浅谈2 mm超白压延玻璃钢化工艺

庞立业

（吴江南玻玻璃有限公司 苏州 215200）

0 引言

为了满足厚度2 mm超白压延玻璃钢化指标要求，对原钢化炉装置进行设计改造。玻璃钢化效果除了与玻璃成分相关以外，钢化强度主要取决于玻璃加热速率和玻璃淬火温度梯度。2 mm超白压延玻璃因其厚度较薄，在加热过程中极易产生变形，影响玻璃外观和玻璃性能。因而优化设置2 mm玻璃的加热曲线十分关键。同时严格控制玻璃在高温区停留的时间，时间太长玻璃会变形，太短玻璃温度不足，钢化效果不够。为了解决钢化过程中存在的缺陷问题，采用技术方案是设定2 mm玻璃的加热曲线，严格控制玻璃在高温区、冷却区停留的时间，在加热区内加热到玻璃转变温度点，通过风机淬火快速冷却至室温状态，使玻璃表面产生压应力与玻璃内部产生张应力，提高玻璃的抗压、抗弯、抗冲击等强度［1］，且通过控制钢化炉装备加热速率和玻璃淬火温度梯度，解决玻璃钢化极易变形疑难问题。

1 超白压延玻璃钢化原理概述

为了满足太阳能光伏电站用玻璃要求，光伏企业一般采用透过率高、反射率低的超白压延玻璃，其表面设有压花凹纹，凹槽的深度可为0.20～0.35 mm，玻璃成分中的铁含量不大于150×10-6，透光率可达92%以上。其板面可进行钢化深加工。钢化原理是将玻璃加热接近软化点时，在玻璃表面急速冷却，使压缩应力分布在玻璃表面，而张引应力则在中心层，增加玻璃的安全度［2］，满足钢化后的玻璃强度要求。

2 设计钢化炉装置结构方案

2.1 原钢化炉设备利旧改造

原企业钢化生产线的钢化炉设备可钢化尺寸为2 000 mm×1 000 mm×2.5 mm的玻璃，已是使用数年，设备陈旧，设计参数达不到钢化2.0 mm超白压延玻璃性能要求，需要针对钢化炉装置进行更新改造。工艺参数设置遵循低温短时间原理，利用热平衡系统的作用，实现2.0 mm钢化玻璃批量生产，从设备生产技术层面上分析，摸索出满足2.0 mm超白压延玻璃钢化炉设备规格参数，达到全钢化标准要求。

2.2 设计改造方案

设计思路：钢化炉系统设置加热区和风冷区以及传输机构区段。加热区中，玻璃的上方和下方均设有加热装置；风冷区中，玻璃的上方和下方均设有风栅，风栅与供风装置相连，风栅上设有多个出风孔。传输机构，传动辊采用陶瓷辊，传动辊设置不同的辊道间距。通过优化设置钢化参数，设计合理钢化炉装置结构等方法，满足2.0 mm超白压延玻璃达到全钢化程度的要求。

2.2.1 钢化参数设置

钢化炉加热方式采用矩阵式加热，加热控制点达468个，控温更加精准到位。

钢化炉加热时间可达137 s。

钢化炉温度650～710 ℃。

钢化炉辊采用Φ45的细辊，并采取多种辊间距，高温区辊间距最小可达70 mm。

2.2.2 采用涡轮增压供风方式

钢化用淬火风机采用涡轮增压方式，取代原来的轴流风机加压。

风压35 000 Pa，流量约80 000 m3/h。

2.2.3 改变风栅结构

根据流体力学原理，将以往的平风栅每条风带均布24个孔，改为每条风带按一定规律非均匀地布排风孔，使每一处风压和风量都相同。

增加风栅导流板，确保淬火产生的热风能尽快散去。

定期清理风孔，增大风压，减少加热时间，提高产能。

2.3 改造钢化炉结构

改造后的新型钢化炉装置见图1。

改造后的2 mm超白压延玻璃钢化装置，满足2 mm厚度玻璃钢化，可有效避免玻璃在钢化过程中产生变形［3］，具体结构功能：

（1）钢化装置结构依次设置了加热区和风冷区，传输机构带动玻璃依次穿过加热区和风冷区。

（2）加热区的顶部和四周设有第一罩板且底部设有第一底板，冷区的顶部和四周设有第二罩板且底部设有第二底板。

（3）加热区和风冷区之间设有空位区。第一罩板朝向空位区的端面设有用以供玻璃穿过的通孔，第二罩板朝向空位区的端面设有开口，开口处设有导流板组件。

（4）导流板组件包括多片间隔排布的导流板，导流板的上部通过连接组件与导向滑块固定相连，冷区朝向空位区的端部设有支架，支架上设有供导向滑块上下滑动的导向杆，架上横向螺纹连接有多个螺杆，竖向螺杆的长度延伸方向为竖直方向，横向螺纹与竖向螺杆相互垂直，螺杆穿过支架且其前端面抵持在导向滑块上。

3 2 mm超白压延玻璃钢化工艺技术

3.1 钢化升温曲线设定

（1）设计一种2 mm超白压延玻璃的钢化方法，生产过程均匀加热和快速升温，设定加热温度与时间，实现温度有效控制，确保钢化玻璃每一位置都实现有效温差控制。将玻璃依次匀速通过加热区的多个加温区间进行升温［4］，玻璃的升温曲线如下：

S1： 0～30 s由室温升温至300 ℃；

S2： 30～55 s继续升温至350 ℃或360 ℃；

S3： 55～75 s继续升温至400 ℃或420 ℃；

S4： 75～90 s继续升温至550 ℃；

S5： 90～100 s继续升温至630 ℃；

S6： 100～105 s维持温度在630 ℃；

S代表每一节炉体的速率（或升温梯度），共6节。时间为横坐标，温度为纵坐标，能画出6段斜线。

（2）105～108 s加速穿过加热区和风冷区之间的空位区，随后进入风冷区；

（3）对玻璃进行高压淬火，在1.5 s内由630 ℃下降至150 ℃；

（4）将玻璃进行低压冷却，在10 s内继续下降至90 ℃，采用钢化方法钢化效果好，可有效避免2 mm玻璃在钢化过程中产生变形。

3.2 钢化加温区间设定

（1）通过加热丝对玻璃的上表面和下表面同时进行加热。加热区具有一一对应于所述玻璃升温曲线的多个加温区间，每个加温区间对应的加热区内的环境温度依次为：

T1区间：400～500 ℃；

T2区间：500～550 ℃；

T3区间：550～600 ℃；

T4区间：600～650 ℃；

T5区间：650～700 ℃；

T6区间：700～720 ℃。

（2）玻璃在加热区内的传动辊上进行传输，对应于T1区间传动辊的辊间距为90 mm；对应于T2区间、T3区间传动辊的辊间距为75 mm；对应于T4区间至T6区间的传动辊的辊间距为70 mm。

3.3 钢化工艺设定

（1）采用风冷的方式进行淬火，采用涡轮增压方式供风。

（2）中高压淬火时的风压为46 000 Pa，风量为80 000 m3/h。

（3）风冷区朝向加热区的一侧端面设有开口，开口处位于玻璃上方设有导流板组件，开口处位于玻璃的上方和下方均设有压缩空气吹管组件，导流板组件位于压缩空气吹管组件的外侧，风冷区位于玻璃上方产生的热风由压缩空气吹管组件限制在导流板组件之内并排至外部。

（4）采用沿玻璃的传输方向依次间隔设置的多组风栅组对玻璃吹风使其冷却，风栅组垂直玻璃传输方向设置。

（5）上、下风栅均与供风装置相连，上、下风栅上设有朝向玻璃吹风的多个出风孔。

4 实施效果

（1）玻璃强度提高。钢化后玻璃的机械强度、抗冲击性、抗弯强度能够达到普通玻璃的4～5倍。

（2）玻璃热稳定性提高。钢化玻璃可以承受巨大的温差而不会破损，抗拒变温差能力是同等厚度普通浮法玻璃的3倍。

（3）玻璃安全性提高。钢化玻璃受强力破损后，迅速呈现微小钝角颗粒，从而最大限度地保证人身安全。

（4）玻璃钢化避免变形。改造后的钢化炉，采用高温涡轮增压供风、上下风栅增加导流板及风孔，有效使淬火产生的热风能尽快散去，有效避免2 mm超白压延玻璃在钢化过程中产生变形。

（5）钢化过程有效控制。设计了新的钢化过程升温曲线与降温梯度参数的工艺制度，通过在线检监测与控制，有效提高了玻璃钢化的效率和成品率。

5 结语

针对原有钢化炉设备更新改造，满足了2 mm超白压延玻璃的钢化工艺生产。企业选择技术路线是在设备钢化过程中的“加热区、空位区和冷风区”实现钢化效果。通过设计改进钢化炉结构与配置等关键技术，满足钢化工艺操作制度，如加热方式、加热时间、玻璃输送速度、涡轮增压供风方式、风栅导流板的风孔降温等系列操作，钢化后的性能，符合太阳能电站用玻璃具有高透率与光电转化效率，而且板面平整不变形、抗冲击力强等的优秀品质。