光7.6～81314.514.511～1213～14.513～173.7～4.2727.56～707.19545.27516.05516.05594.88～568.28545.27～516.05545.27～477.691081.02～1010.11对于成形区域粘度值logη/P温度/℃18、拉薄19、最佳拉薄20、最佳退火21、应力残存22、退火区段23、弹性体24、过渡为完全弹性体25、弹性体初态5.25～6.756.511～121311～14.614.613～14.612～13893.85～777.18793.71594.88～568.28545.27594.88～514.29514.29545.27～514.29568.28～545.29对于成形区域粘度值logη/P温度/℃26、弹塑性27、高粘滞塑性体28、自由流动体29、凝固温度30、凝固点31、成型范围32、加工范围14.65～9＜511.5134～83～11.5662.83～568.28918.29～662.83＞918.29581.08545.271037.02～707.191205.00～581.08（2）玻璃的表面张力浮法生产中，玻璃液在锡槽中的抛光成型过程受多个力作用支配，其中玻璃液与保护气、锡液三相共存，相邻两相间均有一个表面张力分别记为σg,σt,σgt。表面张力是形成单位新表面所需的表面能，又称为表面能。指最大有效功dZ=σd∑式中，d∑为新增表面积，dZ为生成1cm2表面积等压位的变化。新生表面积的过程不是自动进行的，必须对系统做功才行，因而消耗能量。a、玻璃的表面张力σg钠钙硅玻璃表面张力与温度的关系为一直线，其计算可用加和法计算。b、锡液表面张力σt每升高100℃减少8×10-3N/m（8erg/cm2）,232℃表面张力531×10-3N/m。c、玻璃与锡液界面的表面张力σgt均为液相而又互不相溶，至今未测出。玻璃的抛光温度：玻璃抛光需在①高温且均匀温度场内；②玻液与浮托介质不润湿、不反应；③有足够时间进行抛光。培养皿断口利用火焰断口同时对口部进行火焰抛光。利用了玻璃的粘-温特性及表面张力-温度特性；抛光区间在103.7~104.2（P），在该粘度区间的温度下，相应的表面张力与温度成线性关系，其两者的图如下：（3）玻璃与锡液的接触①自由厚度上图中H为玻璃液在锡液面上的自由厚度，在锡槽中为液、液、气三相：slsgcoslggtgtcos由表面张力表示液滴在固体上的浸润状态有下式：（气、液、固三相）若σt＞σg+σgt，玻液由表面张力展薄。σt＜σg+σgt，玻液展薄有限。用FS表示铺展系数FS=σt-（σg+σgt）FS=σg（cosθ-1）前面分析θ=175°，FS为负值，若不施加外力时，玻璃在锡液上不可能自动展薄，而是一个较厚的板。分析其在锡液面上的受力平衡。∑FX=0,∑FY=0,∑FZ=0可得式：H受表面张力值、锡液及玻璃密度值影响。850℃以上各值均为一常数，因而平衡厚度为一定值，计算得约为7.0mm，实际测定值为6.7～7.0mm。)()(22gtgtgtgtgH②玻璃抛光的时间玻璃液