压延玻璃生产线气泡产生原因和解决办法

刘玄

0 引言

近期，受国家政策和下游需求多方面影响，国内新上了大量太阳能光伏压延玻璃生产线，光伏玻璃的产能不断扩大。部分生产线在投产过程中难免出现各种各样的问题，某新建550 t/d窑炉为一窑三线，点火投产后运行状况良好，决定提升到设计拉引量。运行三个月后，在中间的生产线上将玻璃厚度由3.2 mm改为2.0 mm，运行一段时间效果欠佳，后又重新生产3.2 mm玻璃时，在该生产线上出现了上表面开口泡，有少量的板中和板下泡，其他两线几乎没有但是存在开口泡，呈细长状，长度多超过20 mm，板面横向位置不固定，但是在特定的横向范围内大量出现，每日可出现不少于500个，严重影响成品率，出现位置见图1，气泡形状见图2。

图1 气泡在板面的位置分布示意图

图2 气泡形状

1 气泡出现原因分析

对于光伏压延窑炉而言存在多个供料道，首先将各个供料道的气泡情况做对比，再检查供料道、工作池、澄清池的底部玻璃液流中是否存在气泡以及气泡的类型和数量，重点观察气泡是否均匀分布在制品上或者只在一定的部位出现。如果气泡总是只在某一个部位出现（例如只在制品表面），就很可能是后期产生的气泡。还要清楚伴随着气泡产生的是否还有别的玻璃缺陷，如条纹、节瘤、结石等，或者可以分辨出由于搅拌器、压延机冲头或者其他机械装置溢流下来的痕迹。根据玻璃窑炉中气泡的特性初步判断是熔窑的中低温区或溢流口产生的气泡。并据此做了相关工作的进一步验证。

1.1 溢流口唇砖的排查

压延玻璃生产中需要更换压延辊和唇砖等，由于正常的换砖玻璃液渗入唇砖与外尾砖两者的缝隙中，导致每次换机换砖都需要打磨外尾砖上凝固的玻璃液以减小下次安装时两者之间的缝隙，然而打磨效果完全取决于操作人员的操作水平和责任心。

该新建生产线在使用过程中出现溢流口唇砖向压延机方向倾倒并损伤压延机导致需要换机换砖，需对唇砖倾斜方向的两侧进行加固，这样加固的铁件会使唇砖和外尾砖的间隙进一步加大，玻璃液流到缝隙时就有可能带入空气产生气泡。

针对以上情况在换机换砖时要仔细挑选唇砖、打磨外尾砖，严格控制唇砖和外尾砖之间的缝隙大小以及换机换砖时的工艺参数。但是先后换机换砖三次均未达到减少气泡的效果。

1.2 压深卡脖水包

投产初期压入卡脖水包后一直未做调整，问题出现后每次压入5 mm，共15 mm，亦未发现开口泡数量减少，在卡脖水包前观察较长时间未发现有气泡浮出。由此基本可以认为气泡来自窑炉低温区域的通路。

1.3 通路的数据分析

压延玻璃生产线往往会因为单条线溢流口工况变差而造成短短几个月就换机换砖，这样要暂时对一条线进行闸头子操作，必然对正常的生产造成扰动。总结生产数据时发现无论是抽出卡脖水包维修后重新压入或者是换机换砖，都将导致支通路池底的温度先行升高再出现较大幅度的降温，且在温度降低时开口泡的数量也显著减少，由此认为气泡来自此处的支通路池底。

2 解决措施

2.1 吹冷却风

气泡在玻璃液中的上升过程遵循斯托克斯方程：

V＝2×R2g（r1－ r2） /9h1

式中：R——球形气泡的半径，m；

r1——澄清时玻璃液的密度，kg/m3；

r2——气体密度，kg/m3；

g——重力加速度，9.8 m/s2；

h1——澄清温度下的动态黏度，dPa·s；

V——气泡的上升速度，m/s。

气泡上升到玻璃表面大概需要9 min，根据行业的一般经验数据，在通路中液流层厚度约为10 cm，在通路中通过的时间约为20 min，大致得到出现的位置在支通路热电偶前约1.5 m处。计算的位置大致和支通路坎在同一个地方。

玻璃与耐火材料形成的边界层对玻璃的质量也有严重影响，尤其是熔体和窑坎交界处热量交换和池底铺面砖比较更加集中，在这里砖表面不平的地方存留的气体排挤出来而容易在熔体中形成气泡，直接在砖表面下的气孔中的气体也因为温度升高而膨胀排出参加了上述气泡的形成。脱落的细小砖粒也可能被气泡包围，并将气泡不断地排放进玻璃熔体中。

随着耐火材料的升级换代，一般是高级耐火材料（熔铸砖）直接且只有一个面接触玻璃液，传统的工艺和生产条件造成的耐火材料产生的气泡可以用显微镜观察和条纹光学法检查，而且是一个重要依据，如气泡两端有夹杂物，或者有较粗的条纹层。现在一般很少会出现这样的现象，而且压延法生产的玻璃制品在对辊碾压时也会对玻璃形成强制的压力破坏表面的气泡，这也增加了观察的难度，所以前期观察在气泡内没有发现以上特点。

因为铁含量低的原因才造成了光伏压延玻璃窑炉和普通浮法玻璃窑炉相比透热能力强，池底温度高，窑炉耐材负荷大导致烧损要大于普通浮法玻璃而更容易出现因为耐材的原因导致缺陷情况的出现。在窑炉使用中高级耐火材料只有一个面和玻璃液接触，如果在使用过程中有出现渗漏等情况就很容易出现影响耐材寿命和玻璃液质量的问题，故认为设法降低出现问题的耐火材料处的热负荷是一个解决问题的可行方式。

用红外测温仪对池底外表面进行测温，发现最高处温度为230 ℃，前后方温度为150 ℃。综合考虑后决定对池底进行风冷降温。故在池底架设轴流风机，对高温处的外层砖材吹风冷却。用红外测温仪重新测量显示温度由原来的230 ℃降低到160 ℃。开口泡几乎消失，几天以后又在每天的环境温度变化大的情况下时有出现。

2.2 降低澄清部温度、稳定拉引量、压深卡脖水包

澄清部温度由1435 ℃降到1430 ℃。降低澄清部玻璃液的温度可以降低成形时玻璃液的温度。控制拉引量波动在±1.5 t/d，卡脖水包是澄清部和通路重要的分隔设备，再次压入卡脖水包10 mm，配合之前压入的15 mm总共压入了25 mm，这样就加强液流前往通路的限制，减少通往通路的玻璃液流量，最终起到了降低通路温度波动的效果。通过以上措施实现了尽可能的降低池底温度，由1020 ℃降到1015 ℃。随着玻璃液温度的降低、液流的稳定，该气泡最终彻底消失。

3 结语

通过对压延玻璃气泡的特性分析再结合生产数据，找到了气泡出现的源头。通过调整生产工艺和冷却窑炉池底温度的综合措施解决了气泡的问题，成品率由异常时的73%恢复到85%。新建窑炉投入生产的初期难免遇到各种问题，而一个问题的出现往往需要多种措施的综合处理。本次气泡的解决思路和处理办法可供其他产线遇到问题时加以借鉴。但是总的来说，初期良好的窑炉砌筑施工和烤窑质量，建立合理的熔化制度，及时调整工艺参数提前发现问题，维持窑炉生产的稳定，减少原本不必要的操作才是预防和处理气泡等各种问题产生的最佳手段。