超白浮法玻璃质量缺陷研究

辛燕飞

(中国建材国际工程集团有限公司,上海 200063)

超白浮法玻璃是指采用浮法工艺生产的、玻璃成分中总铁含量不大于0.015%的平板玻璃，通常控制在0.012%左右，也称低铁玻璃、无色玻璃、高透玻璃。超白浮法玻璃是一种高品质、多功能的新型玻璃，透过率达91.5%以上，具有晶莹剔透、高档典雅的特性，同时也具有优越的物理性能、机械性能和光学性能，可像其它优质浮法玻璃一样进行各种深加工，如钢化、镀膜、彩釉、热弯、夹胶、中空装配等。由于视觉效果优越，广泛应用于建筑工程、汽车、太阳能、精密电子等领域。

由于超白浮法玻璃主要应用于高端建筑工程产业和光伏产业，因此对超白浮法玻璃的质量要求较高，对玻璃的缺陷控制较为严格。玻璃的缺陷种类主要分为点状缺陷、线道、裂纹、划伤、光学变形和断面缺陷等，主要表现为气泡、结石、光变、沾锡、锡石、锡印、灰斑等质量缺陷。按形成部位分类可分为原料缺陷、熔化缺陷、耐火材料缺陷、成形缺陷等。生产高品质的超白玻璃，需要从原料、熔化澄清、成形等各工段提高工艺操作水平，提高质量管理，严格控制铁含量，控制玻璃缺陷的种类、大小和数量。

1 玻璃原料质量控制

玻璃原料容易遭到污染从而引起质量缺陷，原料引起的质量缺陷主要有结石、波筋、气泡、条纹、节瘤等。控制原料成分、粒度、水分，尤其是铁含量和粒度，是保证超白玻璃质量的关键。同时应加强原料储存、输送和配料系统及碎玻璃系统的设计优化，所有的料仓、溜子、提升机、混合机设计高分子聚乙烯板内衬，防止二次污染，在皮带机、下料溜子、料仓底部出口等部位，设置悬挂式除铁器和金属探测器，用于去除机械杂质铁[1]。超白浮法玻璃对原料质量要求如表1、表2所示。

同时各类原料还应满足以下要求：硅砂中不得有大于0.2 mm的铬铁矿或其它重矿物颗粒，小于0.2 mm的颗粒须小于0.001%；相邻两批硅砂的主要氧化物含量应均匀稳定，成分波动不得超过允许范围的50%；各种原料在满足玻璃成分要求的前提下，有益氧化物含量可适当增减，有害氧化物含量应严格控制。

表1 超白浮法玻璃原料质量要求 %

表2 超白浮法玻璃各种粉状原料的粒度及含水量要求

如果硅砂颗粒过大，会形成未熔石英，表现为玻璃板上表面配合料结石缺陷，配合料调和不均匀，会在玻璃局部形成硅砂富集，同样表现为结石缺陷(见图1、图2)。应严格控制原料的粒度和水分，加强进场检验和抽查，加强配合料的混合和控制，严格控制配合料水分，防止形成料团造成结石。另外需严格控制芒硝含率，避免形成芒硝泡(见图3)；严格控制碳粉含率，保证含量稳定，避免产生微气泡和超白玻璃颜色不均；保证玻璃氧化还原性的稳定，避免产生微气泡。

2 熔化工艺控制

气泡是最常见的玻璃缺陷，气泡不仅影响玻璃制品的外观质量，还会影响玻璃的透明性和机械强度。超白玻璃相比普通玻璃，更容易在澄清区域出现气泡。因为在超白浮法玻璃的生产过程中，因玻璃的铁含量低、玻璃液的透热性好，池底温度更高、不动层更薄、玻璃液流更不稳定等问题，上下温差减小，玻璃液对流减弱，熔化工艺控制难度更大，容易产生澄清气泡类缺陷[2]。

超白玻璃的控制缺陷的熔化工艺主要是熔化温度和操作精度等方面的控制。

1)在设计超白玻璃熔窑时，将池底加深，加强玻璃液的对流和控制玻璃液回流，加大澄清部面积，适当提高熔化温度，同时增加澄清剂的用量，稳定熔化气氛，保证燃料稳定[3]。

2)对生产时的热负荷进行合理调整，有效降低玻璃熔化过程中的热负荷。比如某条6对小窑炉的超白玻璃生产线，通过降低1～3号炉子的热负荷，适当提高4～5号炉的热负荷，满足了超白浮法玻璃对澄清质量的要求，生产出的超白浮法玻璃质量较好，缺陷数量下降较为明显[4]。

3)提高玻璃澄清过程中最高玻璃带的表面温度，增加鼓泡区域后面小炉热负荷可以有效提高玻璃澄清排泡能力，进而降低玻璃板中的气泡缺陷。

3 耐火材料引起的缺陷控制

玻璃液对池壁和池底的侵蚀、燃烧火焰发飘、熔化温度过高、碱性飞料侵蚀，容易造成耐火材料结石，如锆质结石、硅质碹滴、硅质耐火材料结石等，留在玻璃液中形成结石缺陷。

同时玻璃和耐火材料间的物理化学作用会引起许多气泡的产生。超白浮法玻璃生产中由于池底温度的升高，水平方向上玻璃液流速度增大，对池壁、池底耐火材料的侵蚀也进一步加剧，极易造成耐火材料封闭的气孔被打开。耐火材料气孔中通常含有空气，在还原条件下熔化的耐火材料，气孔中的O2会转化成CO2或者CO2和CO的混合物。由于孔隙的毛细管作用，吸入玻璃液，而气孔中的气体又被排挤到玻璃液内，两相作用，产生耐火材料侵蚀泡。这部分气泡主要产生于澄清区末端到卡脖之间。

根据某条生产线运行初期的缺陷统计分析，大部分缺陷为核心尺寸小于0.3 mm的气泡及部分0.3～0.5 mm的气泡，根据人工取样进一步检测化验分析，气泡成分主要为N2和CO2，及部分Ar，经过分析该气泡主要为耐火材料被侵蚀产生的空气泡(如图4所示)。

为解决玻璃液对澄清带耐火材料的侵蚀，应针对性地降低澄清带玻璃液的流动，减少侵蚀。该条生产线通过适当降低熔窑末对小炉的热负荷比例，来降低澄清带池底玻璃液温度，并减少玻璃液流动，从而降低玻璃液对耐火材料的侵蚀作用，减少耐火材料侵蚀气泡。

同时通过降低鼓泡器流量大小，减少卡脖深层水包的插入深度，减小澄清带玻璃液回流，降低玻璃液与耐火材料界面处的温度和流速，减缓玻璃液对澄清区池底耐火材料的侵蚀。经过一段时间的观察，玻璃缺陷数量有较明显的减少。

除此之外，控制耐火材料缺陷的措施还有保证正常熔化温度和玻璃液温度制度稳定，液面和窑压稳定，调整好燃烧器火焰长度和角度，避免火焰发飘。另外在耐火材料选型时，优先选用吹氧彻底的电熔耐火材料，杜绝还原物质的污染，也能有效减少耐火材料引起的缺陷[5]。

4 成形操作工艺控制

根据超白浮法玻璃成形工艺的特点，气泡、光变、沾锡、锡石、钢化彩虹等质量缺陷是主要的成形缺陷。

4.1 气泡

成形过程中形成的气泡主要有闸板泡、唇砖泡、槽底泡等，这些气泡有一定的规律，一般出现在玻璃板的表面，部分呈开口状。某条超白浮法玻璃生产线投产初期，在玻璃板左侧下部规则出现2～10 mm的大气泡，经分析为槽底大气泡，通过调整挡边器有效的解决了槽底泡。成形过程中出现的闸板泡一般通过做好锡槽密封和定期吹扫解决，严重时需更换闸板；唇砖泡一般通过降低流道温度或更换唇砖解决；槽底泡可通过加强槽底冷却，降低槽底温度解决。

4.2 光变

光变缺陷是由于锡液被污染后蒸发到上层空间，冷凝积聚后掉落到玻璃板上而形成的缺陷。光变缺陷的处理需根据光变的大小、形状和位置具体分析和处理。消除光变缺陷需提高槽压并保持稳定，定期吹扫流道、水包、顶罩等，尤其注意锡槽的密封。

4.3 沾锡

沾锡产生的原因主要是保护气体氮气不纯，锡槽密封不好，使锡槽中含有氧化亚锡，在锡槽出口端玻璃带温度过高。解决沾锡需保持锡槽尤其是出口端的密封，使用直线电机排除锡灰等杂质，尽量降低出口温度，同时根据实际情况适当调整过渡辊台辊子的高度，减少过渡辊和玻璃带之间的接触压力。

4.4 锡石

锡石在玻璃板上呈现为白色点状缺陷，在显微镜下呈珊瑚状，是由于锡蒸气蒸发后冷凝形成的。消除锡石主要靠彻底清理闸板，在锡槽入口端放置纯氮箱解决。

4.5 钢化彩虹

钢化彩虹是指玻璃原片在钢化加工时，玻璃板面呈现虹彩，是由于玻璃板下渗锡量高形成的。解决措施是加强锡槽密封，降低锡槽窄段的玻璃板温度，或提高保护气体中氢气的含量，以降低玻璃板的渗锡量。

成形是浮法玻璃生产工艺的关键，必须加强锡槽各热工设备的操作，加强锡槽的密封，定期进行吹扫并及时更换损坏的闸板和唇砖等，以控制成形缺陷。

5 玻璃缺陷检测

提高超白浮法玻璃除了控制原料质量，控制熔化澄清和成形工艺外，还应特别注重玻璃缺陷的检测，有效利用检测设备，及时判别不合格的玻璃，并通过取样分析缺陷产生的原因，提出合理有效的解决措施。玻璃缺陷检测主要有人工离线检测、人工在线检测和机械自动化检测。目前应用较多的是基于机器视觉的缺陷在线检测装置，在线检查浮法玻璃各类点缺陷和线缺陷等。

5.1 人工离线检测

人工取样使用显微镜、侧面光检测仪、外观检测仪等设备进行离线检测，检测玻璃的气泡和夹杂物的种类、大小和数量等。人工离线检测的目的是确保玻璃产品严格按标准进行控制;及时验证在线检测仪器的可靠性;通过人工抽样检验确定玻璃质量的问题，反馈给原料、熔化和成形等操作岗位，及时采取相应的措施消除缺陷。

5.2 人工在线检测

质检人员在线根据标准，对玻璃进行目测检验，并做好标记，下游人工落板。目前人工在线检测较少，仅作为机器视觉检测的补充。

5.3 机器在线视觉检测

目前常见的机器在线视觉检测仪主要为应用数字化图像扫描与识别技术的自动缺陷检测系统，目前国际上比较成熟的有ISRA和申克博士检测设备。在线自动检测仪的精度一般为结石夹杂物可以检测出最小为0.2 mm，气泡可以检测出最小为0.1 mm。在线检测仪具有速度快、精度高、重现性好、漏检低的优点。使用在线检测仪可以较好地观察当前玻璃的缺陷，并可以统计一段时间内如一个班次、24 h、一周甚至一个月的缺陷数据，包括缺陷大小及占比，也可以统计一段时间合格玻璃的成品率，以便观察玻璃质量变化，分析原因，及时做出调整。

目前中国企业玻璃一般根据《GB11614—2009平板玻璃》国家标准或各自企业标准检查玻璃的质量，并按每平米玻璃缺陷的数量和大小不同将玻璃产品分级，利用全自动在线缺陷检测仪可以便捷检测玻璃缺陷的种类大小和数量，在计算机管理系统设置产品分类参数后，可以对每块玻璃进行等级分类，同时给下游的冷端设备发送信号，经冷端线控系统处理，实现优化切割、自动落板和自动取片等，从而实现生产线的流水作业。

需要注意的是中国标准是检测玻璃点缺陷的核心尺寸，而一些采用欧洲标准《EN572-2 2012基本的钠钙玻璃制品 第2部分:浮法玻璃》的国家，一般检查玻璃点缺陷并且包括光环的尺寸。这相比之前的版本《EN572-2 2004》有较大变化，且与中国标准存在较大差异，如果产品需要出口执行欧洲标准的国家，需注意玻璃缺陷的具体要求，并在缺陷检测仪设备上进行产品参数设定。

为了保证检测设备正常检测以及检测结果的准确性和可靠性，需要定期校验检测设备，人工取样检测玻璃缺陷在玻璃板位置是否与设备检测位置相符，玻璃缺陷的大小是否与设备检测的大小相符。

同时须对设备进行定期维护，包括对光源系统的清理、擦拭，用高级试镜布小心仔细擦拭光栅，直到没有灰尘和杂质为止，一般每月一次；检测相机玻璃的清理、擦拭，用高级试镜布小心仔细擦拭相机镜头和镜头罩，直到没有灰尘和杂质为止，一般每半年一次[6]。

6 结 论

超白浮法玻璃质量要求较高，在生产过程中要处理好原料、熔化澄清和成形退火等环节的设计和操作。严格控制铁含量，保证超白玻璃的质量，合理设计窑炉保证澄清效果，选用优质耐火材料，不断减少气泡等缺陷数量。同时，重视超白玻璃缺陷检测，加强对缺陷数据的统计与分析，定期对缺陷检测设备进行校准和维护，保证检测精度，为控制超白玻璃缺陷提供依据。