超白光伏玻璃压延机关键技术

章 寅

(中国建材国际工程集团有限公司，蚌埠 233018)

超白光伏玻璃压延机关键技术

章 寅

(中国建材国际工程集团有限公司，蚌埠 233018)

压延机直接影响超白光伏玻璃的成形，该文主要介绍了超白光伏玻璃压延机对玻璃质量的影响，分析了影响压延机性能及稳定性的关键技术。

超白光伏玻璃； 压延机； 关键技术

超白光伏玻璃是一种压花玻璃，玻璃板的一面为光面，一面为花纹面，太阳光照射到花纹面时，花纹可增加太阳光透光率。由于其透光率高，广泛用于太阳能电池板的盖板，其作用是保护晶体硅的组件。随着全球对清洁能源太阳能的利用越来越多，太阳能电池板的需求会不断增长，因此对超白光伏玻璃的需求也会不断扩大。

压延机是超白光伏玻璃成型的主要设备，它的功能与浮法玻璃生产线的锡槽和密封箱功能相同。熔化的玻璃液经过沿口的唇砖，通过压延辊辊压成形，成形后的玻璃带通过接应辊道和过渡辊台向后输送，最后进入退火窑进行退火。在输送过程中同时对玻璃带进行降温，以达到合适的温度进入退火窑。在玻璃板降温的过程中还要保证玻璃板的横向温差小以利于玻璃退火。压延机性能直接影响成品玻璃的质量，尤其对玻璃板纵横向厚薄差、玻璃板平整度、玻璃表面花纹等影响较大。压延机性能及稳定性直接影响超白太阳能玻璃生产的连续性，当压延机出现影响玻璃质量的故障时，会造成生产的中断，对企业来说损失是巨大的。因此，性能优越且稳定性好的压延机对于超白光伏玻璃的生产十分关键。由于压延机处于玻璃熔窑的沿口处，高温的玻璃液要通过压延辊辊压成形为玻璃带，此处环境温度能超过80 ℃，而玻璃板的辐射热更恶劣，这就对压延机性能要求更高。国内好多超白光伏玻璃生产厂家都选用德国制造的压延机，德国的压延机设计理念较先进，配套件以及加工件的性能都比国内优越，压延机的整体性能要比国内高出一筹。

1 压延机组成

超白太阳能玻璃压延机主要有压延机主体和过渡辊台两大部分组成(见图1)。压延机主体包括溢流口唇砖系统、上下压延辊、传动系统、气垫系统、上压延辊前后调整机构、压延机主体前后调整机构、接应辊、传动系统和压延机主体机架；过渡辊台主要包括过渡辊、传动系统、前后调整系统及机架。

2 压延机的关键技术

2.1 压延辊高精度平稳运转

上下压延辊高精度平稳运转是超白光伏玻璃压延机的最为关键技术，因为玻璃带完全靠上下压延辊辊压成形，上下压延辊运转精度直接影响玻璃板的厚薄差，花纹质量以及平整度。压延辊高精度平稳运转包括两方面：首先，压延辊运转的跳动度要小；其次，上下辊的运转速度要能做到精确控制，运转时速度波动要小。

压延辊跳动度小和运转速度平稳才能保证通过上下辊挤压成形的玻璃带厚薄差小，平整度高。一般要求冷态压延辊的跳动度在0.1～0.15 mm之间。要做到压延辊冷态时合适的跳动度，首先压延辊本身的精度至关重要，辊体本身圆柱度和辊子两端轴头的同轴度要高，精度要在6级精度以上，其次辊子两端的轴承支撑座加工精度要能满足要求。

冷态压延辊运转跳动度合适只是保证压延辊运转精度的第一步，最终是保证压延辊在工作状态下也就是热态下运转精度高，这就要求辊子的材质在热态时变形小，轴承与轴头之间要运转精度高。对压延辊来说，一般要求压延辊要选用耐热钢，耐热钢可以使辊子在高温状态下变形小，上压延辊材质一般选用耐热钢2Cr13，下压延辊由于需要刻花，而2Cr13硬度较高不利于刻花，所以下压延辊一般选用耐热钢20CrNiMo。

压延辊两端支撑轴承应选用耐高温的自润滑的滑动轴承，这种滑动轴承能耐300 ℃高温，在高温下膨胀量小，轴承内表面有耐磨层，而且耐磨层能自润滑，能适应长时间无润滑油状态下与轴头之间的摩擦。要使轴头与轴承之间运转良好，除了选用合适的轴承外，压延辊轴头与轴承之间的间隙大小也至关重要，间隙过大会使压延辊在旋转过程中跳动大，间隙过小在热态时轴头膨胀可能会和轴承抱死。

因此，要根据轴头直径的大小以及热态下轴承处的温度进行计算辊子轴头与滑动轴承之间的间隙，保证在热态时轴头与轴承有良好的配合。压延辊的运转速度的精确控制，运转时速度波动小，相对来说比较好实现，只需要上下压延辊分开单独传动，各自的传动电机带上旋转编码器对辊子的速度进行实时的跟踪反馈，通过软件实行速度闭环控制，就能实现压延辊速度的精确控制。

2.2 压延辊的冷却

压延辊冷却是超白光伏玻璃压延机关键点，冷却好才能保证压延辊在热态下辊体变形小，同时能把玻璃带的热量带走。压延辊在运转过程中长期与高温的玻璃液接触，压延辊前部熔窑沿口处的玻璃液温度能达到1 100 ℃，经过压延辊辊压成型的玻璃带温度要降到800 ℃以下，因此需要带走大量的热量(见图2)。这就要求压延辊除了自身散热外还得有其他的散热方式，因此需要对压延辊进行水冷。辊体水冷是减小辊体变形带走玻璃带热量的关键。工业上应用较多的辊体水冷方式是循环式冷却(见图3)，进出水都在辊体的同一端，水从辊体的一端进入通过放置于辊体内腔的进水管将冷却水送至辊体的另一端，冷却水从进水管流出，从进水管和辊体内壁之间的空腔再回流至进水端出水。这种冷却方式结构简单，但冷却效果只能调节水流量的大小没其他调节手段，而且水流在腔体中回旋，会增加阻力，影响流速，同时在水流回旋过程中可能形成水流的死角，造成局部辊体温度过高。

德国的压延机设计了一种单通的水冷方式(见图4)，即冷却水从压延辊一端进入从另一端流出，腔体中间设置内芯，内芯与辊体内壁之间的环形空间被4个分隔板分隔成4个扇形空间，冷却水进入腔体后分别进入4个独立的扇形截面空腔，每个空腔有自己独立的出水口。这种单通式辊体冷却方式有几个优点：

1)水流从辊体的一端进入，从另一端出，水流在腔体中没有回旋，因此水流阻力小，流速快，能把辊体的热量很快带走；2)辊体内腔放置了内芯和4个分隔板，内腔被隔成4个小的扇形腔，能保证每个空腔都能充满冷却水，空腔充满水就能确保辊体内壁能与冷却水进行充分的热交换；3)每个扇形空腔都有各自的出水口，可通过调节各自出水流量的大小来调节各自区域的冷却效果。

鉴于以上几点优点，这种单通式的冷却方式在冷却效果和调节手段方面都优于循环式冷却方式，国外的压延机基本都采用这种单通式冷却方式。因此压延辊的冷却方式应采用这种单通式。

2.3 气垫系统

气垫系统也是超白光伏玻璃压延机的关键技术。以前普通压花玻璃压延机没有气垫，采用水冷托板箱。水冷托板箱就是用钢板焊接而成的水包，内部通冷却水，经过压延辊辊压成形的玻璃带直接通过托板箱向后输送，这时玻璃带与托板箱直接接触，由于此时的玻璃带处于软化状态，托板容易对玻璃表面形成擦伤，而且托板箱整体通水，若玻璃带在横向上有较大温差也无法调节。

超白光伏玻璃压延机为了解决这方面的问题，采用了接应辊加气垫的结构形式(见图2)，在辊子之间的空档设置气垫系统，气垫一般设置三道，第一道在下压延辊和第一个接应辊之间，其他两道在接应辊之间。第一道气垫在横向设置分区较多，一般横向设置五至七个区，第二道和第三道气垫横向一般分为两至三个区。每个区有自己的独立的控制阀可控制每区的风量大小。

气垫有两大作用：其一，起到托举玻璃板的作用，因为玻璃板在刚出压延辊时温度高，玻璃带处于软化状态，在玻璃板引头时如没有气垫的托举容易造成玻璃带掉板，正常生产时如没有气垫的托举会造成玻璃带的变形；其二，气垫系统还可以对玻璃板进行冷却，以及起到调整横向玻璃板温差的作用。熔窑沿口横向玻璃液温差较大时，会造成出压延辊的玻璃板的横向温差较大，由于气垫系统在横向有多个分区，可通过调节每区的风量的大小来调整玻璃板的横向温差。特别是第一道气垫有五至七个分区，能很好地调节刚辊压成形的玻璃带的横向温差。因此，气垫系统既解决了玻璃板与托板擦伤问题又能起到调整玻璃板横向温差的作用，对于超白太阳能玻璃压延机来说至关重要。

2.4 接应辊及过渡辊的冷却

接应辊及过渡辊的冷却也是超白光伏玻璃压延机的关键技术。接应辊和过渡辊的冷却首先是保证在热态环境下辊子本身不能有大的弯曲变形，弯曲变形过大会带动软化的状态的玻璃带上下起伏波动，影响玻璃板的质量。

但如果接应辊和过渡辊冷却后温度过低也会对玻璃板产生影响。如果辊子表面温度过低，玻璃带与辊面接触时，二者温差过大，在接触的过程中会使接触点玻璃板急剧冷却，会在玻璃表面留下微裂纹，这种微裂纹会影响最终成品质量。若是接应辊或靠进熔窑方向的过渡辊表面温度过低，不仅会产生微裂纹而且会使玻璃板出现波浪形弯曲(见图5)。在接应辊和过渡辊台靠近熔窑方向的区域玻璃带的温度高，玻璃处于软化状态，玻璃带和接应辊和过渡辊不可能处于线接触，此时玻璃带与辊子接触面是弧面，若辊子表面温度过低会使玻璃带与辊子接触的弧面急速冷却，从而在玻璃板面形成波浪形弯曲，这种弯曲会最终会留在成品玻璃板上。

因此，接应辊和过渡辊冷却要适中，做到冷却适中有几种措施：首先，冷却水量要能做到可调，当辊子表面水温过低时，可减小辊子的冷却水量；其次，辊子的壁厚不能太薄，辊子壁的厚度大可让辊子内壁部分温度较低，从里向外辊子的温度渐渐升高。内壁温度低可以保证辊子的整体刚性好，变形小。由于壁厚度大，辊子表面温度也不会过低。另外，国外的压延机为了减小玻璃带与接应辊和过渡辊接触产生快速的热交换，在辊子外表面镀涂层，涂层材料为陶瓷，由于陶瓷热传导率较低，减慢了玻璃板与辊面接触点的冷却速度。由于辊子外表面涂层考虑到附着力等因素，不能镀的太厚，一般厚度只有0.3～0.4 mm，因此实际对于降低热传导的效果不太明显，而且陶瓷镀层的价格昂贵，好多超白光伏玻璃厂家不把辊面镀陶瓷作为首选。

2.5 组件的耐温性

压延机位于熔窑和退火窑之间，熔窑沿口处玻璃液温度能达到1 100 ℃，会向外辐射大量的热量，而且玻璃带通过压延机输送时也会释放大量的热量，因此压延机的位置环境温度很高，夏天时环境温度能达80 ℃以上。这就对压延机的组件要求能耐高温环境，首先压延机的机架要能承受高温环境，型材在高温环境下许用应力会降低，因此在设计时应考虑放大型材或选用厚壁型材等。机械标准件如减速机、升降机、轴承、万向传轴等除选用耐高温的产品外，还要考虑运行时使用耐高温的润滑脂。电气现场控制箱应尽量远离高温区域，电缆和插头等应耐高温，电机绝缘等级应在F级以上，防护等级IP55以上。玻璃液和玻璃带在此处温度很高，除了考虑环境温度外，还要考虑玻璃液和玻璃带的辐射热，对于重要的配套件如电机、减速机、升降机及轴承等要设计带保温棉密封罩或水包挡住辐射热。

2.6 电气控制的操作性和安全性

由于压延机所处的区域环境比较恶劣，对操作和使用人员来说，工作强度大，因此电气控制及软件应尽量做到人性化，比如现场附近设置可操作的触摸屏，操作人可以边观察压延机边实现对机器的操作。

软件应做到将尽量多的数据反馈到系统中，如减速机的速度、风阀的开度及压杆压力等，操作人员可以很清楚地了解设备的各种状态，以便于对机器作出调整。电气控制的安全性对于压延机来说也相当重要，因为压延机在正常生产的过程中是不能随便停止运转的，一当停止，整个熔窑沿口的玻璃液就将硬化堆积在压延辊上，会造成重大事故。所以在电气控制上要考虑安全性，控制各电机的变频器应能做到一旦出现故障，能自动切换至备用变频器上，电机出现电流异常和温升超标等要立即给出报警信号让操作人员去处理，而不是让电机停转。现场的急停按钮应有保护措施，非操作人员很难触碰等。

3 结 语

一台高性能且稳定性好的压延机对超白光伏玻璃生产厂家来说是至关重要的，压延机性能优劣直接影响玻璃的产量和品质，直接关系到厂家的经济效益。压延辊运转精度高，压延辊、接应辊及过渡辊冷却良好，气垫系统设计合理，机器组件的耐高温，机器操作方便和安全性高，这些都是高品质压延机必须具备的。压延机的开发设计者们应考虑这些关键点，从而不断提高超白光伏玻璃压延机的技术水平，为超白光伏玻璃生产厂家提供更优质的机器。

[1] 冯贵明，赵海雪.浅谈超白压延光伏玻璃常见的成形缺陷[J].玻璃，2011，37(10):23-26.

[2] 杜 勇，李 钊.浮法超白玻璃用晶硅太阳能电池盖板的研究[A].2011中国硅酸盐学会电子玻璃分会论文选编[C].北京：中国硅酸盐学会，2011：26-29.

[3] 彭 寿，杨京安.平板玻璃生产过程与缺陷控制[M].武汉：武汉理工大学出版社，2010.

[4] 成大先.机械设计手册[M].第5版.北京：化学工业出版社，2008.

Key Technology about Low-iron Photovoltaic Glass Rolling Machine

ZHANG Yin

(China Triumph International Engineering Group Co,Ltd，Bengbu 233018，China)

Rolling machine directly influences the forming of low-iron photovoltaic glass.This paper mainly introduces the effect of low-iron photovoltaic glass rolling machine on glass quality，and analyzes the impact of the key technology for the performance and stability of rolling machine.

low-iron photovoltaic glass； rolling machine； key technology

10.3963/j.issn.1674-6066.2015.02.019

2014-12-05.

章 寅(1974-)，高级工程师.E-mail:zhyin@ctiec.net